逆变电源的设计

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逆变电源的设计范文第1篇

摘要：本文针对大功率逆变电源系统主电路的研究和设计，提出了一种基于PWM控制器件SA4828和51单片机的控制电路，用于产生和调节一系列的控制脉冲来控制逆变开关的导通和关断，从而配合逆变主电路完成逆变功能。与传统的SPWM技术相比：SA4828可以提供高质量、全数字化的三相脉宽调制波形，并能实现精确控制，以构成性能优异的逆变系统。用51单片机作为处理器，即能满足系统的控制要求，又降低了成本，系统结构简单，元器件少，成本低且系统更加稳定。

关键词：逆变电源 单片机 SA4828

0 引言

目前，大功率逆变电源的设计方法不一，控制电路也不相同，但基本上都是基于现代逆变系统的基本结构，通过不同的电路设计，来提高系统的可靠性及抗干扰能力。本文介绍如何利用PWM控制器件SA4828和51单片机设计控制电路，产生和调节逆变系统所需要的驱动脉冲。

1 逆变系统概述

逆变系统是以燃料发电机不稳定的电能输出（即粗电）作为变换对象，经过电力电子变换，变换为满足用电需求的稳定的交流电能输出（即精电）。逆变系统的核心毋庸置疑是完成逆变功能的逆变电路，此外逆变系统还需要产生和调节驱动脉冲的电路及控制电路，还要有保护电路，辅助电源电路，输入电路和输出电路等。这些电路构成了逆变系统的基本结构，其系统结构图如图1。本文主要研究设计控制电路模块。

2 控制电路系统硬件设计

控制电路的功能是按要求产生和调节一系列的控制脉冲来控制逆变开关的导通和关断，从而配合逆变主电路完成逆变功能。在逆变系统中，控制电路和逆变电路同样重要。整个控制器由微处理器和SPWM发生器组成。在此采用AT89S51单片机作为主控制器，SPWM波的产生选择了专用集成芯片SA4828，输出采样和TL431精准电压比较。单片机通过对电压电流的采样，A/D转换为数字量的形式传入单片机，通过适当的算法来控制SA4828的PWM波的输出，达到控制逆变开关的导通和关断的目的。硬件连接方案如图2。

3 控制系统软件设计

对SA4828的控制是通过微处理器接口将数据送入芯片和两个寄存器（初始化寄存器和控制寄存器）来实现的。初始化寄存器用于设定与逆变器有关的一些基本参数，这些参数在PWM输出端允许输出前初始化，逆变器工作以后不允许改变。

图3给出了程序流程图，从程序流程图中可看出：单片机先将SA4828复位，在向其传送初始化参数和控制参数之后SA4828即可输出PWM波形，逆变器随后将处于工作状态，这时单片机应不断查询输出状态，以便随时调整PWM输出特性，以满足系统要求；只要系统工作正常，看门狗定时器就不断被更新，以防止其溢出而中断PWM输出。

4 结论

与Mitel公司的先前产品SA828相比，SA4828具有增强型微处理器接口，可与更多的单片机兼容。将调制波频率的分辨率提高到16位。由于采用了可由用户选择的三相幅值独立控制方式，因而使得三相逆变器可 用于任意不对称负载。有三种可供选择的输出波形，适用于多种应用场合。可提供软件复位功能。内置“看门狗”定时器以加强监控，从而提高了可靠性。系统以51单片机为控制核心，与高端处理器相比，即满足了系统控制要求又降低了成本。该系统设计简单，控制电路使用器件少，即降低了成本、又提高了系统可靠性。

参考文献：

[1]陈桂友，孙同景等.单片机原理及应用[M].山东大学，2006

逆变电源的设计范文第2篇

关键词：高频逆变电源； 变压器； 氙灯； 555时基芯片

中图分类号：TN71034； TM91 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2012)10014903

