500w50hz逆变电路本科毕设论文Word文档下载推荐.docx

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本电路设计简单，由UC3524集成芯片模块、驱动放大模块、逆变主电路模块、变压器模块、过电压过电流保护模块等部分组成。

关键词：

逆变，蓄电池，晶闸管，驱动，UC3524，方波

500W50HZInverterCircuit

ABSTRACT

Moderninvertertechnologyisthestudyofmoderninvertercircuitdesigntheoryandapplicationofascientificmethod.Single-phaseinverterpowersupplyisDCreverseintoasquarewaveorsinewavepower,thebatterycanbesinusoidalorACinverterforusewithelectricalappliances.Thesingle-phaseinverterpowersupplyviatheDCinputhalf-bridgeinvertercircuittoasquarewaveinverterpowersupply,theoutputvoltageis220V,frequency50HZ.Invertercircuit,controlcircuitthatgatetriggercircuitusingspecificintegratedchipUC3524.BydeterminingparametersofanexternalcircuitUC3524RT,CTvalues​​oftheoutputpulsecanbesettothefrequencyofthechip.Pulseisamplifiedbythedriveamplifiercircuit,andthencontrolthyristorcontrolledinverteroutputfrequency.Thyristorfrequencyofthepulseoutputfrequencyof1/2.Thecircuitdesignissimple,integratedbytheUC3524chipmodule,driveramplifiermodule,invertermaincircuitmodule,transformermoduleovervoltageandovercurrentprotectionmodulesandothercomponents.

KEYWORDS：

inverter，battery，thyristor，drive，UC3524，square-wave

前言

电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础，它与国民经济各个部门相关，在工农业生产中应用得最为广泛。

在电能传输过程中，在供电电源和负载之间对电能进行变换或稳定处理，一般称这种电源为二次电源（即对已有的电源进行控制）。

二次电源在电力应用领域起着很重要的作用。

二次电源，就是把输入电源（由电网、蓄电池或燃油发电机供电等）变换成在电压、电流、频率、波形及在稳定性、可靠性（含电磁兼容、绝缘散热、不间断供电）等方面符合要求的电能供给负载，这是目前应用最广泛的电源技术领域，主要研究如何利用电子技术对电功率进行变换及控制，它广泛运用电磁技术、电子技术、计算机技术和材料技术等学科理论，具有较强的综合性。

在二次电源中，逆变电路是主要、核心的组成部分。

这门科学是建立在工业电子技术、半导体器件技术、电力电子技术、现代控制技术、半导体变流技术、脉宽调制技术、磁性材料等学科基础上的一门科学技术。

现代逆变技术主要包括三个部分：

半导体功率集成器件及其应用、功率变换电路、逆变控制技术。

逆变的目的就是为了获得不同的稳定的或变化的电能。

随着电力电子技术的发展和各行各业对电气设备性能的要求的提高，逆变技术在很多领域得到广泛的应用，其中主要包括交流电动机的调速，电动机制动再生能量回馈，不间断电源系统，感应加热，弧焊电源，通信开关电源，变频电源，新能源发电，直流输电，磁悬浮列车通用型直流电源变频器等多个方面。

单相逆变电源是将直流电逆变成波形为方波或正弦波的电源，可将蓄电池逆变成为正弦或交流电，供用电器使用，也可作为计算机的UPS电源。

本电路通过对输出电路进行采样，将采样信号反馈给触发电路芯片UC3524，通过改变UC3524的输出脉冲宽度及占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

本文所介绍的逆变电源电路主要采用集成化芯片,使得电路结构简单、性能稳定、成本较低。

因此,这种电路是一种控制简单、可靠性较高、性能较好的电路。

通过把12V的蓄电池电源转换为工频使用电源，用于内部的电器，是一种简单，廉价的方式。

主电路设计中采用了简单的逆变电路，过压过流保护电路，以及专用的集成芯片，经济性能良好，使用方便。

就本系统的性能稳定性而言，由于电路设计简单，可防止外界对输出的干扰，输出稳定，价格优良，是一款性价比很高的系统。

第1章逆变功率器件的选择

1.1逆变器用功率开关器件

下面介绍当前主要功率开关器件的特性及其应用情况。

（1）晶闸管：

这是最早应用的一种功率开关器件，其特点是功率最大，应用最广。

普通型SCR的电压高达6000V，电流达数千安培，自身正向压降约为1.5V，开通仅需要在控制级上加一个小触发脉冲即可，但关断时必须用电感、电容和辅助开关器件组成的强迫换向电路。

