山东科技大学学士学位论文 整体电路设计
3 整体电路设计
3.1 逆变电源整体框图
该设计电路的整体方框图如图3.1。该电路由12V直流输入以及输入过压保护电路、输入欠压保护电路、电源过热保护电路、输出过压保护电路、输出过流保护电路、逆变电路I、320V/50KHz整流滤波、逆变电路II、滤波电路等组成。逆变电路Ⅰ又包括频率产生电路、直流变换电路(DC/DC)将12V直流转换成320V直流、交流变换电路(DC/AC)将320V直流变换为220V交流。其中输入过压、欠压保护电路、输出过压、过流保护电路、过热保护电路构成整个电路的保护电路。一旦输入电压出现过大或者过小时，保护电路立即启动，然后停止逆变电路I的工作。过热保护电路是当电路工作温度过高时，启动保护使逆变电路I停止工作。输出过压保护电路和输出过流保护电路与逆变电路II构成反馈回路，一旦电路输出异常则停止逆变电路II的工作。
输入过压、过热保护 输出过压12V/D逆变整流滤逆变输出 输入欠压图3.1 整机原理方框图
输出过流
逆变电路I原理如图3.2所示。此电路的主要功能是将12V直流电转换为320V/50KHz的交流电。该部分电路主要是用一块TL494芯片，通过输出50K的脉冲来控制开关管的交替导通，进而产生50K的高频交流电。此高频交流电通过开关变压器升压为320V/50K的高频交流电。
12
山东科技大学学士学位论文 整体电路设计
50KHz推挽 电 路 图3.2 逆变I电路原理方框图
12V/DC 推挽电路 变压器 320V/50K
逆变电路Ⅱ的框图如图3.3所示。此电路的主要功能是将320V交流电转换为220V/50Hz的交流电。
320V/50K 整流滤波 全桥电路 LC滤波 50Hz正弦波 电 路 脉冲调宽芯 片 驱动芯片IR2110 220V/50Hz 图3.3 逆变II电路原理方框图
电路工作原理:在逆变电路II中320V/50HZ的高压交流电经过整流桥的整流滤波整流成为320V的高压直流电。该高压加在由四个场效应管结成的全桥电路两端，场效应管的导通或截止由栅极的状态控制。为了使逆变电源输出准正弦波，本设计采用正弦波脉冲调制（SPWM），脉冲波的产生主要由脉冲调宽芯片SG3525A来完成。根据芯片SG3525A的使用原理，先由集成函数发生芯片ICL8038产生50HZ的正弦波信号，该正弦波分两路输出。因为SG3525A内部的锯齿波幅度位于1V至3.3V之间，因而产生的正弦波一路经相应的处理后将其幅值调整至1V至3V之间，然后输入以SG3525A，在芯片
13
山东科技大学学士学位论文 整体电路设计
内部通过与锯齿波比较产生高频的正弦波调宽脉冲。锯齿波的频率由芯片外接的震荡电阻和震荡电容决定，通常设置为几十千赫兹。而另一路正弦波则经过处理转化为50HZ的方波作为基准信号，该基准信号与SG3525A产生的高频正弦波调宽脉冲输入与门芯片，最后将与门的输出信号输入两片场效应管专用驱动芯片IR2110，再由IR2110输出高频的调宽脉冲以控制四个场效应管的交替导通，输出的电压在经过LC工频滤波后便可输出稳定的准正弦波供负载使用[5]。
3.2 脉宽调制技术及其原理
3.2.1 PWM控制的基本原理
在采样控制理论中有这样一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。如图3.1 a、b、c所示的三个窄脉冲形状不同，其中3.1 a为矩形脉冲，图3.1 b为三角形脉冲，3.1 c为正弦半波脉冲，但他们的面积都等于1，那么，当它们分别加在具有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。当窄脉冲变为3.1 d的单位脉冲函数?（t）时，环节的响应即为该环节的脉冲过度函数。
图3.4 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
PWM波形：如图3.2a的正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是
14
山东科技大学学士学位论文 整体电路设计
由N个劈刺相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于?/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，就得到图3.2b所示的脉冲序列。这就是PWM波形。可以看出，各脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。同样对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形[6]。
SPWM波形：脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，称为SPWM（Sinusoidal PWM）波形。
图3.5 用PWM波代替正弦半波
3.2.2 PWM逆变电路
PWM逆变电路可以分成电压型和电流型两种，但目前的实际应用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路，下面我们主要分析电压型PWM逆变电路的控制方法。
计算法：根据PWM控制的基本原理，如果给出了逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形中各脉冲的宽度间隔就可以准确的计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。
15
山东科技大学学士学位论文 整体电路设计
调制法：即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波和锯齿波作为载波，其中等腰三角波应用最多。当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。
在实际中应用的主要是调制法，下面结合一些具体的电路对这种方法作进一步说明。
图3.4是采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。设负载为阻感负载，工作时V1和V2的通断状态互补，V3和V4的通断状态也互补。具体的控制规律如下：在输出电压u0的正半周，让V1保持通态，V2保持断态，V3和V4交替通断。由于负载电流比电压滞后，因此在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。在负载电流为正的区，V1和V4导通时，
u0=0。负载电压u0等于支流电压Ud；V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，
在负载电流为负的区间，仍为V1和V4导通时，因i0为负，故i0实际上从VD1和VD4流过，仍有u0=Ud；V4关断，i0从V3和VD1续流，u0=0。这样，u0总可以得到Ud和零两种电平。同样，在u0的负半周，让V2保持通态，V1保持断态，V3和V4交替通断，负载电压u0可以得到-Ud和零两种电平。
16