1、 本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化单相逆变电源的设计一、课题研究意义及现状逆变电源技术已经日趋成熟，低压小功率的逆变电源已经被广泛应用于工业和民用场合中。与传统电源设备相比，逆变电源可靠性高、稳定度好、调节特优良，而且体积小、重量轻。随着电力电子技术的发展和对电气设备在性能上的要求，以及不同应用领域对电源的技术需要，各行业对电源的要求也在不断提高。近年来对新能源的开发利用，使得燃料电池、太阳能电池的使用越来越广泛，在新能源的使用过程中需要一个可靠的逆变系统将低品质电源变换为220 V50 Hz或110 V 60 Hz的交流电为用电设备供电。正弦波逆变器具有体积小、重量轻、输出波形好等
2、特点。本文的研究就是为了设计出一种可靠性高、体积小的单相正弦脉宽调制逆变电源。二、课题研究的主要内容和预期目标本次设计的主要内容如下：完成并且制作一种 PWM 波控制的单相 AC/AC 电源。具体要求如下：（1）要求采用 TMS320LF2406A 作为主控芯片，产生 PWM 波。（2）要求输出 AC 频率可调。（3）要求 PWM 波的控制算法为 SPWM。（4）电源主电路拓扑结构 AC/DC 整流环节 DC/AC 逆变环节组成。本设计要求完成主控模块的软硬件设计。三、课题研究的方法及措施1、检索相关文献，了解相关技术背景、成果及方案，并学习故障诊断的相关内容。2、在完成步骤 1 的基础上，学
3、习并掌握 TMS320LF2406A 各引脚的作用，运用该芯片产生 PWM 波。3、通过自己的学习与研究实现 AC 频率可调，当遇到自己不能解决问题的情况下请教老师的指导。4、学习 SPWM 的控制方法，对 PWM 进行控制。5、用 MATLAB 软件实现算法，完成仿真实验。6、技术文档总结，完成毕业论文。 四、进度安排毕业设计期限：自 2010 年 11 月 15 日至 2011 年 5 月 15 日。第一阶段（4 周）：分析课题方向，收集写课题的资料，完成开题报告、文献综述、外文翻译。第二阶段（6 周）：学习并了解单相逆变电源技术，开始撰写毕业论文。第三阶段（2 周）：对论文格式和观点进行
4、修改、准备答辩材料。5、参考文献1 陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统M.北京：机械工业出版社.2006，5.2 刘和平. TMS320LF240xDSP 结构原理及应用M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2002.3 刘凤君. 现在逆变技术应用M. 北京: 电子工业出版社, 2006.4 AZUAN BIN ALIAS.MODELING AND SIMULATION OF SINGLE PHASE INVERTERWITH PWM USING MATLAB/SIMULINKD.University MalaysiPahang ,2007-115 陆冬良.基于重复控制的单极性SPW
5、M逆变电源研究D.四川大学，2006-4-16 王树文 ，纪延超，马文川.中国电机工程学报J.2006 -9 (17):62-667 Zainal Salam.SPWM.EB/OL,2010-11-20.http:/encon.fke.utm.my/notes/SPWM.pdf8 朱代祥.单相正弦脉宽调制逆变电源的设计D.四川大学，2004-3-259 科达股份连续四涨停 IGBT概念暴涨分析EB/OL，2010-11-21.http:/ IGBT的介绍与应用EB/OL,2010-11-23. http:/www.sz- 冲式变压变频电镀电源的设计EB/OL，2010-11-27.http:/
6、 谭贵，廉士良.应用SA8381 实现的单相SPWM全数字控制逆变电源J现代电子技术2005 年（7 ）：65-6813 胡寿松.自动控制原理（第二版）M.科学出版社，2007-10毕业论文文献综述电气工程及自动化单相逆变电源摘要：电源是各种电子设备的核心部分，有如人体的心脏，是所有电类设备的动力。通过对逆变器的研究，单相 SPWM 逆变电路的建模，SPWM 的谐波分析，单相逆变主电路的了解，功率器件 IGBT 的掌握，MATLAB 的仿真模拟，逐步实现单相逆变电源的设计与制作，满足有一个直流输入到交流输出的过程。关键词：逆变器；IGBT；SPWM 控制1 引言逆变电源技术已经日趋成熟，低压小
