1KVA单相逆变器设计

目录1 概述及设计要求 (1)1.1概述 (1)1.2 设计要求 (1)2 总体设计方案介绍及原理框图 (2)2.1 方案概述 (2)2.3 电压型逆变电路的特点及主要类型 (3)3 各电路模块设计 (4)3.1 逆变电路的主电路设计 (4)3.2 驱动电路设计 (4)3.2.1 CMOS管介绍 (4)3.2.2 信号放大器介绍 (5)3.4 过流保护设计 (7)3.5 滤波设计 (7)3.6设计系统总电路图 (8)参考文献 (11)1KVA单相逆变器设计1 概述及设计要求1.1概述逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。

应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。

通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。

它由逆变桥、触发电路和滤波电路组成。

日常用途：汽车上的逆变器所获得的220V电，是220V 50HZ，高档点的是正弦波的，便宜的一般是方波的。

正弦波的那种和接插座上用的电，是一样的，而方波的其实也可以用，只不过如果用风扇等有电机的设备，会有一些噪音，之所以用方波，就是因为这种调制方式成本比较低。

在电动车上，有一个叫DC-DC 的模块，他也叫直流转换器，这个模块输入48V，输出12V，那么你只要购买一个12V输入的车载逆变器就可以使用。

当然若你能买到48V输入的逆变器更好，但估计很难买到而且，这个模块一般只能提供5A电流，最多不过10A，而且车灯什么的也要用，所以很容易过载，建议，如果可以，多买一个直流转换器，这个转换器专门给你那逆变器供电，然后如果直流转换器只能提供5A，那么逆变器输入就应当小于5A，否则可能会损坏那模块，当然有一些直流转换器电流是很大的，如果修车的地方没有，可以到一些电器店或叫他们修理的给你进一个大电流的，或者多个直流转换器并联也可以，总之，不要让他过载就可以。

1.2 设计要求要求设计一个输入为48V直流电压，输出容量为1KVA，输出电压为220V 单相交流电的逆变器。

2 总体设计方案介绍及原理框图2.1 方案概述本次课程设计的目标，是设计一个单相桥式逆变电路，且本设计采用电压型逆变器，同时要设计相应的触发电路和过电流过电压保护电路。

根据电力电子技术的相关知识，单相全控桥式逆变电路是一种常见的逆变电路模型，在日常生活中有着广泛的应用。

经过比较，最终选择了CMOS管作为控制臂桥通断的器件。

因为CMOS管分为N沟道和P沟道2个类型，结合起来可以更为方便。

相对于晶闸管来说，CMOS 管只需要2个相反的触发脉冲即可实现电路的控制。

而晶闸管则需要4个，对每个臂桥的器件进行控制。

采用了555定时器来进行触发。

因为是逆变电路，不要求对 进行控制，所以选择了555定时器来输出50HZ、0~5V的矩形波。

并通过FET（场效应晶体管）放大，用以驱动MOS管。

555定时器的输出频率可通过调节R1,RV1和C5来进行设定。

2.2 逆变电路及换流原理介绍把直流电变成交流电的电路称为逆变电路。

当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变。

在不加说时，逆变电路一般指无源逆变。

逆变电路在生活中有很广泛的应用。

工作原理如下图2-1所示，单相全桥逆变电路主电路主要有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。

其中桥臂1、4为一对，桥臂2、3为一对。

每个桥臂有一个可控器件MOSFET以及一个反并联的二极管组成。

在直流侧接有足够大的电容，负载接在桥臂之间。

它的具体工作过程如下：舍最初时刻t1时，给MOSFET Q1、Q4触发信号，使其导通。

则电流流过桥臂1，负载。

桥臂4构成一个导通回路。

当t2时刻时，给Q2、Q3触发信号，给Q1、Q4关断信号。

但由于负载电感较大，通过它的电流不能突变，所以二极管D2，D3导通进行续流。

当电流逐渐减小为0，桥臂1、4关断，桥臂2、3导通，构成一个回路，从而实现换流。

图2-1 单相全桥逆变电路主电路及升压结构图2.3 电压型逆变电路的特点及主要类型根据直流测电源的性质不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。

电压型逆变电路有以下特点：1）直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

2）由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关，而交流侧输出电流波形和相位应为负载阻抗的情况不同而不同。

3）当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管，又称为续流二极管。

2.4 系统原理框图输入电流先经由逆变主电路转化为交流电，之后送到变压器进行变压，获得220V的交流输出电流。

原理框图如下图2-2 系统原理框图3 各电路模块设计3.1 逆变电路的主电路设计在本次设计中，主要采用单相全桥式逆变电路作为设计的电路。

其主电路结构图如下图3-1所示：图3-1 单相全桥逆变电路主电路及升压结构图如上图所示，单相全桥逆变电路主电路主要有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。

