太陽(yáng)能電源逆變裝置的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　題目： 太陽(yáng)能電源逆變裝置的設(shè)計(jì) </p><p>　　小功率太陽(yáng)能電源逆變裝置的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　

2、　太陽(yáng)能作為一種巨量的可再生能源，是目前大量應(yīng)用的化石能源的主要替代能源之一，是人類可利用的最直接的清潔能源之一，因此開發(fā)利用太陽(yáng)能具有重大的戰(zhàn)略意義。本文設(shè)計(jì)并研制了一臺(tái)獨(dú)立的太陽(yáng)能逆變電源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、效率高、輸出電壓的質(zhì)量高，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。</p><p>　　本文中主要介紹了太陽(yáng)能電源逆變裝置的設(shè)計(jì)，其主要包括兩大類電路，一是主電路，另一個(gè)是，檢測(cè)保護(hù)電路。主電路主要包括：SPWM波產(chǎn)生電路

3、,驅(qū)動(dòng)電路,逆變電路,DC/DC電路等；檢測(cè)保護(hù)電路主要包括：欠電壓電路，過(guò)電壓電路，過(guò)電流電路，故障報(bào)警電路等。在主電路中，SPWM波產(chǎn)生電路主要采用芯片EG8010；驅(qū)動(dòng)電路采用芯片IR2110；逆變電路主要采用但單相全橋逆變。最后對(duì)該逆變電源進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，驗(yàn)證了其可行性和有效性。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)主要復(fù)習(xí)與學(xué)習(xí)模電、數(shù)電、電力電子（升壓斬波、逆變）、自動(dòng)控制等專業(yè)知識(shí)，通過(guò)本設(shè)計(jì)可以鍛煉

4、學(xué)生設(shè)計(jì)能力，提高分析問(wèn)題，解決問(wèn)題以及專業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用能力，為其將來(lái)從事研究，設(shè)計(jì)及開發(fā)工作奠定一定的基礎(chǔ)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能，電源，脈寬調(diào)制，全橋逆變</p><p>　　Design of the Inversion Device </p><p>　　for the Mini-types Solar Power Supply</p&g

5、t;<p><b>　　ABSTRACT </b></p><p>　　Solar as one of the volume of renewable energy sources is currently a large number of alternative sources of fossil energy is mainly one of humanity, is t

6、he most direct clean energy development and utilization of solar energy, therefore, The development and utilization of solar energy is of vital strategic importance.</p><p>　　In this paper mainly introduces

7、solar power inversion device designed mainly include two categories. One circuit is the main circuit; another is to detect the protection circuit.</p><p>　　The main circuit including ：SPWM wave a circuit, Dr

8、iven circuit, against the same circuit, DC/DC circuits and so on. Testing the circuit protection includes ：Owe voltage electrical, over voltage circuit, over current circuit, fault alarm circuit and so on. In the main ci

9、rcuit SPWM wave a circuit mainly adopt the chip EG8010; driven circuit from the chip IR2110; against the same circuit mainly adopt the bridge against all but single phase change. Last on the contrary is power, the comput

10、er simula</p><p>　　By the design of the major review and study by electricity and electrical and electronic （ boost chopper and inverter circuit ）; automatic control and expertise in this design is to exerci

11、se the power to improve the design and analysis of the problems and solve problems and professional knowledge of the comprehensive use of power, for its future is engaged in research and design and development foundation

12、 for certain infrastructure.</p><p>　　KEY WORDS: solar energy, power, Pulse Width Modulation; full bridge inverter</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　中文摘要3</b>

13、</p><p>　　ABSTRACT3</p><p><b>　　1緒 論3</b></p><p>　　1.1 太陽(yáng)能利用的背景和意義3</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀3</p><

14、p>　　1.2.2 國(guó)外太陽(yáng)能應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 逆變電源的現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3.1 現(xiàn)代逆變技術(shù)的分類3</p><p>　　1.3.2逆變電源的波形控制技術(shù)3</p><p>　　2 太陽(yáng)能電源逆變裝置總體方案3</p><p>　　2.1 總體方案3<

15、/p><p>　　2.2單元電路的簡(jiǎn)單介紹3</p><p>　　2.3 MPPT與孤島效應(yīng)3</p><p>　　2.4 本文重點(diǎn)工作3</p><p>　　3 PWM波形工作原理3</p><p>　　3.1 PWM波形的基本原理3</p><p>　　3.2 SPWM波的生成與原理分

16、析3</p><p>　　3.2.1 自然采樣法生成SPWM波3</p><p>　　3.2.2 規(guī)則采樣法生成SPWM波3</p><p>　　3.2.3 PWM型逆變電路的控制方式3</p><p>　　4 電源逆變裝置的主電路的設(shè)計(jì)3</p><p>　　4.1主電路的組成3</p>&

17、lt;p>　　4.1.1 驅(qū)動(dòng)電路3</p><p>　　4.1.2 DC/DC電路3</p><p>　　4.1.3 逆變電路3</p><p>　　4.1.4 整流濾波電路3</p><p>　　4.2 SPWM波產(chǎn)生的設(shè)計(jì)3</p><p>　　4.2.1 EG8010的簡(jiǎn)單介紹3</p&

18、gt;<p>　　4.3驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)3</p><p>　　4.3.1 IR2110的簡(jiǎn)單介紹3</p><p>　　4.3.2 驅(qū)動(dòng)電路3</p><p>　　4.4 DC/DC電路的設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.5 逆變電路及設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.5.1 概述5</p&

19、gt;<p>　　4.5.2 逆變電路5</p><p>　　4.6 變壓電路的設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.7 整流濾波電路的設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.7.1 概述5</p><p>　　4.7.2 器件的選擇5</p><p>　　5保護(hù)電路的設(shè)計(jì)5</p><

20、p>　　5.1 保護(hù)電路的方案設(shè)計(jì)6</p><p>　　5.1.1過(guò)欠電壓保護(hù)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　5.1.2過(guò)電流保護(hù)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　5.1.3故障報(bào)警電路的設(shè)計(jì)3</p><p>　　5.1.4穩(wěn)壓反饋電路的設(shè)計(jì)3</p><p>　　6 相關(guān)電路的仿真3</p>

21、;<p>　　6.1 PWM波的產(chǎn)生仿真10</p><p>　　6.2 整流濾波電路仿真10</p><p>　　6.3欠壓保護(hù)電路的仿真10</p><p>　　6.4過(guò)壓保護(hù)電路的仿真13</p><p>　　6.5過(guò)電流保護(hù)電路的仿真13</p><p>　　6.6故障報(bào)警電路的仿真1

22、3</p><p><b>　　7 結(jié)論18</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)18</p><p><b>　　附 錄18</b></p><p><b>　　1 緒論</

