1、 本 科 毕 业 论 文（设 计） 论文题目：太阳能发电逆变器原理及设计太阳能发电逆变器原理及设计 太阳能发电逆变器原理及设计 I 摘 要 伴随着 21 世纪的到来，人们对传统能源需求越来越多，能源紧缺问题也越来越突出，而传统能源对环境的影响也越来越明显。与传统的能源相比，新能源有着许多优势，因而受到越来越多的重视，而太阳能光伏发电技术作为一种新的能源利用方式也在快速发展，其中并网发电是全球普遍关心的一种新型能源，对于光伏发电系统而言，逆变器是非常重要的设备，高品质的电能传输对于电力系统来说是非常关键的，所以，逆变器已经成为当前的研究热点。因此，在整个电路中，我逐步采用了全桥式逆变系统、LC
2、滤波电路和工频升压装置的设计方案。 我所研究的这个系统包括 SPWM 波形的产生电路、H 桥驱动电路与逆变电路和欠电压过电流保护电路等几个重要部分。 SPWM 信号主要是以 SG3525 为核心部件。从振荡电路输出的 50Hz 正弦波信号，对其进行详细调节和增大数值等处理，最后把这个信号传送到该芯片的信号补偿端，从而输出 SPWM 波形，给驱动电路送入死区延时。 在驱动电路方面， 我们所使用的全桥驱动电路是由两个 IR2110 芯片构成的。在输出端的逆变系统，将 MOSFET 作为开关管的首要选择。再对其进行升压输送到市电，在我们常用的家用电器上使用。还要对它的输入、输出进行采样的工作，检查实
3、时监控是否处于欠压、过流状态。 最后，我用 500W 的单相逆变器做了多次实验，最后得出了几种试验波形。其中，这个逆变器的输入电压为 12V，输出交流为 220V。 关键词关键词：光伏系统；逆变器；脉宽调制；SG3525 芯片；IR2110 芯片 兰州城市学院本科毕业论文（设计） II Abstract t With the advent of the 21st century, people demand for traditional energy is increasing, the problem of energy shortage is becoming more and more
4、prominent, and the impact of traditional energy on the environment is becoming more and more obvious. Compared with the traditional energy, new energy has many advantages, so more and more attention, and solar photovoltaicpower generation technology as a new way of energy utilization is in rapid dev
5、elopment， The grid generation is the world's universal concern of a newtype of energy, for photovoltaic power generation systems, inverter is a very important equipment, High quality power transmission is very critical for power system, so inverter has become the current research hotspot. There
6、fore, in the whole circuit, I gradually adopted the full bridge inverter system, LC filter circuit and power frequency boost device design scheme. The system I studied includes several important parts, such as SPWM waveform generating circuit. SPWM signal is mainly SG3525 as the core component. The
7、50Hz sinusoidal signal output from the oscillation circuit is processed in detail by adjusting and increasing the value. Finally, the signal is transmitted to the signal compensationend of the chip, so as to output the SPWM waveform and send the drive circuit into the dead zone delay. In the drive c
8、ircuit, we use the full bridge drive circuit is composed of two IR2110 chips. In the output inverter system, MOSFET as the primary choice of switching tube. It is then boosted to mains and used in our common household appliances. But also to its input, output sampling work, check whether real-time m
9、onitoring is under pressure, over current state. Finally, I did many experiments with 500W single-phase inverter, and finally got several test waveforms. Among them, the input voltage of this inverter is 12V, and the output AC is 220V. Key words： photovoltaic system；inverter；PWM； SG3525 chip； IR211
10、太阳能发电逆变器原理及设计 III 目 录 绪 论 . 1 第 1 章 太阳能光伏发电系统简介 . 2 1.1 系统分类 . 2 1.1.1 独立型光伏发电系统 . 2 1.1.2 并网型光伏发电系统 . 2 1.1.3 分布式并网光伏发电系统 . 3 1.2 系统组成 . 3 第 2 章 系统设计的介绍 . 6 2.1 逆变器的基本结构 . 6 2.2 系统电源设计. 6 2.3 逆变电路 . 7 2.3.1 电路的根本原理 . 7 2.3.2 电压型逆变电路 . 7 2.4 SPWM 调制技术 . 8 2.4.1 理论根底 . 8 2.4.2 双极性 SPWM 调制方式 . 8 第 3 章
11、 SPWM 调制电路 . 10 3.1 主要芯片的介绍 . 10 3.1.1 功能结构 . 10 3.1.2 SG3525 特性 . 10 3.1.3 SG3525 的主要元件 . 10 兰州城市学院本科毕业论文（设计） IV 3.2 单极 SPWM 电路的调制 . 11 3.2.1 SPWM 的结构 . 11 3.2.2 正弦波发生器 . 11 3.2.3 详细整流电路 . 13 3.2.4 误差的放大与加法 . 14 3.2.5 SPWM 的调制 . 14 3.2.6 时序控制电路 . 15 第 4 章 逆变电路 . 16 4.1 IR2110 芯片介绍 . 16 4.1.1 功能结构 .
