单相正弦波逆变电源
单相逆变电路工作原理
单相逆变电路工作原理单相逆变电路是一种将直流电转换为交流电的电子设备，它具有广泛的应用领域，包括变频调速、UPS（不间断电源）、电力电子变换器等。
本文将详细介绍单相逆变电路的工作原理、结构组成、应用领域和未来发展趋势。
一、单相逆变电路的工作原理单相逆变电路通过对直流电进行逆变，将其转换为一定频率和幅值的交流电输出。
其工作原理可以简单概括为：首先通过整流电路将输入的直流电转换为脉冲电流，然后再通过滤波电路将脉冲电流转换为近似正弦波交流电。
为了更好地理解单相逆变电路的工作原理，下面将详细介绍其结构组成和工作步骤。
1. 结构组成单相逆变电路通常包括以下组成部分：- 输入电源：提供直流电源输入，可以是电池、整流器等；- 整流电路：将输入的直流电转换为脉冲电流；- 滤波电路：将脉冲电流滤波成近似正弦波的交流电；- 控制电路：根据需要对工作状态进行控制，如PWM控制、开关控制等。
2. 工作步骤单相逆变电路的工作步骤如下：Step 1：输入直流电源：输入直流电源通过输入电源端口进入逆变电路。
Step 2：整流电路：直流电源经过整流电路，被转换为脉冲电流。
Step 3：滤波电路：脉冲电流经过滤波电路，被平滑成近似正弦波的交流电。
Step 4：输出交流电源：最终，近似正弦波的交流电被输出到负载端，完成了直流到交流的逆变转换。
这就是单相逆变电路的基本工作原理，通过整流和滤波的过程，实现了从直流到交流电源的转换。
下面将介绍单相逆变电路的应用领域和未来发展趋势。
二、单相逆变电路的应用领域单相逆变电路具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 变频调速：单相逆变电路可将直流电源转换为可变频率的交流电源，用于驱动异步电动机实现变频调速，如在风力发电机、泵和风扇等设备中得到广泛应用。
2. 不间断电源（UPS）：单相逆变电路可以将电池的直流电源逆变成交流电源，用于提供停电或电网故障时的应急电力供应，保障负载设备的正常运行。
关于制作单相正弦波变频稳压电源的方案
关于制作单相正弦波变频稳压电源的方案
设计并制作一个单相正弦波变频稳压电源。
电源框图如图所示。
1．基本要求
（1）输出电压波形应尽量接近正弦波，用示波器观察无明显失真；
（2）输出频率范围为20～100Hz，电压有效值为10～18V的正弦交流电；
（3）当输入电压为198～242V，负载电流有效值为0.5～1A时，输出电压有效值应保持在15V，误差小于5％：
（4）具有过流保护，输出电流有效值达2A时动作（5）DC—AC逆变器效率．n≥70％。
2．发挥部分
（1）当输入电压为198—242V，负载电流有效值为0.5～1A时，输出电压有效值应保持在15V，误差小于1％；
（2）设计制作具有测量、显示该变频稳压电源输出电压、电流、频率和功率的电路，测量误差小于5％。
3．说明
（1）不能使用产生SPWM（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片；（2）输出功率可通过电流、电压的测量值计算。
经过论证，在多种方案可供选择的情况下，我们选择了如下方案：
①隔离变压器：选择功率为200W、二次侧可提供50V、15V、15V三组交流电压。
②单相整流电路：选用单相半控整流电路如下图所示。
该电路控制灵活，输出电压大小在一定范围内可调节，因此成为被选方案。
但我们做完这部分电路时发现．这个电路的触发电路还是有一定难度的。
在设计指标中没对整流器做出硬性指标规定的情况下，我们完全可以采用单相不可控整流电路，从而减少两个晶闸管的触发电路的设计。
本设计采用的RC过电压抑制电路R9、C5并联在变压器次级（元件侧），以吸收变压器铁心磁场释放的能量。
并把它转换为电容器的电场能而储存起来，串联电阻是为了在能量转。
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。
单相正弦波变频电源设计
方案三：以单片机为控制核心，用顺序查表的方法将整个正弦波波形数据 顺序的经 DA 输出。此方案硬件稍微复杂，但其编程易于实现，且我们本身对 430 单片机有一定的认识，易于上手，经 DA 输出即可得到频率可控，且精度较高的 正弦信号。
考虑所生成信号的频率较低（20--100Hz），由于单片机+DA 生成波形的方案 易于实现，所以决定采用方案三，生成 SPWM 信号。
2、驱动电路的选择 方案一 采用集成半桥驱动芯片 集成半桥驱动芯片采用自举电容对高边 MOS 管进行驱动，如 IR 公司的
IR2110，采用该方案只需在芯片外围接少量元件就能完成一个半桥的驱动，简化 电路，便于调试，工作可靠性高。缺点是成本较高。
