正弦波逆变电源

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正弦波逆变电源范文第1篇

【关键词】 车载逆变电源 逆变器 PIC单片机 单极性正弦脉宽调制（SPWM）

当前，随着单片机技术的不断发展，其在各种电器设备的设计之中也逐渐被广泛应用。因为车载电器在汽车上的普遍使用，关于车载电源的需求日益增高。同时电源质量也成为各种电器设备质量的基础和保障，因此在车载电器中对于PIC单片机的应用也随之加大。

一、车载逆变电源概述

车载逆变电源主要的作用就是把DC12V的直流电转变为AC220V的交流电，方便车上电器的使用。并且车载逆变器一共有两类：一类是输出电压谐波含量较高，但是连续性不好的方波逆变器以及准正弦波逆变器，另一类是应用单极性正弦脉宽调制技术的纯正正弦波逆变器，这种逆变器的负载适应范围更宽。另外，在当前的技术水平下，单极性正弦脉宽调制技术主要有模拟以及数字这两种产生方式，其中模拟的方式电路复杂，操控困难；数字的方式主要是利用了单片机，电路简单可靠，灵活性大，运用广泛。同时，PIC单片机具有速度快、功耗低以及良好的抗干扰性等特点，广泛应用在车载逆变电源逆变器的设计之中。

二、关于单极性正弦脉宽调制技术的调制原理

从理论上分析，单极性正弦脉宽调制的方式主要有三种：单极性正弦脉宽调制、双极性正弦脉宽调制以及单极性正弦脉宽倍频调制。另外，因为PIC系列的单片机CCP模块在进行单极性倍频调制时具有一定的限制性而无法完成，所以，通常情况下关于PIC系列的单片机CCP模块主要应用的调制方式为单极性正弦脉宽调制以及双极性正弦脉宽调制这两种方式。在逆变器的主电路拓扑结构中，在电路利用双极性SPWM调制方式进行信号控制时，其两两相对的开关必须保持一致，同时两路的开关信号呈现互补，这样才能够为单极性SPWM调制方式进行信号控制。

三、关于正弦波逆变器控制电路的硬件设计

双极性SPWM调制驱动电路设计流程：其中，关于双极性SPWM调制驱动电路之中的PIC单片机主要有两个CCP单元，其中一个CCP单元输出的PWM信号主要经过驱动芯片转变为驱动信号；另一个CCP单元输出的PWM信号主要经过反相器之后转变为驱动信号，他们分别控制两个开关，以实现其电路的正常控制。单极性SPWM调制驱动电路设计流程：其中，关于单极性SPWM调制驱动电路之中的PIC单片机主要有1个CCP单元，其中CCP单元输出的PWM信号主要经过驱动芯片转变为两路互补的驱动信号；并且RC1能够产生50Hz的方波，在经过驱动芯片之后同样转变为互补的驱动信号，同样也是分别控制两个开关，以实现其电路的正常控制。

四、关于正弦波逆变器控制软件的设计

关于单片机初始化的设置。在进行PIC单片机实验时，在单片机外连接20MHz的晶振，并且把指令周期设置为0.2μs，把SPWM波的开关频率设置为20kHz。另外，对PIC单片机的每一个寄存器进行初始化设置：寄存器PR2主要决定了正弦波逆变器的开关周期，设定为PR2=0Xf9。控制寄存器T2CON在进行设定时，因为正弦波逆变器的开关频率较高，导致了不同开关的周期不同，需要在每个周期之内进行PI计算以及PWM调整，因此关于控制寄存器T2CON要进行分频设置为1：5，保证5个相同的正弦开关波能够改变一次占空比。关于PORTC端口方向寄存器在进行设定时，保证TRISC的相应位为0，就是把其设置为输出模式。

