逆變電源的設計

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逆變電源的設計范文第1篇

摘要：本文針對大功率逆變電源系統主電路的研究和設計，提出了一種基于PWM控制器件SA4828和51單片機的控制電路，用于產生和調節一系列的控制脈沖來控制逆變開關的導通和關斷，從而配合逆變主電路完成逆變功能。與傳統的SPWM技術相比：SA4828可以提供高質量、全數字化的三相脈寬調制波形，并能實現精確控制，以構成性能優異的逆變系統。用51單片機作為處理器，即能滿足系統的控制要求，又降低了成本，系統結構簡單，元器件少，成本低且系統更加穩定。

關鍵詞：逆變電源 單片機 SA4828

0 引言

目前，大功率逆變電源的設計方法不一，控制電路也不相同，但基本上都是基于現代逆變系統的基本結構，通過不同的電路設計，來提高系統的可靠性及抗干擾能力。本文介紹如何利用PWM控制器件SA4828和51單片機設計控制電路，產生和調節逆變系統所需要的驅動脈沖。

1 逆變系統概述

逆變系統是以燃料發電機不穩定的電能輸出（即粗電）作為變換對象，經過電力電子變換，變換為滿足用電需求的穩定的交流電能輸出（即精電）。逆變系統的核心毋庸置疑是完成逆變功能的逆變電路，此外逆變系統還需要產生和調節驅動脈沖的電路及控制電路，還要有保護電路，輔助電源電路，輸入電路和輸出電路等。這些電路構成了逆變系統的基本結構，其系統結構圖如圖1。本文主要研究設計控制電路模塊。

2 控制電路系統硬件設計

控制電路的功能是按要求產生和調節一系列的控制脈沖來控制逆變開關的導通和關斷，從而配合逆變主電路完成逆變功能。在逆變系統中，控制電路和逆變電路同樣重要。整個控制器由微處理器和SPWM發生器組成。在此采用AT89S51單片機作為主控制器，SPWM波的產生選擇了專用集成芯片SA4828，輸出采樣和TL431精準電壓比較。單片機通過對電壓電流的采樣，A/D轉換為數字量的形式傳入單片機，通過適當的算法來控制SA4828的PWM波的輸出，達到控制逆變開關的導通和關斷的目的。硬件連接方案如圖2。

3 控制系統軟件設計

對SA4828的控制是通過微處理器接口將數據送入芯片和兩個寄存器（初始化寄存器和控制寄存器）來實現的。初始化寄存器用于設定與逆變器有關的一些基本參數，這些參數在PWM輸出端允許輸出前初始化，逆變器工作以后不允許改變。

圖3給出了程序流程圖，從程序流程圖中可看出：單片機先將SA4828復位，在向其傳送初始化參數和控制參數之后SA4828即可輸出PWM波形，逆變器隨后將處于工作狀態，這時單片機應不斷查詢輸出狀態，以便隨時調整PWM輸出特性，以滿足系統要求；只要系統工作正常，看門狗定時器就不斷被更新，以防止其溢出而中斷PWM輸出。

4 結論

與Mitel公司的先前產品SA828相比，SA4828具有增強型微處理器接口，可與更多的單片機兼容。將調制波頻率的分辨率提高到16位。由于采用了可由用戶選擇的三相幅值獨立控制方式，因而使得三相逆變器可 用于任意不對稱負載。有三種可供選擇的輸出波形，適用于多種應用場合。可提供軟件復位功能。內置“看門狗”定時器以加強監控，從而提高了可靠性。系統以51單片機為控制核心，與高端處理器相比，即滿足了系統控制要求又降低了成本。該系統設計簡單，控制電路使用器件少，即降低了成本、又提高了系統可靠性。

參考文獻：

[1]陳桂友，孫同景等.單片機原理及應用[M].山東大學，2006

逆變電源的設計范文第2篇

關鍵詞：高頻逆變電源； 變壓器； 氙燈； 555時基芯片

中圖分類號：TN71034； TM91 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X(2012)10014903

基金項目:云南省社會發展基礎研究面上資助項目（2008CD111） 氙燈作為一種高功率強光源，有著廣泛的用途，其主要原理是通過光源內部的高頻逆變電路，為高壓氙燈提供穩定的高壓電源。文中設計了一個高頻逆變電源電路用以實現同樣的功能。