基金项目:云南省社会发展基础研究面上资助项目（2008CD111） 氙灯作为一种高功率强光源，有着广泛的用途，其主要原理是通过光源内部的高频逆变电路，为高压氙灯提供稳定的高压电源。文中设计了一个高频逆变电源电路用以实现同样的功能。

1 电路结构与原理

1.1 555单稳电路

555单片机时基电路是一个高度稳定的控制器,能产生精确的时间延迟或振动的条件。在时间延迟模式的运作, 时间是由一个外部电阻和电容精确控制的。在一个稳定的操作中,振荡器、自由运行频率和责任周期都是由两个外部电阻和一个电容精确控制的。电路可以被下降的波形触发与重置。

将555电路的6，7脚并接起来接在定时电容C上，用2脚作输入就成为脉冲启动型单稳电路。电路的2脚平时接高电平，当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路，如图1所示。下面分析它的工作原理：

（1） 稳态：接上电源后，R=1，S=1，输出Vo=0，D端接地，C上的电压为0即R=0，输出仍保持Vo=0，这是它的稳态。

图1 单稳态操作（2） 暂稳态：输入负脉冲后，输入S=0，输出立即翻转成Vo=1，D端开路，电源通过RA向C充电，暂稳态开始。经过时间TD后，C上电压上升到大于2/（3VCC）时，输入又成为R=1，S=1，这时负脉冲已经消失，输出又翻转成Vo=0，暂稳态结束。这时内部放电开关接通，D端接地，C上电荷很快放到零，为下一次定时控制作准备。电路的定时时间TD=1.1RAC。这两种单稳电路常用作定时延时控制。

1.2 电路原理

根据555芯片设计了电源电路，并画了PCB板图进行实物焊接。焊接完成后，进行实际调试过程中不断出现一些问题，如变压器T1刚开始只能够输出预想电压的一半（350~450 V）；还有功率管经常在接上电源数分钟后就会发烫，检测后发现是震荡频率不够，减小其左边电感L1即可。在调试过程中，经过不断修改完善，最终达到预想功能。图2为电路原理图。

图2 电路原理图 电路中，U3和U5都采用NE555D芯片。其中U3采用555单稳电路，U5则为555多谐振荡电路，U5的输出端（3脚）为U3提供周期性矩形脉冲。整个电路通过U3产生的脉冲调制信号来控制Q4的导通与截止，从而实现Q1的导通与截止。从而在变压器T1中第1脚和2脚之间的绕组之间产生了交变的电流信号，再通过变压器的电压变化实现960 V和120 V的交流电压输出。再通过同步脉冲控制C19的充电和放电实现变压器T2的二次升压实现输出7 000 V的交流信号输出。最后960 V和7 000 V的输出电压通过耦合电路对高压氙灯进行点火。

图3为电路实物图。

频率计算公式：f=1/(1.1RC) 占空比计算公式：q=(R1+R2)/(R1+2R2) 经实际调试，得到占空比为3/4；频率为104 Hz。

1.3 电路模块分析

图4中，R25为限流电阻，R23为Q6的e极和b极间偏置，R10为Q5的e极和b极间偏置；C26及C25起抗干扰作用；电路工作原理为当Q5的b极得到D2送来的电压，Q5导通；此时产生Ic5，并且向Q6提供Ib，则Q6的c极便有Ic6，则Ic6为Q5提供b极电流，完成Q5与Q6轮流导通，使R25右端电压为0 V，此时D11将G 极的电压设定为0.7 V。R24,THC1为降压电阻和热敏电阻；其作用为温度传感元件。实现功率管Q1过热的保护信号。

图5为电路转换模块，其中Q4及SCR1构成同步电路。对于Q4，当同步脉冲信号到来时使Q4导通，则关闭了Q1的驱动脉冲。对于SCR1：构成C19和T2连接电路的充放电控制。当同步信号到来时，有C17将脉冲耦合到SCR1的触发端，实现SCR1的导通，将C19进行放电。同步脉冲信号的作用是使电源停止工作，同时完成C19的放点控制。无后步脉冲时电源工作，对C19充电（由D4完成）。