关于SPWM波的产生。通过PIC单片机，即可对SPWM波形产生。在实验中，启动PWM单元，单元的引脚开始输出高电平，并且TMR2开始从0计数。如果TMR2>CCPRxL，输出低电平；如果TMR2>PR2，TMR2复位并且系统进入另一个周期，单元的引脚开始重新输出高电平。并且系统开始执行中断程序。当中断程序开始之后，系统采集半个周期电压的平均值，结合PI计算出幅值，继而结合正弦表得出下一个PWM的脉宽。并将其脉宽在寄存器CCPRxL中进行写入。其中对于单极性SPWM调制平均值的有效控制方法为：在其中断程序开始之后，就要先对半个工频周期电压的平均值进行收集，随后通过PI计算将其幅值得到，依照正弦表，将其正弦脉宽值和幅值相乘，即可将其下一个PWM脉宽得到。

五、小结

综上所述，现代逆变计数属于一项综合性的技术，在我国国民经济发展的不同领域广泛应用，其中，关于车载逆电源逆变器设计之中PIC单片机的应用，使得逆变技术有了飞速发展，便利了人们的生活。

参 考 文 献

[1] 陈健，王怀杰，周文振. 基于PIC单片机的空间电压矢量PWM控制方法研究[J]. 电子技术. 2011（02）：74-75

正弦波逆变电源范文第2篇

关键词：电力专用逆变电源；不间断；UPS

中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）35-8172-02

逆变电源作为电力系统中提供电源的设备，为发电厂和变电所中的监控主机、备机、前置机、五防设备、通讯载波设备、视频监控设备和远动通讯设备提供不间断电源，在发电厂、变电所中具有重要地位。当系统检修或因故障临时或突然停电时，具有与UPS同样的功能，能够不间断为调度主站、集控站等提供厂站设备的实时监测信息，保证了数据的实时性、可靠性，为电力调度指挥提供了充分保证。在电力系统中是不可或缺的设备。

1 概述

本文所述的电力专用逆变电源采用16位微处理器和高可靠性的智能功率模块。设备结合现代数字化设计理念，采用了人性化的设计，面板用液晶来循环显示装置的输出电压和电流，且设备在旁路运行、逆变运行、逆变故障和直流异常时皆有指示灯来指示运行状态。电压变换部分用变压器隔离，具有响应速度快，抗冲击能力强，逆变、市电自动转换等特点，而且因为电源设计采用变压器隔离措施，使直流输入、交流输出相互隔离，使设备的电能质量和可靠性得到有效提高。此外模块采用智能设计，具有直流欠压、过流、过温保护及故障指示功能；电路的特殊设计，使得它的能量源直流电压输入无极性要求，避免因极性接错而损坏设备的事情发生，为用户提供了使用上的便利性。

2 技术参数

电力专用逆变电源可在环境温度0℃至+45℃、相对湿度≤90%、大气压力86kPa ～106kPa的环境使用，同时要求周围环境无强烈震动和冲击、无强电磁场干扰、无严重尘埃、无引起爆炸的危险介质、导电颗粒和严重霉菌，以保证其运行可靠，使用寿命达到预期。它的输入电源有两种：直流电源和市电交流，且对直流电的输入域度要求很宽。市电从旁路输入，输入电压允许范围 ：单相AC 220V±20% 。直流输入电压可以是220V或110V两种，220V电压输入的模块电压允许范围为187 V～275V，而110V电压输入的模块电压允许范围为94V～138V。输出额定容量可以是0.5kVA、1.0kVA、2.0kVA或根据用户需求定制。交流输出额定容量：0.5KVA 或1.0KVA 或2.0KVA 或根据用户需求定制。输出电压：AC220V±5%，输出频率：50Hz±1%。具有较强的带载能力，最高可达到9A以上，线性负载情况输出波形失真率（THD）小于5%，负载变化由空载到满载的动态响应也小于5%。