23、b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重及能源危機(jī)的到來(lái)，人們迫切地認(rèn)識(shí)到，要走可持續(xù)發(fā)展的道路，必須尋找一種清潔、廉價(jià)而且可循環(huán)利用的能源。太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生的清潔能源。</p><p>　　太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為1367kw/㎡。地球赤道的周長(zhǎng)為40000km，從而可計(jì)算出，地球獲得的能量可

24、達(dá)173, 000TW。盡管太陽(yáng)輻射到地球大氣層的能量?jī)H為其總輻射能量（3.75×1026W）的22億分之一，但已高達(dá)173, OOOTW,太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬(wàn)噸煤。但它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，同時(shí)能節(jié)省大量不可再生能源（如，煤，石油等）。因此太陽(yáng)能是一種方便、經(jīng)濟(jì)的能源。但必須完成從補(bǔ)充能源向替代能源的轉(zhuǎn)變。并網(wǎng)逆變裝置是有效利用太陽(yáng)能的重要技術(shù)手段，同時(shí)該課題主要用到濾波、電力電子（升壓

25、斬波、逆變）、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、自動(dòng)控制等專業(yè)知識(shí)，因此，研究和開發(fā)優(yōu)質(zhì)價(jià)廉的高效逆變裝置具有十分重要的意義[1]。</p><p>　　太陽(yáng)能利用的背景和意義</p><p>　　隨著社會(huì)生產(chǎn)的日益發(fā)展，對(duì)能源的需求量在不斷增長(zhǎng)，全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)也日益突出。傳統(tǒng)的能源，尤其是煤炭、石油、天然氣三大化石燃料更是有限，不合理地使用傳統(tǒng)能源，它們?cè)?1世紀(jì)內(nèi)就會(huì)瀕臨枯竭，產(chǎn)生能源危機(jī)，還會(huì)

26、造成全球的環(huán)境問(wèn)題。大量使用化石能源已經(jīng)開始造成全球變暖，燃煤會(huì)通過(guò)煤渣和煙塵放出大量有化學(xué)毒性的重金屬和放射性物質(zhì)。隨著化石能源的減少，其價(jià)格也會(huì)提高，這將會(huì)嚴(yán)重制約生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高。因此自然能發(fā)電技術(shù)及電源逆變的應(yīng)用越來(lái)越受到普遍的重視，潔凈廉價(jià)的太陽(yáng)能正適合于作為可再生的替代能源。</p><p>　　《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》締約國(guó)簽訂的《京都議定書》在2005年2月16日正式生效，簽署的國(guó)

27、家己達(dá)185個(gè)。中國(guó)是第37個(gè)簽約國(guó)?！蹲h定書》主要反映了人類應(yīng)對(duì)地球變暖這一有害現(xiàn)象進(jìn)行有效控制的迫切需要，規(guī)定主要工業(yè)國(guó)(發(fā)達(dá)國(guó)家)在2008年一2012年期將一氧化碳等6種溫室氣體排放量從1990年的水平上進(jìn)行削減。全球削減溫室氣體排放的《京都議定書》重新引起了世界范圍內(nèi)對(duì)可再生能源的重視。太陽(yáng)能是綠色能源，是人類取之竭、用之不盡的可靠能源。太陽(yáng)能電源逆變技術(shù)是太陽(yáng)能利用方式中最靈活方便的一種。</p><p&

28、gt;　　日前國(guó)內(nèi)對(duì)于太陽(yáng)能的應(yīng)用主要還是在太陽(yáng)能熱水器的產(chǎn)品上，并且接受程度較高。缺乏新能源的今天，如何發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是一重要的課題。雖然太陽(yáng)能的發(fā)電成本比較高，但由于近年來(lái)太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的提高，使得太陽(yáng)能電池組的價(jià)格大大降低，因此太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)越來(lái)越具有競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為繼美國(guó)之后的第一大能源消費(fèi)大國(guó)。雖然我國(guó)屬于發(fā)展中國(guó)家，但是從總量上看，日前我國(guó)一氧化碳排放量己位居世界第一，甲烷、氧化亞氮等溫

29、室氣體的排放量也居世界前列?！蹲h定書》對(duì)中國(guó)的環(huán)境保護(hù)、新能源和可再生能源開發(fā)提出了更高的要求。從日前國(guó)內(nèi)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r看，在技術(shù)、資金、市場(chǎng)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)配套政策等方面存在嚴(yán)重不足。</p><p>　　建立在煤炭、石油、天然氣等燃料基礎(chǔ)上的能源體系極大地推動(dòng)了中國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)。但同時(shí)人們也越來(lái)越發(fā)現(xiàn)大規(guī)模使用化石燃料所帶來(lái)的嚴(yán)重后果:資源日益枯竭、環(huán)境不斷惡化。所以人類必須尋找一種新的、清潔安全、可靠的可再生

30、能源太陽(yáng)能發(fā)電正是緩解能源短缺的新路。</p><p>　　太陽(yáng)能電源具有以下優(yōu)勢(shì):</p><p>　　(1)可靠。太陽(yáng)能電源很少用到運(yùn)動(dòng)部件，上作可靠。日前已有數(shù)千套太陽(yáng)能系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，晶體硅的壽命可達(dá)20年以上，</p><p>　　(2)安全、無(wú)噪聲及其它公害。不產(chǎn)生任何的固體，液體和氣體有害廢棄物，噪音兒乎沒(méi)有，無(wú)環(huán)境污染和公害問(wèn)題。</p>

31、<p>　　(3)安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，適合無(wú)人值守等優(yōu)點(diǎn)。尤以可靠性高而備受人們重視。</p><p>　　(4)兼容性好，太陽(yáng)能發(fā)電可以與其他能源配合使用，也可以根據(jù)需要而使太陽(yáng)能系統(tǒng)很方便的</p><p><b>　　增容。</b></p><p>　　(5)標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，可由組件的串并聯(lián)滿足不同用電的需要，通用性強(qiáng)

32、。</p><p>　　(6)太陽(yáng)能應(yīng)用范圍廣。</p><p>　　但是，太陽(yáng)能發(fā)電能量分散，占地面積大，間歇性大，地域性強(qiáng)。建設(shè)初始投資大，成本較高。</p><p>　　隨著制造技術(shù)有了很大改進(jìn)，過(guò)去制造太陽(yáng)能電池常用的半導(dǎo)體材料是Si、Cds、CaAs等晶體，其中用CaAs做成的太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)25%以上，但因成本很高，限制了它的應(yīng)用。20世紀(jì)7

33、0年代以后，人們開始采用廉價(jià)的非晶硅材料制造太陽(yáng)電池，探索新的制造技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年研究，己研制出單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池和薄膜電池以及多種化合物電池，電池的轉(zhuǎn)換效率顯著提高，生產(chǎn)成本不斷下降[2,3]。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國(guó)外太陽(yáng)能應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1974年至1997年，