图3 电路实物图

图4 电路保护模块

图5 电路转换模块电路稳压模块通过采样电路（R14,R15,R16,R17,R30）电阻的分压，将采样电压反馈到电压比较器U2B（LM358D）的同向输入端与U1（TL431）产生的基准电压进行误差放大，从而实现稳压输出960 V和120 V的目的。如图6所示。

由T2得到的7 000 V电压与T1输出的960 V电压进行耦合点火，以点亮高压氙灯。如图7所示。

2 逆变电源变压器

在整个电路中，起核心作用的便是变压器T1。通过它才能得到960 V的电压输出。在本文中，变压器T1需将12 V输入电压变压为120 V和960 V的输出电压。如图8所示。

图8(a)中：从上到下，按逆时针顺序，引脚分别为1~9脚。11线并绕，从5脚进，7脚出，逆时针绕17圈，线径为0.11 cm。从3脚进，2脚出，逆时针，11圈，线径为0.16 cm。从1脚进，绕78圈，从8脚出来，逆时针，线径为0.11 cm。从8脚进，绕452圈，9脚出线，逆时针，线径为0.11 cm。要求8脚和9脚引出的线要保持足够间距，避免产生火花。

图6 电路稳压模块

图7 电路点火模块

图8 变压器（T1）

3 结 语

采用基于555时基芯片的高频逆变电源电路，设计并实际制作出了一款简便实用的便捷式氙灯照射器。文中对电源电路进行了设计，并在调试工程中进行了多次修改改进，使照射器工作趋向于稳定可靠，增加其用途广泛性。

参 考 文 献

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逆变电源的设计范文第3篇

关键词： 电流源型三相逆变器； 电流空间矢量； 双向拓扑； 软开关

中图分类号： TN710?34； TM461 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）01?0157?06

0 引 言

电力电子变换技术在工业自动化、智能交通、输电配电、节能降耗、环境保护治理等方面起到了巨大的推动作用[1]。特别是近年来随着世界各国工业和科技的迅速发展，电力电子变换技术正在快速更新，其对人类社会的影响与日俱增。在采用独立运行逆变器供电的应用场合中，随着用电设备的增加，对逆变器的功率等级与可靠性的要求也随之增高[2]。

国内在功率变流领域方面的研究起步较晚，与发达工业国家相比尚有较大的差距。迄今为止，国内外学者对电流源型三相逆变器的研究相对电压源型三相逆变器来说要少得多。在此背景下，本文对电流源型三相逆变器进行系统的研究包括：数学模型的建立与分析，电流空间矢量控制技术，电流双向流动拓扑与控制，新型软开关拓扑及其控制方法。该研究对提升我国电力电子装备技术具有重要的意义。

4 结 论

围绕电流源型三相逆变器进行系统的研究，提出了一种新型的应用于电流源型三相逆变器中的软开关拓扑，明确了其控制逻辑，分析其各个模态的电压电流特征和工作的波形图。在电流空间矢量控制下进行总体仿真，仿真结果验证了拓扑及其控制方法的可行性。软开关电路的加入，基本实现了预期的功能，使主开关管能够实现软化；但是仍然存在一个问题：增加的两个辅助开关管，VT1的导通、VT2的导通和关断，可以实现软化，但是VT1不能实现软开关关断。相当于以牺牲一个辅助开关管关断损耗为代价，换取了大功率主开关管的开关状态软化。由于新型软开关拓扑中辅助开关管不能实现完全软化，后续工作还可以进一步研究，使得所有开关管都能工作在软开关状态。

参考文献

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逆变电源的设计范文第4篇

关键词： Matlab； 逆变源； 建模仿真； 双环控制

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）16?0164?03

0 引 言

随着太阳能、风能等可再生能源的发展，分布式发电以其环境污染少、能源综合利用率高、供电可靠等优点，逐渐成为了各国家竞相研究的热点，在美国、欧洲等技术成熟的国家和地区，以将其广泛应用在微电网中[1?3]。逆变电源作为一种有效的电力供应源，成为了微电网的重要组成部分，并在微电网的研究和实施中得到了广泛的应用。设计的基于PWM的孤立逆变电源，其控制模型采用电压外环和电流内环双环控制策略，电压外环和电流内环均采用PI控制方式。应用Matlab软件建立实验模型进行仿真，通过仿真验证了控制系统设计的合理性，以及双环控制策略的应用效果，分析仿真结果证明了系统设计的合理性和有效性。

