洛阳理工学院毕业设计（论文） 500W 50HZ逆变电路摘 要现代逆变技术是研究现代逆变电路的理论和应用设计方法的一门科学。单相逆变电源是将直流电逆变成波形为方波或正弦波的电源，可将蓄电池逆变成为正弦或交流电，供用电器使用。该单相逆变电源通过将直流电输入半桥逆变电路，从而逆变成方波电源，输出电压为220V，频率为50HZ。逆变电路的控制电路即门极触发电路采用专用集成芯片UC3524。通过确定UC3524的外部电路参数RT、CT的值，可设定芯片输出脉冲的频率。脉冲通过驱动放大电路进行放大，控制晶闸管导通进而控制逆变电源的输出频率。晶闸管导通频率为脉冲输出频率的1/2。本电路设计简单，由UC3524集成芯片模块、驱动放大模块、逆变主电路模块、变压器模块、过电压过电流保护模块等部分组成。关键词：逆变， 蓄电池， 晶闸管， 驱动， UC3524，方波500W50HZ Inverter CircuitABSTRACTModern inverter technology is the study of modern inverter circuit design theory and application of a scientific method. Single-phase inverter power supply is DC reverse into a square wave or sine wave power, the battery can be sinusoidal or AC inverter for use with electrical appliances. The single-phase inverter power supply via the DC input half-bridge inverter circuit to a square wave inverter power supply, the output voltage is 220V, frequency 50HZ. Inverter circuit, control circuit that gate trigger circuit using specific integrated chip UC3524. By determining parameters of an external circuit UC3524 RT, CT values of the output pulse can be set to the frequency of the chip. Pulse is amplified by the drive amplifier circuit, and then control thyristor controlled inverter output frequency. Thyristor frequency of the pulse output frequency of 1/2. The circuit design is simple, integrated by the UC3524 chip module, driver amplifier module, inverter main circuit module, transformer module overvoltage and overcurrent protection modules and other components.KEY WORDS：inverter，battery，thyristor，drive，UC3524，square-waveIII目录前言1第1章逆变功率器件的选择31.1 逆变器用功率开关器件31.2 器件的选择41.2.1 IGBT的结构和特点42.2.2 IGBT的基本特性51.2.3 IGBT的擎住效应和安全工作区81.2.4 IGBT驱动电路的要求9第2章 控制及驱动电路分析102.1逆变电路组成介绍102.2 UC3524具体分析112.2.1 UC3524驱动控制集成电路112.3 驱动放大电路13第3章 主电路设计173.1 推挽式电路173.2 变压器的选择193.2.1 变压器的结构对变压器性能的影响192.5.2变压器的绕线方法对变压器性能的影响21第四章 保护电路设计234.1 限压保护电路234.2 限流保护电路244.2取样电路27第5章 电路主要参数计算29总结30参考文献31致谢32前言电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础，它与国民经济各个部门相关，在工农业生产中应用得最为广泛。在电能传输过程中，在供电电源和负载之间对电能进行变换或稳定处理，一般称这种电源为二次电源(即对已有的电源进行控制)。二次电源在电力应用领域起着很重要的作用。二次电源，就是把输入电源(由电网、蓄电池或燃油发电机供电等)变换成在电压、电流、频率、波形及在稳定性、可靠性(含电磁兼容、绝缘散热、不间断供电)等方面符合要求的电能供给负载，这是目前应用最广泛的电源技术领域，主要研究如何利用电子技术对电功率进行变换及控制，它广泛运用电磁技术、电子技术、计算机技术和材料技术等学科理论，具有较强的综合性。在二次电源中，逆变电路是主要、核心的组成部分。现代逆变技术是研究现代逆变电路的理论和应用设计方法的一门科学。这门科学是建立在工业电子技术、半导体器件技术、电力电子技术、现代控制技术、半导体变流技术、脉宽调制技术、磁性材料等学科基础上的一门科学技术。现代逆变技术主要包括三个部分：半导体功率集成器件及其应用、功率变换电路、逆变控制技术。