单相正弦波逆变电源的设计
关于制作单相正弦波变频稳压电源的方案
关于制作单相正弦波变频稳压电源的方案
设计并制作一个单相正弦波变频稳压电源。
电源框图如图所示。
1．基本要求
（1）输出电压波形应尽量接近正弦波，用示波器观察无明显失真；
（2）输出频率范围为20～100Hz，电压有效值为10～18V的正弦交流电；
（3）当输入电压为198～242V，负载电流有效值为0.5～1A时，输出电压有效值应保持在15V，误差小于5％：
（4）具有过流保护，输出电流有效值达2A时动作（5）DC—AC逆变器效率．n≥70％。
2．发挥部分
（1）当输入电压为198—242V，负载电流有效值为0.5～1A时，输出电压有效值应保持在15V，误差小于1％；
（2）设计制作具有测量、显示该变频稳压电源输出电压、电流、频率和功率的电路，测量误差小于5％。
3．说明
（1）不能使用产生SPWM（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片；（2）输出功率可通过电流、电压的测量值计算。
经过论证，在多种方案可供选择的情况下，我们选择了如下方案：
①隔离变压器：选择功率为200W、二次侧可提供50V、15V、15V三组交流电压。
②单相整流电路：选用单相半控整流电路如下图所示。
该电路控制灵活，输出电压大小在一定范围内可调节，因此成为被选方案。
但我们做完这部分电路时发现．这个电路的触发电路还是有一定难度的。
在设计指标中没对整流器做出硬性指标规定的情况下，我们完全可以采用单相不可控整流电路，从而减少两个晶闸管的触发电路的设计。
本设计采用的RC过电压抑制电路R9、C5并联在变压器次级（元件侧），以吸收变压器铁心磁场释放的能量。
并把它转换为电容器的电场能而储存起来，串联电阻是为了在能量转。
单相正弦波逆变电源设计原理
单相正弦波逆变电源设计原理逆变拓扑结构主要有全桥逆变拓扑、半桥逆变拓扑和H桥逆变拓扑等。
其中，全桥逆变拓扑是应用最广泛的一种结构。
其基本原理是通过四个功率开关器件（IGBT、MOSFET等）将直流电源分别与交流负载的两端相连，通过对这四个开关器件进行不同的控制，实现正负半周期交替地对交流负载端进行开关切换，从而输出正弦波形的交流电信号。
控制策略是逆变电源设计中的关键，其主要目标是根据输入直流电源电压的大小和方向，调整开关器件的通断时间，使输出交流电信号能够呈现出正弦波形。
常见的控制策略包括PWM控制策略和SPWM控制策略。
其中，PWM（脉宽调制）控制策略通过对比输入直流电压与参考正弦波形的大小关系，调整开关器件的通断时间比例，以保证输出电压信号的波形准确度。
SPWM（正弦PWM）控制策略则通过比较输入直流电压与参考正弦波形的大小关系，调整开关器件的通断时间点，以保证输出电压信号的谐波失真程度较小。
滤波电路是为了进一步提高逆变电源输出电压信号的波形质量，减小谐波失真。
其主要由电感、电容等元件组成。
一般而言，设计中采用LC滤波器结构来实现对输出正弦波形谐波成分的滤除。
滤波器的参数选择与设计是设计过程中的关键环节，通过合理选择滤波器的参数可以实现输出电压稳定，谐波失真小的效果。
此外，逆变电源设计中还需要考虑过温保护、过压保护、过流保护等安全措施，以保证电源的稳定性和可靠性。
这些保护功能通过在逆变电源系统中加入温度传感器、电流传感器以及相应的控制电路来实现。
总之，单相正弦波逆变电源的设计基于逆变拓扑结构、控制策略和滤波电路的原理，通过合理的参数选择和安全措施的设计，可实现稳定、可靠、高质量的正弦波形交流电信号输出。
单相正弦波变频电源设计
方案三：以单片机为控制核心，用顺序查表的方法将整个正弦波波形数据 顺序的经 DA 输出。此方案硬件稍微复杂，但其编程易于实现，且我们本身对 430 单片机有一定的认识，易于上手，经 DA 输出即可得到频率可控，且精度较高的 正弦信号。
考虑所生成信号的频率较低（20--100Hz），由于单片机+DA 生成波形的方案 易于实现，所以决定采用方案三，生成 SPWM 信号。
2、驱动电路的选择 方案一 采用集成半桥驱动芯片 集成半桥驱动芯片采用自举电容对高边 MOS 管进行驱动，如 IR 公司的
IR2110，采用该方案只需在芯片外围接少量元件就能完成一个半桥的驱动，简化 电路，便于调试，工作可靠性高。缺点是成本较高。
桥式电路，这种电路的优点有，所选用的功率管的耐压比推挽式降低一半，功率 管的存储时间对电路工作影响不大，变压器不需要中心抽头。易于实现 SPWM 波
的控制。
（3）保护电路设计 过流保护电流如图所示，Switch 端接单片机，继电器触点串接于主电路中，
当单片机检测到主电路电流大于 2A 时，输出高电平使三极管导通，断开继电器 常闭触点，切断主电路，起到保护作用，提高系统的安全性。
可使测量仪表和保护装置标准化，使二次设备结构轻巧，价格便宜； 使二次回 路不受一次回路限制，接线灵活，维护、调试方便；使二次与一次高压部分隔离， 且二次可设接地点，确保二次设备和人身安全。因此，我们采用这种方案 。
