单相正弦波逆变电源设计原理
单相正弦波逆变电源设计原理
单相正弦波逆变电源设计原理逆变拓扑结构主要有全桥逆变拓扑、半桥逆变拓扑和H桥逆变拓扑等。
其中，全桥逆变拓扑是应用最广泛的一种结构。
其基本原理是通过四个功率开关器件（IGBT、MOSFET等）将直流电源分别与交流负载的两端相连，通过对这四个开关器件进行不同的控制，实现正负半周期交替地对交流负载端进行开关切换，从而输出正弦波形的交流电信号。
控制策略是逆变电源设计中的关键，其主要目标是根据输入直流电源电压的大小和方向，调整开关器件的通断时间，使输出交流电信号能够呈现出正弦波形。
常见的控制策略包括PWM控制策略和SPWM控制策略。
其中，PWM（脉宽调制）控制策略通过对比输入直流电压与参考正弦波形的大小关系，调整开关器件的通断时间比例，以保证输出电压信号的波形准确度。
SPWM（正弦PWM）控制策略则通过比较输入直流电压与参考正弦波形的大小关系，调整开关器件的通断时间点，以保证输出电压信号的谐波失真程度较小。
滤波电路是为了进一步提高逆变电源输出电压信号的波形质量，减小谐波失真。
其主要由电感、电容等元件组成。
一般而言，设计中采用LC滤波器结构来实现对输出正弦波形谐波成分的滤除。
滤波器的参数选择与设计是设计过程中的关键环节，通过合理选择滤波器的参数可以实现输出电压稳定，谐波失真小的效果。
此外，逆变电源设计中还需要考虑过温保护、过压保护、过流保护等安全措施，以保证电源的稳定性和可靠性。
这些保护功能通过在逆变电源系统中加入温度传感器、电流传感器以及相应的控制电路来实现。
总之，单相正弦波逆变电源的设计基于逆变拓扑结构、控制策略和滤波电路的原理，通过合理的参数选择和安全措施的设计，可实现稳定、可靠、高质量的正弦波形交流电信号输出。
HT1112单相正弦波稳压逆变器方案
CON2 R1 1K
U1
HC-ALM
C17 103
PC817
D2 1N4148
J2 1
DC-
CAP C00
FU102
30A
FU101 Rj0 30A 10R
IJ-
Rj 1 10R
IJ+
2200 uF/63 V C10 2A
D106 1N4148
VT103 IRF3205
D107 1N4148
VT104 IRF3205
平,当P4=L(低电平时),PWM脚正常输出,不用该功 能时，可通过一个1K电阻接地 5:C3 电容 6:R 1K 7～10:PWM信号输出 11:故障控制，低电平有效，有效时间不低于5us,
有效时PWM输出零电平，可用于短路检测控制 12:稳压反馈输入 13:故障输出应答，高电平有效 14:GND 注:C1,C2:22～33pF
交 流220V反 馈
5
4
680R
R36
C43
100R
222
RH2
1.2K
A
A
Title
Size
C
Date: File:
Number
Revision
19-Mar-2009
Sheet of
E:\赵 佩珍\修改电路图 \HT1112重 新改版\电 源网HDTr1aw11n2.BDyD: B
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● 元器件清单 名称 逆变控制芯片
晶体
基于STM32的单相正弦波逆变器设计
基于STM32的单相正弦波逆变器设计李加升;李稳国;宋歌【摘要】考虑当前光伏发电、风力发电等新能源逆变入网的需要,在比较了现有逆变器的基础上,针对低压小功率的逆变,设计了一种基于STM32的单相正弦波逆变器.该逆变器主要由控制模块、全桥式逆变模块、同步BOOST电路、信号采集与调理模块、信息显示模块、欠压过流保护模块等构成.逆变器采用SPWM正弦脉宽调制,经过IR2104产生两路反相的SPWM波,驱动4个开关管IRF540工作,并利用STM32完成电流/电压采样、调试和液晶显示的数据处理.经实际测式,该逆变器获得了较高的转换效率,较低的输出电压/电流误差.【期刊名称】《湖南城市学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(026)003【总页数】4页(P54-57)【关键词】全桥逆变;同步BOOST;SPWM控制【作者】李加升;李稳国;宋歌【作者单位】湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000;湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000;湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000【正文语种】中文【中图分类】TM464在光伏发电、风力发电等新电源被广泛应用的今天，逆变技术的研究被广泛关注，而低压小功率的逆变电源是电子设备必不可少的部分．