1、目录第一章 概述 .1第二章 设计总体思路 .51 总体框架图 .52 设计的原理和思路 .63 局部电路 .7(1)电压型逆变电路 .7(2)电流型逆变电路 .8(3) 全桥正弦逆变器 .9第三章 主电路设计 .121 主电路概况 .122 主电路局部电路介绍 .131)、电网滤波 .132)、浪涌电流抑制电路 .133)、整流滤波 .144)、DC AC 变换 .145)、高频变压器选择 .176)、输出整流滤波电路 .177)、主电路保护 .18第四章 控制电路设计 .191. 主控制芯片介绍 .19IR2110 外部引脚封装图 .212. 驱动电路设计 .211) 驱动电路概念 .21
2、2) PWM 产生电路 .223) 驱动电路的设计 .233. 过零检测及续流触发电路 .244. 控制保护电路设计 .25第五章 总结与心得 .26附录 总电路图 .28参考文献 .291第一章 概述摘要：研 究 了 一 种 新 型 开 关 电 源 的 设 计 。 它 采 用 移 相 全 桥 PWM 控 制 电 路 ， 输 出 较 大 的 功 率 ， 并 具 有 体 积 小 、 重 量 轻 、开 关 频 率 高 等 优 点 。 给 出 了 各 部 分 相 应 的 电 路 图 ， 并 进 行 了详 细 的 介 绍 。关键词：高 频 软 开 关 ； 开 关 电 源 ； 高 频 变 压 器 PWM
3、 电路引言：近年来，随着航空、航天和计算机事业的发展，对电源在体积、重量和效率等方面提出了越来越高的要求。开关电源就是在这种情况下发展起来的一种小型电源。它具有体积小、重量轻、频率高、成本低、效率高等一系列优点。同时，由于它的线路简单，可靠性高，而被广泛地应用于航空、航天和电子计算机等方面。一切电子设备都离不开电源提供能量，随 着 电 子 技 术 的 发展 ， 电 子 系 统 的 应 用 领 域 越 来 越 广 泛 ， 电 子 设 备 的 种 类 也 越来 越 多 ， 对 电 源 的 要 求 更 加 灵 活 多 样 。 逆变是对电能进行变换和控制的一种基本形式。现代逆变技术是综合了现代电力电子
4、开关器件的应用、现代功率变换、 PWM 技术、频率及相位调制技术、开关电源技术和控制技术等的一门实用设计技术。电源的发展也随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整正弦波逆变电源是连续控制的线性正弦波逆变电源 。这种传统2正弦波逆变电源技术比较成熟,并且已有大量集成化的线性正弦波逆变电源模块,具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点、但其通常都需要体积大且笨重的工频变压
5、器与体积和重量都不得和很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有 45%左右。另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以需要采用大功率调节器整管并装有体积很大的散热器,很难满足现代电子设备发展的要求。在近半个多世纪的发展过程中，正弦波逆变电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛的应用，正弦波逆变电源技术进入快速发展期。正弦波逆变电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。它的功耗小，效率高，正弦波逆变电源直接
6、对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器，此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此正弦波逆变电源具有重量轻、体积小等优点。另外，于功耗小，机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为 220V10%,而正弦波逆变电源在电网电压在 110260V 范围变化时,都可获得稳定的输出阻抗电压。正弦波逆变电源的高频化是电源技术发展的创新技术,高频化带来的效益是使正弦波逆变电源装置空前的小型化,并使正弦波逆变电源进入更广泛的领域,特别是在高新技术领域的应用,扒动了高新技术产品的小型化
7、、轻便化。另外正弦波逆变电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。3目前市场上正弦波逆变电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用 MOSFET 的正弦波逆变电源转抽象频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路,这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高正弦波逆变电源的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。正弦波逆变电源技术追求和发展趋势可以概括为以下四个方面：小型化、薄型化、轻量化、高频化开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容