3 原理设计

电力专用逆变电源设备由输入缓启动单元，SPWM逆变单元，逆变、旁路切换单元，输出滤波单元，内置监控单元构成。它集合了微机测控、变压器技术于一体，具有精度高、响应快、可靠性好、无波形畸变等特点，可作为发电厂、变电站的专用UPS使用。它的直流输入220V或110V经过缓启动单元和滤波电路后，采用双极性正弦波脉宽调制方式（SPWM）对逆变器进行控制，将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流，该交流基波频率为所需要的电源输出频率。逆变器输出的脉宽调制波经输出LC滤波电路滤波，变压器变压隔离后，输出所要求的正弦波交流电。SPWM脉宽调制电路根据电源和负载当直流母线电压处于正常范围时，经滤波、隔离后，经过逆变部分产生标准的220V正弦波电压向负载供电。逆变器供电状态时，输出为稳压、稳频状态。当逆变器故障或者直流系统故障时，将由逆变供电状态转向由旁路供电状态，此时输出为旁路输出状态，不稳压、不稳频。假如关掉后面板上的逆变输出的船形电源开关，也将转向由旁路供电的状态。设计时设备还充分考虑了输入输出过载等的保护情况，具有较强的过载能力。逆变运行时，负载功率超过额定的105%时，延时90±3s后关断逆变输出，超过额定的120%时，延时10±2s后关断逆变输出，需关机才能复位。此时由旁路电源供电；输出短路时，逆变电源输出将自动关闭，需关机才能复位，此时由旁路电源供电；当输入直流电压低于180V或90V时，装置的直流异常指示灯亮；当输入直流电压低于170V或85V时，逆变电源输出将自动关闭，需关机才能复位，此时由旁路电源供电。逆变时在阻性负载的情况下工作效率大于80%。

设备的各种运行状态在设计时都充分考虑到了，各种运行状态都有明确的指示灯指示。当旁路运行灯点亮时，说明设备的输出是由旁路电源输出的。当逆变运行灯点亮时，说明设备的输出为由逆变器输出。当直流异常灯点亮时，说明设备的输入直流电压已经低于180V或90V，当直流电压恢复至195V或98V时，该指示灯自动熄灭。当逆变故障灯点亮时，有以下几种情况：

1） 逆变输出短路时，该指示灯0.5s闪烁一次；

2） 逆变输出过载时，该指示灯0.2s闪烁一次；

3） 逆变输出过载保护后，该指示灯常亮。

为了能够保证变电站运行人员实时监视到设备的运行状态和运行参数，掌握设备的运行健康状况，设备还设计了软件通讯功能，它具有RS485A和RS485B两个通讯口，采用通用的CDT或MODBUS规约来将设备的运行参数和运行状态送到后台，方便远程监视和掌控。

4 结论

随着我国电力系统的不断发展，发电厂和变电站的建设越来越多，对设备的可靠性和实时性和不间断性的要求越来越高，必然的对电力专用逆变电源的需求也不断增多。随着该设备功能的不断完善和功能的增多，必将有广阔的市场应用前景。

参考文献：

正弦波逆变电源范文第3篇

【关键词】16位单片机；三相逆变电源；谐波；可靠性；连续性

一、引言

随着电力电子科学技术的发展，逆变器控制技术也越来越受到人们的瞩目。传统逆变器采用外环控制，只能实现输出电压有效值的恒定值控制，不能保证输出电压波形质量，并且在非线性负载条件下，输出谐波含量大且波形严重失真。为实现供电设备稳态精度高，动态响应快的优良性能，现代逆变电源大多采用瞬时值反馈控制，解决了系统动态响应慢的问题。本文以20KVA三相逆变电源为例来说明。