随着电力电子技术的发展和对电气设备在性能上的要求，以及不同应用领域对电源的技术要求，各行业对逆变电源的要求也在不断提高．在许多的电子设备中，要求逆变电源系统可靠性高、稳定度好、调节特性优良，而且体积小、重量轻[1-2]．而控制信号产生电路是逆变器的核心，其性能优劣将直接影响整个逆变器的好坏．正弦波脉宽调制(SPWM)是逆变电路的核心技术，目前SPWM的产生方法有很多种，最基本的方法就是利用分立元件，采用模拟、数字混合电路产生SPWM[3-4]．文献[5]提出了一种用数、模硬件电路产生SPWM的方法，此方法硬件电路复杂；文献[6]采用SPWM专用芯片SA828系列与微处理器直接连接生成SPWM，此方法生成的SPWM波形参数受专用芯片限制；文献[7]利用FPGA来生成SPWM波，虽然生成的SPWM波质量性能较好，可以灵活改变输出波形参数，但成本也相对较高．本文采用ARM 公司的32位单片机STM32作为主控芯片对单相正弦波逆变器进行了设计．基于STM32的单相正弦波逆变器方框图见图1．系统主要由STM32主控模块、驱动模块、同步BOOST模块、全桥逆变模块、信息采集模块、欠压过流保护模块及键盘显示模块组成，同步BOOST电路和全桥逆变模块组成系统的主电路．系统由单片机产生一路PWM，经驱动模块功率放大后，变为两路反相带死区的PWM，控制同步BUCK中的两个开关管，实现直流电输出升压．全桥逆变电路由单片机产生的2路反相SPWM波，经过驱动模块后生成的4路SPWM波信号控制．SPWM波控制逆变电路4个开关管的通断，将升压后的直流电转换为交流电[8]．系统采用互感采样将交流输出电压电流反馈给单片机进行PID调节，实现稳压功能．将交流电压信号经过过零比较器后得到同频率的方波，再由单片机进行频率采样显示在液晶屏上，并可通过按键设定交流电输出频率，与采样频率比较后，进行PID调节，实现频率可调．通过控制欠压过流保护模块中的继电器通断，可以实现欠压过流保护．控制模块由STM32芯片及外围电路构成的最小系统，主要用于信号的采集和发出控制信号；数据采样模块以ADS1115芯片为核心，电压互感器和电流互感器采集输出端电压电流并通过BOOST输出[9]；由过零比较器为主要核心构成的定时器捕获模块是为了得到交流输出频率和功率因子；同步BOOST电路使用开关管取代BOOST电路的续流二极管，并用两路反相的PWM驱动；全桥逆变模块通过单片机产生SPWM波控制4个开关管构成全桥式滤波电路，可提高效率；LCD12864模块显示电源的相关主要参数；过流欠压保护模块用于增强电路的安全性，通过检测电源的电压电流，从而控制继电器对整个电路进行保护．STM32单片机拥有512 KB的系统内可编程Flash、112个的快速I/O端口、11个定时器、实时时钟RTC、2个12位的us级的A/D转换器（16通道）、SPI串行端口，以及3种可以通过软件选择的省电模式．单片机主要起到电流电压采样、功率因数测量、信息显示以及过流欠压保护的作用，STM32最小系统部分由晶振电路、复位电路、显示电路组成．单片机最小系统需晶振电路来产生时钟频率．STM32电路采用8 MHz的晶振，CPU最高工作频率可达72 MHz．LCD12864带中文字库的12864内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其分辨率为128×64，内置8 192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集，利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面．可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示．主电路由同步BOOST电路和全桥逆变电路组成，见图2．系统通过单片机产生PWM波控制BOOST电路升压，将BOOOST输出电压输送到逆变电路，同时利用正弦脉宽调制技术产生SPWM波给逆变电路实现DC-AC．STM32单片机产生1路PWM，经过I2104后变为两路反相带死区的PWM，控制同步BOOST电路中开关管的通断，由电感周期性充放电和后级电容滤波，使电压输出升高．利用电阻取样法将输出电压采集，反馈给单片机与设定值比较得到误差值，再根据误差值进行稳压调节．逆变部分则是由单片机产生两路反相的SPWM波，经过驱动芯片IR2104驱动后变成4路SPWM波分别驱动全桥的4个开关管，通过单片机的定时器功能每隔50 us取正弦波对应的1个占空比值，1个正弦波分为400个点，则逆变后的波形的周期T =50 us*400=20 000 us=20 ms，频率为f =1/T =50 Hz．由此可实现固定输出50 Hz的交流电．