4、输入输出方案 由于本题目对输入要求较低，只要求输出目标频率的正弦波，我们采取了
单相正弦波逆变电源设计简易报告
单相正弦波逆变电源设计简易报告一、任务设计并制作输出电压为36V AC 的单相正弦波逆变电源，输入为12VDC 电源，负载为阻性。
结构框图如下图所示。
DC/AC 变换滤波器U iU oI i I o R L二、要求：2.1 基本要求（1）在额定输入电压U i =10~14.5V 下，输出电压U ORMS =36±0.5V ，频率0.5Hz 50±=O f ，额定满载输出功率50W ；（2）输出正弦波电压，THD ≤3%； （3）满载情况下，逆变效率η≥83%；（4）具有输入过压、欠压保护功能，欠压保护点9±0.5V ，过压保护点16±0.5V 。
当满足过压、欠压条件时，关闭输出；（5）输出过流保护功能，动作电流I o =1.6±0.1A 。
2.2 发挥部分（1）进一步提高逆变器效率，η≥95%； （2）输出正弦波电压THD ≤1%； （3）输出频率可调20~100Hz ；（4）具有输出短路保护功能，可自恢复，具有工作及保护指示； （5）其他。
三、说明1. 输入电源可来自直流稳压电源，或者采用调压器+隔离变压器+整流+滤波得到；2. 系统供电全部采用U i 供给，不得另外提供其他电源。
3. 不得使用电源类产品改制，不得采用各种电源和逆变模块，不得采用各类集成功率放大电路。
4. 不得采用SPWM 专用芯片。
5. 注意作品制作工艺，留出测试端口。
6. 尽可能降低制作成本。
7. 测试开始后，不允许对电路进行任何调整。
四、评分标准项目评分报告1. 方案论证2．关键技术指标的设计保证措施及关键技术分析等。
3．单元电路的工作原理，必要的理论计算等。
4. 测试方法及测试数据分析等。
5. 报告的完整性和规范性30分基本部分完成（1）21分完成（2）10分完成（3）10分完成（4）6分完成（5）3分发挥部分完成（1）12分完成（2）12分完成（3）12分完成（4）9分完成（5）5分。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验结果
单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。
电力电子技术实验三 单相正弦波
实验七单相正弦波（SPWM）逆变电源研究（老实验台）一．实验目的1．掌握单相正弦波（SPWM）逆变电源的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合。
2．熟悉正弦波发生电路、PWM专用集成电路SG3525的工作原理与使用方法。
二．实验内容1．正弦波发生电路调试。
2．PWM专用集成电路SG3525性能测试。
3．带与不带滤波环节时的负载两端，MOS管两端以及变压器原边两端电压波形测试。
4．滤波环节性能测试。
5．不同调制度M时的负载端电压测试。
三．实验系统组成及工作原理能把直流电能转换为交流电能的电路称为逆变电路，或称逆变器。
单相逆变器的结构可分为半桥逆变器、全桥逆变器和推挽逆变器等形式。
本实验系统对单相推挽逆变电路进行研究。
推挽逆变器的主要优点是在任何时刻导通的开关不会多于一个，对于输出相同的功率，开关损耗比较小，因此，特别适用于由低直流电压（如电池）供电的场合。
另外，两个开关管的驱动信号是共地的，可简化驱动电路，其不足是变压器原边绕组利用率低，当变压器原边两个绕组不完全对称时或者两开关器件特性不对称时，还可能出现直流磁化饱和现象。
逆变器主电路开关管采用功率MOSFET管，具有开关频率高、驱动电路简单、系统效率较高的特点。
当开关其间VT1、VT2轮流导通，再经推挽变压器升压后，即可在负载端得到所需频率与幅值的交流电源。
脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525产生。
SG3525芯片不仅能产生频率灵活可变的方波，而且可输出正弦PWM（SPWM）信号，以提高后接变压器的工作频率。
为了使SG3525产生一个SPWM信号，可在芯片的9脚处加入一个幅度可变的50Hz正弦波（我们这里仅需得到频率固定的50Hz可变电源，若需获得频率也可变的交变电源，则只需在9脚处加入一个幅值与频率均可变的正弦波即可），与5脚处的锯齿波信号进行比较，从而获得SPWM 控制信号，改变正弦波的幅值，即改变调制度M（调制度定义为正弦波调制波峰U rm与锯齿波载波峰值U tm之比，即M=U rm/U tm）就可以改变输出电压的幅值，正常M≤1。
电力电子技术I 实验3 单相SPWM逆变电路
课程名称：电力电子技术指导老师：马皓成绩：__________________ 实验名称：单相正弦波（SPWM）逆变电路实验类型：____________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的与要求熟悉单相桥式SPWM逆变电路的工作原理，对工作情况及其波形作全面的分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率的关系。