34、美日等發(fā)達(dá)國(guó)家硅半導(dǎo)體光電池發(fā)電成本從每瓦50美元降到了5美元。此后世界各國(guó)專家大都認(rèn)為，要使太陽(yáng)能電站與傳統(tǒng)電站（主要是火電站）相比具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，還有一段同樣長(zhǎng)的路要走，需要其成本再降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。目前美國(guó)等國(guó)家建的利用太陽(yáng)池發(fā)電的項(xiàng)目很多。在死海之畔有一個(gè)1979年建立的7000平方米的實(shí)驗(yàn)太陽(yáng)池，能夠?yàn)橐慌_(tái)150千瓦發(fā)電機(jī)供熱。美國(guó)計(jì)劃將其鹽湖總面積的8.3%（約8000平方千米）建成太陽(yáng)池，為600兆瓦的發(fā)電機(jī)組供熱[11]。

35、</p><p>　　俄羅斯學(xué)者在太陽(yáng)池研究方面也取得了令人矚目的進(jìn)展。一家公司將其研制的太陽(yáng)能噴水式推進(jìn)器和噴冷式推進(jìn)器與太陽(yáng)池工程相結(jié)合，給太陽(yáng)池附設(shè)冰槽等設(shè)施，設(shè)計(jì)出了適用于農(nóng)家的新式太陽(yáng)池。按這種設(shè)計(jì)，一個(gè)6到8口人的農(nóng)戶建一個(gè)70平方米的太陽(yáng)池，便可滿足其100平方米住房全年的用電需要。另一家研究機(jī)構(gòu)提出了組合式太陽(yáng)池電站的設(shè)計(jì)思想，即利用熱泵、熱管等技術(shù)將太陽(yáng)能和地?zé)?、居室廢熱等綜合利用起來(lái)，使太陽(yáng)池

36、發(fā)電的成本大大下降，在北高加索地區(qū)能與火電站競(jìng)爭(zhēng)，并且一年四季都可用，夏天可用于空調(diào)，冬天可用于采暖。</p><p>　　對(duì)于淡水資源缺乏的國(guó)家來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)池還有另一項(xiàng)不可多得的好處：據(jù)專家測(cè)算，在近海淺水區(qū)建一個(gè)面積2163平方千米、深1.2米的太陽(yáng)池，可為發(fā)電機(jī)組供熱，并可每年產(chǎn)淡水2立方千米。</p><p>　　歐美一些先進(jìn)國(guó)家目前正在廣泛開展應(yīng)用“光電玻璃幕墻制品”。這是一種能將

37、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換硅片密封在雙層鋼化玻璃中，從而安全地實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的一種新型生態(tài)建材。美國(guó)的“光伏建筑計(jì)劃”、歐洲的“百萬(wàn)屋頂光伏計(jì)劃”、日本的“朝日計(jì)劃”將在建筑領(lǐng)域掀起節(jié)能環(huán)保生態(tài)建材的開發(fā)應(yīng)用熱潮，極大的促進(jìn)了太陽(yáng)能在新型建材產(chǎn)品中的應(yīng)用。</p><p>　　在發(fā)展中國(guó)家，各國(guó)也在積極發(fā)展利用太陽(yáng)能。如菲律賓政府早在1999年就已批準(zhǔn)了首個(gè)太陽(yáng)能計(jì)劃，在澳大利亞政府“海外援助計(jì)劃”的協(xié)助下，在全國(guó)263

38、個(gè)社區(qū)安裝1000個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)。目前菲政府正在推行全球最大太陽(yáng)能應(yīng)用計(jì)劃，整個(gè)計(jì)劃耗資4800萬(wàn)美元。太陽(yáng)能發(fā)電計(jì)劃共分兩期，受惠的除了民居外，還包括25個(gè)灌溉系統(tǒng)、97個(gè)凈水及分配系統(tǒng)、68間學(xué)校和社區(qū)中心與35間診所。</p><p>　　1.2.2 我國(guó)太陽(yáng)能應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在我國(guó)，太陽(yáng)能的利用也一直是最熱門的話題[12]。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)國(guó)內(nèi)的集熱器（含太陽(yáng)

39、能熱水器）已成為太陽(yáng)能應(yīng)用最為廣泛、產(chǎn)業(yè)化最迅速的產(chǎn)業(yè)之一。1998年銷售總額達(dá)到了35億元，其產(chǎn)量位居世界榜首。我國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)已開始運(yùn)作。中國(guó)科學(xué)院宣布啟動(dòng)西部行動(dòng)計(jì)劃，將在兩年內(nèi)投入2.5億元人民幣開展研究，建立若干個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能供熱、太陽(yáng)能空調(diào)等示范工程。但從整體上分析，國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能利用整體起步較晚，尤其是在各種新型產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)上還落后于國(guó)際水平，整體上仍比較落后。但隨著我國(guó)政府的大力支持，目前我國(guó)在太陽(yáng)能利用方面有了長(zhǎng)

40、足的發(fā)展。2008年的奧運(yùn)會(huì)，北京成為了我國(guó)在太陽(yáng)能應(yīng)用方面的最大展示窗口，“新奧運(yùn)”充分體現(xiàn)了“環(huán)保奧運(yùn)、節(jié)能奧運(yùn)”的新概念，奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館周圍80％～90％的路燈利用的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)；采用全玻璃真空太陽(yáng)能集熱技術(shù)，供應(yīng)奧運(yùn)會(huì)90％的洗浴熱水。在整個(gè)奧運(yùn)會(huì)期間，太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能電話，太陽(yáng)能手機(jī)、太陽(yáng)能無(wú)沖洗衛(wèi)生間等一系列太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用充分體現(xiàn)出了我國(guó)在太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展成果。</p><p><b

41、>　　逆變電源的現(xiàn)狀</b></p><p>　　1.3.1 現(xiàn)代逆變技術(shù)的分類</p><p>　　逆變電源是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分，逆變電源的性質(zhì)決定了光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的質(zhì)量。隨著逆變電源的類型的增多和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)可以應(yīng)用到與國(guó)民生產(chǎn)和日常生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　現(xiàn)代的逆變技術(shù)種類很多，可以

42、按照不同的形式進(jìn)行分類，主要有如下幾種:</p><p>　?。?）按照逆變器輸出交流的頻率，可以分為工頻逆變、中頻逆變和高頻逆變。工頻變換逆變電源使采用工頻變壓器實(shí)現(xiàn)輸入輸出之間的電氣隔離。這種逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但這種逆變器體積大，笨重、噪聲大，效率方面也有待提高。隨著對(duì)電源性能要求的日益提高，傳統(tǒng)的工頻變換逆變電源逐漸難以適應(yīng)輕量化、高功率密度、高可靠性的要求。高頻變換是采用高頻變換技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)是體