其工作频率不大于400Hz。

由于其工作频率低，关断电路复杂，效率低，功耗大，因此在PWM调制中产生的正弦波不够完善，并且噪声大。

目前，逆变器中已经基本不再用SCR作为功率开关器件，SCR主要用做UPS的静态开关。

（2）功率场效应管（MOSFET）：

功率MOSFET是一种全控型三端开关器件。

其特点是开关速度快，安全工作区宽，热稳定性好，线性控制能力强，采用电压控制，易于实现数控，因此常常作为开关器件实现电量的逆转换。

MOSFET的缺点是输入阻抗高，抗静电干扰能力差，承载能力和工作电压比较低，多用于电压为500V以下的低功率高频开关逆变器。

由于受功率的限制，因此它只适用于小功率逆变器。

（3）BJT（功率GTR）晶体管：

BJT直到1985年实现达林顿模块后才达到300A、1000V和增益100的水平。

大功率晶体管开关时间为1.5μS，自身电压降为1.5V。

若采用多重达林顿晶体管提高增益，则开关时间增长，自身电压降会增大。

由于其开通状态必须饱和，因此电流增益很低，往往要求驱动电路输出很大的电流，是功率消耗增大，在20世纪80年代中期，它曾用于中小功率逆变器中，现在已经基本不使用了。

（4）绝缘栅双极晶体管（IGBT）：

IGBT是一种新发展起来的复合型功率开关器件，它既有单极型电压驱动的MOSOFT的优点，又结合了双极型开关器件BJT耐高压，电流大的优点。

其开关速度显然比功率MOSFET低，但远高于BJT，又因为它是电压控制器件，故控制电路简单、稳定性好。

IGBT的最高电压为1200V，最大电流为1000A，工作频率高达1000VTHz。

它具有电压控制和开关时间（约为300ns）极短的优点，其正向压降约为3V。

在现代的UPS中IGBT普遍被用作逆变器或整流器开关器件。

它是全控型开关器件，通过数控技术控制IGBT的通断，能有效地将输入电压与输入电流保持同步，是功率因数等于1，从而减小了UPS整流器对市电电源的干扰。

1.2器件的选择

通过对各种功率器件的分析，对于本次220V，50HZ逆变电源设计将选用IGBT场效应晶体管作为逆变器用功率开关器件。

下面就对绝缘栅双极晶体管（IGBT）做详细的介绍。

绝缘栅极双极性晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）是功率MOSFET和双极型功率晶体管组合在一起的符合功率器件。

它既具有MOSOFT管的通/断速度快、输入阻抗高、驱动功率小和驱动电路简单等优点，又具有大功率双极晶体管的容量大和阻断电压高的优点。

从IGBT问世以来得到了广泛的应用，发展很快。

特别是在开关和逆变电路中，它是被广泛应用的、理想的开关器件。

1.2.1IGBT的结构和特点

图1-1IGBT晶闸管

IGBT的内部结构、等效电路和电气符号如图1-1所示。

图1-1（a）为IGBT的内部结构，与MOSFET比较，IGBT是在MOSFET的漏极下又增加了一个P+区，多了一个PN结（J+）。

IGBT等效电路图如图1-1（b）所示。

它是由MOSFET和双极型功率晶体管复合而成的。

IGBT的电气符号如图1-1（c）所示。

IGBT具有正反向阻断电压高、通态电压大及通过电压来控制其导通或关断等特点。

同时，由于采用MOS栅，其控制电路的功耗小，导通和关断时的静态功耗也很小，只是在状态转换过程中存在一定的动态损耗。

这种动态损耗也可以通过软开关即使其达到最小。

由于IGBT具有这些特点，才使其被广泛地作为功率开关期间用于开关和逆变电路中。

2.2.2IGBT的基本特性

IGBT的基本特性分为静态特性、动态特性和高温特性三个部分。

IGBT的静态特性主要包括输出伏-安特性、转移特性和静态开关特性。

（1）输出伏-安特性

IGBT的输出伏-安特性曲线如图1-2所示。

它是表示以栅极-发射极间电压

为变量的集电极电流

和集电极-发射极间电压UGE的关系曲线。

图1-2IGBT的输出伏安特性曲线

IBGT的输出伏-安特性曲线分为四个区域：

1）Ⅰ区为截止区。

在此区域内，由于UGE很小，随着UGE的增加IC很小，且变化不大。

此时，IC基本上是C、E间的漏电流ICEO。

2）Ⅱ区为线性放大区。

在此区域内，随着UGE的增加，当UGE≥UGE（th）（IGBT的开启电压）时，IC开始增加，并且随着UGE的变化成线性关系：

（1-1）

式中，gm为IGBT的跨导。

当IGBT用于逆变电路的开关状态时，要求尽快越过这个区域，以便减小通态损耗。

因此，gm这个参数在实际应用中显得不是很重要了。

3）Ⅲ区为饱和区。

在此区域内，当UGE为某一定值时，随着UGE的增加，IC基本保持不变，达到饱和。

IC达到饱和后的集电极-发射极电压成为IGBT饱和电压，记为UCE（sat），一般情况下，UCE（sat）=-2~4V。

4）Ⅳ区为击穿区。

当UGE为某个确定值时，增加UGE并达到U（BR）CEO

后，IC会突然增大，发生电压击穿。

此时的U（BR）CEO称为IGBT的击穿电压。

IGBT绝对不能用在此区域内。

（2）转移特性

IGBT的转移特性曲线如图1