其中5Q 、4Q 为一对，3Q 、6Q 为一对。

每个桥臂有一个可控器件MOSFET 以及一个反并联的二极管组成。

在直流侧接有足够大的电容，负载接在桥臂之间。

它的具体工作过程如下：在最初时刻t1时，给MOSFET 5Q 、4Q 触发信号，使其导通。

则电流流过桥臂3，负载。

桥臂2构成一个导通回路。

当t2时刻时，给3Q 、6Q 触发信号，给5Q 、4Q 关断信号。

但由于负载电感较大，通过它的电流不能突变，所以二极管D2，D3导通进行续流。

当电流逐渐减小为0，桥臂3、2关断，桥臂1、4导通，构成一个回路，从而实现换流。

3.2 驱动电路设计3.2.1 CMOS 管介绍对于场效应管，在栅极没有电压时，由分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处于截止状态。

当有一个正电压加在N 沟道的MOS 场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N 型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N 沟道之间的P 型半导体中，从而形成电流，使源极和漏极之间导通。

我们也可以想象为两个N 型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为他们之间搭了一座桥梁，该桥梁的大小由栅压决定。

电路将一个增强型P 沟道MOS 场效应管和一个增强型N 沟道MOS 场效应管组合在一起使用。

当输入端为低电平时，P 沟道MOS 场效应管导通，输出端与电源正极接通。

当输入端为高电平时，N 沟道MOS 场效应管导通，输出端与电源地接通。

在该电路中，P 沟道MOS 场效应管和N 沟道场效应管总是在相反的状态下工作，其相位输入端和输出端相反。

通过这种工作方式我们可以获得较大的电流输出。

同时由于漏电流的影响，使得栅压在还没有到0V ，通常在栅极电压小于1V 到2V 时，MOS 场效应管即被关断。

不同场效应管关断电压略有不同。

也以为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。

图4为MOS 管的结构图及电气图。

图1-19图3-2 MOFET 结构图和电气图 3.2.2 信号放大器介绍由于555定时器输出振荡信号为0~5V ，为充分驱动电源开关电路，通过FET 1Q 、2Q 将振荡信号电压放大。

FET 的主要作用：1.场效应管可应用于放大。

由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。

2.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。

常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

3.3 触发电路设计触发电路采用了555定时器来实现。

题目要求是设计逆变器，主体使用了逆变电路，所以不考虑α角的取值，因此使用了高低电平时间相等的555定时器作为触发电路的主体。

由于导通条件恰好相反，所以可以再引出一路信号，经过反相器，实现对一个触发脉冲控制两路器件通断的功能。

由于输出的交流电压的频率取决于两组臂桥通断的频率，即555定时器输出方波信号的频率。

因此要保证Hz f 50=，取决于555定时器连接器件的参数选择。

由于555定时器的输出频率由C R R C R R T )2(7.0)2(2ln 2121+≈+=决定。

在此次实验中，Ω=2001R ，Ω=K R 32.12，F C C μ1021==。

所以02.010*10*)2.064.2(*7.03≈+=-T ，即Hz T f 50/1==。

具体的电路图如3-3所示图3-3 触发电路电路图3.4 过流保护设计对任何一个电路来说，对应的保护是不可缺少的。

由于是直流电压源，因此过电压保护暂时不予以考虑，仅考虑过电流保护。

我选择在直流电源输入的地方加上一个快速熔断器。

由于整个逆变器的容量为KVA220，所以可以算得一次侧电流为A 1，而输出端电压为V22。

.72算上安全裕量，考虑使用50A的快速熔断器。

3.5 滤波设计在经过变压器升压之后，经过一个低通滤波器，得到V50的交220、Hz流电。

这里采用了一阶RC低通滤波器，形式简单，易于设置。

由于30Rμ,C=。

如图3-4所示：=，所以设置FΩ100=)**2/(R1Cfπ图3-4一阶RC低通滤波器3.6设计系统总电路图本次课程设计的目的是逆变器的设计，由48V的直流输入得到220V的交流输出，具体过程是由555芯片发出50HZ的脉冲信号，使mos管轮流导通，达到逆变效果，再经过变压器变压得到220V的交流电压，整体电路图如下图3-5逆变器系统总电路4 参数计算逆变基波幅值V U U d m o 96.6027.11== 基波有效值电压V U U d o 2.439.01== 变压器副边输出电压V U 2202= 理想变压器原副边线圈匝数比25/1/5/12202.4321==≈=L L N 理想变压器原边电流值A I 231=，副边电流值A I 6.42= 滤波器参数：F C R μ30,100=Ω=开关器件参数：MOS 管流经电流的平均值A I 0.12= MOS 管流经电流的最大值A I m 0.70=5 心得体会经过这次设计，我深深体会到理论联系实际的重要行。

做出的设计，有时并不能满足理论的结果，必须反复的检查考虑，调整参数，才能做到与理论相符合。

理论是一个指导，指引你进行实践。

所以学好理论知识，会在实际应用中，给予极大的方便。

同时，这次课设也显露出我理论知识及动手操作能力的不足，所以在以后的学习生活中，我会进一步加强理论知识与实践的学习，不断充实自己，让今后再遇到同类的问题时能够做的更好。

在这次课程设计中，我更加熟练的掌握了电力电子这门课的知识，并且落实到实践，更加直观的了解了这门课程在生活中的应用。