43、積小、重量輕、噪音小、效率高。日前的光伏發(fā)電系統(tǒng)多采用高頻變換方式，在國(guó)內(nèi)外的中小交流光伏系統(tǒng)中得到了普遍應(yīng)用。</p><p>　?。?）按逆變器輸出的相數(shù)，可分為單相逆變、三相逆變和多相逆變。</p><p>　?。?）按逆變器的主電路形式，可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變。</p><p>　?。?）按照逆變器主開關(guān)器件的類型，可分為晶閘管逆變器、晶體

44、管逆變器、場(chǎng)效應(yīng)管逆變器、IGBT逆變器等。</p><p>　　（5）按照輸出的穩(wěn)定參量，可分為電壓型逆變器和電流型逆變器。 </p><p>　?。?）按控制方式，可分為移項(xiàng)控制方式和PWM控制方式。移項(xiàng)控制的原理是，全橋變換電路每一個(gè)橋臂的兩個(gè)開關(guān)互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂的開關(guān)導(dǎo)通之間相差一個(gè)相位，通過(guò)調(diào)節(jié)此移相角的大小，來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓脈沖的寬度，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的日的。利用單極性移

45、相控制技術(shù)，控制高頻脈沖環(huán)節(jié)逆變器，</p><p>　　根據(jù)軟開關(guān)的工作原理，控制各管的導(dǎo)通時(shí)刻與導(dǎo)通時(shí)間，使之工作在零電壓開關(guān)與關(guān)斷模式，可以大大降低器件的開關(guān)損耗以及電磁干擾噪聲。</p><p>　　PWM控制采用脈寬調(diào)制控制方式，它的優(yōu)點(diǎn)是控制靈活，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。可以根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)要求，產(chǎn)生相應(yīng)的控制波形。對(duì)于諧波抑制、死區(qū)控制、調(diào)節(jié)輸出電壓等多種方面都十分有利。近年來(lái)，結(jié)合DSP或

46、單片機(jī)技術(shù)，通過(guò)編程算法可以滿足各種控制策略的要求，大大提高了PWM控制在逆變電源控制方面的應(yīng)用效率[3,4]。</p><p>　　1.3.2 逆變電源波形控制技術(shù)</p><p>　　光伏逆變器的性能很大程度上決定了整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和效率，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣，人們對(duì)光伏逆變器輸出電壓的質(zhì)量要求也越米越高，不僅要求逆變器的輸出電壓穩(wěn)定以及工作可靠，而且要求其輸出電壓正

47、弦度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。所以光伏逆變器的控制技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。</p><p><b>　　(1)開環(huán)控制</b></p><p>　　開環(huán)控制是根據(jù)面積等效的原理，用正弦信號(hào)波和三角載波進(jìn)行比較獲得SPWM波，從而決定功率器件的開關(guān)時(shí)刻。隨著單片機(jī)等數(shù)字器件的發(fā)展，逆變器的開環(huán)控制逐漸采用了數(shù)字方法，從而出現(xiàn)了幾種新型的SPWM調(diào)制技術(shù)，如載波調(diào)制PWM、諧波

48、注入PWM以及最優(yōu)PWM等。新型的PWM調(diào)制方法雖然可以在一定程度上改善光伏逆變器的輸出電壓質(zhì)量，減少波形畸變，但開環(huán)控制不可避免的具有很大的局限性:</p><p>　　a.輸出波形質(zhì)量差，總諧波畸變率高。</p><p>　　b.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢。</p><p>　　(2)模擬閉環(huán)控制 </p><p>　　閉環(huán)控制的引入克服了

49、開環(huán)控制的局限性，提高了系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量。PI控制以形式簡(jiǎn)單、參數(shù)易于設(shè)計(jì)、理論成熟為特點(diǎn)，成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的控制方法?？蛰d的逆變器模型近似于一階振蕩環(huán)節(jié)，積分器的作用會(huì)增加相位滯后;為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，控制器的比例P必須加以限制，控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能一般，系統(tǒng)對(duì)于非線性負(fù)載擾動(dòng)的抑制效果不好。由控制理論可知，對(duì)于正弦指令信號(hào)，PI控制不能實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差跟隨，輸出電壓的穩(wěn)態(tài)精度必然受到影響，實(shí)際應(yīng)用中往往增加電壓均值反饋外環(huán)，將PI控制

50、與閉環(huán)控制策略相結(jié)合，來(lái)保證穩(wěn)態(tài)精度。具體實(shí)現(xiàn)方式包括電壓瞬時(shí)值反饋控制和電壓電流雙閉環(huán)反饋控制。</p><p>　　采用電壓瞬時(shí)值反饋或者電壓瞬時(shí)值內(nèi)環(huán)、電壓有效值外環(huán)的控制策略。它的優(yōu)點(diǎn)是只使用了一個(gè)電壓傳感器，缺點(diǎn)是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性不好，同時(shí)為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電壓瞬時(shí)值環(huán)不能做的太快，從而導(dǎo)致了跟蹤特性不是很好，波形質(zhì)量欠佳。改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)的方法之一就是采用電流反饋控制策略。將電壓環(huán)與電流環(huán)配合使用達(dá)到

51、調(diào)節(jié)輸出電壓和補(bǔ)償電流特性的目的。由于電流內(nèi)環(huán)對(duì)系統(tǒng)特性的改造，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到加強(qiáng)。雙閉環(huán)控制同時(shí)具備優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)特性，是一種理想的波形控制方案。但它也存在不足，如果存在非線性負(fù)載擾動(dòng)，為消除干擾，電流內(nèi)環(huán)需要很快的速度，所以只能采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，數(shù)字電路難以達(dá)到:如果內(nèi)部電流環(huán)采用滯環(huán)比較形式，由于滯環(huán)比較的非線性特性，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定影響;為了更好的抑制負(fù)載的擾動(dòng)，滯環(huán)的寬度越窄越好，但這會(huì)使開關(guān)頻率急劇升高。因此，這種形式

52、的控制器對(duì)于非線性擾動(dòng)的抑制能力有一定限制。</p><p>　　2 太陽(yáng)能電源逆變裝置方案選擇</p><p><b>　　2.1 總體方案</b></p><p>　　該設(shè)計(jì)主要包括兩大類電路，一是主電路，另一個(gè)是，檢測(cè)保護(hù)電路。主電路主要包括：SPWM波產(chǎn)生電路,驅(qū)動(dòng)電路,逆變電路,DC/DC電路等；檢測(cè)保護(hù)電路主要包括：欠電壓保護(hù)電路、

53、過(guò)電壓保護(hù)電路、過(guò)電流保護(hù)電路等。其總體框圖如圖2-1所示：</p><p><b>　　圖3-1 總體框圖</b></p><p>　　2.2 單元電路的簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　SPWM波的產(chǎn)生：主要采用EG8010;</p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)電路:主要采用逆變電源芯片IR2110；</p>

