基于单片机的逆变电源.pdfVIP

1 绪论 1．1 概述 根据电能的变换可以分为DC-DC 变换器、DC-AC变换器、AC-DC 变换器和AC- AC变换器四种。第一个是把直流电变成直流电；第二个是把直流电变成交流电，第三 个是把交流电变成直流电，第四个是把交流电变成交流电。 在最开始使用DC- AC变换器时，当时是用直流电动机和交流发电机组来完成。后来大功率开关器件和集 成控制电路的出现，让直流电变成交流电，用半导体技术就可以完成。而且它的电气 性能比以前的更加优良，更加节能。 现代逆变技术是一门用多门技术于一体的技术，它用了数电、模电和半导体等技术。 根据这个技术做出的逆变电源可以分为很多种。逆变电源的设计必须要使用到功率开 关器件，所以功率开关器的发展可以带动逆变电源的发展。 1.2 发展历史 逆变电源已经出现了五六十年，它的发展经过了三个阶段： 在第一个阶段时，逆变电源的开关器件用的是晶闸管，它在很大的程度上减小了逆变 电源的体型，但是晶闸管有个很大的缺点，它的自关断能力很差，这个严重的影响了 逆变电源，所以它并不适合于逆变电源。 第二阶段，逆变电源在开关器件上取得了巨大的突破，拥有自关断能力的器件出现了 ，用自关断器件做为开关管的逆变电源在性能上有了质的飞跃。由于它有自己关断的 能力，所以可以省去一些换流的电路。除此之外，逆变电源的控制技术也得到了提升 ，使用的是SPWM控制技术。 第三阶段，在第二代逆变电源的基础上提出了新型的控制技术，这个控制技术叫做实 时反馈控制技术。这个技术还在不断地发展中。在现在，各种高性能的新的技术在不 断地出现，SPWM控制技术也在不停地发展和进步。 1.3 发展方向 1．3．1开关管器件的发展 半导体零件，它的出现带动了现代逆变技术的研究深入，同时它的发展方向有以下三 个方面：增大功率的容量，提升开关频率。从现在来看，许多的开关器件都广泛用于 逆变电路。这些器件可以划分三种:单极型、双极型和复合型。与此同时当我们制作逆 变电源的时候，我们会发现用的比较多的开关元件有MOSFET IGBT；然而由于其他新 1 种类开关元件的研究和发展，诸如MOSFET IGBT将不再应用于研究市场。 1．3．2增强逆变器效率 所谓增强效率就是减少器件的损害和消耗，逆变器有两种损耗，分别由开关造成和驱 动造成。当损耗发生在驱动过程中时，这种损耗由被功率开关管的控制极的特征裁定 ，但另外一种损耗即开关损耗是被开关管的变换所决定。当功率开关管接通和断绝时 ，它的两端电压不为0，导通的电流不为0，这势必会造成开关的损耗，以上的描述就 是所谓的硬开关技术。而软开关技术指的是通过把电感和电容加入电路，这样会形成 谐振电路。如果功率开关关断，电容与电感就会造成谐振现象发生，如此以来该电路 就会形成随着正弦规律变化的电流（或电压），这时需要调整谐振电路的电容与电感 使开关管的导通电压为0，也要调整关断电流为0，这样就可以形成0损耗的开关。在软 开关技术的成熟表现下，硬开关技术会被它所迭代，因为软开关技术能够使得逆变电 源在频率升高而不增加损耗的优点。从而逆变电源在高频率下也能使得设备得到小型 化和轻量化的设计。目前，如果要逆变器的效率得到加强，那研究者就要突破软开关 技术，尤其是该技术的核心要点。该技术主要有一个核心方面，即新型软开关调控方 式，它适用于多样化的电路集成化控制，同时我们需要更高效率的软开关电路。 1．4逆变器的控制技术 在逆变器的控制方法中，用的最多的控制方法是SPWM。这个方法它可以用 两种电路来完成。一种是模拟电路，但是它这个电路有个大的难点，就是它需要很多 的元件来实现，因此它所需要的成本会很高，而且它的电路难以制作，它还很容易受 到其他的影响。另一种是使用数字电路来完成，这个电路是使用数字控制器来作为控 制系统在逆变电源中完成的，数字控制正好克服了模拟电路的缺点，它使用的电路元 件比较简单少，它不易受到外面的影响。而且它的控制方法是使用软件编写来操作的 ，实现起来会比较方便，灵活。 2 系统的工作原理与结构 2．1 逆变电路的分类 （1）根据输入的直流电源的本质来分，可以分成两种，一种是电压型的电源输入，另 一种是电流型的电源输入 （2）通过输出电能的使用方向来分类，可以分成两种，第一种是有源逆变电路，它输 出的电能是不能直接给设备使用。而另一种叫做无源逆变电路，它输出的电能