为了提高输出电压、电流控制精度，信号采集模块选用16位采样芯片ADS1115进行采样．系统首先通过电压互感器和电流互感器分别将输出电压、电流成比例缩小，再输入AD637将交流输出换算为真有效值后，由ADS1115采样后反馈给单片机．AD采样电路图见图3．欠压过流保护采用继电器控制电路的通断实现保护．单片机将反馈的电压值和电流值与设定值相比较，当电压低于20±0.5 V或高于28±0.5 V、电流超过1.7±0.1A时，单片机的PA.2口发出一个电平，通过对继电器开关的控制来实现对电路的保护，通过软件控制欠压过流保护具有自恢复功能．AD及继电器保护电路图如图4所示．开启总电源，系统进入初始化状态．然后，对输入电流、电压进行采样，若输出电压大于28 V或低于20 V、电流值大于1.7 A，则驱动继电器断开主回路，完成过流保护，5 s后控制继电器使电路正常工作．若电压电流值在正常范围内，则进行稳压调节，并通过液晶显示．本系统的主程序流程图如图5所示．在输入直流电压Us=21.5 ～26.5 V的条件下，使用数字万用表测量交流电压输出，用示波器测量输出电压波形及频率，测量结果见表1．负载采用50 Ω/50 W 可调滑线变阻器，在直流输入电压Us=24 V、负载为5 Ω时，调整输出交流电压为36 V，然后将负载电阻为10 Ω，测量输出电压的变化范围，具体数据参见表3，经计算最大变化范围为0.283 V．负载采用50 Ω/50 W，调整输出电压测出输入输出电压和电流，并计算出效率，具体数据见表3．由表3数据可知，输出效率最低时为83.1%．逆变系统设计时，设计的功能是当检测到当电压低于20±0.5 V或高于28±0.5 V、电流超过1.7±0.1 A时，继电器断开，以实现保护的目的．经实际测试，当电流为1.7±0.05 A时，继电器断开，具备过流保护及自恢复功能．本文设计了一种基于STM32的正弦波逆变器，主要通过BOOST升压，经全桥逆变后，结合SPWM的控制转换为交流电，再进行PID调节，实现稳压功能．结合STM32和LCD12864液晶显示器，实现友好的人机交互界面．利用了过流欠压保护技术，为逆变器提供了有力的安全保障．经组装和测试后，该逆变器能够实现输入直流电压Ui=21.5～26.5 V范围时，输出频率为f0=50±0.5 Hz的交流电压U0=36±0.5 V，输出可调频率20～80 Hz，电能转换效率达83%以上，其他各项指标均达到较为满意的效果．【相关文献】[1]王兆安, 刘进军. 电力电子技术[M]. 5版. 北京: 机械工业出版社, 2013.[2]张凯, 王祥. 基于STM32的新型SPWM逆变电源[J]. 电气自动化, 2012, 34(3): 52-54.[3]吕小涛. 基于DSP的正弦波逆变电源研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2009.[4]王小龙, 陈畅, 龚敏. 一种新型过流保护电路的设计[J]. 电子与封装, 2010, 87(7): 16-19.[5]罗秦. 基于STM32的DC-AC电源设计与研究[D]. 天津: 天津理工大学, 2015.[6]宗荣芳. 基于protel DXP的电路设计仿真[J]. 电子工程师,2005, 31(1): 41-47.[7]江国栋, 徐丽萍. 基于AD型单片机的中功率升压开关稳压电源设计[J]. 南京工业职业技术学院学报, 2009, 9(2): 12-13.[8]高玉峰, 胡旭杰, 陈涛, 等. 开关电源模块并联均流系统的研究[J]. 电子工程, 2011(02): 210-212.[9]付运旭. 高频全桥逆变电源设计与测试[D]. 济南: 山东大学,2012.。
单相正弦波逆变电源设计简易报告
单相正弦波逆变电源设计简易报告一、任务设计并制作输出电压为36V AC 的单相正弦波逆变电源，输入为12VDC 电源，负载为阻性。
结构框图如下图所示。
DC/AC 变换滤波器U iU oI i I o R L二、要求：2.1 基本要求（1）在额定输入电压U i =10~14.5V 下，输出电压U ORMS =36±0.5V ，频率0.5Hz 50±=O f ，额定满载输出功率50W ；（2）输出正弦波电压，THD ≤3%； （3）满载情况下，逆变效率η≥83%；（4）具有输入过压、欠压保护功能，欠压保护点9±0.5V ，过压保护点16±0.5V 。
当满足过压、欠压条件时，关闭输出；（5）输出过流保护功能，动作电流I o =1.6±0.1A 。
2.2 发挥部分（1）进一步提高逆变器效率，η≥95%； （2）输出正弦波电压THD ≤1%； （3）输出频率可调20~100Hz ；（4）具有输出短路保护功能，可自恢复，具有工作及保护指示； （5）其他。
