2020年2kw逆变电源主电路设计电081精编版

目录

1. 主电路的拓扑结构选择………………………………………………………………

1.1 前言····························································

1.2 确定主电路的拓扑结构选择·········································

2. 主电路部分设计……………………………………………………………………

2.1 整流电路设计部分………………………………………………………………

2.1.1 整流二极管的选择…………………………………………………………

2.1.2 整流二极管的保护设计……………………………………………………

的选取………………………………………………………………

2.2 滤波电容C

d

2.3 斩波电路设计······················································ 2.

3.1 斩波参数的选择············································2.4 逆变电路部分设计…………………………………………………………………

2.4.1 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的选择…………………………………

2.4.2I G B T的保护设计…………………………………………………

3. 高频变压器设计部分…………………………………………………………………

3.1 高频变压器主要参数………………………………………………………

3.2 变压器磁芯的选择………………………………………………………………

3.3 高频变压器一次侧、二次侧绕组匝数计算································

3.4 计算绕组导线线径及估算铜窗占有率························

4.心得体会…………………………………………………………………………

5.参考文献…………………………………………………………………………………

附录1：主电路电气原理总图……………………………………………………………附录2：主要元器件型号规格……………………………………………………………

1.主电路的拓扑结构选择

1.1 前言

逆变电源因体积小、重量轻、节材、节能、转换效果高等特点，现已得到了广泛应用。目前逆变电路的拓扑结构主要有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式、全桥式等多种类型。根据需求可采用不同拓扑形式的逆变电路满足其需求。目前IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是逆变电源中常用的功率器件，已逐步取代原晶闸管、晶体管、场效应管（MOSFET）。由于桥式逆变电源在选择功率开关器件耐压要求可以稍低，并有较高的功率输出，现通常采用全桥式逆变电路来实现较大功率输出。课程设计所要求做的是2kw的逆变电源主电路设计（要求：电网电压380v，允许变化10%,要求输出110v，20KHz交流电压向负载供电）。

1.2确定主电路拓扑结构

根据负载谐振形式的不同，可以将电源逆变器分为串联谐振式逆变器和并联谐振式逆变器两种逆变结构。图2-1和图2-2分别给出了两种逆变器的拓扑结构。

图1-1串联谐振逆变器结构图1-2并联谐振逆变器结构

1.1.2 逆变电源拓扑结构的选择

串联谐振式逆变器的输入端并接有大电容，逆变器将直流电压变换为交流电压，因此也称为电压源型逆变器；电流型逆变器的输入端串接有大电感，形成平稳的直流电流，逆变器将输入的直流电流变换为交流电流输出，因此也称为电流型逆变器。从电路原理的角度来看，两种电路是完全对偶的。这种对偶性主要表现在以下几个方面，如表1-1所示。

表1-1两种逆变器的比较

综合比较串联谐振逆变器和并联谐振逆变器的优缺点，从适合高频小功率应用的角度，本设计选用串联谐振逆变器电路拓扑。

1.2串联谐振式逆变电源稳压调节方式

因为电网电压波动10%，所以要通过稳压调节稳定高频变压器原流I10，从而稳定高频

变压器输出电压使负载正常工作。串联谐振式逆变电源的调压主要方法是直流侧调压。

1.2.1直流则调压方式

直流调压通常采用相控整流或直流斩波来改变逆变器的输入直流电压的大小。

（1）相控整流调压

由六只晶闸管组成三相全桥可控整流电路如图1-3所示。

图1-3相控整流电路

三相全桥可控整流电路是通过控制由6只晶闸管实现的全控整流桥的开通和关断来调节直流输出电压，采用晶闸管整流电路虽原理易懂，并且可以通过调节控制角α，从而稳定电网电压的波动。但是结合信号控制部分来说，相对而言，通过斩波电路的信号控制来调节电压波动更为容易实现。

（2）直流斩波调压

逆变电源中的直流斩波调功方式的调功原理如图1-4所示：

图1-4斩波调功方式原理框图

前端是由六只二极管组成的三相不可控整流器，输出的直流电压Ud，经过电容Cl滤波后送

入由开关管T、续流二极管D、滤波电感L1组成的斩波器，调节T的占空比，逆变器得到的电压就在0～Ud之间任意的电压值。本设计选用不控整流加PWM软斩波器的调压方式。

1.3 2kW逆变电源主电路的设计

图1-5 2kW逆变电源主电路图

采用二极管整流，得到脉动的直流电；再用电解电容进行滤波，输出稳定的电压；考虑电网电压波动，通过检测高频变压器原边线圈电流I10并与额定值相比较，调节PWM信号从而通过斩波电路稳定高频变压器原边线圈电流；用IGBT器件逆变，并用SPWM控制方式对逆变开关器件进行控制。从而使输出端得到一系列幅值相等而脉冲宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或者需要的波形。按照一定的规则对个脉冲的宽度进行调制，即可以改变逆变电路输出的电压的频率。

此电路特点：（1）可以得到相当接近正弦波的输出电压；

（2）整流电路采用二极管，可以获得接近1的功功率因数；

（3）通过对输出脉冲宽度的控制就可改变输出电压，大大加快了变频器的动态响应。

2. 主要功率器件的计算和选择

2.1整流部分

三相 380V电源，整流电路为三相桥式全波整流电路。

假定没有电压变化，其输入电压为 U=380V,则通过三相桥式不可控整流输出电压直流平均值：

=1.35⨯U=513V

U

整流滤波后电压为：

U1= 2⨯380V=537V

考虑电网电压波动(±10%波动)则整流滤波最高电压为：

U1max=110% U1=110%⨯537V=590V

整流滤波最低电压为：