54、<p>　?。?）DC/DC電路：主要采用模塊集成電路；</p><p>　?。?）逆變電路：主要采用全橋逆變電路；</p><p>　?。?）整流濾波電路：主要采用半波整流及LC濾波；</p><p>　?。?）欠電壓保護(hù)：采用比較器LM358；</p><p>　　（6）過(guò)電壓保護(hù)：采用比較器LM358；</p>

55、<p>　　（7）故障報(bào)警電路：采用三級(jí)管及發(fā)光二極管等。</p><p>　　2.3 MPPT與孤島效應(yīng)</p><p>　　2.3.1 MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）</p><p>　　MPPT控制器的全稱“最大功率點(diǎn)跟蹤”（Maximum Power Point Tracking）太陽(yáng)能控制器，是傳統(tǒng)太陽(yáng)能充放電控制器的升級(jí)換代產(chǎn)品。所謂最大功率點(diǎn)跟

56、蹤，即是指控制器能夠?qū)崟r(shí)偵測(cè)太陽(yáng)能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統(tǒng)以最高的效率對(duì)蓄電池充電。其常用的方法有：固定電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀測(cè)法、導(dǎo)納微增法、間歇掃描跟蹤法。</p><p>　　（1）固定電壓跟蹤法(Constant Voltage Tracking，CVT)是利用光伏器件輸出最大功率時(shí)工作電壓(MPPT)與開路電壓Vo存在近似的比例關(guān)系這一特性進(jìn)行控制的一種最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法。優(yōu)點(diǎn)

57、：控制簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)：但其最大功率點(diǎn)電壓與Vo的比例關(guān)系是在電池結(jié)溫不變的情況下推出的，而實(shí)際工作中Vo是隨溫度變化而變化的，在光伏陣列的功率輸出隨著溫度變化的情況下，如果仍然采用固定電壓跟蹤(CVT)控制策略，陣列的輸出功率將會(huì)偏離最大功率輸出點(diǎn)，產(chǎn)生較大的功率損失。</p><p>　?。?）公式2-1是光伏器件在最大功率點(diǎn)兩側(cè)dP/dV的特性表達(dá)式。式中dP、dV分別代表相鄰兩個(gè)采樣周期光伏器件的輸出功率和輸出

58、電壓的變化。擾動(dòng)觀察法(P&O，Perturbation and observation method)就是利用光伏器件這一特性進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制的。該方法通過(guò)不斷調(diào)節(jié)光伏器件MPPT電路的工作狀態(tài)來(lái)比較電路調(diào)整前后光伏器件輸出功率和輸出電壓的變化情況，再根據(jù)變化情況調(diào)整MPPT電路的工作，最后使光伏器件工作在最大功率點(diǎn)附近。</p><p>　　<0 最大功率點(diǎn)右側(cè)</p>&

59、lt;p>　　dp/dv =0 最大功率點(diǎn) （2-1）</p><p>　　>0 最大功率點(diǎn)左側(cè)</p><p>　　（3）導(dǎo)納微增法也是常用的一種MPPT控制方法，是對(duì)擾動(dòng)觀察法的改進(jìn)。其控制思想與擾動(dòng)觀察法類似，也是利用dP/dv的方向進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制，只是光伏器件工作在最大功率點(diǎn)

60、時(shí)控制有所不同。</p><p>　?。?）所謂間歇掃描法，其原理是定時(shí)掃描太陽(yáng)能電池板陣列的輸出功率，然后逐次比較，直至追蹤到最大功率點(diǎn)。由于電池板最大功率點(diǎn)受光照影響變化不是很劇烈，所以只需要在最大功率點(diǎn)附近掃描即可找到最大功率點(diǎn)。</p><p>　　2.3.2 孤島效應(yīng)</p><p>　　所謂孤島效應(yīng)就是當(dāng)電力公司的供電系統(tǒng)因故障或停電維修等原因而停止工

61、作時(shí)， 安裝在各用戶端的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能即時(shí)檢測(cè)出停電狀態(tài)而迅速將自身切離市電網(wǎng)絡(luò)， 因而形成了一個(gè)由光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向周圍負(fù)載供電的自給供電現(xiàn)象。</p><p>　　具體實(shí)現(xiàn)思想是：系統(tǒng)通過(guò)軟硬件電路周期性地檢測(cè)出相鄰兩次電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻，計(jì)算出電網(wǎng)電壓的頻率f，在此基礎(chǔ)上引入偏移量Δf，最后將f±Δf 作為輸出并網(wǎng)電流的給定頻率，并且在電網(wǎng)電壓每次過(guò)零時(shí)使輸出并網(wǎng)電流復(fù)位。當(dāng)電網(wǎng)無(wú)故障時(shí)，

62、負(fù)載上的電壓頻率即為f，因此必須每次檢測(cè)到的f 基本不變；而當(dāng)市電脫網(wǎng)時(shí)，光伏陣列的輸出并網(wǎng)電流單獨(dú)作用于負(fù)載上， 由于輸出并網(wǎng)電流頻率的逐周期偏移，所以，每次檢測(cè)到的負(fù)載電壓頻率就會(huì)相應(yīng)地改變。由此形成了給定輸出并網(wǎng)電流頻率的正反饋， 使得負(fù)載電壓的頻率很快超過(guò)頻率保護(hù)的上、下限值，從而使系統(tǒng)有效檢測(cè)出市電脫網(wǎng)。因此，主動(dòng)頻率偏移法使系統(tǒng)具備了良好的反孤島效應(yīng)功能。</p><p><b>　　2.4

63、 本文的工作</b></p><p>　　本文主要研究了太陽(yáng)能電源逆變裝置的設(shè)計(jì)，其主要工作有：</p><p>　　第一章緒論中介紹了目前太陽(yáng)能電源的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r；第二章介紹了本設(shè)計(jì)的大致方案；第三章介紹了PWM的產(chǎn)生與形成原理；第四、五章介紹了各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)及原理；第六章介紹了一些相關(guān)單元電路的仿真。最后對(duì)該逆變電源進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，驗(yàn)證了其可行性和有效性。</

64、p><p>　　3 PWM波形工作原理</p><p>　　3.1 PWM波形的基本原理</p><p>　　在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說(shuō)的效果基本相同，指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。</p><p>　　如把各輸出波形用傅式變換分析，則其低頻段

65、特性非常接近，僅在高頻段略有差異。例如圖3-1所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，圖3-1a為矩形脈沖，圖3-1b為三角形脈沖，圖3-1c為正弦半波脈沖，但它們的面積(即沖量)都等于1，那么，當(dāng)他們分別加在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。脈沖越窄，其輸出的差異越小。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D2-1d的單位脈沖函數(shù)δ(t)時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過(guò)渡函數(shù)。</p><p>　　a) 矩形脈沖 b)

66、三角波脈沖 c) 正弦波脈沖 d) 單位脈沖函數(shù)</p><p>　　圖3-1沖量相同的脈沖</p><p>　　上述結(jié)論是PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。下面分析如何用一系列等幅而不等寬的脈沖代替一個(gè)正弦半波，把圖3-2a所示的正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的

