單相正弦波逆變電源的設(shè)計(jì)論文

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1、第1章概述任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來越高。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整正弦波逆變電源是連續(xù)控制的線性正弦波逆變電源。這種傳統(tǒng)正弦波逆變電源技術(shù)比較成熟,并且已有大量集成化的線性正弦波逆變電源模塊,具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)、但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都不得和很大的濾波器。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右。另外,由于調(diào)整管上消耗較大的功率,所以需要

2、采用大功率調(diào)節(jié)器整管并裝有體積很大的散熱器,很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求。在近半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過程中，正弦波逆變電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛的應(yīng)用，正弦波逆變電源技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。正弦波逆變電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。它的功耗小，效率高，正弦波逆變電源直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器，此外，開關(guān)工作頻率為幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此正弦波逆變電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。另外，于功耗小，機(jī)內(nèi)溫升低，提高了整機(jī)的

3、穩(wěn)定性和可靠性。而且其對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍為220V±10%,而正弦波逆變電源在電網(wǎng)電壓在110～260V范圍變化時(shí),都可獲得穩(wěn)定的輸出阻抗電壓。正弦波逆變電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù),高頻化帶來的效益是使正弦波逆變電源裝置空前的小型化,并使正弦波逆變電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,扒動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外正弦波逆變電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。目前市場(chǎng)上正弦波逆變電源中功率管多采用雙極型晶體管，開關(guān)頻率可達(dá)幾十千赫；采用MOSFET的正弦波逆變電源轉(zhuǎn)抽象頻率可達(dá)幾百千赫

4、。為提高開關(guān)頻率，必須采用高速開關(guān)器件。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，高頻化是正弦波逆變電源的主要發(fā)展方向。高可靠性——正弦波逆變電源的使用的元器件比連續(xù)工作電源少數(shù)十倍，因此提高的可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。所以，要從設(shè)計(jì)方面著眼，盡可能使較少的器件，提高集成度。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問題，也增加了保護(hù)等功能，簡(jiǎn)化了電路，提高了平均無故障時(shí)間。正弦波逆變電源的發(fā)展從來都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相

5、應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件,開發(fā)高頻用的低損磁性材料,改進(jìn)磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法,提高濾波電容的介電常數(shù)及降低其等串聯(lián)電阻等,對(duì)于正弦波逆變電源小型化始終產(chǎn)生著巨大的推動(dòng)作用?？傊?，人們?cè)谡也孀冸娫醇夹g(shù)領(lǐng)域里，邊研究低損耗回路技術(shù)，邊開發(fā)新型元器件，兩者相互促進(jìn)并推動(dòng)著正弦波逆變電源以每年過兩位數(shù)的市場(chǎng)增長(zhǎng)率向小型、薄型、高頻、低噪聲以及高可靠性方向發(fā)展。第2章設(shè)計(jì)總思路2.1總體框架圖濾波電路逆變電路輸入315V直流電驅(qū)動(dòng)電路UC3842脈寬調(diào)制電路輸出220V交流電誤差比較圖1總體框圖此次課程設(shè)計(jì)要求輸入315V直

6、流，輸出220V交流，主電路采用單相橋式逆變電路，對(duì)高頻開關(guān)器件常用PWM波控制，要產(chǎn)生正弦波可采用SPWM控制方法，通過控制電力電子器件MOSFET的關(guān)斷來控制產(chǎn)生交變正弦波電壓。控制電路主要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生SPWM波，設(shè)計(jì)要求選用UC3842電流控制型PWM控制器產(chǎn)生控制脈沖。而UC3842實(shí)質(zhì)上是通過輸入的兩路波進(jìn)行比較，輸出比較后形成的脈沖波，鑒于UC3842的這一特征，可以通過輸入正弦漫頭波和鋸齒波進(jìn)行比較得到所需的正弦波控制脈沖。正弦波產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)有多種方法，本次課程設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器多諧振電路產(chǎn)生方波經(jīng)過濾波產(chǎn)生正弦波的方法作為正弦波產(chǎn)生器，再經(jīng)過整流，使之成為正弦漫頭波。鋸

7、齒波的產(chǎn)生電路比較簡(jiǎn)單，可以直接利用UC3842內(nèi)部提供的諧振器加入外圍電阻電容產(chǎn)生。此外電路要求輸出的正弦波幅度可調(diào)，此時(shí)就需要使加入的正弦波漫頭波幅值可調(diào)，此可以通過一加法器使之與設(shè)置電壓相疊加產(chǎn)生電壓可變的正弦電壓。主電路和控制電路的一些中間環(huán)節(jié)都是需要濾波的，由于產(chǎn)用SPWM控制，主電路的諧波成分較少，可以通過簡(jiǎn)單的RC無源濾波?？刂齐娐分械姆讲ㄒ兂奢^為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，要濾去的諧波成分就要多得多，可以采用有源濾波，且可以通過積分環(huán)節(jié)使方波變成比較好