桥式电路，这种电路的优点有，所选用的功率管的耐压比推挽式降低一半，功率 管的存储时间对电路工作影响不大，变压器不需要中心抽头。易于实现 SPWM 波
的控制。
（3）保护电路设计 过流保护电流如图所示，Switch 端接单片机，继电器触点串接于主电路中，
当单片机检测到主电路电流大于 2A 时，输出高电平使三极管导通，断开继电器 常闭触点，切断主电路，起到保护作用，提高系统的安全性。
可使测量仪表和保护装置标准化，使二次设备结构轻巧，价格便宜； 使二次回 路不受一次回路限制，接线灵活，维护、调试方便；使二次与一次高压部分隔离， 且二次可设接地点，确保二次设备和人身安全。因此，我们采用这种方案 。
4、输入输出方案 由于本题目对输入要求较低，只要求输出目标频率的正弦波，我们采取了
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
1
2
3
4
5
6
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● 元器件清单 名称 逆变控制芯片
晶体
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。
单相逆变器工作原理
单相逆变器工作原理
单相逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力转换设备。
其工作原理如下：
1. 输入电源：单相逆变器通常由直流电源供电，例如电池、太阳能电池板等。
直流电源的电压通常比较稳定。
2. 逆变器拓扑：单相逆变器采用不同的拓扑结构，例如全桥、半桥等。
拓扑结构决定了逆变器的性能指标。
3. PWM 控制：逆变器通过脉冲宽度调制(PWM)技术来实现将
直流电转换为交流电。
PWM 控制通过调节开关管的导通时间
和断开时间来控制输出交流电的幅值、频率和相位。
4. 滤波电路：PWM 输出的交流电是由频率较高的脉冲组成的
方波信号。
为了将其转化为纯净的正弦波交流电，逆变器配备了滤波电路，通常包括电感和电容。
5. 输出电路：滤波后的正弦波交流电经过输出电路传输到负载中。
输出电路的设计要考虑负载的容量，以避免过载和短路等问题。
6. 控制保护：逆变器通常还配备了电流、电压、温度以及过载和短路保护等控制和保护电路，以保证逆变器的安全可靠运行，并防止损坏负载设备。
通过以上几个步骤，单相逆变器可以将直流电源转换为交流电，
用于供应各种家用电器、电子设备以及工业设备等需要交流电的场合。
逆变器的工作原理关键是通过PWM控制实现直流电到交流电的高效转换。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验结果
单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。
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单相正弦波逆变电源摘要：本单相正弦波逆变电源的设计，以12V蓄电池作为输入，输出为36V、50Hz的标准正弦波交流电。
该电源采用推挽升压和全桥逆变两级变换，在控制电路上，前级推挽升压电路采用SG3525芯片控制，闭环反馈；逆变部分采用驱动芯片IR2110进行全桥逆变，采用U3990F6完成SPWM的调制，后级输出采用电流互感器进行采样反馈，形成双重反馈环节，增加了电源的稳定性；在保护上，具有输出过载、短路保护、过流保护、空载保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性；输出交流电压通过AD637的真有效值转换后，再由STC89C52单片机的控制进行模数转换，最终将电压值显示到液晶12864上，形成了良好的人机界面。
该电源很好的完成了各项指标，输入功率为46.9W，输出功率为43.6W，效率达到了93%，输出标准的50Hz正弦波。