12、 16 4.1.2 芯片的特性 . 16 4.2 驱动电路设计 . 16 4.3 输出滤波器的设计 . 17 4.4 保护电路设计 . 18 第 5 章 系统调试 . 19 5.1 PCB 与 H 桥 . 21 5.2 保护电路调试 . 22 结 论 . 23 参考文献 . 24 致 谢 . 25 太阳能发电逆变器原理及设计 1 绪 论 逆变器是把将 DC 变成 AC 的设备，通常将 Adaper 的 12 V 的 DC 转换为 220 V 的 AC。这个集成电路主要是由滤波电路、逻辑控制电路、逆变电路等三部分所构成。通常应用于某些家电，包括电脑、空调、电视机、家庭影院、电冰箱等。 中国的太阳
13、能资源特别丰富，其年平均储量约为 1.7 万亿吨。开发和利用太阳能具有很大的潜力。每年，太阳能电池的数量和组件产量每年都呈现出上升的趋势。中国的太阳能光电产业在某些项目和工程的带动下得到了快速的发展。国内大多数的光伏发电设备都是通过直流方式，也就是先利用太阳能电池对蓄电池进行充电，之后再利用蓄电池进行对负载进行发电，像西北地区的一些家庭太阳能路灯和微波站电力系统全部采用直流系统。虽然直流电动力系统的构造简单、成本相对便宜，不过由于 12V、24V、48V 等多种不同的负载直流电压，这将导致系统的规范化和可靠性带来了相当问题，尤其是在民用领域，因为大多数的电力都是交流的，所以，一般使用的直流电动
14、力的光伏供电将很难在国际市场上广泛使用。另外，为了能够在光伏系统中实现并网，需要使用的设备就是逆变器。 目前,我国主要的逆变器有电压型、电流型、功率型等。太阳能在全球范围内的广泛应用，到 2020 年，太阳能将被广泛地应用于电力系统和家电领域。在原理上和在实践中，阐述了光伏逆变系统应用的理论意义和实践意义。 太阳能电池阵列所产生的电能是 DC，但是很多负荷都需要 AC。直流电力系统存在着很大的局限性，即不能轻易地变换电压，而且负载的使用范围也很有限。除了一些特别的负荷，所有的电源都必须由逆变器把 DC变换为 AC。这既可以完成直流向交流的转换，也可以进行手动调整电流，并且还能够改善风光互补系统
15、的电能质量。从逆变器的工作机理来看，一般可将逆变器分成如下几种：阶梯波叠加逆变器、PWM 逆变器、自激振荡逆变器等。从主电路构成的不同来看，一般可将其区分为全桥式、推挽式和半桥式这三种形式。 兰州城市学院本科毕业论文（设计） 2 第1章 太阳能光伏发电系统简介 其基本工作方式是：当有太阳辐射的时候，太阳能电池板会将照射到的太阳能转化为 DC，再经过各种汇流箱汇流和 DC 配电单元将其最终输入到逆变器中，逆变器在完成最大功率追踪(MPPT)后，将 DC 转化为 AC，然后通过其它的电源模块，将电能反馈给电网。太阳光也是一个洁净能源，利用太阳能发电并不会对环境产生污染，也不会对生态资源造成损害。
16、1.1 系统分类 1.1.1 独立型光伏发电系统 它一般由逆变器、控制器、光伏阵列、充电组件、负荷等组成。它们的工作原理是1，一部分来自太阳的辐射能被照射到光伏阵列并转化为电能，再由逆变器逆变，向负载提供电力，再由控制器控制剩余的电能，将其储存在储能装置中。为方便在日照不足时，使用逆变器、滤波和升压变压器将其升压为部分 AC220V/50Hz 的电力。太阳光发电是在白天产生的，而负荷则是 24 小时的，因此在独立的光伏发电系统中2，储存单元是必不可少的。 1.1.2 并网型光伏发电系统 把 DC(光伏阵列输出)转换成 AC(与电网电压同相、同幅、同频率)，并且在将电力传输到电网的同时，与电网进
17、行了连接。该系统由太阳能电池阵列、直流-交流逆变器、直流-直流变流器、变压器、交流负载以及直流-直流变流器并联需要的蓄电池组。储能电池能够改善电力系统的供电可靠性。当光照强度较大时，必须先满足电力需求，再将剩余电量投入到电网中；当光照不够时，光伏阵列不能提供足够的电能，可以从电网或电池组中提供给给负荷。并网型光伏发电系统结构示意图如图 1-1 所示。 图 1-1 并网型光伏发电系统 太阳能发电逆变器原理及设计 3 1.1.3 分布式并网光伏发电系统 分布式发电大概率化是指利用布置在用户周围的很多小区并网光伏发电系统3，尤其是对于与光伏技术建设一体的开发系统，由于它的建设速度快、投入较小、政府扶
