方波逆变器的技术原理.docx

电源是电子设备的动力部分，是一种通用性很强的电子产品它在各个行业及日 常生活中得到了广泛的应用，其质量的好坏极大地影响着电子设备的可靠性，其 转换效率的高低和带负载能力的强弱直接关系着它的应用范围方波逆变是一 •种 低成本，极为简单的变换方式，它适用于各种整流负载，但是对于变压器的负载 的适应不是很好，有较大的噪声本文依据逆变电源的基本原理，利用对现有 资料的分析推导，提出了一种方波逆变器的制作方法并加以调试1系统基本原理本逆变电源输入端为蓄电池( + 12V,容量90A-h),输出端为工频方波电压 (50Hz, 310V)其结构框图如图1所示图1方波逆变器的结构框图目前，构成DC/AC逆变的新技术很多，但是考虑到具体的使用条件和成本以及可 靠性，本电源仍然采用典型的二级变换，即DC/DC变换和DC/AC逆变首先由 DC/DC变换将DC 12V电压逆变为高频方波，经高频升压变压器升压，再整流滤 波得到一个稳定的约320V直流电压；然后再由DC/AC变换以方波逆变的方式， 将稳定的直流电压逆变成有效值稍大于220V的方波电压；再经LC工频滤波得到 有效值为220V的50Hz交流电压，以驱动负载。

2DC/DC变换由于变压器原边电压比较低，为了提高变压器的利用率，降低成本,DC/DC变换如 图2所示，采用推挽式电路，原边中心抽头接蓄电池，两端用开关管控制，交替 工作，可以提高转换效率而推挽式电路用的开关器件少,双端工作的变压器的 体积比较小,可提高占空比，增大输出功率驱动2 图2DC/DC变换结构图双端工作的方波逆变变压器的铁心面积乘积公式为AeAc=Po(1+ H)/(n DKjfKeKcBm) (1)式中：Ae(rn2)为铁心横截面积；Ac (m2)为铁心的窗口面积；P为变压器的输出功率；n为转换效率；6为占空比；K是波形系数；j (A/m2)为导线的平均电流密度；f为逆变频率；Ke为铁心截面的有效系数；Kc为铁心的窗口利用系数；Bm为最大磁通量变压器原边的开关管S1和S2各采用TRF32055只并联，之所以并联，主要是因 为在逆变电源接入负载时，变压器原边的电流相对较大，并联可以分流，可有效 地减少开关管的功耗，不至于造成损坏PWM控制电路芯片SG3524,是一利电压型开关电源集成控制器，具有输出限流， 开关频率可调，误差放大，脉宽调制比较器和关断电路,其产生PWM方波所需的 外围线路很简单。

当脚11与脚14并联使用时,输出脉冲的占空比为0〜95%,脉 冲频率等于振荡器频率的1/2半脚10 (关断端)加高电平时，可实现对 输出脉冲的封锁,与外电路适当连接，则可以实现欠压、过流保护功能利用SG3524内 部自带的运算放大器调节其输出的驱动波形的占空比D,使D>50%,然后经过 CD4011反向后，得到对管的驱动波形的D<50%,这样可以保证两组开关管骊.动 时，有共同的死区时间3 DC/AC变换如图3所示，DC/AC变换采用单相输出，全桥逆变形式，为减小逆变电源的体 积，降低成本,输出使用工频LC滤波由4个IRF740构成桥式逆变电路，IRF740 最高耐H 400V,电流10A,功耗125W,利用半桥骊.动器IR2110提供驱动信号， 其输入波形由SG3524提供，同理可调节该SG3524的输出马区动波形的D<50%, 保证逆变的驱动方波有共同的死区时间0 IR2II0IR2I%图3DC/AC逆变电路结构TR2110是TR公司生产的大功率M0SFET和TGBT专用驱动集成电路，可以实现对- M0SFET和IGBT的最优驱动，同时还具有快速完整的保护功能，因而它可以提高 控制系统的可靠性，减少电路的复杂程度。

IR2110的内部结构和工作原理框图如图4所示图中HIN和LIN为逆变桥中同 一桥臂上下两个功率M0S的驱动脉冲信号输入端SD为保护信号输入端，当该 脚接高电平时，TR2110的输出信号全被封锁，其对应的输出端恒为低电平；而 当该脚接低电平时，IR2110的输出信号跟随HIN和LIN而变化，在实际电路里, 该端接用户的保护电路的输出H0和L0是两路驱动信号输出端，驱动同•桥臂 的 MOSFETo图4IR2110的内部结构和工作原理框图TR2110的自举电容选择不好，容易造成芯片损坏或不能正常工作VB和VS之 间的电容为自举电容自举电容电压达到8.3V以上，才能够正常工作，要么采 用小容量 电容，以提高充电电压，要么直接在VB和VS之间提供10〜20V的隔 离电源，本电路采用了 1UF的自举电容为了减少输出谐波，逆变器DC/AC部分一般都采用双极性调制，即逆变桥的对•管 是高频互补开通和关断的4保护电路设计及调试过程中的一些问题保护电路分为欠压保护和过流保护欠压保护电路如图5所示，它监测蓄电池的电压状况，如果蓄电池电压低于预设 的10. 8V,保护电路开始工作，使控制器SG3524的脚10关断端输出高电平，停 止驱动信号输出。

♦ I2V图5欠压保护电路图图5中运算放大器的正向输入端的电压由R1和R3分压得到，而反向输入端的 电压由稳压管箝位在+ 7. 5V,当蓄电池的电压下降超过预定值后，运算放大器开 始 工作，输出跳转为负，LED灯亮，同时三级管V截止，向SG3524的SD端输 出高电平，封锁TR2110的输出驱动信号过流保护电路如图6所示，它监测输出电流状况，预设为1.5A方波逆变器的 输出电流经过采样进入运算放大器的反向输入端，当输出电流大于L5A后，运 算放大器的输出端跳转为负，经过CD4011组成的R-S触发器后，使三级管VI基级的信号为低电平，三级管截止，向IR2011的SD1端输出高电平，达到保护 的目的图6过流保护电路图调试过程遇到的一个较为重要的问题是关于IR2110的自举电容的选择IR2110 的上管驱动是采用外部自举电容上电，这就使得驭.动电源的路数大 大减少，但 同时也对VB和VC之间的自举电容的选择也有一定的要求经过试验后，最终采 用luF的电解电容，可以有效地满足自举电压的要求5试验结果及输出波形DC/DC变换输出电压稳定在320V,控制开关管的半桥驱动器IR2110开关频率为 50Hz,实验的电路波形如图7〜图14所示。

图7IR2110T管的驱动波形l)Ch2:5 Vbh 10 msE ■ J ■ ■牝1 4图8IR2110管驱动波形图9SG3524输出的驱动波形（DC/AC）图10SG3524的驱动波形（DC/DC）图11外接整流负载的输出电压波形图12外接300 Q电阻负载的输出电压波形图13外接500 Q电阻负载的输出电压波形l)Ch2:5 Volt 10 ms图14外接600 Q电阻负载的输出电压波形6结语在逆变电源的发展方向上，轻量、小型、高效是其所追求的目标本文所介绍的 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，这种电路是一利控制简单、可靠性较高、性能较好的电路整个逆变电源 也因此具有较高的性价比和市场竞争力。