三、说明1. 输入电源可来自直流稳压电源，或者采用调压器+隔离变压器+整流+滤波得到；2. 系统供电全部采用U i 供给，不得另外提供其他电源。
3. 不得使用电源类产品改制，不得采用各种电源和逆变模块，不得采用各类集成功率放大电路。
4. 不得采用SPWM 专用芯片。
5. 注意作品制作工艺，留出测试端口。
6. 尽可能降低制作成本。
7. 测试开始后，不允许对电路进行任何调整。
四、评分标准项目评分报告1. 方案论证2．关键技术指标的设计保证措施及关键技术分析等。
3．单元电路的工作原理，必要的理论计算等。
4. 测试方法及测试数据分析等。
5. 报告的完整性和规范性30分基本部分完成（1）21分完成（2）10分完成（3）10分完成（4）6分完成（5）3分发挥部分完成（1）12分完成（2）12分完成（3）12分完成（4）9分完成（5）5分。
逆变器的工作原理和控制技术-全解
uCN
sin t 2400
设计
uUN'
uVN'
Ud 2
k
k sin
sint t 1200
Ud 2
uWN'
k sin t 2400
关键： uUN’、 uVN’、 uWN’
的幅值小于Ud/2
三次谐波注入法
uUN'
uVN'
uWN'
Ud 2
1.15sint 0.19sin 3t
负载相电压
uUN uUN' uNN'
uVN
uVN'
uNN'
uWN
uWN'
uNN
'
负载中点电压
uNN '
uUN'
uVN' 3
uWN'
负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0
4.4 三相逆变电路结构和工作原理
开关动作与输出电压关系
电压基准点：
以电源中点N’为0电平基准点。
根据电路结构
➢ VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中 贮能向直流侧反馈；
➢ VD1、VD2称为反馈二极管,它又起着 使负载电流连续的作用，又称续流二 极管。
u
a)
o
Um
O
t
-Um
io
O
t3 t1 t2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t4
t5 t6
t
ON V1 V 2 V1 V2
VD1 VD2 VD1 VD2 b)
4.2 单相逆变电路结构和工作原理
叠加三次 谐波
ur3
t
6单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验报告
实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间：实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告学院：自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。
(2)熟悉ICL8038的功能。
(3)掌握SPWM波产生的基理。
(4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
2.实验原理采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。
主电路部分:AC/DC (整流) DC/AC (逆变)图4-1 主电路结构原理图如图4-1所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
(2)驱动电路:如图4-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。
其特点如下：①采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT 管CE结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
纯正弦波逆变器原理
ELECTRONIC GIANT EGS001 用户手册纯正弦波逆变器驱动板EG8010 芯片测试板旺旺 ：ｑｑ４５３０４６８３６ 电话：１５８２５２４１００６ ＱＱ：４５３０４６８３６ 答案６６６EGS001正弦波逆变器驱动板用户手册V1.2版本更新：V1.1：针脚定义中，将1HO、1LO和VS1的定义更改为右桥臂，将2HO、2LO和VS2的定义更改为左桥臂。
V1.2：更新原理图中短路保护电路。
1. 描述EGS001是一款专门用于单相纯正弦波逆变器的驱动板。
采用单相纯正弦波逆变器专用芯片EG8010为控制芯片，驱动芯片采用IR2110S。
驱动板上集成了电压、电流、温度保护功能，LED告警显示功能及风扇控制功能，并可通过跳线设置50/60Hz输出，软启动功能及死区大小。
