第4章 逆变部分设计
4.1 主电路设计
逆变是将直流电变成交流电的过程。本设计中，逆变电路将整流电路输出直流电转换成交流电。因为本逆变电路的输出电压波形要为正弦波，所以本逆变电路采用电流型逆变方式。逆变电路主电路如图4-1所示。
图4-1 逆变主电路
本逆变电路的原理是：让IGBT V1和V4同时开通，此时输出电流从
左向右流；关断V1和V4后，让V2和V3开通，此时输出电流从右向左流；关断V2和V3后，让V1和V4开通，此时输出电流又从左向右流。如此反复就将输入的直流电转换成了输出的直流电。
考虑IGBT的规格和本电路的要求，选用STGW20NC60VD型的IGBT用于主电路，其最大允许电流为30A、耐压值为600V，符合本设计的要求。
4.2 控制电路设计
控制电路在UPS中的功能主要是：
1. 产生驱动IGBT模块的脉冲。 2. 对IGBT模块进行瞬时保护。
根据设计要求，系统输出交流电的波形要为正弦波，因此现在需要SPWM脉宽调制信号，即用不同脉冲宽度的方波来模拟正弦波作为逆变电路的控制信号，从而使输出的交流电波形为正弦波。
因此，控制电路由SPWM信号发生电路、驱动电路和保护电路组成。
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4.2.1 SPWM信号发生电路设计
SPWM信号的产生是利用正弦波作为调制波对三角波载波进行调制，使三角波低于正弦波的时间段触发IGBT开通。SPWM的生成原理及波形如图4-2所示。SPWM的控制方式可分为单极性和双极性二种。在传统的单极性或双极性控制方式中，开关管均工作在高频条件下，这样虽然可以得到较理想的正弦输出电压波形，但也产生了较大的开关损耗，且频率越高，损耗越大。
由于采用正弦波调制波(Us*sinωs*t)与三角波载波(幅值为Uc的正三角波，频率为ωc)相交来获得SPWM波，因此，基波频率为调制波的频率，基波幅值与调制比M(M=Us/Uc)成正比关系。正弦逆变器常采用SPWM控制，利用调制波控制输出波形频率，调整M来控制输出电压幅值。工作时，H桥中Sl、S4在前半周期内以图4-2(b)中的SPWM信号闭合，S2、S3断开；在后半周期内S1、S4断开，S2、S3以SPWM信号闭合。对输出的交流电进行滤波，即可获得频率为ωs，幅值正比M与调制比M的正弦交流电。
图4-2 SPWM的生成原理及波形
本设计的SPWM信号发生电路，采用以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制V1、V4和V2、V3两队IGBT。该芯片仅需很少的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001HZ～500KHZ。 采用ICL8038产生SPWM信号的电路图如图4-3。
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图4-4 SPWM信号发生电路仿真的输出波形
该信号发生电路是利用U2产生正弦波调制波，利用U4产生三角波调制波，然后再对它们进行调制，从而得到我们所需要的SPWM信号。通过该控制电路控制逆变器可以方便的调节逆变器的输出的电压和频率。我们可以通过调节电位计RV1和RV4来改变调制比，从而改变逆变器的输出电压。我们也可以通过调节电位计RV2来改变发生的正弦波调制波的频率，进而调节逆变器的输出频率。
4.2.2 驱动电路设计
IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器，本设计就是采用了三菱公司的M57962L型混合集成驱动器。驱动电路图如图4-5所示。
图4-5 驱动电路
混合集成驱动器M57962L内部具有退饱、检测和保护环节，当发生过电流时能快速响应但慢速关断IGBT，并向外部电路给出故障信号。M57962L输出的正驱动电压为+15V，负驱动电压为-10V。
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4.2.3 保护电路设计
（1）过电流保护，利用的是混合集成驱动器M57962L检测到过电流时，会给外部电路发出故障信号。将这一信号传送到保护短路。当M57962L发出故障信号时，保护电路的故障指示灯亮，并在STOP端发出信号使SPWM信号发生电路停止输出信号。保护电路图如图4-6所示。
图4-6 保护电路
（2）过电压保护，采用阻容吸收装置（图4-7）由电阻、电容和二极管组成。若逆变器输入端出现过电压，过电压首先通过D1向C1充电，电容器两端电压不能突变，故过电压被吸收。IGBT模块导通时，电容器C1通过R1和IGBT模块放电，R1限制了放电电流，从而保护了IGBT模块。
图4-7 阻容吸收装置
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