二、实验内容1. 测量SPWM波形产生过程中各点波形；2. 测量逻辑延时电路的延时时间；3. 观察不同负载时变频电路的输出波形。
三、实验仪器与设备1. MPE-I电力电子探究性实验平台2. NMCL-10B单相SPWM逆变实验箱3. NMCL-03D可调电阻4. NMCL-31B交直流仪表5. 万用表6. 示波器四、实验方法及操作步骤1.SPWM波形的观察(1) 观察“SPWM波形发生电路”输出的正弦波波形，改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围，改变正弦波幅值调节电位器，测试其幅值变化范围。
(2) 观察“SPWM波形发生电路”输出的三角形载波波形，改变三角波频率调节电位器，测试其频率可调范围，并观察三角波与正弦波波形的对应关系。
(3) 观察“SPWM波形发生电路”经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形。
2. 逻辑延迟时间的测试将“SPWM波形发生电路”的输出SPWM波与“DLD逻辑延时”的输入端相连（以下实验均需保持连接），用双踪示波器同时观察“DLD逻辑延迟”的“1”和“2”与“SPWM波形发生电路”接地端之间电压波形，并记录延迟时间T d。
3. 同一桥臂上下开关管驱动信号死区时间测试分别将IGBT驱动芯片IR2110输出E1和E2，E3与E4相连，用双踪是比起分别测量G1、E1和G2、E2，G3、E3和G4、E4两端的波形，并测量死区时间。
逆变电源设计
逆变电源设计摘要：本系统是根据无源逆变的实用原理，采用单相全桥逆变电路工作方式，实现把直流电源（12v）转换成交流电源（320V，50HZ），并对负载进行供电。
达到的性能要求就是转换出稳定的工频电源.设计的基本要求在一些交通运载、野外测控、可移动武器装备、工程修理车等设备中都配有不同规格的电源。
通常这些设备工作空间狭小，环境恶劣，干扰大。
因此对电源的设计要求也很高，除了具有良好的电气性能外，还必须具备体积小、重量轻、成本低、可靠性高、抗干扰强等特点。
针对某种移动设备的特定要求，研制了一种简单实用的车载正弦波逆变电源，采用SPWM 工作模式，以最简单的硬件配置和最通用的器件构成整个电路。
实验证明，该电源具有电路简单、成本低、可靠性高等特点，满足了实际要求。
车载逆变器（电源转换器、Power Inverter ）是一种能够将DC12V 直流电转换为和市电相同的AC220V 交流电，供一般电器使用，是一种方便的车用电源转换器。
车载电源逆变器在国外市场受到普遍欢迎。
在国外因汽车的普及率较高，外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。
中国进入WTO 后，国内市场私人交通工具越来越多，因此，车载逆变器电源作为在移动中使用的直流变交流的转换器，会给你的生活带来很多的方便，是一种常备的车用汽车电子装具用品。
通过点烟器输出的车载逆变器可以是20W 、40W 、80W 、120W 直到150W ，功率规格的。
再大一些功率逆变电源200W，300W，400W，500W，600W，700W，800W，1000W，1500W 要通过连接线接到电瓶上。
设计汽车逆变电源，提出了一种低成本的方波逆变电源的基本原理及制作方法；介绍了驱动电路芯片SG3524 和IR2110 的使用；设计驱动和保护电路；给出输出电压波形的实验结果。
本文阐述了要求非常高的车载电源的设计及实验过程中的一些特殊问题的解决措施，提出了一些新颖的观点。
单相正弦波逆变电源设计原理
单相正弦波逆变电源设计原理+电路+程序目录1.系统设计 (4)1.1设计要求 (4)1.2总体设计方案 (4)1.2.1设计思路 (4)1.2.2方案论证与比较 (5)1.2.3系统组成 (8)2.主要单元硬件电路设计 (9)2.1DC-DC变换器控制电路的设计 (9)2.2DC-AC电路的设计 (10)2.3 SPWM波的实现 (10)2.4 真有效值转换电路的设计 (11)2.5 保护电路的设计 (12)2.5.1 过流保护电路的设计 (12)2.5.2 空载保护电路的设计 (13)2.5.3 浪涌短路保护电路的设计 (14)2.5.4 电流检测电路的设计 (15)2.6 死区时间控制电路的设计 (15)2.7 辅助电源一的设计 (15)2.8 辅助电源二的设计 (15)2.9 高频变压器的绕制 (17)2.10 低通滤波器的设计 (18)3.软件设计 (18)3.1 AD转换电路的设计 (18)3.2液晶显示电路的设计 (19)4.系统测试 (20)14.1测试使用的仪器 (20)4.2指标测试和测试结果 (21)4.3结果分析 (24)5.结论 (25)参考文献 (25)附录1 使用说明 (25)附录2 主要元器件清单 (25)附录3 电路原理图及印制板图 (28)附录4 程序清单 (39)21.系统设计1.1设计要求制作车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输入单路12V直流，输出220V/50Hz。