18、持力度大、占地面积也比较小等优势，因此越来越成为并网光伏发电的首选。它一般和 10-35 千伏，甚至更多的千伏电压级别的电网连接。 现如今，在城市高层建筑的屋顶上，采用的是分布式光伏发电系统。该工程必须与公用电网相连，并与公用电网相结合，为邻近地区的居民提供电力。在没有接入公用电网的情况下，电力系统将无法保障电力的使用质量和可靠性。 分布式光伏系统具有如下特性：第一，其输出功率较低。太阳能光伏的模块化设计不仅可以确定其规模，而且还可以针对不同的场所需求进行调节。通常，一个分布式的太阳能发电站的容量是几兆瓦和动辄几十、几百兆瓦的集中式电站比较，分布式光伏发电的规模对发电效益和经济性的影响很小。二
19、是污染小，环境友好。在发电时，无噪音、无空气污染和水污染。然而，在使用洁净能源的同时，也要兼顾市民对城市环境的审美关怀。三是可以在一定程度上缓解区域电力供应紧张的问题。太阳能的分布在白天，正是人们最需要用电的时候。但是，因为分布式光伏发电的能量密度相当低，每平方米的太阳能发电量只有 100 瓦左右，而且由于其适用于建筑的屋面面积有限，所以无法从根本上解决电力短缺的问题。 1.2 系统组成 光伏发电系统的构成主体一般包含太阳能燃料电池方阵、控制器、蓄电池组件、升压变压器、逆变器、汇流柜、交流供电、直流配电环节、自动太阳能跟踪装置、电网和电表等装置。 （1） 光伏组件（又称太阳能光伏电池） 在光线
20、较明亮的情形下，太阳能电池也会吸收光能，其两端会有许多不同的电荷，也就是所谓的光生电压。因为光生伏特的影响，在太阳能电池的二端都会形成电动势，把所产生的光转化为电能。太阳能电池主要由硅组成，按其类型可分为：单晶硅、多晶硅、非晶硅三种。 当光线较强时，由于太阳光电池经常会吸引大量光能，在它的二端生成了许多不同的电荷，这样就会出现了所说的光生电压，这便是我们学习过的光生伏特效应4。在光生伏特效应的带动下，太阳光电池的二端兰州城市学院本科毕业论文（设计） 4 都能发生感应电动势，将所发出的光能全部转换成电能，这也是一个电能转化装置。目前太阳光动力电池大多为硅电池，它的种类又可分为单晶硅，多晶硅和非晶
21、硅。 原材料特点（以单晶硅为例）： 电池片：一般使用高效率的单晶硅片来包装，并确保足够的电能供应。 玻璃：通常采用低铁质的钢化绒面玻璃，其厚度在太阳能光谱仪的反应波长范围之内，透过率可达到 91%，而不会因吸收紫外线而减少。 EVA：一般具有较高的耐老性和较高的透射性。 TPT：聚氟乙烯薄膜是一种通常为白色的薄膜，在日光下会产生反光效果，因此，该薄膜还可以增加元件的工作效率，并且因为其红外线辐射率高，因此可以减少元件的工作温度，并有助于改善元件的工作效率。 框架：所有的铝合金框架都有很好的耐机械撞击性能和高强度。 （2） 蓄电池组 其最大的作用就是将太阳能电池的一部分电能储存起来，在夜晚或光照
22、不足的时候，可以利用其储存的电量来满足负荷所需要的电量，同时也是太阳能光伏发电系统中一个非常关键的储能元件。 （3） 充放电控制器 本设备的主要功能是限制和监控某些电瓶的充放电性条件，但同时它也能够按照所规定的负载条件，将电瓶对负载的电力传递过程和太阳能电池组件状态加以控制。因为，动力电池的循环充放电量和释放的深度都是影响电池使用寿命的最重要因素，所以，充放电控制阀(用于限制蓄电池组的过度放电或过度充电)是一个至关重要的装置。 （4） 逆变器 在有些太阳能光伏系统中，当有交流负荷时，就必须采用逆变装置，该装置可以把一部分直接电或从蓄电池中放出的直流电流转换成交流电能。根据其工作模式，可以将其分