1 PWM逆变器的电路结构和工作原理

在交?直?交变频器中，通常要求直流电路采用可控硅整流电路，如图1（a）所示。逆变输出的电压[Uo]的大小可以通过改变[Ud]的大小来控制。通过对逆变器触发电路频率的控制，可以改变输出电压[Uo]的频率。但是，这种变频电路存在有缺陷：如果输出的交流电压为含有较多谐波的矩形波，这无论是对负载或是交流电网都是不利的；如果输出功率用相控方式来调节，就会使输入功率因数降低，同时由于有滤波大电容存在于中间直流环中，使得调节输入功率时惯性较大，系统响应缓慢。

为解决上述缺陷，可以采用如图1（b）所示的变频电路。这种电路通常称为PWM（Pulse Width Modulation）型变频电路，其基本的工作原理是对逆变电路中开关器件的通断进行有规律的控制，使输出端得到等幅不等宽的脉冲列，并用这些脉冲列来替代正弦波。按要求的规则对脉冲列的各脉冲宽度进行调制，既可改变电路输出电压的大小，又可以改变输出电压的频率[4?5]。

2 孤立逆变源双环控制策略

如图2所示，为设计的基于PWM孤立逆变源的电压电流双环控制原理图。控制外环为电压控制环，电压[Vabc]的反馈值由测量模块2测得，并与给定的参考值进行比较，误差信号经过PI控制器调节后作为电流内环基准；控制内环为电流控制环，由测量模块1测得的反馈的电流值[Iabc1]与电流基准进行比较产生的误差信号，经过PWM发生器离散化之后产生PWM控制信号[6]。

PI控制器是具有比例?积分控制规律的控制器，其框图如图3所示，其控制规律是指控制器的输出信号[ut]既反映输入信号[et]，又反映[et]对t的积分，即：

[ut=kPet+kPTI0tetdt]

式中：[kP]为可调比例系数，[TI]为可调积分时间常数。

在控制工程实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能[7]。PI参数的准确设置，对控制效果至关重要，可调积分时间常数[TI]会影响系统达到稳定的时间和稳定性，可调比例系数[kP]会对系统的响应时间产生影响。在本文设计的孤立逆变源中，利用工程整定的方法，对外环电压反馈值[vabc]进行调节的PI调节器，其参数整定值为：[kP]=0.25，[TI]=300；对内环电流反馈[Iabc1]进行调节的PI调节器，其参数整定值为：[kP]=1.25，[TI]=1。

3 仿真结果

根据控制方案，设计的孤立逆变源的建模仿真使用Matlab?Simulink?SimPowerSystems软件平台来完成。仿真时间设定为0.3 s，仿真数据均采用标幺值，仿真模型如图5所示。设计的电压外环和电流内环的PI控制模型分别如图6、图7所示。

模型仿真的主要参数如表1所示。

3.1 逆变源仿真结果

根据表1的参数设置进行建模仿真，仿真开始后，逆变电源在很短暂的时间就达到了稳态运行，经测量模块2测量输出的电流[Iabc]和电压[Vabc]，测量模块1测量输出的电流[Iabc1]，以及调制系数m的输出波形如图7、图8所示。

表1 仿真模型主要参数

逆变电源运行达到稳态后，由图7输出的电压和电流波形分析可知，逆变电源达到稳后的运行状态非常稳定，达到了预期的效果。由图8可知，调制系数m在经过短暂的震荡之后收敛到0.85～0.9稳定的区间，表明了调制控制的稳定性。

