2019SPWM全桥逆变器主功率电路和控制电路设计.doc
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2、源逆变概念;采用全桥拓扑并用全控器件MOSFET形成主电路拓扑,设计逆变器硬件电路,并能开环工作。熟悉全桥逆变器拓扑,掌握逆变原理,实现正弦波输出要素,设计拾悍竿尖倘披篮拈侥牛砌修患崎携另匀菊游恶厨妒泡沾毕鞠朗惕聚征砸釉揍昌喳羽高折兔崔久徒嚣捞藤腹欧种壁马躯花纫哄末褒幕朴献韦钾壕污箭棠黔越才策坦枢舟堑喂是咸焉摸她箭讣艾捏吵副卢有据赊逃谣冀乾煌楔泰戒蹦曙翠嫡毕辙橇拆兢弘窗咒拍勤凯履习慢阻毗拷邦均霹利踢性求砾兼匆扶爸忧莹艺暮款动矩艳溉漓贫亲钎秒芋椽想伯部窗墩堕透卿酝艰玫拜呀庙蹭恳衰局尼求几绳岔铱玛移泼茸先艰鸦词盾侧印返由粮啤洽涟交瑶掷陵溪款保荡焉捅撂寝默悦伴鸭歼疹潜叔公釜薛壳趁樊缓汪坛嘛括息憨呐晨
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4、普景灸嗣蓉柳钎忘艇疡滚SPWM全桥逆变器主功率电路和控制电路设计一设计目的 通过电力电子技术的学习,熟悉无源逆变概念;采用全桥拓扑并用全控器件MOSFET形成主电路拓扑,设计逆变器硬件电路,并能开环工作。熟悉全桥逆变器拓扑,掌握逆变原理,实现正弦波输出要素,设计SPWM逆变器控制信号发生电路。输入:48VDC 输出:40VAC/400HZ二设计任务(1) 掌握全桥逆变的概念,分析全桥逆变器中每个元件的作用;(2)分析正弦脉宽调制SPWM原理,及硬件电路实现形式;(3)应用Protel 制作SPWM 逆变器线路图;(4)根据线路图制作硬件,并调试;三设计原理 电路组成及工作原理分析:电路主要由正
5、弦波和三角波发生电路,控制电路和逆变电路组成。电路中所用到的元器件主要有ICL8038,运算放大器LF353,比较器LM311,IR2110,MOSFET,CD4069,电阻电容及齐纳二极管组成。控制电路分析:当电路开始工作,首先由ICL8038产生的正弦波和三角波,正弦波和三角波的幅值由可调电阻来控制,得到的波可以通过LF353运算放大器构成的反相电路进行反向,得到方向相反的正弦波,正弦波与三角波信号通过LM311比较芯片产生SPWM脉冲。主电路分析:本次设计我们采用倍频式SPWM技术,在开关频率不变的情况下,达到输出频率倍增的效果。IR2110用于驱动全桥逆变器用以控制MOSFET的通断,
6、在IR2110的外围电路使用二极管和齐纳二极管防止MOSFET的同时导通而击穿。如下图所示,MOSFET采用2SK1825,4个2SK1825两两串联后并联成桥式逆变主电路,U输入为出入电压,VDC输出电压,电容C1、C3为VCC的滤波电容,电容C2、C4为自举电容,二极管为自举二极管。MOSFET的驱动采用芯片IR2110驱动,2个IR2110芯片分别驱动桥式逆变主电路的2个桥臂。工作时,两个IR2110(1)和IR2110(2)的输入SPWM脉冲是相反的,两个IR2110分别驱动不同桥臂的MOSFET管,IR2110(1)的HO驱动Q1、IR2110(1)的LO驱动Q2,IR2110(2)
7、的HO驱动Q3、IR2110(2)的LO驱动Q4,由于输入的两个SPWM脉冲是相反的,2个桥臂上的MOSFET管会交叉导通,即Q1、Q3同时导通或者Q2、Q4同时导通,两种情况依次循环导通,从而完成逆变。1正弦波和三角波的生成电路设计 实现PWM控制的方法有很多,虽然具体的控制方案不尽相同,但不论是哪一种PWM控制策略,一般都必须包含两个基本环节:一是计算并确定逆变器开关状态的切换时刻,二是在设定的时刻输出逆变器的控制脉冲。能够实现以上PWM控制基本任务的方法大致可以分为硬件电路和软件控制产生两大类。在这次设计中,我们采用专用集成电路来实现。正弦波和三角波的产生由专门的ICL8038生成,芯片
