技術頻道

娓娓工業(yè)
您現在的位置: 中國傳動網 > 技術頻道 > 技術百科 > 一種基于單項全橋的逆變器電源電路設計

一種基于單項全橋的逆變器電源電路設計

時間:2024-05-21 15:42:33來源:21ic電子網

導語:?逆變器系統(tǒng)由升壓電路、逆變電路、控制電路和反饋電路組成。低壓直流電源DC12V經過升壓電路升壓、整流和濾波后得到約DC170V高壓直流電,然后經全橋逆變電路DC/AC轉換和LC濾波器濾波后得到AC110V的正弦交流電。

  系統(tǒng)總體方案

  1、總體設計框圖

  逆變器以ARM控制器為控制核心,輸出電壓和電流的反饋信號經反饋電路處理后進入ARM處理器的片內AD,經AD轉換和數字PI運算后,生成相應的SPWM脈沖信號,改變SPWM的調制比就能改變輸出電壓的大小,從而完成整個逆變器的閉環(huán)控制。

  2、SPWM方案選擇

  2.1、PWM電源芯片方案

  采用普通的PWM電源控制芯片,如SG3525、TL494、KA7500等,此類芯片的優(yōu)點是能夠直接的產生脈寬調制信號,但是它缺點是波形線性不好,而且振蕩發(fā)生器是依賴充放電電路而產生波形,當要PWM芯片產生SPWM信號需要附加額外很多電路。

  2.2、CPU軟件方案

  采用CPU產生SPWM脈沖,如單片機、ARM或DSP等,此種方法的優(yōu)點是脈寬可以通過軟件的方式來調節(jié),不僅精度較高,而且外圍電路也很簡單便宜。

  終上所述,選擇STM32F107(ARM)完成SPWM脈沖的產生和整個逆變器的控制。

  3.系統(tǒng)硬件電路設計

  3.1 CPU控制器

  CPU 是整個逆變器的核心部分,主要負責反饋信號的采集、數字PI閉環(huán)計算、PWM波輸出、參數設置和外部通信。CPU采用的是ST公司最新推出的 STM32F107系列ARM芯片。該系列芯片采用ARM公司32位的Cortex M3為核心,最高主頻為72MHz,Cortex核心內部具有單周期的硬件乘法和除法單元,所以適合用于高速數據的處理。芯片具有三個獨立的轉換周期,最低為1μs的高速模數轉換器,三個獨立的數模轉換器帶有各自獨立的采樣保持電路,所以特別適合三相電機控制、數字電源和網絡應用。芯片還帶有豐富的通訊單元,包括1個以太網接口、5個異步串行接口、1個USB從器件、1個CAN器件、I2C和SPI等模塊。

  3.2 驅動和逆變電路

  逆變主電路如圖2所示采用基于H橋的單相全橋逆變電路。單相全橋逆變電路主要由Q1、Q2、Q3、Q4四個MOSFET構成。在AC于OUT之間如果加入負載就構成了逆變回路??刂芉1、Q2、Q3、Q4按一定的順序導通、截止就能夠得到所要的正弦波形。

  對于本設計,開關管的選擇主要以它的額定電壓和額定電流為依據。這里選擇額定電壓為500V,額定電流為20A的IRFP460N溝道增強型MOS管為開關管。可滿足設計的要求。為了限制MOSFET門極的驅動電流,需要在門極串聯限流電阻,防止由過流導致的器件損壞。

  3.3 濾波電路

  經過兩路SPWM信號的驅動在負載電阻上產生的電壓波形是按正弦規(guī)律變化的方波。它是一個雙極性的SPWM波形。實際需要的是頻率為50Hz的正弦波,因此需要將SPWM波進行濾波。一般的PWM逆變器采用LC低通濾波器。對于LC濾波器的設計,首先考慮濾波器的截止頻率,LC濾波器的截止頻率見式 (1)。

  綜合考慮濾波器輸出電壓諧波失真度、系統(tǒng)的動態(tài)響應以及體積、重量等因素,選取截止頻率,選取。

  3.4 推挽升壓電路

  推挽升壓電路采用兩個參數相同的MOSFET管和升壓變壓器組成,推挽變壓器的特點是效率高,損耗低,適用于低輸入高輸出。推挽升壓電路如圖3所示,采用兩個MOS管分別開通的結構,選取IPRF250場效應管,額定電流為30A,額定電壓為250V,在可以滿足要求的同時內阻較小,是最為合理的選擇。

  4.系統(tǒng)軟件設計

  CPU主要功能是完成閉環(huán)PI控制算法、發(fā)送SPWM脈沖、故障保護、數據顯示和遠程通信。系統(tǒng)軟件主要是對STM32芯片的編程,開發(fā)環(huán)境采用德國Keil公司KeiluVision4軟件,編程語言采用C語言。

  程序由主程序和若干子程序:通信程序、采樣子程序、PWM中斷程序、顯示程序等組成。進入PWM中斷后,首先對各路反饋信號進行采集和處理,該流程圖如圖4 所示,然后經數字PI調節(jié)器運算后產生PWM脈沖輸出,經驅動電路隔離放大后驅動MOSFET,實現整個逆變電源系統(tǒng)的閉環(huán)控制。

  逆變器采用全數字控制,所有參數均能通過顯示面板進行設置,數碼管夠實時顯示逆變器系統(tǒng)的輸入電壓、輸入電流、輸出電流、輸出電壓、運行狀態(tài)、故障信息等,當發(fā)生故障時,CPU將所有PWM脈沖全部封鎖,然后將過壓、過流、過載等故障信息顯示出來,并且蜂鳴器發(fā)聲報警。

  實驗結果

  其中圖5(a)是CPU發(fā)出的兩路互補對稱的SPWM脈沖波形,死區(qū)時間是3us;圖5(b)是全橋逆變電路其中一個橋臂上下MOSFET的驅動波形;圖 5(c)是逆變器輸出交流正弦電壓波形;圖5(d)是逆變器電流輸出波形。從圖中我們可看出逆變器輸出電壓波形幾乎不失真,輸出電流THD控制在5%以內,達到了很好的控制效果。

  總結

  本文提出的一種ARM控制的逆變器的設計方案,是基于ARM(STM32F107)的全數字控制的逆變器,其具有高精度、小體積、全數字等特點,所有電源參數直接通過人機界面設定并存儲,并具備與上位機遠程通信的功能。實驗表明,該方案中做設計的逆變器能夠實現軟啟動功能,當出現過流、過壓、過載情況時,能夠迅速封鎖PWM脈沖和關斷MOSFET,并及時將故障信息顯示出來,實現了逆變器的智能化。

標簽: 逆變器

點贊

分享到:

上一篇:工控機客戶哪里找

下一篇:你了解電纜嗎?電纜有哪些工藝...

中國傳動網版權與免責聲明:凡本網注明[來源:中國傳動網]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權均為中國傳動網(m.u63ivq3.com)獨家所有。如需轉載請與0755-82949061聯系。任何媒體、網站或個人轉載使用時須注明來源“中國傳動網”,違反者本網將追究其法律責任。

本網轉載并注明其他來源的稿件,均來自互聯網或業(yè)內投稿人士,版權屬于原版權人。轉載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負版權法律責任。

網站簡介|會員服務|聯系方式|幫助信息|版權信息|網站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋|sitemap

傳動網-工業(yè)自動化與智能制造的全媒體“互聯網+”創(chuàng)新服務平臺

網站客服服務咨詢采購咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權所有
粵ICP備 14004826號 | 營業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報中心 | 粵公網安備 44030402000946號