內(nèi)高頻環(huán)逆變器的設(shè)計

毛 偉，賴萬昌，王仕木，鄭黃婷，曾明崗

（成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動化工程學(xué)院，四川 成都 610059）

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種逆變器在各行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛業(yè)，使它在能源利用、電子生產(chǎn)、國民服務(wù)領(lǐng)域占有著至關(guān)重要的位置，文中主要研究一種比較簡單的正弦輸出的內(nèi)高頻環(huán)逆變器的設(shè)計，就是用高頻取代基頻變壓器可行性進行驗證，其設(shè)計不僅僅減小了逆變體積、重量、而且也大大提高了逆變器的性能[1]。

1 內(nèi)高頻環(huán)逆變器方案設(shè)計

內(nèi)高頻環(huán)逆變器方案設(shè)計工作過程：輸入直流電源經(jīng)過LC濾波器濾波后，得到穩(wěn)定的直流電，直流電在高頻逆變器的作用下，由直流變?yōu)楦哳l方波交流電能，高頻方波交流電能經(jīng)過高頻變壓器升壓、高頻整流器整流、LC濾波器濾去高次諧波后，得到另一種直流電壓，該直流電壓電壓高，帶負(fù)載能力強，由直流母線流向PWM逆變器，DC—AC變換后，在經(jīng)過輸出LC濾波濾去高次諧波后，就得到了所需的交流電能[2-3]。該交流電為負(fù)載提供電能內(nèi)高頻環(huán)逆變器的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 內(nèi)高頻環(huán)電路結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Inner high frequency ring circuit structure

2 內(nèi)高頻環(huán)逆變器硬件設(shè)計

2.1 時鐘信號電路與分析

在設(shè)計中將DC轉(zhuǎn)變?yōu)锳C的方法是使用SPWM波驅(qū)動全橋逆變器中的功率開關(guān)管，再經(jīng)過濾波后得到需要的波形，而要產(chǎn)生SPWM信號，需要基準(zhǔn)正弦波和14.4 kHz的三角波經(jīng)過比較器比較得到?；鶞?zhǔn)正弦波可由14.4 kHz的方波信號經(jīng)過16分頻后，得到900 Hz的方波信號，方波信號再經(jīng)過處理后得到了基準(zhǔn)正弦波。而14.4 kHz的三角波可以用14.4 kHz的方波信號經(jīng)過積分等處理后得到，下面將敘述部分電路。

2.1.1 方波信號

28.8 kHz和900 Hz方波信號的產(chǎn)生其電路圖如圖2、3所示。

圖2 28.8 kHz方波發(fā)生器Fig.2 28.8 kHz square wave generator

圖3 900 Hz方波產(chǎn)生電路Fig.3 900 Hz square wave circuit

2.1.2 正弦波發(fā)生電路

50 Hz的正弦波的產(chǎn)生是頻率為50 Hz的階梯數(shù)位18階梯的梯形波，在經(jīng)過有源濾波電路處理后就得到正弦波[5]，其18階梯波發(fā)生電路。階梯波—正弦波電路電路原理圖如圖4所示。

圖4 階梯波-正弦波電路圖Fig.4 Staircase-sine wave circuit diagram

2.2 內(nèi)高頻環(huán)模塊

在內(nèi)高頻環(huán)逆變器的高頻環(huán)節(jié)中，完成DC—AC的變換需要高頻變壓器，該高頻變壓器就由推挽變壓器和兩個功率開關(guān)管組成。只有在功率開關(guān)管的導(dǎo)通與截止的轉(zhuǎn)換過程中才能實現(xiàn)換流過程，才使得DC—AC逆變得以實現(xiàn)。功率開關(guān)管是受PWM（SG3525A）信號控制的[1]，其具體工作電路如圖5所示。而電路圖如圖6所示，電路中，pwm1與pwm2為SG3525輸出的雙路互補的PWM波，二極管D13、D16，電阻R18、R25、電容 C29、C35構(gòu)成了變壓器的保護電路。 變壓器次級整流的要求是耐壓值應(yīng)大于，考慮到余量以及最大輸出電流，可以選擇MUR10120作為整流二級管。濾波電路電感電容選擇要求是保證能濾除振蕩頻率。直流輸出后有一升壓控制引出線，通過分壓后它與SG3525的第一引腳相連，作為SG2525誤差放大器反向輸入端的比較電壓V1，，當(dāng)V1大于3V時，SG3525輸出脈沖寬度變窄，即PWM波的脈寬變小，高頻變壓器的輸出平均電壓也變小，經(jīng)過整流濾波后，直流輸出變小；當(dāng)V1小于3V時，PWM波的脈寬變寬，高頻變壓器的輸出平均電壓變大，經(jīng)過整流濾波后，直流輸出變大，由此可以看出，由SG3525和推挽變壓器構(gòu)成的電路不但具有DC—HFAC—DC的轉(zhuǎn)變功能，還能穩(wěn)定逆變器輸入直流電壓，使逆變器的輸出電壓保持穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 PWM信號產(chǎn)生電路Fig.5 PWM signal generating circuit

圖6 推挽升壓電路圖Fig.6 Push pull booster circuit diagram

2.3 逆變器控制保護電路及電路電源

逆變器的保護電路包括過壓，過流與過載保護電路。本設(shè)計中過流保護，高壓保護檢測電路，正12 V電源關(guān)斷電路。

電路的各個模塊設(shè)計好后，要對各模塊進行調(diào)試，并獲得正確的結(jié)果，就要涉及到許多芯片以及器件的工作電源，而本次設(shè)計主要設(shè)計了一下4個工作電源：正12伏電源、負(fù)12伏電源、正5伏電源、負(fù)5負(fù)電源。以上兩部分限于篇幅不再做介紹。

3 結(jié) 論

本次設(shè)計實現(xiàn)了電路板的制作，實現(xiàn)其由SG3525和推挽變壓器構(gòu)成的電路具有DC—HFAC—DC的轉(zhuǎn)變功能，還能穩(wěn)定逆變器輸入直流電壓，使逆變器的輸出電壓保持穩(wěn)定狀態(tài)。在實驗調(diào)試過程中實現(xiàn)了工作電源電路的設(shè)計、時鐘信號的發(fā)生、PWM波的產(chǎn)生、正弦波、三角波等模塊的正常工作，內(nèi)高頻環(huán)逆變器設(shè)計是可行的。

[1]孫立志.PWM與數(shù)字化電動機控制技術(shù)應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]曲學(xué)基，曲敬鎧，于名揚.逆變技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3]許德.推挽正激式高頻環(huán)節(jié)逆變器研究[J].電子電力技術(shù)，2007，41（5）:42-44.XU De.Push-pull is excitation type high frequency link inverter[J].Power Electronics Technology，2007，41（5）:42-44.

[4]劉鳳君.現(xiàn)代逆變技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[5]劉鳳君.正弦波逆變器[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[6]Cross A M，Evans P D，F(xiàn)orsyth A J.DC-link current in PWM inverters with unbalanced and nonlinear loads IEEE proc-Electr[J].Power Appl，1999，46（6）:620-626.