满载时输出功率大于100W，效率不小于80%，具备过流保护和负载短路保护等功能。
1.2总体设计方案1.2.1设计思路题目要求设计一个车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输出电压波形为正弦波。
设计中主电路采用电气隔离、DC-DC-AC的技术，控制部分采用SPWM（正弦脉宽调制）技术，利用对逆变原件电力MOSFET的驱动脉冲控制，使输出获得交流正弦波的稳压电源。
1.2.2方案论证与比较⑴ DC-DC变换器的方案论证与选择方案一：推挽式DC-DC变换器。
正弦波逆变器设计方案
正弦波逆变器设计方案一、引言正弦波逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力转换设备，在各类电力应用领域广泛应用。
在许多应用中，需要高质量的交流电源，如电子设备、家用电器、医疗设备等。
本文将讨论正弦波逆变器的设计方案，以提供稳定、高质量的交流电。
二、基本原理正弦波逆变器的基本原理是将直流电通过逆变器电路转换为交流电。
其主要组成部分包括直流输入电源、逆变电路和输出滤波电路。
直流输入电源提供逆变器的输入电压，逆变电路将直流电转换为交流电，并通过输出滤波电路来滤波输出波形。
三、逆变电路设计1. 调制技术选择逆变电路的调制技术决定了输出波形的质量。
常见的调制技术有PWM（脉宽调制）和SPWM（正弦波调制）。
在正弦波逆变器中，选择SPWM调制技术可以获得更接近纯正弦波的输出。
2. 逆变器拓扑选择常见的逆变器拓扑有单相桥式逆变器、三相桥式逆变器等。
根据实际需求选择逆变器拓扑，单相桥式逆变器适用于单相负载，而三相桥式逆变器适用于三相负载。
3. 电路元件选择逆变电路中的元件选择直接影响到逆变器的性能。
选择合适的功率晶体管、电容器和电感器可以提高逆变器的功率输出和效率。
四、输出滤波电路设计输出滤波电路用于滤除逆变电路产生的谐波成分，生成纯正弦波的交流电。
常用的输出滤波电路包括LC滤波电路和LCL滤波电路。
LC滤波电路结构简单，但不能有效滤除高频成分；而LCL滤波电路在滤除谐波的同时，还能提供较好的带宽特性。
五、保护措施设计正弦波逆变器在实际应用中需要具备安全可靠的特性。
常见的保护措施包括过压保护、过流保护、温度保护等。
通过合理设计电路，设置过压、过流和温度保护装置，可以有效保护逆变器及其外部负载。
六、控制电路设计正弦波逆变器的控制电路主要包括运算放大器、比较器和PWM 控制电路等。
通过运算放大器进行误差放大和控制信号处理，再经过比较器和PWM控制电路产生PWM信号，并控制逆变电路，从而实现对逆变器输出波形的控制。
七、实验验证与结果分析在设计完成后，进行实验验证并对实验结果进行分析。
单相逆变电源设计
题目：18KV A 单相逆变器设计与仿真院系：电气与电子工程学院专业年级：电气工程及其自动化2010级姓名：郑海强学号：1010200224同组同学：钟祥锣王敢方骞2013年11月20号单相逆变器设计一、设计得内容及要求0.8 1.0,滞后5DC333V将直流电变成交流电得电路叫做逆变电路。
根据交流侧接在电网与负载相接可分为有源逆变与无源逆变，所以本次设计得逆变器设计为无源逆变。
换流就是实现逆变得基础。
通过控制开关器件得开通与关断，来控制电流通过得支路这就是实现换流得方法。
直流侧就是电压源得为电压型逆变器，直流侧就是电流源得为电流型逆变器，综上本次设计为电压型无源逆变器。
三、主电路原理图及主要参数设计3、1 主电路原理图如图1所示图 13、2输出电路与负载计算3、2、1 负载侧参数设计计算负载侧得电路结构图如图2所示，根据图2相关经计算结果如下：C'L RiV R I 'L I CI V L LI图2 负载侧电路结构图 1、 负载电阻最小值：cos ϕ=1、0时，R=2o V /23300/(1810)5oP ；cos ϕ=0、8时，R=2o V /(o P ⨯23cos )300/(18100.8) 6.252、 负载电感最小值：'L ='L Z /(2f π)=8、3/(2100)=0、0132H μ3、 滤波电容：取滤波电容得容抗等于负载电感感抗得2倍，则：C =1/(2πf c Z )=1/(2⨯π10032)=95、92F μ取电容为100F μ,将10个10F μ得AC 电容进行并联，c()Z 实=1/(2πf C )=1/6(210010010)=15、94、滤波电抗L 得计算选取主开关器件工作频率K f =N ⨯O f =32100=3200Hz 由于移相原因，输出线电压得开关频率变为：2K f =6400HZ 取滤波电路固有谐振频率'f=1/(2πK f /6=533、3Hz则：L = 1/（42π2'f C ）= 1/(4⨯2π⨯2533⨯100610-⨯)=880H μ 实选用 L=900uH 由此 特征阻抗3、2、2 逆变电路输出电压1、 滤波电路输入端电压(无变压器时)逆变电路得输出与后续电路得连接电路如图3所示，有图3可以得到如下得计算结果。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验
