500w通信逆变电源的设计(附件)
当今社会不断发展，能源短缺成为人们关注的重要问题之一。风能、太阳能等可再生资源的利用，得到广泛关注。涉及电子和电工技术的领域都要使用电源设备，它不仅能提供优质电能，而且影响着科学技术的发展。于是，如何将蓄电池、发电机等所供给的直流或交流电转化成设备所需要的交流电成为逆变电源研制领域所要解决的问题。本文主要基于开关电源技术等基础知识，采取二次逆变的方法完成此次设计。前级运用移相全桥电路将48V直流电升压为400V/50Hz的交流电，再经过整流滤波将高频交流电整流为400V高压电。后级采用SPWM调制全桥逆变电路将400V高压电逆变为220V/50Hz正弦交流电，供负载使用。本设计具有灵活方便、适用范围广的特点，能够满足基本实践需求。而且本设计采用高频开关工作方式，具有噪声比较低、响应速度非常快以及电路调整十分灵活等优点。设计符合逆变电源小型化、轻量化、高频化以及低噪声、高可靠性的发展趋势。关键词 通信逆变电源，移相全桥，正弦脉宽调制，正弦波目 录
1 绪论 1
1.1 通信逆变电源的研究背景1 1.2 通信逆变电源的研究现状1
1.3 本课题研究的目的及意义 4
2 设计要求和方案选择 5
2.1 设计任务与要求 5
2.2 方案选择 5
3 DC/DC电路设计 7
3.1 移相全桥软开关的工作原理分析8
3.2 DC/DC电路的参数设计 13
3.3 UCC3895集成芯片17
4 DC/AC全桥逆变电路的设计与实现20
4.1 全桥逆变电路的工作原理分析20
4.2 DC/AC变换电路的参数设计21
4.3 TLP250集成芯片22
4.4 PWM控制技术25
4.5 STM32单片机26
5 实物性能测试与分析 29
5.1 前级升压电路的性能测试与分析 29
5.2 后级逆变电路的性能测试与分析 30
6 总结与展望 31
6.1总结 31
6.2展望 32
致谢 33
参考文献34
附
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
M控制技术25
4.5 STM32单片机26
5 实物性能测试与分析 29
5.1 前级升压电路的性能测试与分析 29
5.2 后级逆变电路的性能测试与分析 30
6 总结与展望 31
6.1总结 31
6.2展望 32
致谢 33
参考文献34
附录一 电路图 36
附录二 实物图 38
1 绪论
1.1 研究背景
随着科学技术的不断进步，电力电子技术迅猛发展，经济建设、国防设施、人民生活等各方面都离不开电源设备[1]。人们对电子产品的需求越来越多：除了常见的音响系统外，电视，冰箱，笔记本电脑等电器产品也成为人们的需求。目前常见的电器产品除了可用电池供电外，更多的需要用交流电供电[2]。其中，直流电转为交流电的电源称为逆变电源。它可将输入的48V等直流电转变成220V/50Hz等交流电，为电器提供安全稳定的用电保障。小型逆变电源也可以利用一些便携供电设备在野外提供交流电源，能够满足移动供电场所和无电地区对交流电的需要。逆变电源广泛运用于各类：通信系统、高压直流输电系统、能源发电系统、航空航天系统等领域。近年来，世界各国对能源的需求越来越大。常规能源以煤、石油、天然气为主，不仅仅资源有限，而且造成了严重的环境污染[3]。因此，风能、太阳能等各种新兴的能源形式不断出现，并且逆变电源在风能发电和太阳能等领域是不可或缺的。综上所述，研究一款性能比较高的逆变电源具有十分重要的意义。
1.2 通信用逆变电源的研究现状? ?