二、原理及硬件

1.主要技术参数

1）输出额定功率：20KVA

2）输出额定电压：380/220V±5%（三相四线）

3）输出额定频率：50±1%Hz

4）波形失真度（THD）：≤3%（非线性负载）

5）动态响应：≤5%（负载变化由空载到满载）

6）负载功率因数：大于0.9

7）过载能力：120%，90秒

8）输出电流峰值系数：3：1

9）效率：≥80%

10）三相负载不平衡能力：100%

2.主电路结构

如图1所示，系统由三个单相逆变器组成，它们的输出端按星型连接，各自独立控制。

系统中采用二极管桥式整流电路。逆变器开关器件选用三菱公司的智能功率模块IPM，它将功率开关器件IGBT和驱动电路集成在一起，使用时只需提供驱动电源和控制信号即可。IPM还具有过流、过热等故障检测电路，提高了逆变器的运行可靠性。系统的基本工作原理是：交流电经过整流滤波后，供给逆变桥。IPM在由单片机产生的驱动信号控制下，将直流电根据SPWM原理逆变成50Hz的交流电，同时使三个单相逆变器的输出电压相位差保持在120?，形成三相四线制交流电源，经滤波后供给负载。单片机对输出电压进行闭环控制，使输出电压和频率稳定在给定值。

3.控制电路的组成

控制系统主要由单片机M30624FGAFP、信号采样及处理电路、显示回路、RS485通

讯接口及Gsm Modem组成。

M30624FGAGP是三菱公司推出的一款高性能16位单片机，该款单片机融合了基于寄存器型和基于存储器型两种结构的优点，从而能够实现类似RISC的高速处理性能。它具有超低功耗、极强的抗干扰能力和很高的C语言编程效率等特点，片内集成了10位A/D转换器、DMA控制器、异步通信通道、定时器等丰富的周边功能电路模块，内部还有20K的RAM，256K的Flash等，可做到总线不出芯片，具有极高的稳定性和极强的抗干扰性。而且通过对定时器A1、A2、A4和B2的联合使用，可方便的获得三相SPWM驱动信号波形。

在装置内部安装了Gsm Modem，它通过串行通讯接口与单片机交换信息，可及时的将系统的运行信息以手机短信的形式传递。由于GSM网络基本复盖全国，且传输稳定可靠，可随时获得运行信息。

4.保护功能

1）输出过载保护：负载功率超过105%小于120%额定功率时，90秒钟延时后将关断输出，需关机才能复位。

2）输出短路保护：输出短路或负载功率超过120%时，逆变电源输出将立即自动关闭，需关机才能复位。

3）输入欠压告警：输入交流电压较低，导致整流后的电压低于180VDC时，装置的欠压指示灯亮。

三、软件设计

软件设计是整个逆变控制的核心，它决定着逆变器的输出特性。图2示出系统程序流程框图。

在主程序中，完成对输出电压、电流的采样及三相电压的相位控制，通过PI调节器来调整输出电压，完成显示及与Gsm Modem通讯并控制其收发短信息的功能。

在TB2定时器中断程序中，首先对逆变电流进行采样，并判断该电流或电流上升率是否超过限值，若超过则关闭SPWM脉冲，否则允许SPWM脉冲输出，查表取脉冲正弦值，计算脉冲宽度，给TA1、TA2、TA4定时器赋值。

在工作过程中，单片机不断地处理检测反馈回来的信号，调整SPWM控制信号和控制系统的输出状态，以满足系统的性能要求。为提高抗冲击性负荷的能力，对逆变电流进行实时检测，实现逐个脉冲限制，有效的提高了其抗冲击性负荷的能力。

建立标准正弦波半个周波的数据表格（0～180?），每隔1.8?左右一个数据，共96个数据（载波频率9.6KHz）。负半周可重复采用该表格，即一个周波（0～360?）的正弦波数据表格共有192个数据。利用查表法求得每一时刻的脉冲宽度。

利用M30624FCAFP的三相马达控制功能，通过控制定时器A1、A2、A4和定时器B2，产生三相正弦脉宽调制（SPWM）波形。

令M30624FCAFP的三相PWM控制寄存器（INVC0）工作在三角波调制方式，则SPWM波形占空比的瞬态值用下面的公式计算：

U_PHASE=WGCP_REF±（M*SIN_VALUE）/156

其中：

WGCP_REF-相中间点对应的占空比值；

M-调制深度系数；取值范围1～0FFH；

SIN_VALUE-正弦函数数据表对应的数据，取值范围0～0FFH。0～180?范围内等

式左边取“+”号，180～360?范围内等式左边取“-”号。

三角波调制方式波形的形成示意图如图3所示。

四、结论

介绍了基于单片机控制的三相全桥逆变器的原理及系统流程。整个系统硬件设计简单，可靠性高，软件调节控制反馈是系统核心，通过精确的调节能使系统更稳定可靠运行。适用于很多场合，今后在电力电子市场上会得到广泛的应用。

参考文献

[1]沙占友，等.新型单片开关电源的设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2001，6.

