逆变电源设计报告a.(DOC)

逆变电源设计与总结报告2013年5月6日星期一目录一、方案论证与比较 (1)1、总体方案的比较 (1)2、隔离型DC-DC电路方案 (2)3、高频变压器后级整流方案 (3)4、SPWM波产生方案 (3)二、理论分析与计算 (3)1.高频变压器参数设计 (3)2.LC低通滤波参数设计 (4)三、电路与程序设计 (5)1.推挽式隔离型直流变换电路 (5)2.逆变电路 (7)3.保护电路 (7)4.辅助电源 (8)5.SPWM产生程序 (8)四、测试结果及分析 (9)1.测试方法与测试条件 (9)2.主要测试结果 (9)元件参数根据计算可知，L=4.7UH,C=2.2UF.仿真波形如图11所示。

(10)五、设计总结 (10)摘要本设计实现了一种基于的高频链逆变电源。

系统由输入欠压保护、推挽升压、全桥逆变、SPWM波产生、低通滤波、输出过流保护、辅助电源等电路组成。

12V 的直流电通过推挽式变换逆变为高频方波，经高频变压器升压，再整流滤波得到一个稳定的约320V直流电压。

前级DC-DC变换采用SG3525驱动MOSFET得到高压直流电，然后通过产生的SPWM驱动全桥电路，再经低通滤波得到220V的工频正弦交流电。

采用反激式开关电源升压再经稳压芯片稳压供电很好的实现隔离，并且具有输入欠压保护和输出过流保护，输出功率可达100W。

该电源体积小、效率高、输出电压稳定，非常适用于车载逆变器。

关键词：推挽升压全桥逆变滤波反激式AbstractThis design implements a Cortex M3 based on the high-frequency link inverter power supply.System consists of input undervoltage protection, push-pull boost, full-bridge inverter, SPWM wave generator, low pass filtering, output over-current protection, auxiliary power and other circuit.12V direct current through the push-pull inverter is a high frequency square wave transform, the high-frequency step-up transformer, then rectified and filtered to get a stable DC voltage of about 320V.Former level DC-DC conversion by using SG3525 drive MOSFET high voltage DC and then generate the SPWM drive M3 full bridge circuit, and then low-pass filter obtained by the frequency sinusoidal AC 220V.With a flyback switching power supply step-up regulator chip re-powering through the realization of good isolation, and with input voltage protection and output over-current protection, output power up to 100W.The power, small size, high efficiency, output voltage stability, ideal for automotive inverter.Key words: push-pull boost full-bridge inverter flyback M3概述逆变器也称逆变电源，是将直流电能转变成交流电能的变流装置，是太阳能、风力发电中一个重要部件。

随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直流电动机——交流发电机的旋转方式逆变技术，发展到二十世纪六、七十年代的晶闸管逆变技术，而二十一世纪的逆变技术多数采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT 等多种先进且易于控制的功率器件，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP）控制。

各种现代控制理论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。

其应用领域也达到了前所未有的广阔，从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；从日常生活的变频空调、变频冰箱到航空领域的机载设备；从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设备，都少不了逆变电源。

毋须怀疑，随着计算机技术和各种新型功率器件的发展，逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。

一、方案论证与比较1、总体方案的比较方案一：如图1所示，12V的直流电经过DC-AC逆变成10V/50HZ交流电，再经工频变压器升压到220V.如图1 方案一原理框图方案二：系统框图如图2所示，本系统主要由推挽升压电路、全桥逆变电路、SPWM波产生电路、保护电路和辅助电源等电路组成。

12V直流电压经过推挽式高频逆变和高频整流得到高压直流电，在经全桥DC-AC逆变和低通滤波输出220V 的工频交流电。

图2 方案二电路框图方案一比较简单，升压斩波电路前后级电压倍数低，可以采用非电气隔离性直流变换器，但采用工频变压器经AC-AC升压，存在体积大，效率低等缺陷。

方案二实现了无工频变压器的逆变电路，可以很好的克服方案一存在的问题，同时保证了电源输出电压更稳定、更平滑。

通过比较，本设计选择方案二。

2、隔离型DC-DC电路方案方案一：采用半桥式变换电路，该电路对开关管的耐压值要求低，开关管截止时承受电压为电源电压，所用功率变压器的铁芯没有单向偏磁现象，但对电流要求大。