1 電路結構與原理

1.1 555單穩電路

555單片機時基電路是一個高度穩定的控制器,能產生精確的時間延遲或振動的條件。在時間延遲模式的運作, 時間是由一個外部電阻和電容精確控制的。在一個穩定的操作中,振蕩器、自由運行頻率和責任周期都是由兩個外部電阻和一個電容精確控制的。電路可以被下降的波形觸發與重置。

將555電路的6，7腳并接起來接在定時電容C上，用2腳作輸入就成為脈沖啟動型單穩電路。電路的2腳平時接高電平，當輸入接低電平或輸入負脈沖時才啟動電路，如圖1所示。下面分析它的工作原理：

（1） 穩態：接上電源后，R=1，S=1，輸出Vo=0，D端接地，C上的電壓為0即R=0，輸出仍保持Vo=0，這是它的穩態。

圖1 單穩態操作（2） 暫穩態：輸入負脈沖后，輸入S=0，輸出立即翻轉成Vo=1，D端開路，電源通過RA向C充電，暫穩態開始。經過時間TD后，C上電壓上升到大于2/（3VCC）時，輸入又成為R=1，S=1，這時負脈沖已經消失，輸出又翻轉成Vo=0，暫穩態結束。這時內部放電開關接通，D端接地，C上電荷很快放到零，為下一次定時控制作準備。電路的定時時間TD=1.1RAC。這兩種單穩電路常用作定時延時控制。

1.2 電路原理

根據555芯片設計了電源電路，并畫了PCB板圖進行實物焊接。焊接完成后，進行實際調試過程中不斷出現一些問題，如變壓器T1剛開始只能夠輸出預想電壓的一半（350~450 V）；還有功率管經常在接上電源數分鐘后就會發燙，檢測后發現是震蕩頻率不夠，減小其左邊電感L1即可。在調試過程中，經過不斷修改完善，最終達到預想功能。圖2為電路原理圖。

圖2 電路原理圖 電路中，U3和U5都采用NE555D芯片。其中U3采用555單穩電路，U5則為555多諧振蕩電路，U5的輸出端（3腳）為U3提供周期性矩形脈沖。整個電路通過U3產生的脈沖調制信號來控制Q4的導通與截止，從而實現Q1的導通與截止。從而在變壓器T1中第1腳和2腳之間的繞組之間產生了交變的電流信號，再通過變壓器的電壓變化實現960 V和120 V的交流電壓輸出。再通過同步脈沖控制C19的充電和放電實現變壓器T2的二次升壓實現輸出7 000 V的交流信號輸出。最后960 V和7 000 V的輸出電壓通過耦合電路對高壓氙燈進行點火。

圖3為電路實物圖。

頻率計算公式：f=1/(1.1RC) 占空比計算公式：q=(R1+R2)/(R1+2R2) 經實際調試，得到占空比為3/4；頻率為104 Hz。

1.3 電路模塊分析

圖4中，R25為限流電阻，R23為Q6的e極和b極間偏置，R10為Q5的e極和b極間偏置；C26及C25起抗干擾作用；電路工作原理為當Q5的b極得到D2送來的電壓，Q5導通；此時產生Ic5，并且向Q6提供Ib，則Q6的c極便有Ic6，則Ic6為Q5提供b極電流，完成Q5與Q6輪流導通，使R25右端電壓為0 V，此時D11將G 極的電壓設定為0.7 V。R24,THC1為降壓電阻和熱敏電阻；其作用為溫度傳感元件。實現功率管Q1過熱的保護信號。

圖5為電路轉換模塊，其中Q4及SCR1構成同步電路。對于Q4，當同步脈沖信號到來時使Q4導通，則關閉了Q1的驅動脈沖。對于SCR1：構成C19和T2連接電路的充放電控制。當同步信號到來時，有C17將脈沖耦合到SCR1的觸發端，實現SCR1的導通，將C19進行放電。同步脈沖信號的作用是使電源停止工作，同時完成C19的放點控制。無后步脈沖時電源工作，對C19充電（由D4完成）。