67、幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積(沖量)相等，就得到圖3-2b所示的脈沖序列。這就是PWM波形?？梢钥闯觯髅}沖的寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SP

68、WM (Sinusoidal PWM)波形。在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述脈沖的寬度即可。 </p><p>　　圖3-2 用PWM波代替正弦波</p><p>　　較為實(shí)用的方法是采用調(diào)制的方法，即把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角形作為載

69、波，因?yàn)榈妊切紊舷聦挾扰c高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波形相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。一般根據(jù)三角波載波在半個(gè)周期內(nèi)方向的變化，又可以分為兩種情況。三角波載波在半個(gè)周期內(nèi)的方向只在一個(gè)方向變化，所得到的PWM波形也只在一個(gè)方向變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式，如果三角

70、波載波在半個(gè)周期內(nèi)的方向是在正負(fù)兩個(gè)方向變化的，所得到的PWM波形也是在兩個(gè)方向變化的，這時(shí)稱為雙極性PWM控制方式。</p><p>　　3.2 SPWM波的生成與原理分析</p><p>　　3.2.1 自然采樣法生成SPWM波</p><p>　　自然法生成SPWM波又稱模擬電路法生成SPWM波，通常用模擬比較器比較生成SPWM波，如果用信號(hào)正弦波作為比較器的

71、同相端輸入信號(hào)，三角載波作為比較器的反相端輸入信號(hào)，便實(shí)現(xiàn)了自然法生成SPWM波，如圖3-3所示，比較器輸出經(jīng)死區(qū)形成電路即可生成帶死區(qū)的SPWM波。這種方法是所有生成SPWM波方法中最精確的一種，其它方法都是與它近似等效，存在一定的等效誤差。</p><p>　　圖3-3自然采樣法生成SPWM波</p><p>　　3.2.2 規(guī)則采樣法生成SPWM波</p><p&

72、gt;　　規(guī)則采樣法是從自然采樣法演變而來(lái)的，它由經(jīng)過(guò)采樣的正弦波(實(shí)際上是階梯波)與三角波相交，由交點(diǎn)得出脈沖寬度。這種方法只在三角波的頂點(diǎn)或底點(diǎn)位置對(duì)正弦波采樣而形成階梯波，其原理如圖3-4所示:</p><p>　　圖3-4規(guī)則采樣法生成SPWM波</p><p>　　3.2.3 PWM型逆變電路的控制方式</p><p>　　（1）單極性SPWM控制與雙極性

73、SPWM控制</p><p>　　a) 單極性SPWM控制</p><p>　　三角波載波在半個(gè)周期內(nèi)的方向只在一個(gè)方向變化，所得到的SPWM波形也只在一個(gè)方向變化的控制方式成為單極性SPWM控制方式，如圖3-5所示。圖中的為正弦調(diào)制波，為三角形載波。載波在的正半周為正極性的三角波，在的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。通過(guò)和的比較，獲取SPWM 控制信號(hào)來(lái)控制圖3-6主電路中開關(guān)元件的導(dǎo)通或關(guān)斷，

74、IGBT 的通/斷發(fā)生在和的交點(diǎn)時(shí)刻。從而在主電路的輸出端獲得SPWM 輸出電壓。在的正半周期間，給T1始終施加開通控制信號(hào)，使其始終保持導(dǎo)通狀態(tài)，使T2、T3始終保持關(guān)斷狀態(tài)，只控制T4。當(dāng)>時(shí)，控制T4導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓為+Ud；當(dāng)＜時(shí)，控制T4關(guān)斷，則負(fù)載電流通過(guò)D3續(xù)流輸出電壓為0V。</p><p>　　圖3-5 單極性PWM控制原理</p><p>　　在的負(fù)半周，使T3

75、保持始終受控導(dǎo)通狀態(tài)，使T1、T4一直保持關(guān)斷，只控制T2。當(dāng)＜時(shí)，控制T2導(dǎo)通，輸出電壓為；在＞時(shí)，使T2關(guān)斷，則負(fù)載電流通過(guò)D4續(xù)流，輸出電壓為0V。</p><p>　　這種調(diào)制方式中，在調(diào)制波的正、負(fù)半個(gè)周期內(nèi)，三角形載波只在一個(gè)方向變化，輸出電壓也只在一個(gè)方向變化。輸出電壓波形如圖3-5所示，輸出的電壓有、0V、三種電壓值。其中的為基波分量的波形，與正弦調(diào)制電壓的形狀相同。圖中的虛線表示中的基波分量。像

76、這種在的半個(gè)周期內(nèi)三角形載波只在單一的正極性或負(fù)極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM 波形也只在單個(gè)極性范圍變化的控制方式稱為單極性SPWM 控制方式。</p><p>　　b) 雙極性SPWM控制</p><p>　　和單極性SPWM 控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方式，如果三角波載波在半個(gè)周期內(nèi)的方向是在正負(fù)兩個(gè)方向變化的，所得到的SPWM波形也是在兩個(gè)方向變化的，這時(shí)就成為雙極性SPWM控

77、制方式，如圖3-6所示。其控制和輸出波形如圖3-6所示。其中為正弦調(diào)制波，為三角形載波。但的波形與單極性時(shí)有明顯的不同，在的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)的雙極性三角波。雙極性調(diào)制方式在的正、負(fù)半周控制規(guī)律相同。當(dāng)時(shí)，同時(shí)給T1和T4導(dǎo)通信號(hào)，給T2和T3關(guān)斷信號(hào)，此時(shí)若，則T1和T4導(dǎo)通，若，則Dl和D4導(dǎo)通，兩種情況下輸出電壓均為；當(dāng)時(shí)，給T2和T3導(dǎo)通信號(hào)，給Tl和T4關(guān)斷信號(hào)，</p><

78、p>　　若此時(shí)，則T2和T3導(dǎo)通，若，則D2和D3導(dǎo)通，兩種情況下輸出電壓均為?？梢?，在的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM 波只有兩種電平，而不再出現(xiàn)單極性控制時(shí)的零電平狀態(tài)。主電路的輸出電壓波形如圖3-6所示，其幅值只有、兩種。為輸出的基波波形，形狀與正弦調(diào)制波相同。從以上的分析可見，單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制。當(dāng)對(duì)開關(guān)器件通/斷控制的規(guī)律不同時(shí)，它們的輸出PWM 波形也會(huì)出現(xiàn)較大的差別。</p>

79、<p>　　圖3-6 雙極性SPWM控制原理</p><p>　　(2) 同步調(diào)制與異步調(diào)制</p><p>　　在PWM逆變電路中，載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比N= fc/fr。根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM逆變電路可以有異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種控制方式。</p><p><b>　　a) 異步調(diào)制</b>&