7、功率的逆变电源已经被广泛应用于工业和民用场合中。随着电力电子技术的发展和对电气设备在性能上的要求，以及不同应用领域对电源的技术需要，各行各业对电源的要求也在不断提高。本文就如何设计单相逆变电源，由一个直流输入输出为交流的电源做一个简单的介绍。2 逆变器变频器或逆变器是一种将直流电源转换为交流电源的装置。逆变器从小型开关电源到应用计算机提供作用于大型电厂的运输大电力的电源都得以广泛的应用。这使得它们非常适合当你需要使用交流电源的工具或设备时使用 1。2.1 逆变技术的概述DC-AC 逆变器是将直流电能变换成交流电能的装置。逆变技术的种类繁多，大致可按照交流输出能量的去向、功率流动的方向、功率变换
8、的多少、输出与输入的电气隔、功率拓扑结构、组成功率电路的器件、占空比的控制方式、控制技术等分类。现代逆变技术是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体交流技术、脉宽调制技术（PWM） 、磁性材料等学科基础之上的一门实用性技术。3 SPWM 的简介3.1 单相 SPWM 逆变电路的建模在此所需的研究对象是工作在单极性 SPWM 模式下的单相全桥逆变电路，如图 3-1。与半桥逆变电路相比，全桥逆变电路的主要特点有：(1)既可以工作于单极性 SPWM 方式，又可以工作于双极性 SPWM 方式，而半桥电路只能工作于双极性 SPWM 方式；(2)当两者输入直流电压相同时
9、，全桥逆变电路输出电压基波最大时其有效值为 07Ud，半桥逆变电路输出电压基波最大时其有效值为为 0 354Ud(3)全桥逆变电路的开关管比半桥多一倍，损耗也大 2。图3-1 桥式变换器主电路图3.2 SPWM的谐波分析SPWM逆变电路可以使输出电压、电流接近正弦波，但由于使用载波对正弦信号波调制，也产生了和载波有关的谐波分量。这些谐波分量的频率和幅值是衡量SPWM逆变电路性能的重要指标之一，因此对SPWM波形的谐波分析有着重要的意义。特定消谐技术，波形重构技术，优化特定消谐技术， 正弦波脉宽调制等可极有效地减少输出波形的谐波含量所以被广泛地应用在逆变电源的各个部分进行谐波的消除和电压的调节
10、3。4 脉宽调制通过脉宽调制虽然电压总谐波失真改善不显着，但目前的总谐波失真将大大提高，因为负载通常有一些过滤效果.如果一个低通滤波器装有逆变器输出电压，以改善总谐波失真，高次谐波的频率是可取的 4。4.1脉宽调制的现状目前中小功率的逆变电路几乎都采用 PWM 技术，PWM 逆变电路也可以分为电压型和电流型两种。根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算 PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得所需 PWM 波形，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，其结果都要变化。5 单相逆变电源的主电路图3 一 1为桥式变换器的主电路。桥对角的两个功率MOS管作为一组，每组同时接
11、通或断开，两组开关轮流工作，在一个周期中的短时间内，四个开关将处于断开状态。四个开关导通( 或关断)占空比值均相等。在给T1、T4加触发脉冲，这两个 MOS管导通，电流流过T1的漏极，经过输出滤波电路回到T3的漏极。当T3 、T2加触发脉冲时，此时T1、T4的触发脉冲消失，T3和 T2这两个MOS 管导通，但不能立即导通，先经过D3 、D2续流，等电流下降到零时再开始导通。另外，这四个二极管还有限制过电压的作用 5。6 IGBT 的介绍6.1 IGBTIGBT，绝缘栅双极型晶体管，是由 BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有 MOSF