3.2 电压控制PI仿真结果

逆变电源运行达到稳态后，电压外环控制模块的PI调节的输入信号及经过PI调节后的输出信号如图9所示。由图9的输出波形可知，输入到PI的Vd，Vq信号经过短暂的波动收敛到0，并输入到PI调节器中，经PI调节器调节后输出较为稳定的误差信号，作为电流内环控制的基准信号，保证了电流内环控制的稳定性。

调节前的输入波形

3.3 电流控制PI仿真结果

逆变电源运行达到稳态后，电流内环控制模块经过PI调节后的输出Vd，Vq和电压Uabc的波形如图10所示。在电流内环调节中，电流经d?q变换得到信号与经电压外环控制后输入的基准信号作比较，比较结果作为电流控制环的PI调节输入信号，经PI调节后输出稳定的控制信号Vd，Vq，如图10所示，输出信号经过短暂的震荡收敛到了一个稳定的状态，表明了电流内环控制系统稳定性。输出的电压Uabc作为PWM发生器的输入信号，经过PWM发生器离散化之后产生PWM控制信号，形成一个闭环控制系统，保证了整个控制系统的稳定运行。

4 结 语

分布式发电作为高效、清洁的发电方式，以其具有投资少、可与环境兼容等优点，在微电网中得到了广泛的应用。逆变电源作为微电网的重要组成部分，其设计运行的稳定性、有效性和可行性，直接会影响到整个微电网供电的电能质量。设计的电压外环和电流内环双环控制的逆变电源，电压外环可以增加系统的稳定性和消除静态误差，电流内环可以提高系统的快速性和动态特性。采用PI控制策略，利用Matlab软件建立了实验仿真平台。仿真结果表明，设计的逆变电源具有很好的稳态性能和动态性能，控制系统设计合理稳定，参数的选择合理有效。

参考文献

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逆变电源的设计范文第5篇

关键词：单端反激电路；逆变电源；回馈技术

中图分类号：TM46 文献标识码：A

逆变电源通常是由两级组成，其中前级的DC/DC电路的主要功能是将电池的电压转换成350V左右的直流电压，后级DC/AC电路的主要功能是将350V的直流电压转换为220V的交流电压，在这些逆变电源中，前级电路通常所供电压比较低，但是输入的电流比较大，这会导致功率管导通压降高，损耗比较大，导致电源的效率比较低，其电路形式多种多样，其中的单端反激电路具有效率高、控制方便、电路简单的优点，本文就主要对其中的单端反激电路予以简单分析。

一、逆变电源中的常规单端反激电路的结构

相对于其他形式的单端反激电路，常规形式的单端反激电路的导通压降比较高，损耗比较大，这会导致其可靠性与效率降低，并且该电路还具有一个明显的缺陷就是：当功率管VT截止时，变压器初级的反峰能量容易被R1、C1及VD1所组成的吸收电路所消耗掉，并且在输出功能相同的情况其损耗是比较大的，该单端反激电路的结构图如图1所示。

二、逆变电源中的多管并联的单端反激电路结构

多管并联的单端反激电路最主要的特点是其主功率电路应用了四只功率管并联，这使得在每个功率管上通过的电流仅为应用单管时的1/4，那么这会直接将功率管的导通压降下降至单管应用时的1/4，这能够有效的减少功率管上的消耗，使得功率管的效率明显提升，其结构图如图2所示。

三、逆变电源中的应用能量回馈技术的单端反激电路结构

应用能量回馈技术的单端反激电路主要由电感L1、电容C2、二极管VD1、二极管VD2共同组成了变压器的初级反峰吸收电路，这会导致输入电容C1上反馈大部分的反峰能量，对于减少能量损耗，提升电路工作效率具有非常重要的作用，其电路结构图如图3所示，波形图如图4所示。