逆变电源的发展一般分成两个阶段。第一阶段是十九世纪中后期地传统发展阶段。此阶段的开关器件大多开关频率较低以低速器件为主，波形改善主要以多重叠加法为代表，逆变的效率较低，体积较大[4]，于是正弦波逆变器应运而生。从1980年到现在被认为是第二阶段，此时的开关器件普遍以高速器件为代表，开关频率相比而言也较高，改善波形的主要控制技术为PWM法，体积较小、重量也较小，逆变效率显著提高。逆变技术刚刚起步时采用先直流电动机再交流发电机的旋转方法进行逆变，发展到现在的21世纪，逆变技术主要选取MOSFET、MCT、IGBT、IGCT及GTO等简易稳定的功率器件，控制电路的发展从一开始的模拟集成电路到后来的单片机控制再到现在的各类数字信号处理器（DSP）控制。
逆变电源根据输出电压波形被分为正弦波、方波。方波逆变电源价格低廉、电路简单，但是谐波干扰大，所以只适用于技术指标要求不高地民用设备。正弦波逆变电源成本较高、结构复杂，但是电磁兼容性好、谐波干扰小，因此在通信领域得到广泛
应用。正弦脉冲宽度调制逆变电源，是目前性能较高、技术超前的正弦波逆变电源，
它有效率高、体积小和各项技术指标高地优点，其应用日益广泛。
目前常用的几种典型主电路拓扑结构包括：半桥式、推挽式、全桥式。
1、半桥逆变主电路拓扑
图1-1 半桥逆变电路结构图
半桥电路的工作原理：通过驱动芯片产生两路相反的驱动脉冲分别控制两个开关管S1和S2的导通与关断。当开关管S1开通，S2关断时，电流经开关管S1、变压器T原边绕组、电容C1形成回路，电容C1通过开关管S1与变压器原边绕组放电，同时，电源也通过开关管S1和变压器T原边绕组对电容C2进行充电，A点处电压升高。当开关管S2开通，S1关断时，电流经开关管S2、变压器T原边绕组、电容C2形成回路，电容C2通过开关管S2与变压器原边绕组放电，电源也通过开关管S2和变压器T原边绕组对电容C1进行充电，A点处电压降低；当开关管S1、S2都关断时，若电容C1和C2电容量大小相等，则图中A点电压为电源输入电压的二分之一，能量由变压器的原边向副边进行传送。在半桥电路中，由于副边整流二极管反向恢复、变压器漏感等问题，当开关管在导通和关断时存在尖峰电流和尖峰电压。但是因为二极管D1、D2起到籍位作用，开关管的两端最高电压为Vcc。
2、推挽逆变主电路拓扑
图1-2 推挽式逆变电路结构图
推挽电路的工作原理：通过控制集成芯片产生两组反相的驱动脉冲分别控制两个开关管S1和S2交替导通，输入的直流电压经带中心抽头的高频变压器变换成交流方波电压，再经过整流管D1、D2整流，电感L和电容C滤波，输出稳定的高压直流电。工作过程：当S1开通，S2关断时，电流通过变压器原边绕组N1和开关管S1构成回路。输入电压Vcc加在变压器的原边绕组N1上，因为此变压器带中心抽头，分成的两个绕组N1和N2匝数相同，所以在S1开通，S2关断时，将在开关管S2上施加两倍的电源电压。当S2导通，S1关闭时，电流将经过变压器原边绕组N2和开关管S2构成回路。输入电压加在变压器的初级绕组N2上，开关管S2将承受两倍的电源电压。当无驱动脉冲电压时，即死区时间，两个开关管关断，端电压即为电源电压。
3、全桥逆变主电路拓扑
图1-3 全桥逆变电路结构图
全桥逆变电路的工作原理：通过集成芯片产生两路驱动脉冲分别使两对开关管导通与关断，即开关管S1、S4同时开通或关闭和开关管S2、S3同时开通与关闭。当开关管S1、S4同时导通，开关管S
1 绪论 1
1.1 通信逆变电源的研究背景1 1.2 通信逆变电源的研究现状1
1.3 本课题研究的目的及意义 4
2 设计要求和方案选择 5
2.1 设计任务与要求 5
2.2 方案选择 5
3 DC/DC电路设计 7
3.1 移相全桥软开关的工作原理分析8
3.2 DC/DC电路的参数设计 13
3.3 UCC3895集成芯片17
4 DC/AC全桥逆变电路的设计与实现20
4.1 全桥逆变电路的工作原理分析20
4.2 DC/AC变换电路的参数设计21
4.3 TLP250集成芯片22
4.4 PWM控制技术25
4.5 STM32单片机26
5 实物性能测试与分析 29
5.1 前级升压电路的性能测试与分析 29
5.2 后级逆变电路的性能测试与分析 30
6 总结与展望 31
6.1总结 31
6.2展望 32
致谢 33
参考文献34
附
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
M控制技术25
4.5 STM32单片机26
5 实物性能测试与分析 29
5.1 前级升压电路的性能测试与分析 29
5.2 后级逆变电路的性能测试与分析 30
6 总结与展望 31
6.1总结 31
6.2展望 32
致谢 33
参考文献34
附录一 电路图 36
附录二 实物图 38
1 绪论
1.1 研究背景
随着科学技术的不断进步，电力电子技术迅猛发展，经济建设、国防设施、人民生活等各方面都离不开电源设备[1]。人们对电子产品的需求越来越多：除了常见的音响系统外，电视，冰箱，笔记本电脑等电器产品也成为人们的需求。目前常见的电器产品除了可用电池供电外，更多的需要用交流电供电[2]。其中，直流电转为交流电的电源称为逆变电源。它可将输入的48V等直流电转变成220V/50Hz等交流电，为电器提供安全稳定的用电保障。小型逆变电源也可以利用一些便携供电设备在野外提供交流电源，能够满足移动供电场所和无电地区对交流电的需要。逆变电源广泛运用于各类：通信系统、高压直流输电系统、能源发电系统、航空航天系统等领域。近年来，世界各国对能源的需求越来越大。常规能源以煤、石油、天然气为主，不仅仅资源有限，而且造成了严重的环境污染[3]。因此，风能、太阳能等各种新兴的能源形式不断出现，并且逆变电源在风能发电和太阳能等领域是不可或缺的。综上所述，研究一款性能比较高的逆变电源具有十分重要的意义。
1.2 通信用逆变电源的研究现状? ?