12、ET 的高输入阻抗 GTR 的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域 6。IGBT 和功率 MOSFET 同样，虽然在门极上外加正电压即可导通，但是由于通过在漏极上追加 P+层，在导通状态下从 P+层向 N 基极注入空穴，从而引发传导性能的转变，因此它与功率 MOSFET 相比，可以得到极低的通态电阻 7。6.2 功率器件IGBT的驱
13、动IGBT 的驱动条件与其特性密切相关。在设计门极驱动电路时应特别注意开通特性，负载短路能力和误触发等问题。对驱动电路总的要求包括以下方面：1、IGBT 驱动电路与 IGBT 的连线要尽量短；2、用内阻小的驱动源对栅极电容放电，以保证栅极控制电压有足够陡的前后沿，使 IGBT 的开关损耗尽量小3、IGBT 的栅极驱动电路应尽可能简单实用，最好自身带有对 IGBT 的保护功能，并有极强的抗干扰能力 8。6.3 功率器件IGBT的保护使用集成电路时应注意以下几个方面：1、IGBT 的栅极与射极驱动回路线一定要小于 1 m；2、IGBT 的栅射驱动接线应用绞线；3、在 IGBT 应用中，关键的技术之
14、一是过流保护， 他不仅直接关系到IGBT 器件本身的工作性能和运行安全,，而且影响到整个系统的性能和安全。I GBT 应用的失败, 很大程度上取决于过流保护系统设计的优劣 9。7 MATLAB仿真模拟在课题进行到实际操作时，可以进行 MATLAB 仿真模拟，MATLAB 是一种数值计算型科技应用软件，它具有编程简单直观，用户界面友善，开放性强等优点，由此，在国际上很快推广应用，MATLAB 具有强大的数值计算与符号计算功能，以及强大的数据可视化，人机智能交互能力，其发展不断推陈出新，对控制系统的建模，分析和设计提供了一个完整的解决方案，主要功能是：系统建模、系统分析、系统设计、通过 MATLA
15、B 的系统设计，分析和建模更有效的分析了计划的可行性，为之后的工作进展提供了有力的支持 10。结论随着电力电子技术的不断发展，通过好的控制方法，电力电子器件性能的提升和软件仿真模拟的日趋完善，相信，单相逆变电源的发展能更好的满足各行各业对于高性能电源的要求。参考文献1 AZUAN BIN ALIAS.MODELING AND SIMULATION OF SINGLE PHASE INVERTER WITH PWM USING MATLAB/SIMULINKD. University Malaysia Pahang ,2007-11.2 陆冬良. 基于重复控制的单极性SPWM逆变电源研究D.四川
16、大学，2006-4-1.3 王树文，纪延超，马文川.中国电机工程学报J.2006 -9 (17):6266.4 Zainal Salam.SPWM.EB/OL,2010-11-20.http:/encon.fke.utm.my/notes/SPWM.pdf5 朱代祥. 单相正弦脉宽调制逆变电源的设计D.四川大学，2004-3-25.6 科达股份连续四涨停 IGBT概念暴涨分析EB/OL ，2010-11-21.http:/ IGBT的介绍与应用EB/OL,2010-11-23. http:/www.sz- 冲式变压变频电镀电源的设计，2010-11-27.http:/ 谭贵，廉士良.应用SA8
17、381 实现的单相SPWM全数字控制逆变电源 J现代电子技术2005 年（7 ）：656810 胡寿松.自动控制原理（第二版） M.科学出版社，2007-10.毕业设计（20_ _届）车载逆变电源设计摘 要汽车由最原始的代步方式转变为生活必需品，现在又开始由生活必需品向享受生活的层面过渡了，人们在车子里听音乐、看电视、手机充电、车用影响、手提电脑，如此种种，则车载逆变电源的性能的要求就变得越来越高了。逆变电源指通过开通和关断半导体功率开关器件，把直流电能转化成交流电能的一种电力电子变换器，它是电源系统的重要组成部分。在逆变电源中综合了电力电子技术，数字电子技术，单片机技术，PWM 控制技术等学科。这里通过汽车蓄电池 12V 经过二次变换，即通过 DC/DC 的升压 Boost 电路和 DC/AC 的单相全桥逆变电路，最后经 LC 滤波输出为 220V 的 50HZ 交流电驱动负载。在此过程中通过集成芯片 UC3524 来实现 PWM 的控制，有效的对 MOS 管的通断控制，使得电路更简单，可靠性更高，噪声更小。关键词：DC/DC 升压；DC/AC 逆变；PWM 控制；UC3524 芯片