23、为两类：一类是并网型，另一类是独立型。单独的逆变器一般提供给单独的负荷。在太阳能发电系统进行并网运行时，并网逆变器是一种常用的装置。并网逆变器具有以下几种保护功能5： 短路保护； 过载保护； 欠压保护； 接反保护； 过热保护； 过压保护。 太阳能发电逆变器原理及设计 5 除在偏远不通电的地方使用的是独立逆变器，其他地方通常都是并网逆变器。根据其输出波形，逆变器又可分为方波和正弦波两种。方波逆变器具有成本低廉、线路简单等优点，但其谐波成分较大，通常应用在功率小于数百瓦的场合，以及对谐波需求较小的场合。正弦波逆变器虽然成本较高，但是能适应所有的负荷。 （5） 交、直流汇流箱 交流汇流箱 当采用组串
24、式逆变器时，通常将八台或更低的组串式逆变器编成一套，然后再利用交换母线实现低压并网，但亦可利用高压变压器实现直接并网。该产品具备对短路保护、过流保护器、电涌保护器、开关电源工作状态、等参数的监测功能，并具备 RS 四百八十五端口和网络的 TCP/IP 协议。 直流汇流箱 该装置主要运用在太阳能电池阵列和集中型逆变器间的互连，发挥防雷设施和越流的功能，同时对太阳能光伏发电系统阵列的单串电压状况实施监测。把一些数量相同、尺寸也一致的光伏组件，根据直流电压的高低拼接为一个光伏组件，然后再把多个串列的连接在光伏直流智能汇流箱上，由防雷器和断路器向后供电，以便后面的逆变器的连接。 （6） 交直流配电柜
25、交流/直流配电柜是辅助装置， 保证仅单回路连接到低电压网络或高压变压器的输入端。 （7） 升压变压器 在光伏发电体系中，若要实现高压传输，则需要先通过升压变压器。由集中型变流器所产生的 315V 交流电、组串式逆变器所产生的 480V 交流电，经升压变压器提升到 10kV 或 35kV，供负载或合并到公共电网6。太阳能光伏发电系统的发电量，直接影响着升压变压器的电压比和额定值容量，通常选用室外箱型变电所。变压器一般有 1000kVA、1250kVA、1600kVA、双分裂绕组变压器的两个 500kW、630kW 的变压器，变压器采用自冷式、低损耗、干式或油浸式变压器。室外箱型变电所主要包括低压
26、配电柜，升压变压器，高压开关柜，以及相关的保护装置。 兰州城市学院本科毕业论文（设计） 6 第2章 系统设计的介绍 2.1 逆变器的基本结构 SPWM 控制电路通过 SPWM 调制7，生成 SPWM 波，并通过驱动电路将其输入 H 桥型，从而实现全桥正弦变换。经过 LC 滤波，将 220 V 的 AC电压在工频上进行放大。因为是对着光伏发电的逆变器，当太阳能电池电量不足时，会出现欠电压，这就需要输入欠压保护；由于负载容量的限制，对输出电流的保护提出了更高的要求。对输入输出进行取样，实现低电压输入和过电流输出保护，系统根本结构框图如图 2-1 所示。 逆变电路LC 滤波控制电路DC输入AC输出输
27、出采样输入采样工频升压 图 2-1 系统框图 2.2 系统电源设计 系统共使用了 NE3532 集成的运算放大器8，CMOS4000 系统的逻辑门电路，包括芯片半桥驱动 SG3525和芯片 IR2110等。它们的电压都在+12V、-12V 左右，所以通过 7812 和 7912 个稳压片来供给12V 的电压。 系统原理图如图 2-2 所显示。 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:25-May-2010Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator桌 面终 极3525_prote
28、l.ddbDrawn By:1234J1CON4C3104C4104Vin2GND1-12V3U57912Vin1GND2+12V3U67812C7104C6104C15100ufC14100ufC1470ufC2470ufVCC-12电 源电 路 图 2-2 电源系统 太阳能发电逆变器原理及设计 7 2.3 逆变电路 2.3.1 电路的根本原理 我们把单相桥式逆变电路作为例子来介绍： S1S4为桥式电路9的四个臂，其中主要包含了两个组成部分，即：辅助电路和电力电子设备。当 S1、S4封闭，S2、S3断开的时候，负载电压 U0为正值；当 S、S4断开，S2、S3封闭的时候，U0为负值，这一转换
