汽油發電機逆變器的研究與設計

周小桔+胡正龍

摘 要：本文具體設計了系統的硬件電路，主電路設計包括整流電路的設計，逆變H橋電路的設計，輸出濾波電路的設計。控制電路設計包括控制芯片的選擇，輸出電流采樣電路設計，輸出電壓采集電路的設計，IGBT驅動電路的設計，控制環路的設計等，并制作了印刷電路板。在軟件設計過程中，用MFC設計了一個逆變器監控軟件，該軟件能通過串口與逆變主控芯片通訊，能獲取并顯示逆變器的工作狀態，設置逆變器的輸出參數。

關鍵詞：汽油發電機；逆變器；IGBT驅動

中圖分類號：TM464 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0046-01

1 逆變器的發展技術概況

汽油發電機逆變器作為逆變電源的一種，其發展與逆變電源相同。逆變電源出現于電力電子技術飛速發展的20世紀60年代，逆變器的發展和電力電子器件的發展是相輔相成的。最開始的逆變器是應用晶閘管（SCR）作為逆變器的開關元件，稱為可控硅逆變電源。因為晶閘管沒有自關斷能力，所以必須使用換流電路的方式來關斷閘管，這種方式限制了逆變器的進一步發展。隨著電力電子技術的發展，有自關斷能力的電力電子器件脫穎而出，后來出現了電力晶體管（GTR），可關斷晶閘管（GTO）、功率場效應晶體管（MOSFET）、絕緣柵極型晶體管（IGBT）等等。

2 逆變器整體設計方案初步分析

汽油發電機常被作為移動式的獨立電源來使用，主要由汽油機、同步交流發電機和控制器組成。本設計中用的電源是汽油機發出的三相交流電整流后經過降壓環節（降壓變換器）得到的350V左右的直流電，通過逆變環節和LC濾波器變換成220V/50Hz的交流電供負載使用。進過初步分析汽油發電機逆變器的主電路包括[1]：

（1）電源電路：用于產生電壓穩定的直流電源，給其他電路供電。（2）控制電路：用于產生SPWM信號、處理反饋信號并發送逆變器的狀態信息。（3）驅動電路：用于將邏輯電壓的SPWM信號轉換為控制開關器件通斷的驅動電壓。（4）反饋信號處理電路：用于處理逆變器的電壓、電流、頻率等反饋信號。（5）顯示電路：用于逆變器的電壓、電流、頻率等信息的輸出。（6）濾波電路：用于將逆變器產生的高頻率的SPWM波變為可供負載使用的正弦交流電。

3 硬件電路設計

3.1 逆變主電路設計

汽油發電機輸出的三相交流電經三相整流橋整流為直流電，把直流母線電壓引入后先用一個大電容濾波，消除直流側電壓的脈動，再加至由MOSFET構成的H橋式逆變電路，該直流高壓經逆變電路逆變為脈寬按正弦波規律變化的高頻脈沖波，再由輸出濾波器濾掉高頻諧波，得到正弦波提供給負載。SPWM脈沖波由主控制電路產生并根據輸出反饋電壓和反饋電流來改變脈沖波的寬度，從而保證輸出電壓的穩定。

3.2 控制電路設計

EG8010芯片的工作模式分為單極性調制方式和雙極性調制方式，在全橋逆變電路中，單極性制時僅兩個橋臂（受EG8010引腳SPWMOUT3，SPWMOUT4控制）做SPWM調制輸出，另兩個橋臂（受EG8010引腳SPWMOUT1，SPWMOUT2控制）做基波輸出，應用時濾波電感需要接在SPWM調制橋臂輸出端，電壓取樣反饋電路同樣需要接在SPWM調制橋臂電感的輸出端。雙極性調制時左右橋臂同時做SPWM調制輸出，應用時使用兩路電感濾波特性將會更好，電壓取樣反饋電路需要兩路分壓網絡做差分反饋處理[2]。單極性調制模式時，EG8010芯片的電壓反饋處理是通過引腳（13）VFB測量逆變器輸出的交流電壓，FRQADJ/VFB2引腳（引腳16）僅為調頻模式下的調節頻率功能，電壓采樣反饋部分，測量反饋的峰值電壓和內部基準正弦波峰值電壓3V進行誤差計算，對輸出電壓值作出相應調整，當輸出電壓升高時，該引腳電壓也隨之升高，經內部電路誤差值計算后調整幅度因子乘法器系數，實現降低輸出電壓達到穩壓過程，反之，當該引腳的電壓減低時，芯片會作出升高輸出電壓的反應。

3.3 驅動電路設計

驅動電路邏輯輸入部分VCC使用5V電源，功率管門極驅動電源使用12V，自舉電容C5、C10選擇10uF的電解電容，濾波電容C6、C11也選用10uF的電解電容。D3和D4選用1N4148高速二極管。SPWM2H、SPWM2L、SPWM1H、SPWM1L來自EG8010芯片的輸出。封鎖信號SD接到了過流保護的輸出端，當主電路發生過流情況時，SD變為高電平，輸入信號被封鎖，及時保護主電路。VS1、VS2分別接到全橋逆變的左右兩個橋臂的中點。2HO和1HO聯接到上橋臂的柵極，2LO和1LO聯接到下橋臂的柵極。

3.4 印制電路板設計

印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，簡稱印制板，英文簡稱PCB或PWB，它以絕緣板為基材，切成一定尺寸，其上至少附有一個導電圖形，并布有孔（如元件孔、緊固孔、金屬化孔等），用來代替以往裝置電子元器件的底盤，并實現電子元器件之間的相互連接。由于這種板是采用電子印刷術制作的，故被稱為“印刷”電路板。印制電路板是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體。

參考文獻

[1]熊信銀.發電機及電氣系統[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]王紅凌，黃克菲，戎象馨.通用小型汽油機60年回眸[J].小型內燃機與摩托車，2008，（5）：82-87.