EG8010是一款数字化的、功能很完善的自带死区控制的纯正弦波逆变发生器芯片，应用于DC-DC-AC两级功率变换架构或DC-AC单级工频变压器升压变换架构，外接12MHz晶体振荡器，能实现高精度、失真和谐波都很小的纯正弦波50Hz或60Hz逆变器专用芯片。
该芯片采用CMOS工艺，内部集成SPWM正弦发生器、死区时间控制电路、幅度因子乘法器、软启动电路、保护电路、RS232串行通讯接口和12832串行液晶驱动模块等功能。
2. 电路原理图EGS001驱动板原理图220V输出220V输出图2‐1. EGS001纯正弦波逆变器驱动板电路原理图3. 针脚及跳线3.1 EGS001正视图图3‐1. EGS001驱动板针脚定义3.2 针脚描述针脚序号针脚名称I/O描述1 IFB I 输出电流反馈输入端，引脚输入电压大于0.5V 时过流保护2 GND GND 接地端3 1LO O 右桥臂下管驱动门极输出4 GND GND 接地端5 VS1 O 右桥臂上下功率MOS 管中心点输出6 1HO O 右桥臂上管驱动门极输出7 GND GND 接地端8 2LO O 左桥臂下管驱动门极输出 9 VS2 O 左桥臂上下功率MOS 管中心点输出 10 2HO O 左桥臂上管驱动门极输出 11 GND GND 接地端12 +12V +12V +12V 电源电压输入，输入电压范围: 10V~15V 13 GND GND接地端 14 +5V +5V +5V 电源电压输入15 VFB I 输出电压反馈输入端,具体功能及电路请参照EG8010芯片手册17. FANCTR16. TFB15. VFB14. +5V13. GND12. +12V11. GND10. 2HO9. VS28. 2LO7. GND6. 1HO5. VS14. GND3. 1LO2. GND1. IFB16 TFB I 温度反馈输入端，引脚输入电压大于4.3V 时过热保护17 FANCTR O外接风扇控制，当T FB 引脚检测到温度高于45℃时，输出高电平“1”使风扇运行，运行后温度低于40℃时，输出低电平“0”使风扇停止工作3.3 跳线设置序号跳线名称标号设置说明JP1当JP1短路时，选择60Hz 输出 1 FRQSEL0JP5 当JP5短路时，选择50Hz 输出 JP2当JP2短路时，使能3秒软启动功能 2 SSTJP6 当JP6短路时，关闭软启动功能JP33 DT0JP7 JP44 DT1JP8当JP7和JP8同时短路时：死区时间为300ns 当JP3和JP8同时短路时：死区时间为500ns 当JP4和JP7同时短路时：死区时间为1.0us 当JP3和JP4同时短路时：死区时间为1.5us出厂时驱动板跳线默认设置为JP5、JP2、JP7、JP8短路，对应功能为50Hz 、3S 软启动、死区时间300nS ，用户可根据自己需求更改。
SPWM逆变电路原理
精心整理对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。
更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。
这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。
面积等效原理转换把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。
7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。
图1PWMPWM度即可。
SPWM输出s图2全桥逆变电路的工作状态输出波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。
图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。
在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。
在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。
在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。
在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。
这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。
精心整理SPWM 逆变器输出的正弦波交流电电压uof 的峰值uofm 小于输入的直流电压ud ，把uofm/ud 称为直流电压利用率，对于单相SPWM 电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。