内高频环逆变器的设计

毛 伟，赖万昌，王仕木，郑黄婷，曾明岗

（成都理工大学 核技术与自动化工程学院，四川 成都 610059）

随着电力电子技术的发展，各种逆变器在各行业中应用十分广泛业，使它在能源利用、电子生产、国民服务领域占有着至关重要的位置，文中主要研究一种比较简单的正弦输出的内高频环逆变器的设计，就是用高频取代基频变压器可行性进行验证，其设计不仅仅减小了逆变体积、重量、而且也大大提高了逆变器的性能[1]。

1 内高频环逆变器方案设计

内高频环逆变器方案设计工作过程：输入直流电源经过LC滤波器滤波后，得到稳定的直流电，直流电在高频逆变器的作用下，由直流变为高频方波交流电能，高频方波交流电能经过高频变压器升压、高频整流器整流、LC滤波器滤去高次谐波后，得到另一种直流电压，该直流电压电压高，带负载能力强，由直流母线流向PWM逆变器，DC—AC变换后，在经过输出LC滤波滤去高次谐波后，就得到了所需的交流电能[2-3]。该交流电为负载提供电能内高频环逆变器的电路结构如图1所示。

图1 内高频环电路结构框图Fig.1 Inner high frequency ring circuit structure

2 内高频环逆变器硬件设计

2.1 时钟信号电路与分析

在设计中将DC转变为AC的方法是使用SPWM波驱动全桥逆变器中的功率开关管，再经过滤波后得到需要的波形，而要产生SPWM信号，需要基准正弦波和14.4 kHz的三角波经过比较器比较得到。基准正弦波可由14.4 kHz的方波信号经过16分频后，得到900 Hz的方波信号，方波信号再经过处理后得到了基准正弦波。而14.4 kHz的三角波可以用14.4 kHz的方波信号经过积分等处理后得到，下面将叙述部分电路。

2.1.1 方波信号

28.8 kHz和900 Hz方波信号的产生其电路图如图2、3所示。

图2 28.8 kHz方波发生器Fig.2 28.8 kHz square wave generator

图3 900 Hz方波产生电路Fig.3 900 Hz square wave circuit

2.1.2 正弦波发生电路

50 Hz的正弦波的产生是频率为50 Hz的阶梯数位18阶梯的梯形波，在经过有源滤波电路处理后就得到正弦波[5]，其18阶梯波发生电路。阶梯波—正弦波电路电路原理图如图4所示。

图4 阶梯波-正弦波电路图Fig.4 Staircase-sine wave circuit diagram

2.2 内高频环模块

在内高频环逆变器的高频环节中，完成DC—AC的变换需要高频变压器，该高频变压器就由推挽变压器和两个功率开关管组成。只有在功率开关管的导通与截止的转换过程中才能实现换流过程，才使得DC—AC逆变得以实现。功率开关管是受PWM（SG3525A）信号控制的[1]，其具体工作电路如图5所示。而电路图如图6所示，电路中，pwm1与pwm2为SG3525输出的双路互补的PWM波，二极管D13、D16，电阻R18、R25、电容 C29、C35构成了变压器的保护电路。 变压器次级整流的要求是耐压值应大于，考虑到余量以及最大输出电流，可以选择MUR10120作为整流二级管。滤波电路电感电容选择要求是保证能滤除振荡频率。直流输出后有一升压控制引出线，通过分压后它与SG3525的第一引脚相连，作为SG2525误差放大器反向输入端的比较电压V1，，当V1大于3V时，SG3525输出脉冲宽度变窄，即PWM波的脉宽变小，高频变压器的输出平均电压也变小，经过整流滤波后，直流输出变小；当V1小于3V时，PWM波的脉宽变宽，高频变压器的输出平均电压变大，经过整流滤波后，直流输出变大，由此可以看出，由SG3525和推挽变压器构成的电路不但具有DC—HFAC—DC的转变功能，还能稳定逆变器输入直流电压，使逆变器的输出电压保持稳定状态。

图5 PWM信号产生电路Fig.5 PWM signal generating circuit

图6 推挽升压电路图Fig.6 Push pull booster circuit diagram

2.3 逆变器控制保护电路及电路电源

逆变器的保护电路包括过压，过流与过载保护电路。本设计中过流保护，高压保护检测电路，正12 V电源关断电路。

电路的各个模块设计好后，要对各模块进行调试，并获得正确的结果，就要涉及到许多芯片以及器件的工作电源，而本次设计主要设计了一下4个工作电源：正12伏电源、负12伏电源、正5伏电源、负5负电源。以上两部分限于篇幅不再做介绍。

3 结 论

本次设计实现了电路板的制作，实现其由SG3525和推挽变压器构成的电路具有DC—HFAC—DC的转变功能，还能稳定逆变器输入直流电压，使逆变器的输出电压保持稳定状态。在实验调试过程中实现了工作电源电路的设计、时钟信号的发生、PWM波的产生、正弦波、三角波等模块的正常工作，内高频环逆变器设计是可行的。

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[2]曲学基，曲敬铠，于名扬.逆变技术基础与应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

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