圖3 電路實物圖

圖4 電路保護模塊

圖5 電路轉換模塊電路穩壓模塊通過采樣電路（R14,R15,R16,R17,R30）電阻的分壓，將采樣電壓反饋到電壓比較器U2B（LM358D）的同向輸入端與U1（TL431）產生的基準電壓進行誤差放大，從而實現穩壓輸出960 V和120 V的目的。如圖6所示。

由T2得到的7 000 V電壓與T1輸出的960 V電壓進行耦合點火，以點亮高壓氙燈。如圖7所示。

2 逆變電源變壓器

在整個電路中，起核心作用的便是變壓器T1。通過它才能得到960 V的電壓輸出。在本文中，變壓器T1需將12 V輸入電壓變壓為120 V和960 V的輸出電壓。如圖8所示。

圖8(a)中：從上到下，按逆時針順序，引腳分別為1~9腳。11線并繞，從5腳進，7腳出，逆時針繞17圈，線徑為0.11 cm。從3腳進，2腳出，逆時針，11圈，線徑為0.16 cm。從1腳進，繞78圈，從8腳出來，逆時針，線徑為0.11 cm。從8腳進，繞452圈，9腳出線，逆時針，線徑為0.11 cm。要求8腳和9腳引出的線要保持足夠間距，避免產生火花。

圖6 電路穩壓模塊

圖7 電路點火模塊

圖8 變壓器（T1）

3 結 語

采用基于555時基芯片的高頻逆變電源電路，設計并實際制作出了一款簡便實用的便捷式氙燈照射器。文中對電源電路進行了設計，并在調試工程中進行了多次修改改進，使照射器工作趨向于穩定可靠，增加其用途廣泛性。

參 考 文 獻

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逆變電源的設計范文第3篇

關鍵詞： 電流源型三相逆變器； 電流空間矢量； 雙向拓撲； 軟開關

中圖分類號： TN710?34； TM461 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）01?0157?06

0 引 言

電力電子變換技術在工業自動化、智能交通、輸電配電、節能降耗、環境保護治理等方面起到了巨大的推動作用[1]。特別是近年來隨著世界各國工業和科技的迅速發展，電力電子變換技術正在快速更新，其對人類社會的影響與日俱增。在采用獨立運行逆變器供電的應用場合中，隨著用電設備的增加，對逆變器的功率等級與可靠性的要求也隨之增高[2]。

國內在功率變流領域方面的研究起步較晚，與發達工業國家相比尚有較大的差距。迄今為止，國內外學者對電流源型三相逆變器的研究相對電壓源型三相逆變器來說要少得多。在此背景下，本文對電流源型三相逆變器進行系統的研究包括：數學模型的建立與分析，電流空間矢量控制技術，電流雙向流動拓撲與控制，新型軟開關拓撲及其控制方法。該研究對提升我國電力電子裝備技術具有重要的意義。

4 結 論

圍繞電流源型三相逆變器進行系統的研究，提出了一種新型的應用于電流源型三相逆變器中的軟開關拓撲，明確了其控制邏輯，分析其各個模態的電壓電流特征和工作的波形圖。在電流空間矢量控制下進行總體仿真，仿真結果驗證了拓撲及其控制方法的可行性。軟開關電路的加入，基本實現了預期的功能，使主開關管能夠實現軟化；但是仍然存在一個問題：增加的兩個輔助開關管，VT1的導通、VT2的導通和關斷，可以實現軟化，但是VT1不能實現軟開關關斷。相當于以犧牲一個輔助開關管關斷損耗為代價，換取了大功率主開關管的開關狀態軟化。由于新型軟開關拓撲中輔助開關管不能實現完全軟化，后續工作還可以進一步研究，使得所有開關管都能工作在軟開關狀態。