电力电子技术实验报告共页第页一、实验目的(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。
(2)掌握SPWM波产生的基理。
(3)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二、实验内容1.熟悉 SPWM 电路组成，掌握该电路的实验及调试方法。
2.测定与分析 SPWM 电路控制信号的各观测点输出电压波形。
3.分析电路在电阻负载时的电压与电流波形的分析,并研究工作频率对电路工作波形的影响。
4.按照 SPWM 电路实验要求搭建电路，按照实验安全要求规范操作，准确获取实验数据。
利用实验课以外的时间，借助仿真软件搭建 SPWM 电路模型，并比较实验数据与仿真结果的异同，对实验数据结果进行分析和解释。
5.掌握 SPWM 电路工作原理，学会分析和处理实验中出现的问题，提高工程实践能力。
三、实验仪器、设备和工具TKDD-2 型电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块，DX08 单相交直交变频原理，双踪示波器，万用表四、实验原理采用 SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路图如图 3-1 所示，由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。
是由两片集成函数信号发生器ICL8038 为核心组成，其中一片ICL8038 产生正弦调制波 Ur，另一片用以产生三角载波 Uc，将此两路信号经比较电路 LM311 异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波 Um，即 SPWM 波。
Um经反相器后，生成两路相位相差180 度的±PWM 波，再经触发器 CD4528延时后，得到两路相位相差 180 度并带一定死区范围的两路 SPWM1 和 SPWM2波，作为主电路中两对开关管 IGBT 的控制信号。
五、实验步骤1.控制信号的观测在主电路不接直流电源时，打开控制电源开关，并将 DX08 挂箱左侧的钮子开关拨到“测试”位置。
①观察正弦调制波信号 Ur的波形，测试其频率可调范围；②观察三角载波 Uc的波形，测试其频率；③改变正弦调制波信号 Ur的频率，再测量三角载波 Uc的频率，判断是同步调制还是异步调制；④比较“PWM+”，“PWM-” 和“SPWM1”，“SPWM2”的区别，仔细观测同一相上下两管驱动信号之间的死区延迟时间。
基于STM32单相正弦波逆变电源的设计
—科教导刊（电子版）·2018年第06期/2月（下）—256基于STM32单相正弦波逆变电源的设计唐涛杨冰李稳国兰岳旺吴航（湖南城市学院信息与电子工程学院湖南·益阳413000）摘要针对传统线性电源输出功率低、稳定性差、带负载能力不强等问题，设计并制作了一种效率高、稳定性强的开关稳压式电源。
该开关电源系统主要是由STM32单片机、驱动模块、DC-DC 升压模块、DC-AC 逆变模块、采样调频模块等组成。
以DC-DC 升压模块和DC-AC 逆变模块为电路主拓扑，由STM32单片机产生的信号经过驱动模块放大增幅后进行控制调节，采样调频模块进行采样反馈和频率调节。
测试结果表明，该开关电源系统具有过压欠压保护功能，输出交流电压的幅值频率可调，且效率达到86%以上。
关键词STM32单片机DC-DC DC-AC 中图分类号：G632.3文献标识码：A 0引言随着电子技术的飞速发展，各种电子装置对电源功率的要求越来越大，对电源效率和稳定性的要求也越来越高。
因此，开关电源技术得以飞速发展。
传统线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在效率低(40%-50%)、体积大、工作温度高及调整范围小等缺点，而开关式稳压电源效率可达85%以上，且稳压范围宽。
相比传统线性稳压电源，开关电源所具有的电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，为它在小功率范围内取代线性电源奠定了良好基础，并且还迅速地向中大功率范围推进。
文献[2]提出的开关电源稳定性好，但电源转换效率不高。
针对上述问题，本文提出了单相正弦波逆变电源的设计。
该设计主拓扑电路由DC-DC 升压模块和DC-AC 逆变模块构成。
其中，DC-DC 升压模块采用两路B00ST 并联结构，提高了输入电流，有利于电流分配调节。
而DC-AC 逆变模块采用全桥逆变结构。
与半桥逆变结构相比，全桥逆变的开关电流减小了一半，在大功率场合得到了广泛应用，且稳定性更好。
最新-单相正弦脉宽调制逆变器的设计 精品