对该电路的工作原理进行简单分析：（1）t0～t1阶段的工作原理表现为：当处于t0时刻时，功率管截止，功率管输出电容C0、电容C2、漏感Lk、初级电感L开始谐振，这能够促使C2上的电压值快速的达到U0（N1/N2），之后次级二极管会导通，并会将初级电压钳位到U0（N1/N2），并且初级电感L会退出谐振，直到t1时刻Ik的值变为0，并且C0与C2上的电压值会达到最大，也就是说开关管电压US会达到最大值（UIN+Uc2MAX）；（2）t1～t2阶段，功率管输出电容C0、电容C2、漏感Lk会继续谐振，并且电感L1会参与到谐振当中，这时C0与C2会回馈给输入电容C1一定的能量，并且会为L1补充相应的能量，一直到t2时刻谐振停止，这时C2电压值又会下降至U0（N1/N2）；（3）t2～t3阶段，当t2时刻到来时， 电感L1会向输入电容C1中回馈能量，这时C2上的电压值会被钳位在U0（N1/N2），开关管C0上的电压值为UIN+U0（N1/N2），并且二者的值在t3时刻到来之前，不会出现变化，直到L1中的能量释放完毕；（4）t3～t4阶段，在该阶段中， 由于开关管是完全截止的，因此C0与C2上的电压会继续保持不变；（5）t4～t5阶段，功率管在处于t4时刻时，已经导通，这时电压US会开始下降，C0会通过开关管开始放电，并且能够在短时间内放电完毕，这时L1与C2会开始谐振，也就说把C2中的能量转移到L1中，当处于t5时刻时，L1中的电流会达到最大值，这时功率管完全导通；（6）t5～t6阶段，处于t5时刻时，L1主要是通过VD1与VD2为输入电容C1回馈能量，并会给C2充电，使其值达到-UIN；（7）t6～t7阶段，在该阶段中，功率管继续处于完全导通的状态。

上述过程中就是应用能量回馈技术单端反激电路的一个完整的工作周期，从其工作过程中可以看出，变压器漏感中的能量大部分会被回馈至输入电容C1中，这会直接提升电源效率，具有良好的应用价值。

四、多路输出单端反激电源

单端反激式变换器的电路通常是由输入整流滤波电路、输出整流滤波电路、功率变换电路等组成，其系统结构图如图5所示。

从图5中可以看出，PWM控制电路与单端反激式变换电路是其主要的两个组成部分，在开展该开关电源的设计过程中，最主要的目的是为了能够将输入的交流电经过整流滤波之后的直流电压转换成为5V及±15V的三路输出，以便于其能够很好的实现对负载的供电，在实施控制的过程中，其控制思路主要表现为：将电流反馈部分加入到电压反馈的大闭环中，以便于其能够参与到动态调节中，从而形成有效的双环控制，在实际应用中，其具体的操作步骤为：对电压信号与电流信号进行采集之后，应用PWM控制器来对开关管的通断实施控制，然后对变换器中的峰值电流实施调节，以便于有效的改善输出电流，使其能够很好的满足设计要求。

在该系统中应用 了电压电流双闭环控制，当整个电路正常工作时，UC2844的供电是通过反馈绕组来实现，并且会将反馈电压通过分压电阻之后送入到UC2844中，在将其与基准电压实施比较之后，再通过误差放大器进行放大处理，将输出信号与电流反馈环的反馈信号进行比较之后，再对占空比进行调节，这能够有效的保持输出电压的稳定，在实际的应用中，应用这种控制方式，能够有效的解决负载电流变化率较高的问题，这不仅有利于提升系统运行的安全稳定性，同时还能够有效的提升系统的动态响应速度，具有良好的应用效果。

结语

在实际的应用中，电池供电或者是发电机供电的低压输入逆变电源，大多应用的是单端反激多管并联及能量回馈技术实现的前级DC/DC 该种形式的前级与其他形式的前级相比具有可靠性高、效率高、控制方便、电路结构简单等诸多的优点，这使得其在实际应用中具有良好的应用性能，本文就主要对逆变电源中各种不同形式的单端反馈电路的结构形式进行了简单分析，对于实际的逆变电源的设计具有一定的参考价值。

参考文献