參考文獻

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逆變電源的設計范文第4篇

關鍵詞： Matlab； 逆變源； 建模仿真； 雙環控制

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）16?0164?03

0 引 言

隨著太陽能、風能等可再生能源的發展，分布式發電以其環境污染少、能源綜合利用率高、供電可靠等優點，逐漸成為了各國家競相研究的熱點，在美國、歐洲等技術成熟的國家和地區，以將其廣泛應用在微電網中[1?3]。逆變電源作為一種有效的電力供應源，成為了微電網的重要組成部分，并在微電網的研究和實施中得到了廣泛的應用。設計的基于PWM的孤立逆變電源，其控制模型采用電壓外環和電流內環雙環控制策略，電壓外環和電流內環均采用PI控制方式。應用Matlab軟件建立實驗模型進行仿真，通過仿真驗證了控制系統設計的合理性，以及雙環控制策略的應用效果，分析仿真結果證明了系統設計的合理性和有效性。

1 PWM逆變器的電路結構和工作原理

在交?直?交變頻器中，通常要求直流電路采用可控硅整流電路，如圖1（a）所示。逆變輸出的電壓[Uo]的大小可以通過改變[Ud]的大小來控制。通過對逆變器觸發電路頻率的控制，可以改變輸出電壓[Uo]的頻率。但是，這種變頻電路存在有缺陷：如果輸出的交流電壓為含有較多諧波的矩形波，這無論是對負載或是交流電網都是不利的；如果輸出功率用相控方式來調節，就會使輸入功率因數降低，同時由于有濾波大電容存在于中間直流環中，使得調節輸入功率時慣性較大，系統響應緩慢。

為解決上述缺陷，可以采用如圖1（b）所示的變頻電路。這種電路通常稱為PWM（Pulse Width Modulation）型變頻電路，其基本的工作原理是對逆變電路中開關器件的通斷進行有規律的控制，使輸出端得到等幅不等寬的脈沖列，并用這些脈沖列來替代正弦波。按要求的規則對脈沖列的各脈沖寬度進行調制，既可改變電路輸出電壓的大小，又可以改變輸出電壓的頻率[4?5]。

2 孤立逆變源雙環控制策略

如圖2所示，為設計的基于PWM孤立逆變源的電壓電流雙環控制原理圖。控制外環為電壓控制環，電壓[Vabc]的反饋值由測量模塊2測得，并與給定的參考值進行比較，誤差信號經過PI控制器調節后作為電流內環基準；控制內環為電流控制環，由測量模塊1測得的反饋的電流值[Iabc1]與電流基準進行比較產生的誤差信號，經過PWM發生器離散化之后產生PWM控制信號[6]。

PI控制器是具有比例?積分控制規律的控制器，其框圖如圖3所示，其控制規律是指控制器的輸出信號[ut]既反映輸入信號[et]，又反映[et]對t的積分，即：

[ut=kPet+kPTI0tetdt]

式中：[kP]為可調比例系數，[TI]為可調積分時間常數。

在控制工程實踐中，PI控制器主要用來改善控制系統的穩態性能[7]。PI參數的準確設置，對控制效果至關重要，可調積分時間常數[TI]會影響系統達到穩定的時間和穩定性，可調比例系數[kP]會對系統的響應時間產生影響。在本文設計的孤立逆變源中，利用工程整定的方法，對外環電壓反饋值[vabc]進行調節的PI調節器，其參數整定值為：[kP]=0.25，[TI]=300；對內環電流反饋[Iabc1]進行調節的PI調節器，其參數整定值為：[kP]=1.25，[TI]=1。

3 仿真結果

根據控制方案，設計的孤立逆變源的建模仿真使用Matlab?Simulink?SimPowerSystems軟件平臺來完成。仿真時間設定為0.3 s，仿真數據均采用標幺值，仿真模型如圖5所示。設計的電壓外環和電流內環的PI控制模型分別如圖6、圖7所示。

模型仿真的主要參數如表1所示。

3.1 逆變源仿真結果

根據表1的參數設置進行建模仿真，仿真開始后，逆變電源在很短暫的時間就達到了穩態運行，經測量模塊2測量輸出的電流[Iabc]和電壓[Vabc]，測量模塊1測量輸出的電流[Iabc1]，以及調制系數m的輸出波形如圖7、圖8所示。

表1 仿真模型主要參數

逆變電源運行達到穩態后，由圖7輸出的電壓和電流波形分析可知，逆變電源達到穩后的運行狀態非常穩定，達到了預期的效果。由圖8可知，調制系數m在經過短暫的震蕩之后收斂到0.85～0.9穩定的區間，表明了調制控制的穩定性。