29、将 DC转换为 AC。在改变这二个开关旋转次数的时候，就可以改变交流输出的次数。 电阻通过负荷时，负载电流 io 与 U0不仅产生了同样的波形，同时它的相位也是一样的。但对阻感负载，io 落后于 U0，并且二者的波形也是不同的。 在 t1前：S、S4打开，U0和 io 的结果均为正。 T1时刻：同时断开 S1、S，合上 S2、S3，U0的结果变成了负值，但同时 io 也不会立刻反向。o 最先由电源负极流过，接着又通过 S2、负载和 S3流回正电极，负载电感的能量就逐渐地向电源方向反应，io 慢慢下降，到 t2时降至零，随后 io 就反向上升了。（如图 2-3 显示） 图 2-3 逆变电路和波形
30、展示 2.3.2 电压型逆变电路 逆变电路可以根据直流电源性质的不同分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。 电压型逆变器的特点： 兰州城市学院本科毕业论文（设计） 8 (1) 当直流端是一个电压源，或者是一个大的并联电容器，它的直流端电压是完全没有脉冲的。 (2)当输入输出电压为矩形波时，随负载阻抗的变化而改变输入输出电压。 (3)当为阻感负载时，须供给无功电源。逆变桥上的每一条臂都有一对串联的反应二极管，这样就为交换侧或直流侧的反应的无功提供了一个通道。 2.4 SPWM 调制技术 2.4.1 理论根底 用一个具有同样幅度和不同长度的一个脉冲(N 等份)作为一个正弦半波，可将它看作 N 个相互
31、连接的脉冲序列10；通过中点相交的矩形脉冲，代替了具有同样长度而又存在着不同幅度的脉冲。面积大小相等，长度依据正弦规律发生变化，因此 SPWM 波形(即脉冲长度)是依据正弦规律发生变化的 PWM 波形，和正弦波对应。但如果要调整其等效输出的正弦波幅度，就必须按同样的比例调整各脉宽。 PWM 电压波形与每一个不同时期的正弦电压相对应，除各时段的面积相等之外，各时段的电压脉冲很窄。 2.4.2 双极性 SPWM 调制方式 +-CRLUdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio图6-6urucuOtOtuouofuoUd-Ud 图 2-4 双极 PWM 调制方式 在 Ur 的半个周期中，三角
32、形波有正负两个方向，而 PWM 波的振幅仅为Ud 两种电平。在 Ur(调制信号)与 Uc(载波信号)的交叉点，控制装置的导通/截止 Ur 为正/负半周期，并且各开关装置具有相同的控制规则，T1、T4和T2、T3两组互相导通。 （1）当 UrUc 的时候，V1和 V4为 ON （导通） ，V2和 V3为 OFF(关断)。太阳能发电逆变器原理及设计 9 如果 io0，则 V1与 V4在二者之间接通，而如果 io0，VD1和 VD4两者之间接通，U0=Ud。 （2）当 UrUc的时候，V2和 V3为 ON，对 V1和 V4为 OFF。如果 io0，VD2和 VD3两者之间接通，U0=-Ud。 在同样
33、的开关次数下，由于单极性 SPWM 开关的工作时间相对短，它的谐波稳定性也相对更好，常被广泛应用于单相的故障逆变。 根据上述分析，驱动信号的结构如图 2-5： -1+-+-cv三角波三角波rv正弦波正弦波gV),(,4141TTVVgg),(,3232TTVVgg 图 2-5 驱动信号的电路 兰州城市学院本科毕业论文（设计） 10 第3章 SPWM 调制电路 3.1 主要芯片的介绍 3.1.1 功能结构 在电压调节芯片 SG3525 的结构中，引脚 16 是 SG3525 的参考电源，该电源具备较高精度(5.11%)V 的输出功率，并具有温度补偿和过流保护的功能。引脚 5，引脚 6 和引脚 7