方案二：采用推挽式变换电路，这种电路一般需要选择高耐压值的开关管，电流要求低，截止时开关管承受电压为电源电压两倍以上。

两组开关管的漏极连在一起，门极驱动电路无需彼此绝缘，驱动电路简单。

由于本系统输入只有12V，但电流将近10A,采用方案一获得同样的输出功率要求开关管流过方案二两倍的电流，管子发热严重。

而方案二即使要求开关管承受电压为电源的两倍，也不过24V，一般MOSFET完全胜任。

通过比较，本设计选择方案二。

3、高频变压器后级整流方案方案一：采用全波整流电路，电流回路中只有一个二极管压降，损耗小，整流过程中只需两个二极管。

但是，二极管关断时承受反压是二倍的交流电压幅值，对器件耐压值要求比较高，而且变压器二次绕组有中心抽头，制作复杂。

方案二：利用全桥整流，二极管断态时承受反压仅为交流电压幅值，而且变压器绕组结构简单。

缺点是任意时刻电感的电流总要相继流过两个二极管，损耗大。

通过比较，由于逆变后电压较大有300—400V ，对管子耐压要求较高。

为了使变压器绕制简单，管子耐压较低，选择方案二。

4、SPWM 波产生方案方案一：采用模拟电路实现SPWM 。

由模拟元件构成的三角波和正弦波产生电路分别产生三角载波信号ut 和正弦调制波信号ur 送入电压比较器，从而产生SPWM 波，这种利用模拟电路调制方式的优点是完成Ut 与ur 信号的比较和确定脉冲所用的时间很短，几乎是瞬问完成而且ut 和ur 的交点是非常精确的，未做任何近似处理。

方案二：采样法软件计算实现SPWM ，利用msp430g2553通过编程直接生成SPWM 波。

充分利用M3内部带死区可调的PWM 模块和丰富的定时器，轻松实现稳定可靠SPWM 波。

方案一电路复杂，而且正弦波不太稳定，方案二电路极其简单且程序也不复杂，输出SPWM 非常漂亮。

故本次设计选择方案二。

二、理论分析与计算1.高频变压器参数设计1.1 磁芯选择与参数计算选择铁氧体磁芯，先求出磁芯窗口面积AW 与磁芯有效截面积Ae 的乘积AP, 根据AP 值, 查表找出所需磁芯材料之编号。

由于输出要求100W,当效率为0.8时，逆变器输入端应有120W,考虑到温升问题高频变压器功率预留6% 的裕度, 则设计输出功率为Po= 1.06*120= 127W 。

由于变压器用于推挽变换电路当中, 由 104⨯==fB KJ P A A AP m o e w ηδ 其中J=400A/cm 4, K =0.4,η=0.8,δ=0.8,f=60KHZ,Bm =0.2。

求得AP=0.7395cm4，查磁芯参数表知EC42符合设计要求，再根据型号查找对应的有效截面积Ae=2.04cm 2。

1.2 变压器匝数计算初级绕组匝数为：=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=04.22.0106041014410N 344max 1A B f V e m s i 1.43 取初级匝数N 1=2。

次级绕组匝数为：2.50245.02122702.01.121maxmin 2=⨯⨯⨯++=⨯⨯⨯++=N D V V V V N i O Lf D 取次级匝数为50匝。

1.3 绕组导线线径及股数计算采用铜线考虑集肤效应，由于开关频率为60KHZ,故穿透深度为：mm mm f 4.502,27.01000*601.661.66=∆===∆故可知线径不得超过0.54mm ，取线径为0.38mm 。

根据工程实际情况和绕组损耗, 取J= 4A/mm 2,导线直径为φ=0.38mm,由设计要求知I imax =12A,I OMAX =0.45A,由公式：45.26)2/38.0(1415.34122max =⨯⨯=⨯=S J I N W i p 可知初级线圈采用26股并绕，同理可求出次级线圈股数为1股。

2. LC 低通滤波参数设计为了将SPWM 波的谐波分量滤除，在逆变器的输出端加了LC 滤波器，从而得到正弦交流信号，滤波器的截止频率一般都是开关频率的1/10~1/2，设定SPWM 波的频率为20K ，则f 定为1.2kHZ ，由公式LC f π21=取电容C=3.3uF ，电容选择聚丙电容，得L=4.7mH 。

三、电路与程序设计1.推挽式隔离型直流变换电路如图3，电路由脉宽调制芯片SG3525产生带死区互补PWM波驱动IRF3205，两个开关管经变压器初级绕组的中心端交替导通，每次导通时间小于半个周期。

次级整流二极管也轮流导通，交替经滤波电感向负载提供电流并向电容充电。

图3 推挽升压电路2.逆变电路由于输出功率较大，达100W所以采用全桥逆变，如图4所示。