单相正弦波逆变电源设计

论文总字数：13308字

摘 要

逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，随着现代电力电子技术的迅猛发展，逆变电源在许多领域的应用也越来越广泛，本文设计了一种基于Atmega16芯片的单相全桥逆变电源。本设计以单相全桥逆变电路的拓扑，分析了工作原理，对IGBT,LC滤波器，变压器给出参数并计算得到结果。本设计以EXB41为芯片的驱动电路使逆变电源得到有效的提高，得到具有高品质和高可靠的逆变电源。

关键词：逆变电源，单相全桥 ,Atmega16

Abstract: The development of inverter power supply is linked with the development of power electronic devices, with the rapid development of modern power electronic technology, inverter power supply is becoming more and more widely applied in many areas, this paper designed a kind of single phase full bridge inverter power supply based on Atmega16 chip. This design for single phase full bridge inverter circuit topology, analyzed the working principle of the IGBT, LC filter, transformer parameters and the calculated results are given. This design for EXB41 chip driver circuit of the inverter power supply effectively improve, with high quality and high reliable inverter power supply

Key words: Inverter power supply, single phase full bridge, Atmega16

目 录

1 绪论 4

1.1逆变电源基本概念 4

1.1 逆变电源技术现状 4

1.1逆变电源发展趋势 5

2逆变电源系统结构及其电路分类 5

2.1逆变电源系统结构图 5

2.2 逆变电路分类 6

3 电路选择原理分析 7

3.1DC/AC 逆变电路的选择 7

3.2SPWM波生成原理分析 7

4逆变电源主电路设计 8

4.1整流逆变部分设计 8

4.2吸收电路部分设计 10

4.3变压器部分设计 11

4.4滤波器部分设计 13

5控制电路设计 16

5.1主控芯片 16

5.2驱动电路设计 18

5.3保护电路设计 20

结论 21

参考文献 22

致谢 23

1 绪论

逆变电源的设计主要是为解决电力配网后备电源逆变使用的问题。在用电质量要求较高的场合，不仅要求电源的输出电压具有稳定幅值，而且对其波形质量的要求也较为严格，必须兼具较高的可靠性、高效率等多个特点。逆变器的功能是当外部交流电源停止供电时，通过该逆变器对系统的内部蓄电池的电能进行变换，输出相应的交流电压，是一个功能独立的模块。逆变器同时也在便携式交流电源和仪表电源灯领域中使用，也可以将其作为车载供电、UPS电源。

1．1 逆变电源基本概念

逆变电源的把输入的工交流电经过流电路整流成直流电，逆变电路把流电转变为流电SPWM波，其基波频率是需要逆变电源的输频率，该信号经输变压与隔离，由滤波器滤波中的谐波正弦波的一装置^[1-2]。这一能量转、传递的过程表示为。如果不需要入端的整流路直流输入，输出变压器离型的逆变源与它基本似，能量转换传的过程可表为。显然，在逆变源中，逆变器其控制是逆电源的核心，我把将直流电成交流电的过叫做逆变，完逆变功能的称为逆变电，而实现逆变的装置叫做变器。若按直电源的性质来类，逆变器电压型逆变器电流型逆变器。

1．2 逆变电源技术现状

随着逆变器控制技术的迅速发展，电压型逆变电源设计中还出现了很多的变压、变频的控制方法。其中采用较多的控制技术是脉宽调制技术，又称PWM控制技术，即利用控制输出电压的脉冲宽度，将直流电压调制成等幅宽度可变的系列交流输出电压脉冲，来控制控制输出电压谐波的分布、输出电压的有效值和抑制谐波。运用PWM控制技术的逆变器具有动态响应良好，其在输出电压的质量和效率等诸多方面有着明显的优势。

目前，随着工业用的高速数字信号处理器的发展，正弦波逆变器的控制技术也由之前传统的模拟控制朝着数字化控制的方向发展。采用数字化控制，不但能大幅度的降低控制电路的复杂度，提高电源设计的灵活性，而且可以采用更为先进的控制技术，从而达到提高逆变电源系统输出波形的质量和可靠性的目的。

在正弦波逆变电源数字化控制方法中，目前世界研究的比较多的有重复控制、数字PID控制、双环反馈控制、无差拍控制、滑模变结构控制、模糊控制以及神经网络控制等。其中的PID控制方法是一种传统的控制方法，由于其算法简单，在设计过程中不过分依赖系统参数，可靠性高，PID控制方法在模拟控制的正弦波逆变电源系统中得到了较为广泛的运用。

1．3 逆变电源发展趋势

电子信息时代，电源系统已然成为了现代电子设备不可或缺的重要组成部分。早前在1969年诞生的逆变电源具有稳定性良好、可靠性高、调节特性优良、轻便、功耗低等特点，因此在电子以及电气领域得到了极其广泛的应用。在电力电子技术的应

用及各种电源系统中，逆变电源的技术都出浴一个核心地位。近年来的变化，不难看出现代逆变电源的发展主要表现出以下这几种趋势：（1）绿色化；（2）模块化；（3）数字化；（4）高频化。未来的电源技术还将朝着高效率、高功率因数和高可靠性方向发展，并减小对环境的污染，实现能源绿色化，这也是现代电源发展的必然结果。

2 逆变电源系统结构及其电路分类

2.1 逆变电源系统结构

逆变电源的系统结构如图2-1所示，是由整流电路、PWM逆变器、控制电路和变保护电路等环节组成。

图2-1逆变电源系统结构图

逆变电源系统各部分功能如下：

1. 整流电路：逆变电源的整流电路就是利用整流开关器件，如半导体二极管、晶闸管(可控硅)和自关断开关器件等，将交流电变换为直流电。除此之外，整流电路还应具有抑制电流谐波和功率因数调整功能。

2. 逆变电路：逆变电路的功能是将直流电变换成交流电，即通过控制逆变电路的工作频率和输出时间比例，使逆变电源的逆变器的输出电压或电流的频率和幅值按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活地变化。

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