34、 有一个双门限比拟器11，内部分别是电容充放电回路和外接的电阻电容回路，它们一起组成了 SG3525 的一种振荡器。该振荡器回路中也带有一组外部的同步输入(引脚 3)。 3.1.2 SG3525 特性 (1) 它的工作电压在 8-35V 之间。 (2) 5.1V 参考电压，具有1%的精度。 (3) 它的震荡频率在 100Hz-500KHz 之间。 (4) 设置软启动开关。 (5) 一个一个地关掉脉冲。 (6) 带滞回电流的输入欠压闭锁。 (7) PWM 锁定功能，多脉冲被禁用。 3.1.3 SG3525 的主要元件 （1）基准电压源 基准电压源是一个三端稳压集成电路，它的最大输入电流 VCC
35、的范围一 般 是 (835)V ， 一 般 使 用 的 是 +15V的 电 流 ， 其 输 入 输 出 电 流 为VST=5.1V，对它的准确度我们进行了温度补偿，不仅可以用作芯片电路的电源，而且还可以为晶片外层集成电路供给一些标准供电12，向外的输出电流范围一般达到 400mA，但没有过流保护器电路。 （2）振荡电路 该电路由一个基准电源提供的一个双门限电压值，它的最高门限设定电压和最低门限设置电压全部都被加到 CT上，同时该端电压 VC也处于一个直线上升的阶段，从而构成了一条锯齿波的上升沿，在比拟器工作中实现了一个充电状态，上升时间的 t1为 1t0.67TTR C：。比拟器运行后，接通了
36、放电电路，CT放电，VC降低，同时产生了锯齿波的下降沿；当比拟器运行后完成了放电过程，其工作周期为，下降时间 t2为：2t1.3DTR C， 太阳能发电逆变器原理及设计 11 当这个时候也就是为工作的死区时间,锯齿波的根本时间 T 为: 12T=t +t(0.671.3)TDTRR C。 由以上的实例中可发现，锯齿波的向上沿比其下滑沿要大得多。 （3）误差放大器 它的开环直流放大倍率一般为 80dB，电压响应信号通过端子 1 与放大器的反相输入端相连，同时将放大器的同相输入端和基准电压相连接。 （4）PWM 信号的发生和分离电路 如果要将端口和输入输出信息连接起来，就可以通过 Ue 进行操作，
37、而作为温度传感器的信息则为由锁存器所锁存的 PWM 信息13，同分相电路中包含了一个二进制计数器和 2 个或非门，它的输入信息是一个振波器的时钟信息并且可以在时钟信息的最前端触发。这样，当全部的输入都为负数后，其输出就全部为正值。这种输出功率在每半周期内轮流为正，脉冲中很窄的时钟信息可以被注入到逻辑或非门电路中，从而能够在同一个时间使两个门的输出功率都保持在一个低电平，并由此形成了一个死区时间。 3.2 单极 SPWM 电路的调制 3.2.1 SPWM 的结构 图 3-1 SPWM 的结构框图 如果要输出正弦电流，就必须控制功率管的位置，对产生的输出方波加以滤波，以便得到正弦的电压。我所采用的
38、这个系统方案利用了 SG3525来进行控制正弦系统，一定要是在 13.5V 范围内变化的一个矩形信号，同时还要有一种按正弦方向变化的馒头信号14，可以将其加在 SG3525 引脚 9上，从而获得了 SPWM 电路的框图，如图 3-1 所示 3.2.2 正弦波发生器 本设计利用的是 50Hz 的正弦波，也运用了 RC 串并联式（图 3-2）选频精细整 流电路 误差放大 加法电 路 直 流 分量 50HZ 同 步方波 SG3525 调制 时序 控制 50HZ 正弦波 正Q1 Q2 Q3 Q4 u3 u4 u5 u1 u2 兰州城市学院本科毕业论文（设计） 12 网络的选频特性。 U1U2RCRC
39、图 3-2 RC 串并联电路结构 传输系数： 21001/ /1j113/ /jjRUCFUjRRCC （3-1） 式 3-1 中： F ：传输系数 U2：输出电压 U1：输入电压 ：输入信号频率 o1RC，谐振角频率 由上式得出结果：仅在=0时，达最大值，而与 u2和 u1 同相，根据它的选频特征，of决定于 RC。震荡频率： o1/ 2fRC （3-2） 振荡的条件为： AuF=1， |F |=1/3， 这样，考虑到起振要求 AuF 值1，通常宜选择 RF 略大于 2。一旦这种差值达到较大，就会导致振荡波形的严格畸变。 由式 3-2 得： 37o1/ 21/ 2 3.1415 31.8 1
