spwm全桥逆变器主功率电路和控制电路设计

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1、SPWM全桥逆变器主功率电路和控制电路设计一．设计目的通过电力电子技术的学习，熟悉无源逆变概念；采用全桥拓扑并用全控器件MOSFET形成主电路拓扑，设计逆变器硬件电路，并能开环工作。熟悉全桥逆变器拓扑，掌握逆变原理，实现正弦波输出要素，设计SPWM逆变器控制信号发生电路。输入：48VDC输出：40VAC/400HZ二．设计任务(1)掌握全桥逆变的概念，分析全桥逆变器中每个元件的作用；（2）分析正弦脉宽调制SPWM原理，及硬件电路实现形式；（3）应用Protel制作SPWM逆变器线路图；（4）根据线路图制作硬件，并调试；三．设计原理电路组成及工作原理分析：电路

2、主要由正弦波和三角波发生电路，控制电路和逆变电路组成。电路中所用到的元器件主要有ICL8038，运算放大器LF353，比较器LM311，IR2110，MOSFET，CD4069，电阻电容及齐纳二极管组成。控制电路分析：当电路开始工作，首先由ICL8038产生的正弦波和三角波，正弦波和三角波的幅值由可调电阻来控制，得到的波可以通过LF353运算放大器构成的反相电路进行反向，得到方向相反的正弦波，正弦波与三角波信号通过LM311比较芯片产生SPWM脉冲。13主电路分析：本次设计我们采用倍频式SPWM技术，在开关频率不变的情况下，达到输出频率倍增的效果。IR211

3、0用于驱动全桥逆变器用以控制MOSFET的通断，在IR2110的外围电路使用二极管和齐纳二极管防止MOSFET的同时导通而击穿。13如下图所示，MOSFET采用2SK1825，4个2SK1825两两串联后并联成桥式逆变主电路，U输入为出入电压，VDC输出电压，电容C1、C3为VCC的滤波电容，电容C2、C4为自举电容，二极管为自举二极管。MOSFET的驱动采用芯片IR2110驱动，2个IR2110芯片分别驱动桥式逆变主电路的2个桥臂。工作时，两个IR2110（1）和IR2110（2）的输入SPWM脉冲是相反的，两个IR2110分别驱动不同桥臂的MOSFET管

4、，IR2110（1）的HO驱动Q1、IR2110（1）的LO驱动Q2，IR2110（2）的HO驱动Q3、IR2110（2）的LO驱动Q4，由于输入的两个SPWM脉冲是相反的，2个桥臂上的MOSFET管会交叉导通，即Q1、Q3同时导通或者Q2、Q4同时导通，两种情况依次循环导通，从而完成逆变。1．正弦波和三角波的生成电路设计实现PWM控制的方法有很多，虽然具体的控制方案不尽相同，但不论是哪一种PWM控制策略，一般都必须包含两个基本环节：一是计算并确定逆变器开关状态的切换时刻，二是在设定的时刻输出逆变器的控制脉冲。能够实现以上PWM控制基本任务的方法大致可以分为

5、硬件电路和软件控制产生两大类。在这次设计中，我们采用专用集成电路来实现。正弦波和三角波的产生由．专门的ICL8038生成，芯片ICL8038能够稳定输出方波、三角波、正弦波等，输出波形精度高，输出频率范围很宽13(0．001HZ～300KHZ)，还有温漂小，外围电路简单等优点。ICL8038的8脚为调频电压输入，即振荡输出频率受此端电压的控制，是一种电压一种频率(V／f)转换电路，称为压控振荡。其振荡频率与调频电压成正比，线性度约为O．5％，调频电压的值是指+Vcc端与管脚8之间的电压，此值应不超过l／3(Vcc+Vee)。7脚为调频电压输出端，其值由器件内

6、部的分压电阻值决定，这里指的是Vcc端和7脚之间的电压，此值为l／5(Vcc+Vee)，它可作为8脚的输入电压。3脚为三角波输出端，2脚为正弦波输出端，4脚为占空比调整端，5脚为频率调整端，6脚为电源正极Vcc，11脚为电源负极Vee，10脚接定时电容C。13、14脚为空脚。2．逆变电路设计所谓“逆变是将直流电转化为极性周期改变的交流电，从电路拓扑上看，有多种结构可以实现电能的极性反转。以电压源功率变换为例：桥式逆变结构．基本的电压源桥式逆变结构如图13所示，两组功率开关串联跨接于电源，成为一个桥臂，以其串联中点为输出点。这样的结构不允许串联开关同时导通，按

7、照不同开关的通断组合，桥臂可以将它所跨接的两个不同电位作为输出，合理安排这些不同的桥臂输出电位可能生成有正有负的输出电压，这是桥式逆变电路实现电源极性变换的基本原理。桥式电路是逆变器中得到最广泛应用的拓扑形式，其器件电压耐受值较低，控制、组合灵活，在自换流或者负载换流模式都可以工作，不依赖变压器参与逆变，适应性非常广泛。桥式电路的形式多种多样，如半桥、全桥、三相桥、多相桥等。3．驱动电路设计在功率变换装置中，根据主电路的结构，起功率开关器件一般采用直接驱动和隔离驱动两种方式.美国IR公司生产的IR2110驱动器，兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，是中小功率变换装

8、置中驱动器件的首选。该芯片具有驱动电流大，速度快，外