单相正弦脉宽调制逆变器的设计摘要论述了单相正弦波逆变器的工作原理，介绍了3524的功能及产生波的方法，对逆变器的控制及保护电路作了详细的介绍，给出了输出电压波形的实验结果。
关键词逆变器；正弦波脉宽调制；场效应管引言当铁路、冶金等行业的一些大功率非线性用电设备运行时，将给电网注入大量的谐波，导致电网电压波形畸变。
根据我们的实验观察，在发生严重畸变时，电压会出现正负半波不对称，频率也会发生变化。
这样的供电电压波形，即使是一般的电力用户，也难以接受，更无法用其作为检修、测试的电源。
同时，在这种情况下，一般的稳压电源也难以达到满意的稳压效果。
为此，我们设计了该逆变电源。
其控制电路采用了2片集成脉宽调制电路芯片3524，一片用来产生波，另一片与正弦函数发生芯片8038做适当的连接来产生波。
集成芯片比分立元器件控制电路具有更简单、更可靠的特点和易于调试的优点。
图1系统主电路和控制电路框图1系统结构及框图图1示出了系统主电路和控制电路框图。
交流输入电压经过共模抑制环节后，再经工频变压器降压，然后整流得到一个直流电压，此电压经过电路进行升压，在直流环上得到一个符合要求的直流电压35050220交流输出时。
变换采用全桥变换电路。
为保证系统可靠运行,防止主电路对控制电路的干扰，采用主、控电路完全隔离的方法，即驱动信号用光耦隔离，反馈信号用变压器隔离，辅助电源用变压器隔离。
过流保护电路采用电流互感器作为电流检测元件，其具有足够快的响应速度，能够在管允许的过流时间内将其关断。
2控制及保护电路为了降低成本，使用两块集成脉冲产生芯片3524和一块函数芯片8038，使得控制电路简洁，易于调试。
213524的功能及引脚图2所示为3524的结构框图和引脚图。
3524工作过程是这样的直流电源从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的＋5基准电压。
＋5再送到内部或外部电路的其他元器件作为电源。
实验三SPWM逆变电路山东大学
实验三单相正弦波脉宽调制SPWM逆变电路实验实验者：学号：系年级：同组者：一、实验目的1.掌握电压型单相全桥逆变电路的工作原理。
2.了解正弦脉宽调制SPWM调频、调压原理。
3.分析SPWM逆变电路在不同负载时的工作情况和波形，研究工作频率对电路工作波形的影响。
二、实验内容1.控制信号观测；2.观测逆变电路输出在不同负载下的波形及参数。
三、实验设备1.电源控制屏DZ01:包括三相电源输出、交直流电压表和电流表等单元。
2.单相调压与可调负载:包括整流与滤波、单相自耦调压器等单元。
3.单相交一直一交变频原理:包括由4个IGBT管和LC滤波电路组成的主电路、驱动电路、控制电路等。
4.示波器、万用表。
四、实验步骤（一）控制信号的观测主电路不连通电源，打开控制电源开关，将控制电路面板上的开关拨至“测试”或“运行”位置。
观察正弦波信号uc 的波形，测试其频率可调范围；观察三角载波ur的波形，测试其波形；并观察uc与ur的关系。
改变正弦调制波信号的频率，在测量三角载波的频率，判断是同步调制还是异步调制。
比较“PWM+”“PWM-”和“SPWM1”“SPWM2”的区别，观测同一相上下两管驱动信号之间的死区延迟时间。
（二）带电阻及阻感负载时观测负载电压和负载电流的波形及参数将控制电路面板上的钮子开关拨至“运行”位置，将正弦波调制信号的频率调到最小。
按照主电路接线，单相自耦变压器输入测接电源线电压，输出测接整流电路，调节自耦变压器使整流电路输出电压为200V，然后将其接到单相交直交变频原理挂件上的主电路输入端。
逆变电路分别接电阻负载（灯泡）和阻感负载（挂箱上的灯泡和电感串联组成），调节正弦调制波信号uc的频率值，记录逆变器输出电压有效值和频率。
U d =200VU c频率（Hz）304050U o频率（Hz）有效值（V）电阻负载29.17Hz 118.79V 41.29Hz 114V 51.14Hz 118.02V 阻感负载29.84Hz 120.21V40.12Hz 115.5V50.05Hz 119V五、思考题1、分析电阻负载和阻感负载的实验数据和波形图从数据来看，阻感负载时的输出电压频率和有效值均与电阻负载下的输出电压频率和有效值相差不大，波形近似一致。
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第1章概述任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。
电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。
传统的晶体管串联调整正弦波逆变电源是连续控制的线性正弦波逆变电源。
这种传统正弦波逆变电源技术比较成熟,并且已有大量集成化的线性正弦波逆变电源模块,具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点、但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都不得和很大的滤波器。