40、01050fRCHZ （3-3） 采用运放结构所形成的 RC 串并联式正弦波震荡回路，不通过将运放部分的晶体管流入本构非线性区域进行稳幅，而只是透过把负反射电流引导到太阳能发电逆变器原理及设计 13 外界，以此实现了稳幅的目的。通常要参与到电路中的非线性环节。给 Rf串联的两个并联二极管，通过增大电压，减少动态电阻的数值大小。在Multisim 仿真波形如图 3-4。 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-May-2010Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator桌 面
41、终 极3525_protel.ddbDrawn By:567U2BNE5532R3031.8KC10104C5104R2931.8KR314.7KR328.2KR282.7KD51N4148D61N414850HZ文 氏振 荡电 路 图 3-3 50Hz 文氏振荡电路 图 3-4 50Hz 振荡电路仿真波形 3.2.3 详细整流电路 它的最主要用途，是把交流电压中的低压值转变为较高的直流电压。但因为该设计没有采用滤波环节，所以只将正弦波整成了馒头波。输出电流波浪形如图 3-5 中 U2所示。由 U3A，U3B 所组成的一个精密整流集成电路，兰州城市学院本科毕业论文（设计） 14 在仿真软件中的
42、波形如图 3-5。 图 3-5 精细整流电路仿真波形 3.2.4 误差的放大与加法 在试验中，U4B有正弦误差放大的用途，通过精细整流之后，生成的的馒头信号流入 U4B 的同相端。在 Multisim 仿真波形如 3-6。 图 3-6 模拟波形 3.2.5 SPWM 的调制 正弦波 太阳能发电逆变器原理及设计 15 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-May-2010Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator桌 面终 极3525_protel.ddbDrawn By:
43、1234CT5RT678910111213141516U7SG3525C1310nFC1110ufR2510KR27330C9104C1622C8104L1100uHVCCR262KSPWM波 形产 生SPWM波 形 图 3-7 SPWM 电路 SG3525 的基准源得到的双门限设定电流中，它产生了一个高门限设定电压和一个低门限设定电压，一部分的输出电流源向 CT充电，而 VC(末端电压)也是以直线向上的走势，并产生了一个锯齿波的上升沿，最后实现了整个充电过程，上升时的电流 t1约为： 1t0.67TTR C 3-3 比拟器在工作时，连接他的放电电路，使 CT放电，VC值降低，而产生锯齿波的下
44、降沿；进行了放电步骤后，其工作循环完毕，下降时刻间 t2 为 2t1.3DTR C 3-4 此时刻即是死区时间锯齿波的根本时刻，T 为： 12T=t +t(0.671.3)TDTRR C 3-5 主芯片 SG3525 的接线方法是不同于常规接地方法的15，因为以SG3525 的原 11 脚和 14 脚为输出端，如果需要同时把原 11 脚和 14 脚连接，就不仅需要保护出管腾柱，在原 13 脚上，还需要再连接一个上拉电阻作为负载，这么做就能够同时输出原 11、14 脚的合并值，由此来增加了最大占空比。母线电压的效率则能够提高到 94%以上。 3.2.6 时序控制电路 50Hz 的同步方波输出电路