逆变的目的就是为了获得不同的稳定的或变化的电能。随着电力电子技术的发展和各行各业对电气设备性能的要求的提高，逆变技术在很多领域得到广泛的应用，其中主要包括交流电动机的调速，电动机制动再生能量回馈，不间断电源系统，感应加热，弧焊电源，通信开关电源，变频电源，新能源发电，直流输电，磁悬浮列车通用型直流电源变频器等多个方面。单相逆变电源是将直流电逆变成波形为方波或正弦波的电源，可将蓄电池逆变成为正弦或交流电，供用电器使用，也可作为计算机的UPS电源。该单相逆变电源通过将直流电输入半桥逆变电路，从而逆变成方波电源，输出电压为220V，频率为50HZ。逆变电路的控制电路即门极触发电路采用专用集成芯片UC3524。本电路通过对输出电路进行采样，将采样信号反馈给触发电路芯片UC3524，通过改变UC3524的输出脉冲宽度及占空比，从而达到稳定输出电压的目的。本文所介绍的逆变电源电路主要采用集成化芯片,使得电路结构简单、性能稳定、成本较低。因此,这种电路是一种控制简单、可靠性较高、性能较好的电路。通过把12V的蓄电池电源转换为工频使用电源，用于内部的电器，是一种简单，廉价的方式。主电路设计中采用了简单的逆变电路，过压过流保护电路，以及专用的集成芯片，经济性能良好，使用方便。就本系统的性能稳定性而言，由于电路设计简单，可防止外界对输出的干扰，输出稳定，价格优良，是一款性价比很高的系统。第1章逆变功率器件的选择1.1 逆变器用功率开关器件下面介绍当前主要功率开关器件的特性及其应用情况。（1）晶闸管：这是最早应用的一种功率开关器件，其特点是功率最大，应用最广。普通型SCR的电压高达6000V，电流达数千安培，自身正向压降约为1.5V，开通仅需要在控制级上加一个小触发脉冲即可，但关断时必须用电感、电容和辅助开关器件组成的强迫换向电路。其工作频率不大于400Hz。由于其工作频率低，关断电路复杂，效率低，功耗大，因此在PWM调制中产生的正弦波不够完善，并且噪声大。目前，逆变器中已经基本不再用SCR作为功率开关器件，SCR主要用做UPS的静态开关。（2）功率场效应管（MOSFET）：功率MOSFET是一种全控型三端开关器件。其特点是开关速度快，安全工作区宽，热稳定性好，线性控制能力强，采用电压控制，易于实现数控，因此常常作为开关器件实现电量的逆转换。MOSFET的缺点是输入阻抗高，抗静电干扰能力差，承载能力和工作电压比较低，多用于电压为500V以下的低功率高频开关逆变器。由于受功率的限制，因此它只适用于小功率逆变器。（3）BJT（功率GTR）晶体管：BJT直到1985年实现达林顿模块后才达到300A、1000V和增益100的水平。大功率晶体管开关时间为1.5S，自身电压降为1.5V。若采用多重达林顿晶体管提高增益，则开关时间增长，自身电压降会增大。由于其开通状态必须饱和，因此电流增益很低，往往要求驱动电路输出很大的电流，是功率消耗增大，在20世纪80年代中期，它曾用于中小功率逆变器中，现在已经基本不使用了。（4）绝缘栅双极晶体管（IGBT）：IGBT是一种新发展起来的复合型功率开关器件，它既有单极型电压驱动的MOSOFT的优点，又结合了双极型开关器件BJT耐高压，电流大的优点。其开关速度显然比功率MOSFET低，但远高于BJT，又因为它是电压控制器件，故控制电路简单、稳定性好。IGBT的最高电压为1200V，最大电流为1000A，工作频率高达1000VTHz。它具有电压控制和开关时间（约为300ns）极短的优点，其正向压降约为3V。在现代的UPS中IGBT普遍被用作逆变器或整流器开关器件。它是全控型开关器件，通过数控技术控制IGBT的通断，能有效地将输入电压与输入电流保持同步，是功率因数等于1，从而减小了UPS整流器对市电电源的干扰。1.2 器件的选择通过对各种功率器件的分析，对于本次220V，50HZ逆变电源设计将选用IGBT场效应晶体管作为逆变器用功率开关器件。下面就对绝缘栅双极晶体管（IGBT）做详细的介绍。绝缘栅极双极性晶体管 (Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是功率MOSFET和双极型功率晶体管组合在一起的符合功率器件。它既具有MOSOFT管的通/断速度快、输入阻抗高、驱动功率小和驱动电路简单等优点，又具有大功率双极晶体管的容量大和阻断电压高的优点。从IGBT问世以来得到了广泛的应用，发展很快。特别是在开关和逆变电路中，它是被广泛应用的、理想的开关器件。1.2.1 IGBT的结构和特点图1-1 IGBT晶闸管IGBT的内部结构、等效电路和电气符号如图1-1所示。图1-1（a）为IGBT的内部结构，与MOSFET比较，IGBT是在MOSFET的漏极下又增加了一个P+区，多了一个PN结（J+）。IGBT等效电路图如图1-1（b）所示。它是由MOSFET和双极型功率晶体管复合而成的。IGBT的电气符号如图1-1（c）所示。IGBT具有正反向阻断电压高、通态电压大及通过电压来控制其导通或关断等特点。同时，由于采用MOS栅，其控制电路的功耗小，导通和关断时的静态功耗也很小，只是在状态转换过程中存在一定的动态损耗。这种动态损耗也可以通过软开关即使其达到最小。由于IGBT具有这些特点，才使其被广泛地作为功率开关期间用于开关和逆变电路中。2.2.2 IGBT的基本特性IGBT的基本特性分为静态特性、动态特性和高温特性三个部分。 IGBT的静态特性主要包括输出伏-安特性、转移特性和静态开关特性。(1) 输出伏-安特性IGBT的输出伏-安特性曲线如图1-2所示。它是表示以栅极-发射极间电压为变量的集电极电流和集电极-发射极间电压UGE的关系曲线。