由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。
另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以需要采用大功率调节器整管并装有体积很大的散热器,很难满足现代电子设备发展的要求。
在近半个多世纪的发展过程中，正弦波逆变电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛的应用，正弦波逆变电源技术进入快速发展期。
正弦波逆变电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。
它的功耗小，效率高，正弦波逆变电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器，此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。
因此正弦波逆变电源具有重量轻、体积小等优点。
另外，于功耗小，机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性。
而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V±10%,而正弦波逆变电源在电网电压在110～260V范围变化时,都可获得稳定的输出阻抗电压。
正弦波逆变电源的高频化是电源技术发展的创新技术,高频化带来的效益是使正弦波逆变电源装置空前的小型化,并使正弦波逆变电源进入更广泛的领域,特别是在高新技术领域的应用,扒动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外正弦波逆变电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。
目前市场上正弦波逆变电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用MOSFET的正弦波逆变电源转抽象频率可达几百千赫。
为提高开关频率，必须采用高速开关器件。
在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。
因此，高频化是正弦波逆变电源的主要发展方向。
高可靠性——正弦波逆变电源的使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高的可靠性。
从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。
所以，要从设计方面着眼，尽可能使较少的器件，提高集成度。
这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。
正弦波逆变电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。
高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。
发展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件,开发高频用的低损磁性材料,改进磁元件的结构及设计方法,提高滤波电容的介电常数及降低其等串联电阻等,对于正弦波逆变电源小型化始终产生着巨大的推动作用。
总之，人们在正弦波逆变电源技术领域里，边研究低损耗回路技术，边开发新型元器件，两者相互促进并推动着正弦波逆变电源以每年过两位数的市场增长率向小型、薄型、高频、低噪声以及高可靠性方向发展。
第2章 设计总思路2.1总体框架图图1 总体框图此次课程设计要求输入315V 直流，输出220V 交流，主电路采用单相桥式逆变电路，对高频开关器件常用PWM 波控制，要产生正弦波可采用SPWM 控制方法，通过控制电力电子器件MOSFET 的关断来控制产生交变正弦波电压。
控制电路主要实现产生SPWM 波，设计要求选用UC3842电流控制型PWM 控制器产生控制脉冲。
而UC3842实质上是通过输入的两路波进行比较，输出比较后形成的脉冲波，鉴于UC3842的这一特征，可以通过输入正弦漫头波和锯齿波进行比较得到所需的正弦波控制脉冲。
正弦波产生器的设计有多种方法，本次课程设计采用555定时器多谐振电路产生方波经过滤波产生正弦波的方法作为正弦波产生器，再经过整流，使之成为正弦漫头波。
锯齿波的产生电路比较简单，可以直接利用UC3842内部提供的谐振器加入外围电阻电容产生。
此外电路要求输出的正弦波幅度可调，此时就需要使加入的正弦波漫头波幅值可调，此可以通过一加法器使之与设置电压相叠加产生电压可变的正弦电压。
主电路和控制电路的一些中间环节都是需要滤波的，由于产用SPWM控制，主电路的谐波成分较少，可以通过简单的RC无源滤波。