[2]王兆安，刘进军.电力电子技术（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2009，5（2010.1重印）.

[3]阮新波，严仰光.脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术[M].北京：科学出版社，1999.

正弦波逆变电源范文第4篇

【关键词】多电平逆变器;级联;载波相移;SPWM

Abstract：Multilevel converters has drawn tremendous intetest because of its’ good qualities .At present diode-clamp and flying-capacitors multilevel converters need many diodes and capacitors， so its’ structure is very complex.In this paper a cascade inverter with isolated DC sources is introduced， this kind of converter has a simple structure and is easy to control and has a perfect output ，then carrier phase-shifted SPWM control strategy is analysed and the harmonious cancellation theory of this kind of control strategy is studied in detail.In the end the validity of this project is verified by simulation and experimental results.

Key words：Multilevel Inverter;Cascade;Carrier Phase-Shifted SPWM

引言

近年来随着恒压、恒频逆变电源在UPS、车载、船载的独立电源系统中应用不断增多，用户对逆变电源的容量和输出波形的要求也不断提高。而传统的逆变器要把容量做大，则对开关器件的要求较高，如：要承受高的电压应力，能够通过大的负载电流。目前只有采用可控硅（SCR，GTO）这些开关速度低的器件才能满足要求，而这导致逆变桥输出波形的低次谐波的含量大，输出滤波器变得笨重。

针对以上矛盾，多电平逆变拓扑[1][2]很好的解决了以上问题，目前的多电平逆变拓扑主要有以下几种：二极管箝位多电平逆变器[3][4]，飞跨电容型多电平逆变器[5]，级联型多电平逆变器[6]。二极管箝位的多电平逆变器随着电平数目M的上升其所需的箝位二极管个数n也会迅速增大，具体关系为：n=（M-1）（M-3）/2，所以在实际应用中M往往被限制在9以下。飞跨电容多电平逆变器随着M变化所需飞跨电容的数目为：n=（M-1）（M-3）/4，所以也存在随着M增大，需要飞跨电容的数目太多缺点，同时控制比较复杂，工作时要求较高的开关频率以利于电容间的均压。

可见以上两种多电平拓扑应用中都存在器件繁多、控制复杂以及电平数目被限制在较小的范围等问题。而带隔离直流电源的级联型逆变器（如图1所示）则有效的解决了这些问题，而且容易实现模板化，给实际调试，维护带来极大的方便。

图1 级联型多电平逆变器

1.级联型逆变器的调制方案及谐波分析

级联逆变器采用载波相移的正弦脉宽调制技术（CPS-SPWM）[2]，所谓CPS-SPWM即级联的各个桥都采用相同的正弦脉宽调制（SPWM）方式，只是每个桥的载波之间依次相移=Tc/N，Tc为载波周期，N为级联的桥的数目。

图2 单相桥模型

图3 级联逆变桥仿真输出波形

图4 输出波形的频谱分析

实际应用中每个桥都是用倍频SPWM调制方式，也就是用两个频率、幅值相同，相位相反的正弦波和载波三角波交截产生两个控制信号，分别加在桥的两个上管（如图2所示）Q1，Q3，下管和上管互补导通，使得单个的桥臂输出单极性SPWM波形，且脉动频率为载波频率的两倍，所以每个桥的等效载波频率为2fc，那么桥的载波之间依次相移角度为=Tc/2N。

下面对采用CPS-SPWM调制方式的级联型逆变桥上输出波形进行谐波分析，首先对单个逆变桥输出波形分析，表达式（1）和（2）分别表示桥臂中点对直流电源中点的电压傅立叶分析：