8、）决定的，因此正弦波逆变电源的小型实质是就是尽可能减小其中储元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是正弦波逆变电源的主要发展方向。高可靠性正弦波逆变电源的使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高的可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。低噪声开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采
9、用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。采用计算机辅助设计和控制采用 CAA 和 CDD 技术设计最新变换拓扑和最佳参数,使正弦波逆变电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。正弦波逆变电源的发展从来4都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展功率 MOSFET、IGBT 等新型高速器件,开发高频用的低损磁性材料,改进磁元件的结构及设计方法,提高滤波电容的介电常数及降低其等串联电阻等
10、,对于正弦波逆变电源小型化始终产生着巨大的推动作用。总之，人们在正弦波逆变电源技术领域里，边研究低损耗回路技术，边开发新型元器件，两者相互促进并推动着正弦波逆变电源以每年过两位数的市场增长率向小型、薄型、高频、低噪声以及高可靠性方向发展。5第二章 设计总体思路1 总体框架图驱动电路UC3842 脉宽调制电路输出 220V交流电误差比较次课程设计要求输入 315V 直流，输出220V 交流，主电路采用单相桥式逆变电路，对高频开关器件常用PWM 波控制，要产生正弦波可采用 SPWM 控制方法，通过控制电力电子器件 MOSFET 的关断来控制产生交变正弦波电压。控制电路主要实现产生 SPWM 波，设
11、计要求选用 UC3842 电流控制型 PWM 控制器产生控制脉冲。而 UC3842 实质上是通过输入的两路波进行比较，输出比较后形成的脉冲波，鉴于 UC3842 的这一特征，可输入 315V直流电逆变电路 滤波电路6以通过输入正弦漫头波和锯齿波进行比较得到所需的正弦波控制脉冲。正弦波产生器的设计有多种方法，本次课程设计采用 555定时器多谐振电路产生方波经过滤波产生正弦波的方法作为正弦波产生器，再经过整流，使之成为正弦漫头波。锯齿波的产生电路比较简单，可以直接利用 UC3842 内部提供的谐振器加入外围电阻电容产生。此外电路要求输出的正弦波幅度可调，此时就需要使加入的正弦波漫头波幅值可调，此可
12、以通过一加法器使之与设置电压相叠加产生电压可变的正弦电压。主电路和控制电路的一些中间环节都是需要滤波的，由于产用 SPWM 控制，主电路的谐波成分较少，可以通过简单的 RC 无源滤波。控制电路中的方波要变成较为标准的正弦波，要滤去的谐波成分就要多得多，可以采用有源滤波，且可以通过积分环节使方波变成比较好的正弦波。由于设计出来的电路是作为电源用的，对电源电流、电压检测就显得非常有必要了，可以通过从电源负载取出电流信号作为UC3842 的关断信号，从而实现主电路的限流作用。要实现电流、电压的稳定，则可以通过取出的电流、电压信号与控制电路构成闭环控制来实现。为了不至使电路结构过于复杂，只设计了简单的
13、电压反馈环使电压基本能跟随给定维持恒定。72 设计的原理和思路图 2 正弦波逆变电源的组成框图该电路采用他励式,2 管双推动输出脉宽调制方式输出电压为220V,输出电流 2A,有欠压、过压和过流等多重保护功能。该正弦波逆变电源控制级的核心部件是 PWM 脉宽调制电路UC3842。83 局部电路(1)电压型逆变电路可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压。各栅极信号为 180 正偏， 180 反偏，且 V1 和 V2 互补，V 3 和 V4互补关系不变。V 3 的基极信号只比 V1 落后 q ( 0q 180)，V3、V 4 的栅极信号分别比 V2、V 1 的前移 180-q， uo
14、成为正负各为 q 的脉冲，改变 q 即可调节输出电压有效值。图 2.1 电压型逆变电路电压型逆变电路的特点(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同(3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。9(2)电流型逆变电路直流电源为电流源的逆变电路电流型逆变电路。一般在直流侧串联大电感，电流脉动很小，可近似看成直流电流源。交流侧电容用于吸收换流时负载电感中存贮的能量。电流型逆变电路主要特点：(1) 直流侧串大电感，相当于电流源。(2) 交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因负载不同而不同。(3) 直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。换流方式有负载换流、强迫换流。VT1VT4 是桥式电路的 4 个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。VT1、VT4 闭合，VT2、VT3 断开时，负载电压 uo为正 VT1、VT4 断开，VT2、VT3 闭合时，u o为负，把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。图 2-2 电流型逆变电路及其波形