关键词：单相正弦波逆变DC-DC DC-AC SPWMAbstract: The single-phase sine wave inverter power supply design, battery as a 12V input and output for the 36V, 50Hz standard AC sine wave. The use of push-pull power booster and two full-bridge inverter transform，in the control circuit, the pre-boost push-pull circuit using SG3525 chip control,closed-loop feedback;inverter driver IC IR2110 in part to the use of full-bridge inverter using SPWM modulation U3990F6 completed,level after the use of current transformer output sampling feedback. The feedback link in the formation of a double and increase the stability of power. In protection, with output overload, short circuit protection, over current protection, the protection of multiple no-load protection circuit, which enhancing the reliability of the power supply and safety.AC voltage output of the AD637 True RMS through conversion, and then from the control of single-chip STC89C52 analog-digital conversion, the final value of the voltage to the liquid crystal display 12864 on the formation of a good man-machine interface. The completion of the power good indicators, input power to 46.9W, output power of 43.6W, the efficiency reached 93%, 50Hz sine wave output standards.Key words: Single-phase sine wave inverter DC-DC DC-AC SPWM1目录1.系统设计 (4)1.1设计要求 (4)1.2总体设计方案 (4)1.2.1设计思路 (4)1.2.2方案论证与比较 (5)1.2.3系统组成 (8)2.主要单元硬件电路设计 (9)2.1DC-DC变换器控制电路的设计 (9)2.2DC-AC电路的设计 (10)2.3 SPWM波的实现 (10)2.4 真有效值转换电路的设计 (11)2.5 保护电路的设计 (12)2.5.1 过流保护电路的设计 (12)2.5.2 空载保护电路的设计 (13)2.5.3 浪涌短路保护电路的设计 (14)2.5.4 电流检测电路的设计 (15)2.6 死区时间控制电路的设计 (15)2.7 辅助电源一的设计 (15)2.8 辅助电源二的设计 (15)2.9 高频变压器的绕制 (17)2.10 低通滤波器的设计 (18)3.软件设计 (18)3.1 AD转换电路的设计 (18)3.2液晶显示电路的设计 (19)4.系统测试 (20)4.1测试使用的仪器 (20)4.2指标测试和测试结果 (21)4.3结果分析 (24)25.结论 (25)参考文献 (25)附录1 使用说明 (25)附录2 主要元器件清单 (25)附录3 电路原理图及印制板图 (28)附录4 程序清单 (39)31.系统设计1.1设计要求制作车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输入单路12V直流，输出220V/50Hz。
满载时输出功率大于100W，效率不小于80%，具备过流保护和负载短路保护等功能。
1.2总体设计方案1.2.1设计思路题目要求设计一个车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输出电压波形为正弦波。
设计中主电路采用电气隔离、DC-DC-AC的技术，控制部分采用SPWM（正弦脉宽调制）技术，利用对逆变原件电力MOSFET的驱动脉冲控制，使输出获得交流正弦波的稳压电源。
1.2.2方案论证与比较⑴ DC-DC变换器的方案论证与选择方案一：推挽式DC-DC变换器。
推挽电路是两不同极性晶体管输出电路无输出变压器（有OTL、OCL等）。
是两个参数相同的功率BJT 管或MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务。