（1）

（2）

式中E'=E/2，m'为相对载波的谐波次数，k'f为频率调制比。所以单相全桥输出波形的谐波表达式如下：

（3）

由上式可知，m'只能为偶数，n只能为奇数：

（4）

现在有N个桥级联，各个桥的控制信号相移=Tc/2N，输出波形分析如下：

（） （5）

所以级联后的输出为：

（6）

从上式可知由N个具有独立直流源倍频SPWM单相全桥级联时，输出电压中将得到2N+1个电平，输出电压中Nkf±1次以下的谐波都被消除。而一般的阶梯波叠加只能消除2N+1次以下的谐波，单独的倍频SPWM可以消除kf±1次以下谐波，由此可见CPS-SPWM的调制方式要比直接的阶梯波叠加和单独的SPWM具有更好的消除谐波的特性，特别是当N，kf较大时，只要加很小的滤波器，输出波形就可以达到完美无谐波的程度。

2.仿真分析

运用MATLAB中simulink软件包对CPS-SPWM调制方式的级联型逆变桥进行仿真，级联四个单相全桥，且每个桥输入的直流电压为30V，参考正弦波的频率为400Hz，载波频率为6kHz，频率调制比为15，幅度调制比为0.84。输出电压波形及其频谱分析如图3，图4所示。

图5 四个桥的输出电压波形及频谱分析

3.实验结果

根据以上原理分析和仿真，制作了一台9电平CPS-SPWM调制的单相级联逆变器，输入直流电压，正弦波载波频率同仿真中参数。每个通道输出电压波形、级联后的9电平电压和通过低通滤波器后的波形以及频谱分析如图5-7所示。

实验中看出每个桥输出SPWM波形及频谱分布完全一致，实际相互间差一个相移角α，通过级联输出后电压波形已经很接近正弦波，且本来单个桥输出波形的29次，59次左右的谐波都被消除，而实际还存在谐波都集中在110次以上，因此输出滤波变得很容易，只要一个很小的滤波参数就可以获得满意滤波效果，此处的滤波参数：滤波电感，电容。这和前面的理论分析以及仿真结果基本一致，证明了本方案的可行性和优越性。

图6 逆变桥输出电压及其频谱分析

图7 输出电压通过滤波器后的波形和频谱分析

4.结论

（1）实现同样的电平数，级联型逆变拓扑和其它两种多点平拓扑相比所需要的器件最小，而且控制相对简单。

（2）CPS-SPWM控制的级联逆变器在较低开关频率下能够获得良好的谐波特性，也就是通过级联实现了开关频率的倍频效果。

（3）由于级联的特性级联型逆变器可以方便的实现高压大功率输出，解决了开关管串联均压的问题。而且由于逆变桥器件的参数、控制方案的一致性，可以实现逆变器的模板化结构。

参考文献

[1]Jih-Sheng Lai and Fang Zheng Peng，“Multilevel Converters―A New Breed of Power Converters”IEEE TRANSACTION ON INDUSTRY APPLICATIONS.VOL.32.NO.3.MAY/JUNE pp509-517 1996

[2]José Rodríguez; Steffen Bernet; Bin Wu etc.Multilevel Voltage-Source-Converter Topologies for Industrial Medium-Voltage Drives.IEEE Trans.on Industry Electronics， volume 54， issue 6， Dec.2007， pp.2930-2945.

[3]D.Soto， T.C.Green.A comparison of high-power converter topologies for the implementation of FACTS controllers.IEEE Trans.on Industrial Electronics， volume 49， issue 5， Oct.2002， pp.1072-1080.