3.2 電壓控制PI仿真結果

逆變電源運行達到穩態后，電壓外環控制模塊的PI調節的輸入信號及經過PI調節后的輸出信號如圖9所示。由圖9的輸出波形可知，輸入到PI的Vd，Vq信號經過短暫的波動收斂到0，并輸入到PI調節器中，經PI調節器調節后輸出較為穩定的誤差信號，作為電流內環控制的基準信號，保證了電流內環控制的穩定性。

調節前的輸入波形

3.3 電流控制PI仿真結果

逆變電源運行達到穩態后，電流內環控制模塊經過PI調節后的輸出Vd，Vq和電壓Uabc的波形如圖10所示。在電流內環調節中，電流經d?q變換得到信號與經電壓外環控制后輸入的基準信號作比較，比較結果作為電流控制環的PI調節輸入信號，經PI調節后輸出穩定的控制信號Vd，Vq，如圖10所示，輸出信號經過短暫的震蕩收斂到了一個穩定的狀態，表明了電流內環控制系統穩定性。輸出的電壓Uabc作為PWM發生器的輸入信號，經過PWM發生器離散化之后產生PWM控制信號，形成一個閉環控制系統，保證了整個控制系統的穩定運行。

4 結 語

分布式發電作為高效、清潔的發電方式，以其具有投資少、可與環境兼容等優點，在微電網中得到了廣泛的應用。逆變電源作為微電網的重要組成部分，其設計運行的穩定性、有效性和可行性，直接會影響到整個微電網供電的電能質量。設計的電壓外環和電流內環雙環控制的逆變電源，電壓外環可以增加系統的穩定性和消除靜態誤差，電流內環可以提高系統的快速性和動態特性。采用PI控制策略，利用Matlab軟件建立了實驗仿真平臺。仿真結果表明，設計的逆變電源具有很好的穩態性能和動態性能，控制系統設計合理穩定，參數的選擇合理有效。

參考文獻

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逆變電源的設計范文第5篇

關鍵詞：單端反激電路；逆變電源；回饋技術

中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A

逆變電源通常是由兩級組成，其中前級的DC/DC電路的主要功能是將電池的電壓轉換成350V左右的直流電壓，后級DC/AC電路的主要功能是將350V的直流電壓轉換為220V的交流電壓，在這些逆變電源中，前級電路通常所供電壓比較低，但是輸入的電流比較大，這會導致功率管導通壓降高，損耗比較大，導致電源的效率比較低，其電路形式多種多樣，其中的單端反激電路具有效率高、控制方便、電路簡單的優點，本文就主要對其中的單端反激電路予以簡單分析。

一、逆變電源中的常規單端反激電路的結構

相對于其他形式的單端反激電路，常規形式的單端反激電路的導通壓降比較高，損耗比較大，這會導致其可靠性與效率降低，并且該電路還具有一個明顯的缺陷就是：當功率管VT截止時，變壓器初級的反峰能量容易被R1、C1及VD1所組成的吸收電路所消耗掉，并且在輸出功能相同的情況其損耗是比較大的，該單端反激電路的結構圖如圖1所示。

二、逆變電源中的多管并聯的單端反激電路結構

多管并聯的單端反激電路最主要的特點是其主功率電路應用了四只功率管并聯，這使得在每個功率管上通過的電流僅為應用單管時的1/4，那么這會直接將功率管的導通壓降下降至單管應用時的1/4，這能夠有效的減少功率管上的消耗，使得功率管的效率明顯提升，其結構圖如圖2所示。

三、逆變電源中的應用能量回饋技術的單端反激電路結構

應用能量回饋技術的單端反激電路主要由電感L1、電容C2、二極管VD1、二極管VD2共同組成了變壓器的初級反峰吸收電路，這會導致輸入電容C1上反饋大部分的反峰能量，對于減少能量損耗，提升電路工作效率具有非常重要的作用，其電路結構圖如圖3所示，波形圖如圖4所示。