80、lt;/p><p>　　載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步關(guān)系的調(diào)制方式稱為異步方式。在異步調(diào)制方式中，調(diào)制信號(hào)頻率fr，變化時(shí)，通常保持載波頻率fc。固定不變，因而載波比N是變化的。這樣，在調(diào)制信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)，輸出脈沖的個(gè)數(shù)不固定，脈沖相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，同時(shí)，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率較低時(shí)，載波比N較大，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后1/4周期脈

81、沖不對(duì)稱的影響都較小，輸出波形接近正弦波。當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率增高時(shí)，載波比N就減小，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，輸出脈沖的不對(duì)稱性影響就變大，還會(huì)出現(xiàn)脈沖的跳動(dòng)，同時(shí)輸出波形和正弦波之間的差異就變大，電路輸出特性變壞。因此，在采用異步調(diào)制方式時(shí)，希一望盡量提高載波頻率，以使在調(diào)制信號(hào)頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比，改善輸出特性。</p><p><b>　　b) 同步調(diào)制</b></p>

82、<p>　　載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式稱為同步調(diào)制。在基本同步調(diào)制方式中，調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)載波比N不變。調(diào)制信號(hào)半個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。</p><p>　　4 電源逆變裝置的主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 主電路的組成</p><p>　　該電源逆變裝置的主電路主要包括：S

83、PWM波的產(chǎn)生、驅(qū)動(dòng)電路、DC/DC電路、逆變電路、整流濾波電路等。</p><p>　　4.1.1 驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　a)概述：采用達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　b)優(yōu)點(diǎn)：達(dá)林頓管有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格相對(duì)便宜等優(yōu)點(diǎn)；</p>&l

84、t;p>　　c)缺點(diǎn)：在驅(qū)動(dòng)全橋式連接的MOS管時(shí)，至少需要3個(gè)獨(dú)立電源，電源種類繁多；</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　a)概述：采用集成芯片IR2110驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　b)優(yōu)點(diǎn)：IR2110芯片具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、控制方便、電能利用效率高等優(yōu)</p><p>　

85、　點(diǎn)，尤其是采用R2110芯片能夠大大減少驅(qū)動(dòng)電源的個(gè)數(shù)（僅需1個(gè)），充分簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　方案的選擇：經(jīng)比較，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)應(yīng)選擇方案二。</p><p>　　4.1.2 DC/DC電路</p><p>　　由于驅(qū)動(dòng)電路及逆變電路的電壓不同，因此需要DC/DC電路以對(duì)電路起到保護(hù)作用。選用DC/DC及芯片78L05，通過(guò)此使其輸出不同電壓。

86、其中“78”指輸出正電壓，“05”指5伏。</p><p>　　4.1.3 逆變電路</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　概述：半橋式。采用兩個(gè)MOS管IRF460、兩個(gè)電解電容、兩個(gè)大電阻等元件組</p><p>　　成半橋式主電路，兩路控制信號(hào)分別接G1和G2端；</p>

87、<p>　　b）優(yōu)點(diǎn)：降低設(shè)計(jì)成本，簡(jiǎn)化電路；</p><p>　　c）缺點(diǎn)：輸出電壓峰峰值較低，且輸出電流較小，同時(shí)，電容的加入，增加了系</p><p>　　統(tǒng)的無(wú)功功率，電阻也會(huì)消耗一部分功率。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　概述：全橋式。采用四個(gè)MOS管IRF460組

88、成全橋式主電路，四路控制信號(hào)分別</p><p>　　接G1和G2端、G3和G4端；其中，左半橋的兩路控制信號(hào)反相，右半橋的兩路控制信號(hào)也反相。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：采用此方案可以使電路結(jié)構(gòu)清晰，輸出有效值增加（為半橋式的2倍），</p><p>　　輸出電流較大，且電路的功耗較小。</p><p>　　方案選擇：經(jīng)比較，應(yīng)選擇方案二（

89、全橋式逆變電路）</p><p>　　4.1.4 整流濾波電路</p><p>　　為了簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，濾波電路采用簡(jiǎn)單電路，通常采用的濾波電路設(shè)計(jì)有如下兩種設(shè)計(jì)方案：</p><p>　　a）方案一：RC濾波電路。采用RC濾波電路，可以簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)V掉絕大部分無(wú)關(guān)的雜波，得到比較準(zhǔn)確的輸出電壓波形，然而由于電容的加入，增加了系統(tǒng)的無(wú)功功率，電阻還會(huì)消耗一部分功

90、率，且輸出電壓的相位有一定的偏移，這使得相位難于控制，故不采用此方案。</p><p>　　b）方案二：LC濾波電路。采用LC濾波電路，一方面可以大大簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)濾波功能；另一方面，通過(guò)電感L和電容C適當(dāng)匹配，可以使得輸出電壓相位和輸入電壓相位一致，方便電壓相位的控制；此外LC的合理搭配還可以降低無(wú)功功率，抑制電壓和電流的脈動(dòng)，故采用此方案。</p><p>　　其中，整流電路采用半

91、波整流。</p><p>　　4.2 SPWM波的產(chǎn)生設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 EG8010的簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　對(duì)于該SPWM波產(chǎn)生單元電路，采用芯片EG8010.圖4-2所示：</p><p>　　圖4-1 EG8010芯片管腳圖</p><p>　　引腳26：VCC 芯片的+5V 工

92、作電源端 </p><p>　　引腳3,12：GND 芯片的地端 </p><p><b>　　引腳1：DT1 </b></p><p>　　引腳2：DT0 DT1,DT0 是設(shè)置 PWM 輸出上、下 MOS 管死區(qū)時(shí)間： “00”是300nS 死區(qū)時(shí)間； “01”是500nS 死區(qū)時(shí)間； “10”是1.0uS 死區(qū)時(shí)間； “

93、11”是1.5uS 死區(qū)時(shí)間 </p><p>　　引腳4：RXD 串口通訊數(shù)據(jù)接收端 </p><p>　　引腳5：TXD 串口通訊數(shù)據(jù)發(fā)送端 </p><p>　　引腳6：SPWMEN SPWM 輸出使能端，“1”是啟動(dòng)SPWM 輸出，“0”是關(guān)閉SPWM輸出 </p><p>　　引腳7：FANCTR

94、 外接風(fēng)扇控制，當(dāng) TFB引腳檢測(cè)到溫度高于 45℃時(shí)，輸出高電平“1”使風(fēng)扇運(yùn)行，運(yùn)行后溫度低于 40℃時(shí)，輸出低電平“0”使風(fēng)扇停止工作 </p><p>　　引腳8：LEDOUT 外接 LED 報(bào)警輸出，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)輸出低電平“0”點(diǎn)亮 LED 正常：長(zhǎng)亮 </p><p>　　過(guò)流：閃爍 2 下，滅 2 秒，一直循環(huán) </p><p>　　過(guò)壓：閃