逆变电源的发展一般分成两个阶段。第一阶段是十九世纪中后期地传统发展阶段。此阶段的开关器件大多开关频率较低以低速器件为主，波形改善主要以多重叠加法为代表，逆变的效率较低，体积较大[4]，于是正弦波逆变器应运而生。从1980年到现在被认为是第二阶段，此时的开关器件普遍以高速器件为代表，开关频率相比而言也较高，改善波形的主要控制技术为PWM法，体积较小、重量也较小，逆变效率显著提高。逆变技术刚刚起步时采用先直流电动机再交流发电机的旋转方法进行逆变，发展到现在的21世纪，逆变技术主要选取MOSFET、MCT、IGBT、IGCT及GTO等简易稳定的功率器件，控制电路的发展从一开始的模拟集成电路到后来的单片机控制再到现在的各类数字信号处理器（DSP）控制。
逆变电源根据输出电压波形被分为正弦波、方波。方波逆变电源价格低廉、电路简单，但是谐波干扰大，所以只适用于技术指标要求不高地民用设备。正弦波逆变电源成本较高、结构复杂，但是电磁兼容性好、谐波干扰小，因此在通信领域得到广泛
应用。正弦脉冲宽度调制逆变电源，是目前性能较高、技术超前的正弦波逆变电源，
它有效率高、体积小和各项技术指标高地优点，其应用日益广泛。
目前常用的几种典型主电路拓扑结构包括：半桥式、推挽式、全桥式。
1、半桥逆变主电路拓扑
图1-1 半桥逆变电路结构图
半桥电路的工作原理：通过驱动芯片产生两路相反的驱动脉冲分别控制两个开关管S1和S2的导通与关断。当开关管S1开通，S2关断时，电流经开关管S1、变压器T原边绕组、电容C1形成回路，电容C1通过开关管S1与变压器原边绕组放电，同时，电源也通过开关管S1和变压器T原边绕组对电容C2进行充电，A点处电压升高。当开关管S2开通，S1关断时，电流经开关管S2、变压器T原边绕组、电容C2形成回路，电容C2通过开关管S2与变压器原边绕组放电，电源也通过开关管S2和变压器T原边绕组对电容C1进行充电，A点处电压降低；当开关管S1、S2都关断时，若电容C1和C2电容量大小相等，则图中A点电压为电源输入电压的二分之一，能量由变压器的原边向副边进行传送。在半桥电路中，由于副边整流二极管反向恢复、变压器漏感等问题，当开关管在导通和关断时存在尖峰电流和尖峰电压。但是因为二极管D1、D2起到籍位作用，开关管的两端最高电压为Vcc。
2、推挽逆变主电路拓扑
图1-2 推挽式逆变电路结构图
推挽电路的工作原理：通过控制集成芯片产生两组反相的驱动脉冲分别控制两个开关管S1和S2交替导通，输入的直流电压经带中心抽头的高频变压器变换成交流方波电压，再经过整流管D1、D2整流，电感L和电容C滤波，输出稳定的高压直流电。工作过程：当S1开通，S2关断时，电流通过变压器原边绕组N1和开关管S1构成回路。输入电压Vcc加在变压器的原边绕组N1上，因为此变压器带中心抽头，分成的两个绕组N1和N2匝数相同，所以在S1开通，S2关断时，将在开关管S2上施加两倍的电源电压。当S2导通，S1关闭时，电流将经过变压器原边绕组N2和开关管S2构成回路。输入电压加在变压器的初级绕组N2上，开关管S2将承受两倍的电源电压。当无驱动脉冲电压时，即死区时间，两个开关管关断，端电压即为电源电压。
3、全桥逆变主电路拓扑
图1-3 全桥逆变电路结构图
全桥逆变电路的工作原理：通过集成芯片产生两路驱动脉冲分别使两对开关管导通与关断，即开关管S1、S4同时开通或关闭和开关管S2、S3同时开通与关闭。当开关管S1、S4同时导通，开关管S
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