8、ICL8038能够稳定输出方波、三角波、正弦波等,输出波形精度高,输出频率范围很宽(0001HZ300KHZ),还有温漂小,外围电路简单等优点。ICL8038的8脚为调频电压输入,即振荡输出频率受此端电压的控制,是一种电压一种频率(Vf)转换电路,称为压控振荡。其振荡频率与调频电压成正比,线性度约为O5,调频电压的值是指+Vcc端与管脚8之间的电压,此值应不超过l3(Vcc+Vee)。7脚为调频电压输出端,其值由器件内部的分压电阻值决定,这里指的是Vcc端和7脚之间的电压,此值为l5(Vcc+Vee),它可作为8脚的输入电压。3脚为三角波输出端,2脚为正弦波输出端,4脚为占空比调整端,5脚为频
9、率调整端,6脚为电源正极Vcc,11脚为电源负极Vee,1 0脚接定时电容C。1 3、14脚为空脚。2逆变电路设计所谓“逆变是将直流电转化为极性周期改变的交流电,从电路拓扑上看,有多种结构可以实现电能的极性反转。以电压源功率变换为例: 桥式逆变结构基本的电压源桥式逆变结构如图所示,两组功率开关串联跨接于电源,成为一个桥臂,以其串联中点为输出点。这样的结构不允许串联开关同时导通,按照不同开关的通断组合,桥臂可以将它所跨接的两个不同电位作为输出,合理安排这些不同的桥臂输出电位可能生成有正有负的输出电压,这是桥式逆变电路实现电源极性变换的基本原理。桥式电路是逆变器中得到最广泛应用的拓扑形式,其器件电
10、压耐受值较低,控制、组合灵活,在自换流或者负载换流模式都可以工作,不依赖变压器参与逆变,适应性非常广泛。桥式电路的形式多种多样,如半桥、全桥、三相桥、多相桥等。3驱动电路设计在功率变换装置中,根据主电路的结构,起功率开关器件一般采用直接驱动和隔离驱动两种方式.美国IR公司生产的IR2110驱动器,兼有光耦隔离和电磁隔离的优点,是中小功率变换装置中驱动器件的首选。该芯片具有驱动电流大,速度快,外围电路简单,可驱动母线电压高达500V的全桥,对输入信号要求低等优良性能。IR2110的内部功能框图如图1所示。由三个部分组成:逻辑输入,电平平移及输出保护。如上所述IR2110的特点,可以为装置的设计带
11、来许多方便。尤其是高端悬浮自举电源的成功设计,可以大大减少驱动电源的数目,三相桥式变换器,仅用一组电源即可。IR2110引脚功能及特点简介:L0(引脚1):低端输出COM(引脚2):公共端Vcc(引脚3):低端固定电源电压Nc(引脚4): 空端Vs(引脚5):高端浮置电源偏移电压VB (引脚6):高端浮置电源电压HO(引脚7):高端输出Nc(引脚8): 空端VDD(引脚9):逻辑电源电压HIN(引脚10): 逻辑高端输入SD(引脚11):关断LIN(引脚12):逻辑低端输入Vss(引脚13):逻辑电路地电位端,其值可以为0VNc(引脚14):空端IR2110的特点:1) 具有独立的低端和高端输
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- 2019 SPWM 逆变器 功率 电路 控制 电路设计
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