95、爍 3 下，滅 2 秒，一直循環(huán) </p><p>　　欠壓：閃爍 4 下，滅 2 秒，一直循環(huán)</p><p>　　過(guò)溫：閃爍 5 下，滅 2 秒，一直循環(huán) </p><p>　　引腳9：PWMTYP PWM 輸出類型選擇 </p><p>　　“0”是正極性 PWM 類型輸出，應(yīng)用于高電平有效驅(qū)動(dòng) IR2110 等驅(qū)動(dòng)器件，即引腳

96、 SPWMOUT 為高電平打開功率 MOS 管 </p><p>　　“1”是負(fù)極性 PWM 類型輸出，應(yīng)用于低電平有效驅(qū)動(dòng) TLP250 內(nèi)部二極管陰極等光耦器件，即引腳 SPWMOUT為低電平打開功率 MOS 管 </p><p>　　應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)可參考典型應(yīng)用電路圖，根據(jù)驅(qū)動(dòng)器件合理配置該引腳狀態(tài)，否則不一致情況會(huì)導(dǎo)致上、下功率 MOS 管同時(shí)導(dǎo)通現(xiàn)象 </p><

97、p>　　引腳10：OSC1 12M 晶體振蕩器引腳 1 </p><p>　　引腳11：OSC2 12M 晶體振蕩器引腳 2 </p><p>　　引腳13：VFB 正弦波輸出電壓反饋輸入端 </p><p>　　引腳14：IFB 負(fù)載電流反饋輸入端 </p><p>　　引腳15：TFB 溫度反饋輸

98、入端 </p><p>　　引腳16： FRQADJ/ VFB2 功能復(fù)用腳，調(diào)頻模式時(shí)（單極性調(diào)制）作為調(diào)頻電壓 0-5V輸入，雙極性調(diào)制時(shí)作為右橋臂輸出電壓反饋輸入端 </p><p>　　引腳17：VREF 芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電源輸入 </p><p>　　引腳18：FRQSEL0 FRQSEL1（引腳 19） ，F(xiàn)RQSEL0（引腳 18）是設(shè)置頻率

99、模式， “00”是輸出50Hz 頻率； “01”是輸出60Hz 頻率； “10”是輸出頻率范 圍0-100Hz 由 FRQADJ 引腳調(diào)節(jié)； “11”是輸出頻率范圍0-400Hz 由 FRQADJ 引腳調(diào)節(jié) </p><p>　　引腳19：FRQSEL1 </p><p>　　引腳20：MODSEL 單極性、雙極性調(diào)制方式選擇： “0”是單極性調(diào)制方式；“1”

100、是雙極性調(diào)制方式 </p><p>　　引腳21：SST 軟啟動(dòng)功能使能輸入端：“0”是不支持軟啟動(dòng)功能；“1”是支持軟啟動(dòng)功能，軟啟動(dòng)時(shí)間為 3S </p><p>　　引腳22，23：NC 空腳 </p><p>　　引腳24：LCDCLK 串口 12832 液晶顯示模塊時(shí)鐘輸出端 </p><p>　　引腳25：LCD

101、DI 串口 12832 液晶顯示模塊指令、數(shù)據(jù)輸出端 </p><p>　　引腳27：SPWMOUT1 右橋臂上管 SPWM 輸出，單極性調(diào)制時(shí)該腳作為右橋臂上管的基波輸出，雙極性調(diào)制時(shí)作為 SPWM 調(diào)制輸出 </p><p>　　引腳28：SPWMOUT2 右橋臂下管 SPWM 輸出，單極性調(diào)制時(shí)該腳作為右橋臂下管的基波輸出，雙極性調(diào)制時(shí)作為 SPWM 調(diào)制輸出 </p&g

102、t;<p>　　引腳29：SPWMOUT3 左橋臂上管 SPWM 輸出，單極性和雙極性調(diào)制時(shí)該腳都作為左橋臂 SPWM 調(diào)制輸出 </p><p>　　引腳30：SPWMOUT4 左橋臂下管 SPWM 輸出，單極性和雙極性調(diào)制時(shí)該腳都作為左橋臂 SPWM 調(diào)制輸出 </p><p>　　引腳31：LCDEN 串口 12832 液晶顯示模塊使能端輸出 </p>

103、<p>　　引腳32：VVVF 變頻、變壓功能使能腳：“0”是變頻不變壓模式；“1”是變頻變壓模式，應(yīng)用于變頻器及電機(jī)控制</p><p>　　4.3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 IR2110的簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　芯片IR2110，兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選。</p>

104、;<p>　?。?）IR2110的引腳說(shuō)明：</p><p>　　LO（引腳1）： 低端輸出 ； Nc（引腳8）； 空端；</p><p>　　COM（引腳2）：公共端； VDD（引腳9）： 邏輯電源電壓；</p><p>　　Vcc（引腳3）：低端固定電源電壓 ； HIN（引

105、腳10）：邏輯高端輸入；</p><p>　　Nc（引腳4）： 空端 ； SD（引腳11）： 關(guān)斷；</p><p>　　Vs（引腳5）： 高端浮置電源偏移電壓 ； LIN（引腳12）：邏輯低端輸入；</p><p>　　VB (引腳6)： 高端浮置電源電壓； Vss（引腳13）：邏輯電路地電位端； </p

106、><p>　　HO（引腳7）： 高端輸出； Nc（引腳14）： 空端。</p><p>　?。?）IR2110的特點(diǎn)： </p><p>　　a）具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道。</p><p>　　b）懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V。</p><p>　　c）輸出的電源端（腳

107、3）的電壓范圍為10—20V。</p><p>　　d）邏輯電源的輸入范圍（腳9）5—15V，可方便的與TTL，CMOS電平相匹配，而</p><p>　　且邏輯電源地和功率電源地之間允許有 V的便移量。</p><p>　　e）工作頻率高，可達(dá)500KHz。</p><p>　　f）開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns。</p

108、><p>　　g）圖騰柱輸出峰值電流2A。 </p><p>　　IR2110內(nèi)部功能由三部分組成：邏輯輸入；電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，即一組電源即可實(shí)現(xiàn)對(duì)上下端的控制。</p><p>　　4.3.2 驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　IR

109、2110芯片具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、控制方便、電能利用效率高等優(yōu)點(diǎn)，尤其是采用R2110芯片能夠大大減少驅(qū)動(dòng)電源的個(gè)數(shù)（僅需1個(gè)），充分簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖4-2 驅(qū)動(dòng)電路圖 </p><p>　　4.4 DC/DC電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于驅(qū)動(dòng)電路及逆變電路的電壓不同，因此需要DC/DC電路以對(duì)電路起到保護(hù)作用。</p&

110、gt;<p>　　選用DC/DC及芯片78L05，通過(guò)此使其輸出不同電壓。其中“78”指輸出正電壓，“05”指5伏。其電路圖如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 DC/DC電路</p><p>　　4.5 逆變電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.5.1 概述</b></p><p>　　與整