控制电路中的方波要变成较为标准的正弦波，要滤去的谐波成分就要多得多，可以采用有源滤波，且可以通过积分环节使方波变成比较好的正弦波。
由于设计出来的电路是作为电源用的，对电源电流、电压检测就显得非常有必要了，可以通过从电源负载取出电流信号作为UC3842的关断信号，从而实现主电路的限流作用。
要实现电流、电压的稳定，则可以通过取出的电流、电压信号与控制电路构成闭环控制来实现。
为了不至使电路结构过于复杂，只设计了简单的电压反馈环使电压基本能跟随给定维持恒定。
2.2设计的原理和思路图2 正弦波逆变电源的组成框图该电路采用他励式,2管双推动输出脉宽调制方式输出电压为220V,输出电流2A,有欠压、过压和过流等多重保护功能。
第3章主电路设计3.1 SPWM波的实现3.1.1 PWM固定频率的产生PWM波形产生原理图如图3.1.1所示图3.1.1 PWM波的产生电路图PWM固定频率是由SG3525芯片产生。
SG3525芯片的资料见如下：管脚说明：引脚1：误差放大反向输入脚9：PWM比较补偿信号输入端引脚2：误差放大同向输入引脚10：外关断信号输入端引脚3：振荡器外接同步信号输入端引脚11：输出A引脚4：振荡器输出端引脚12:信号地引脚5:振荡器定时电容接入端引脚13：输出级偏置电压接入端引脚6：振荡器定时电祖接入端引脚14：输出端B引脚7:振荡器放电端引脚15：偏置电源输入端引脚8:软启动电容接入端引脚16：基准电源输出端图中11与14脚输出两路互补的PWM波，其频率由与5、6管脚所连的R、C决定。
PWM频率计算式如下：f=1/[C5(0.7R15+3R16)]，调节6端的电阻即可改变PWM输出频率。
同时，芯片内部16脚的基准电压为5.1V采用了温度补偿，设有过流保护电路，5.1V反馈到2端同向输入端，当反向输入端也为5.1V时，芯片稳定，正常工作。
若两端电压不相等，芯片内部结构自动调整将其保持稳定。
在脉宽比较起的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化，由于结构上有电压环河电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，目前比较理想的新型控制器。
R 和C 设定了PWM 芯片的工作频率，计算公式为T=(0.67*RT+1.3*RD)*CT 。
再通过R13和C3反馈回路。
构成频率补偿网络。
C6为软启动时间设定电容。
3.1.2 SPWM 波的原理在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。
当正弦值为最大值时，脉冲宽度也最大，脉冲间隔最小，反之正弦值较小时，脉冲宽度也小，脉冲间的间隔较大。
这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减少，成为正弦波脉宽调制。
3.1.3 SPWM 调制信号的产生要得到正弦电压的输出，就要使逆变电路的控制信号以SPWM 方式控制功率管的开关，所得到的脉冲方波输出再经过滤波就可以得到正弦输出电压。
通过SG3525来实现输出正弦电压，首先要得到SPWM 的调制信号，而要得到SPWM 调制信号，必须得有一个幅值在l ～3 5V ，按正弦规律变化的馒头波，将它加到SG3525脚2，并与锯齿波比较，就可得到正弦脉宽调制波实现SPWM 的控制电路框图如图3.1.3(a)所示，实际电路各点的波形如图3.1.3(b)所示。
图3.1.3(a) SPWM波控制电路框图图3.1.3(b) SPWM电路主要节点波形由图3.1.3(a) 图3.1.3(b)可知，基准50Hz的方波是由555芯片生成的，用来控制输出电压有效值和基准值比较产生的误差信号，使其转换成50Hz的方波，经过低频滤波，得到正弦的控制信号。
3.2 保护电路模块该系统是由直流边交流，弱点变为强电。
故对系统进行必要的安全保护是必须的，在对系统进行调试时必须要注意安全。
系统除了芯片本身具有的保护措施外，还对系统进行了专门的保护，具体如下。
3.2.1过电流保护过电流保护采用电流互感器作为电流检测元件，其具有足够快的响应速度，能够在IGBT允许的过流时间内将其关断，起到保护作用。
如图3.2.1所示，过流保护信号取自CT2，经分压、滤波后加至电压比较器的同相输入端，如图2.4所示。
当同相输入端过电流检测信号比反相输入端参考电平高时，比较器输出高电平，使D2从原来的反向偏置状态转变为正向导通，并把同相端电位提升为高电平，使电压比较器一直稳定输出高电平。
同时，该过电流信号还送到SG3525的脚10。
当SG3525的脚10为高电平时，其脚11及脚14上输出的脉宽调制脉冲就会立即消失而成为零。
图3.2.1 过电流保护电路3.2.2空载保护电路的设计空载检测电路如图3.2.2所示。
是用电流互感器检测电流输出，当没有电流输出时，使三极管Q8截止，从而使RS-CK为高电平，停止输出SPWM波。
8s后，再输出一组SPWM波，若仍为空载，则继续上述过程。
若有电流输出则Q8导通，使得RS-CK为低电平，连续输出SPWM 波形，逆变电路正常工作。