电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。
推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。
推挽式拓扑结构原理图如图1.2.1所示。
CCND图1.2.1 推挽式拓扑结构图方案二：Boost升压式DC-DC变换器。
拓扑结构如图1.2.2 所示。
开关的开通和关断C受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感储能后使电压泵升，而电容out 可将输出电压保持平稳，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。
4该电路采取直接直流升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。
V in + -+-图1.2.2 Boost电路方案比较：方案一和方案二都适用于升压电路，推挽式DC-DC变换器可由高频变压器将电压升至任何值。
Boost升压式DC-DC变换器不使用高频变压器，由12V升压至312V，PWM 信号的占空比较低，会使得Boost升压式DC-DC变化器的损耗比较大。
所以采用方案一。
（2）DC-AC变换器的方案论证与选择方案一：半桥式DC-AC变换器。
在驱动电压的轮流开关作用下,半桥电路两只晶体管交替导通和截止,它们在变压器T原边产生高压开关脉冲,从而在副边感应出交变的方波脉冲,实现功率转换。
半桥电路输入电压只有一半加在变压器一次侧，这导致电流峰值增加，因此半桥电路只在500W或更低输出功率场合下使用，同时它具有抗不平衡能力，从而得到广泛应用。
半桥式拓扑结构原理图如图1.2.3所示。
图1.2.3 半桥式拓扑结构图56方案二：全桥DC-AC 变换器。
全桥电路中互为对角的两个开关同时导通，而同一侧半桥上下两开关交替导通，将直流电压成幅值为in V 的交流电压，加在变压器一次侧。
改变开关的占空比，也就改变了输出电压out V 。
全桥式电路如图1.2.4所示。
LoV t图1.2.4 全桥式电路方案比较：方案一和方案二都可以作为DC-AC 变换器的逆变桥，由两者的工作原理可知，半桥需要两个开关管，全桥需要四个开关管。
半桥和全桥的开关管的耐压都为DC V ,而半桥输出的电压峰值是DC V 21，全桥输出电压的峰值是DC V ，所以在获得同样的输出电压的时候，全桥的供电电压可以比半桥的供电电压低一半。
出于这点的考虑，决定采用方案二。
（3）辅助电源的方案论证与选择方案一：采用线性稳压器7805。
方案二：采用Buck 降压式DC-DC 变换器。
方案比较：方案一的优点在于可以使用很少的元器件构成辅助电源一，但是效率较低。
方案二的优点在于效率高达90%，缺点是需要的元器件多，且成本较高。
由于辅助电源一会影响到整个系统的效率，所以采用方案二。
图1.2.5 直接数据处理框图方案二：使用电流传感器加真有效值转化器以及ADC 对电流进行采样读数。
利用电流传感器和电阻将电流转换成电压输出，经AD637进行真有效值转换后，由ADC0832进行读数，1.2.3 系统组成系统方框图如图1.2.7所示，先采用DC-DC变换器把12V蓄电池的电压升至312V，保证输出真有效值为36V的正弦波不出现截止失真和饱和失真。
输出电压反馈采用调节SPWM 信号脉宽的方式。
该系统采用两组相互隔离的辅助电源供电，一组供给SPWM信号控制器使用，另外一组供给输出电压、电流测量电路使用，这样避免了交流输出的浮地和蓄电池的地不能共地问题。
因为SPWM控制器输出的SPWM信号不含死区时间，所以增加了死区时间控制电路和逆变桥驱动电路。
空载检测电路使得当没有负载接入时，让系统进入待机模式，当有负载接入时，才进行逆变工作模式。
同时，空载检测电路也作为过流保护的采样点。
输出电流检测使用电流互感器和真有效值转换芯片AD637实现。
输出电压也使用AD637进行RMS-DC 转换后，由ADC采样后分析，在液晶屏幕上显示。
图1.2.7 系统组成图2. 单元硬件电路设计782.1 DC-DC 变换器控制电路的设计DC-DC 变换器控制电路如图2.1.1所示。
SG3525是电流控制型PWM 控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。
可以补充一些SG3525芯片资料（内部结构、封装、引脚端功能）在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。
由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。