對該電路的工作原理進行簡單分析：（1）t0～t1階段的工作原理表現為：當處于t0時刻時，功率管截止，功率管輸出電容C0、電容C2、漏感Lk、初級電感L開始諧振，這能夠促使C2上的電壓值快速的達到U0（N1/N2），之后次級二極管會導通，并會將初級電壓鉗位到U0（N1/N2），并且初級電感L會退出諧振，直到t1時刻Ik的值變為0，并且C0與C2上的電壓值會達到最大，也就是說開關管電壓US會達到最大值（UIN+Uc2MAX）；（2）t1～t2階段，功率管輸出電容C0、電容C2、漏感Lk會繼續諧振，并且電感L1會參與到諧振當中，這時C0與C2會回饋給輸入電容C1一定的能量，并且會為L1補充相應的能量，一直到t2時刻諧振停止，這時C2電壓值又會下降至U0（N1/N2）；（3）t2～t3階段，當t2時刻到來時， 電感L1會向輸入電容C1中回饋能量，這時C2上的電壓值會被鉗位在U0（N1/N2），開關管C0上的電壓值為UIN+U0（N1/N2），并且二者的值在t3時刻到來之前，不會出現變化，直到L1中的能量釋放完畢；（4）t3～t4階段，在該階段中， 由于開關管是完全截止的，因此C0與C2上的電壓會繼續保持不變；（5）t4～t5階段，功率管在處于t4時刻時，已經導通，這時電壓US會開始下降，C0會通過開關管開始放電，并且能夠在短時間內放電完畢，這時L1與C2會開始諧振，也就說把C2中的能量轉移到L1中，當處于t5時刻時，L1中的電流會達到最大值，這時功率管完全導通；（6）t5～t6階段，處于t5時刻時，L1主要是通過VD1與VD2為輸入電容C1回饋能量，并會給C2充電，使其值達到-UIN；（7）t6～t7階段，在該階段中，功率管繼續處于完全導通的狀態。

上述過程中就是應用能量回饋技術單端反激電路的一個完整的工作周期，從其工作過程中可以看出，變壓器漏感中的能量大部分會被回饋至輸入電容C1中，這會直接提升電源效率，具有良好的應用價值。

四、多路輸出單端反激電源

單端反激式變換器的電路通常是由輸入整流濾波電路、輸出整流濾波電路、功率變換電路等組成，其系統結構圖如圖5所示。

從圖5中可以看出，PWM控制電路與單端反激式變換電路是其主要的兩個組成部分，在開展該開關電源的設計過程中，最主要的目的是為了能夠將輸入的交流電經過整流濾波之后的直流電壓轉換成為5V及±15V的三路輸出，以便于其能夠很好的實現對負載的供電，在實施控制的過程中，其控制思路主要表現為：將電流反饋部分加入到電壓反饋的大閉環中，以便于其能夠參與到動態調節中，從而形成有效的雙環控制，在實際應用中，其具體的操作步驟為：對電壓信號與電流信號進行采集之后，應用PWM控制器來對開關管的通斷實施控制，然后對變換器中的峰值電流實施調節，以便于有效的改善輸出電流，使其能夠很好的滿足設計要求。

在該系統中應用 了電壓電流雙閉環控制，當整個電路正常工作時，UC2844的供電是通過反饋繞組來實現，并且會將反饋電壓通過分壓電阻之后送入到UC2844中，在將其與基準電壓實施比較之后，再通過誤差放大器進行放大處理，將輸出信號與電流反饋環的反饋信號進行比較之后，再對占空比進行調節，這能夠有效的保持輸出電壓的穩定，在實際的應用中，應用這種控制方式，能夠有效的解決負載電流變化率較高的問題，這不僅有利于提升系統運行的安全穩定性，同時還能夠有效的提升系統的動態響應速度，具有良好的應用效果。

結語

在實際的應用中，電池供電或者是發電機供電的低壓輸入逆變電源，大多應用的是單端反激多管并聯及能量回饋技術實現的前級DC/DC 該種形式的前級與其他形式的前級相比具有可靠性高、效率高、控制方便、電路結構簡單等諸多的優點，這使得其在實際應用中具有良好的應用性能，本文就主要對逆變電源中各種不同形式的單端反饋電路的結構形式進行了簡單分析，對于實際的逆變電源的設計具有一定的參考價值。

參考文獻