正弦波逆变电源范文第5篇

关键词：全桥逆变;IR2110;EG8010; 工频;纯正弦

中图分类号：S611文献标识码： A

1 引言

本文介绍了一种纯正弦波逆变器的设计，主要包括两部分电路，一是逆变控制电路，另一个是检测保护电路。逆变控制电路主要包括：正弦波产生电路,驱动电路,逆变电路等；检测保护电路主要包括：电压、电流检测电路，过电流保护电路，故障报警电路、温度检测电路等。在主电路中，正弦波产生电路主要采用芯片EG8010；驱动电路采用芯片IR2110；逆变电路主要采用全桥逆变。最后对该逆变电源进行了测试，验证了其有效性与可行性。

2.系统设计

2.1设计要求

设计并制作光伏并网单相正弦波逆变器，输入DC12V，输出AC220V、50HZ。功率大于100W，效率不小于85％，具有过流保护、过压保护、过温保护等保护功能，显示输出电压、电流、温度等参数。

2.2总体设计方案

2.2.1设计思路

根据题目设计要求，本设计采用全桥逆变，逆变部分采用驱动芯片IR2110进行全桥逆变，采用EG8010输出标准的50Hz正弦波，作为IR2110的控制信号，后级输出采用工频变压器进行升压[1]。

2.2.2 系统组成框图

2.2.3 框图介绍

本设计利用逆变芯片EG8010产生相位差为90°的双路正弦波控制信号，由于EG8010不能直接驱动MOS管，所以在EG8010后面接2片IR2110驱动MOS管，从而控制IRF640组成的逆变桥工作，将直流12V电转换成交流12V电，再经过工频变压器升压后产生220V、50Hz的交流电，经过滤波整形电路的滤波整形，形成正弦波220V、50Hz交流电，作为该逆变器的输出。输出信号经电压、电流、温度检测电路取样检测，将检测信号反馈给EG8010，驱动故障报警电路，对整个电路进行保护[2]。最后EG8010将检测的电压值等信息显示在液晶显示上。

3. 电路设计

3.1 控制芯片选择

本设计采用EG8010作为控制芯片。EG8010 是一款功能很完善的、数字化的自带死区控制的正弦波逆变器专用芯片，应用于DC-DC-AC 两级功率变换架构或DC-AC 单级工频变压器升压变换架构，外接12MHz 晶振，能实现高精度、失真和谐波都很小的纯正弦波50Hz 或60Hz 逆变器专用芯片。

4. 逆变桥驱动电路

4.1 驱动芯片选择

本设计采用集成芯片IR2110作为驱动芯片；优点是IR2110芯片的体积小、驱动能力强、控制方便、电能利用效率高等，尤其是采用R2110芯片能够极大的减少驱动电源的个数（仅需1个），充分简化了驱动电路的设计。

IR2110内部功能由三部分组成：逻辑输入；电平平移和输出保护。如上所述IR2110的特点，可以为电源的设计带来许多方便。尤其是高端悬浮自举电源设计，可以极大的减少驱动电源的数目，即只用一组电源即可实现对上下端的控制。

5. 逆变桥选择

本设计采用了单相全桥式逆变桥。如下图所示，采用四个MOS管组成全桥式主电路，四路控制信号分别接G1和G2端、G3和G4端。该电路输出电流较大，且电路的功耗较小[8]。

MOS管选用TO-220封装的IRF640，其特点是：漏极电流最大值:18A；电压最大:200V；功耗:150W；阈值电压:4V[8]。

6. 变压电路的设计

6.1概述

经过逆变后出来的是低压交流，需要将其进行变压，使其输出为交流220V/50HZ[7]。

6.2器件的选择

（1）变压器的选择

在全桥逆变电路中，输出交流电压的幅值Um与Ud的关系为

Um=Ud(5-1)

把幅值为Ud的矩形波展开傅里叶级数得：

(5-2)

其基波的幅值和基波有效值

(5-3)

(5-4）

变压器的匝数比为：

(5-5)

即，应选择的初级匝数为12，次级匝数为110。

因此，应选择12V/220V的交流变压器，该变压器实现电压由12V交流电压转变为220V交流电压。此交流电压经过整流滤波电路转变成220V高压直流电压。变压器T的工作频率为50Hz左右。其初级线圈匝数为12，次级线圈匝数为110[5]。

7. 整流滤波电路的设计

整流电路采用半波整流；滤波电路采用了LC滤波电路。

考虑到LC电路谐振时滤波效果好，根据公式:

（6-1）

其中，f=50HZ,为了较好地稳定电流，选择L=2mH，计算出电容值C=200uF，考虑到电容型号，在此选择C=220uF的电解电容[6]。

8.保护电路

8.1电压保护电路

为防止过高或过低的输出电压供应到负载，EG8010内部设定了过压欠压保护功能，过压保护设定值3.15V，延时时间为300ms，欠压保护设定值2.75V，延时时间为3S，当发生过压或欠压保护时，EG8010根据管脚（9）PWMTYP的设置状态将输出SPWMOUT1-SPWMOUT4到“0”或“1”电平，关闭所有功率MOSFET，使输出电压到低电平，一旦进入过压或欠压保护后，EG8010将在8S后释放重新打开功率MOSFET管再判断输出电压情况[5]。

8.2过流保护电路的设计

过流保护电路如图所示，其中100k的电阻用来限流，通过电压比较器LM311对电流互感器采样转化来的电压进行比较，LM311的3脚接一个10k电位器来比较基准电压，LM311的7脚输出后接一个100Ω的电阻限流它并与后面的220µF的电容形成保护时间控制。输出信号反馈到EG8010的IFB管脚，该管脚内部的基准峰值电压 为0.5V，过流检测延时时间为600ms，当某种原因导致负载电流超出逆变器的负载电流，EG8010根据引脚（9）PWMTYP的设置状态将输出SPWMOUT1-SPWMOUT4到“0”或“1”电平，关闭所有功率MOSFET，使输出电压到低电平，主要保护功率MOSFET和负载，进入过流保护后，EG8010将在16S后重新释放打开功率MOSFET管再判断负载过流情况，释放打开功率MOS管的持续时间是100ms，释放的100ms时间里再判断过流时间[5]。

8.3温度保护电路

通过NTC热敏电阻和测量电阻组成一个简单的分压电路，分压值随着温度值变化而变化，这个电压的大小将反映出NTC电阻的大小从而反映相应的温度值。NTC选用25摄氏度对应值10K的热敏电阻，TFB引脚的过温电压设定在4.3V，当发生过温保护时，EG8010根据引脚（9）PWMTYP的设置状态将输出SPWMOUT1~SPWMOUT4到“0”或“1”电平，关闭所有功率MOSFET，使输出电压为低电平，一旦进入过温保护后，EG8010将重新判断工作温度，如果TFB引脚的电压低于4.0V，EG8010将退出过温保护，逆变器正常工作[4]。

9. 故障报警电路的设计

在该电路中，当整个电路发生任何故障时，都会使EG8010的引脚7为高电平，从而使该电路中的三极管导通，其集电极为低电平，使喇叭开始鸣叫，同时二极管发光，从而起到了对故障进行报警的作用[7]。

10. 液晶显示模块

本设计采用普通的128*32液晶，成本低，能很好的显示电压、电流、温度、频率四项参数。

11.系统测试

将示波器接到输出端，可以观察到标准的50Hz的正弦波波形，无明显失真。效率测试实际测得如下数据：

表11.2效率测试结果

电压（V） 电流(A) 功率(W)

输入 12.00 6.86 82.32

输出 218.50 0.35 76.56

可计算得。

输出电压测试结果：接入1K可调负载，输出电压可在222V到217V之间变化。

12 测试结果分析

经过测试后，题目的基本要求都已完成，各项指标完成较好。在输出功率为76.56W的情况下，效率达到了93%。同时该电源还具有短路保护，电压保护，过流保护等功能。

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础数字部分第五版[M].北京:高等教育出版社,2006:245-412

[2] 康华光.电子技术基础模拟部分第五版[M].北京:高等教育出版社,2006:54-521

[3] 秦曾煌.电工学第七版上册[M].北京：高等教育出版社，2009:9-212

[4] 陈永真.全国大学生电子设计竞赛硬件电路设计[M].北京：电子工业出版社，2009:213-251

[5] 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛模拟电子线路设计[M].北京：电子工业出版社，2004:1-146