45、。由正弦波振荡器输入的信息(大约 12VPP)，经过 U1A 和 U1B 之后，生成二路的低频同步波(带有死区持续时间），R1、R2 在系统中确定了二路方波的死场持续时间16。 2.3V 兰州城市学院本科毕业论文（设计） 16 第4章 逆变电路 4.1 IR2110 芯片介绍 4.1.1 功能结构 一般来讲，IR2110 一般都使用 HVIC 和抗闩锁的 CMOS 芯片制作工艺17，最后采用 14 引脚进行封装。功率器件的栅极为驱动电流，电压值大约是 1020V之间；它的工作频率也是相对较高的，通常能超过 500KHz；在这个过程中的开通延迟为 120ns，而闭合延迟则为 94ns；图腾柱提供
46、峰值电流为 2A。 4.1.2 芯片的特性 (1) 低端输入和高级输入的途径是分开的； (2) 悬浮式使用自举系统，它的最大运行电流可高达 500V； (3) 输出电源端(引脚 3)的电压基本处于 10-20V 之间； (4) 逻辑开关电源(引脚 9)的输入值通常在 5-15V 的范围内，使 TTL 与CMOS 输入输出电平可以很容易地配合在一起，而逻辑开关电源地与低功率开关电源地间的差值范围大约为5V； (5) 工作频率高，可达 500KHz； (6) 开通延迟为 120ns，关断延迟为 94ns，其数值是相对比较小的； (7) 图腾柱输出峰值电流 2A。 4.2 驱动电路设计 对输出功率开
47、关管的逆变系统而言，开关管驱动器系统的各项工作特点直接关系到其工作的可靠性。所以，在产品设计逆变器时，应该仔细考察输出功率开关管的驱动器发展。电容器 C 提供充、电池释放电流的监控，而驱动器系统中被叫做米勒电容器，可传送渡越电压，所以，驱动器系统的主要负载是容性的，这也是基于电容器上的电荷存在一定的保护功能，从而当元件被启动以后，驱动器系统便无需再供给电压了。由以上的分析方法可以看出，功率 MOS 管对驱动电路的需求如下18： (1) 驱动电路延迟时间小； (2) 驱动电路峰值电流大； (3) 栅极电压变化率 dv/dt 大。 MOS 开关管和驱动器电路必须全部具有高速转换电流和大峰值电压等特
48、点。产品设计流程中的逆变电路必须使用全桥型架构，在全桥型集成电路太阳能发电逆变器原理及设计 17 中，对桥臂的高低功率管还必须通过分离驱动电源加以控制。为增加驱动电路的安全性，我们最终选择了驱动新型桥式结构的集成电路，而 IR2110 不但能够改善驱动电路的设计，还可以改善系统特性。 4.3 输出滤波器的设计 滤波器通俗是一种四端网络，该逆变器的输出波形仅仅只有 SPWM，它不仅含有 50Hz 基波，同时也含有 50Hz 以上的谐波。它可以让有的频率信号通过，但不能让其他的频率信号通过。在一些信号中，可以通过的部分信号频段人们被称之为通带，而有些无法通过的部分信号频段人们则把它叫做阻带，有一个
49、截止频率19，这就是位于通带和阻带交界处的信号。高频率的信号通常都是由 H桥的，而工频隔离器则可以对信号进行转换，可以将高频率信号经 LC 过滤后转换成 50Hz 的工频运行信号，也可以将其看作一个低通滤波器，该滤波器完全不会出现基波压降。 由傅立叶分析可知： di411sinsin3sin535VUttt （4-1） 逆变电路产生的的好几次谐波的有效值 Vn，在通过 LC 滤波后，在负载的的 n 次谐波电压变化如下： 22111nnLnVVVn cnLCnLn c （4-2） 2222200()nnnLnVVVVnnLCn （4-3） 由上此可见 n 次谐波衰减了2n倍。 该逆变器的电压频率
50、分量为 50Hz 和开关频率 15KHz。我们现在所采用的截至频率一般是开关频率的 1/10，也就是 150Hz。这样一来，在开关电源频率中较高频的交换分量就会被将降低 40dB 之上，而负载则通常以 1.25A为中心电压值。 滤波器的电容容量为： 0110.85uf22 88 2150LCR （4-4） 输出滤波电感量为： 0882213.2m2150LRLH （4-5） 兰州城市学院本科毕业论文（设计） 18 4.4 保护电路设计 要让电气设备顺利地工作，功率开关管就是最重要的组成部分，而且很有可能会被破坏。但是，在不同的逆变电源中，往往由于蓄电池的过量放电，蓄电池也会遭到破坏，所以，蓄电
