当前位置:首页 > 电源 > 电源
[导读]系统总体方案如图1 所示,逆变器系统由升压电路、逆变电路、控制电路和反馈电路组成。低压直流电源DC12V经过升压电路升压、整流和滤波后得到约DC170V高压直流电,然后经全桥

系统总体方案

如图1 所示,逆变器系统由升压电路、逆变电路、控制电路和反馈电路组成。低压直流电源DC12V经过升压电路升压、整流和滤波后得到约DC170V高压直流电,然后经全桥逆变电路DC/AC转换和LC滤波器滤波后得到AC110V的正弦交流电。

逆变器以ARM控制器为控制核心,输出电压和电流的反馈信号经反馈电路处理后进入ARM处理器的片内AD,经AD转换和数字PI运算后,生成相应的SPWM脉冲信号,改变SPWM的调制比就能改变输出电压的大小,从而完成整个逆变器的闭环控制。

SPWM方案选择

(1)PWM电源芯片方案

采用普通的PWM电源控制芯片,如SG3525、TL494、KA7500等,此类芯片的优点是能够直接的产生脉宽调制信号,但是它缺点是波形线性不好,而且振荡发生器是依赖充放电电路而产生波形,当要PWM芯片产生SPWM信号需要附加额外很多电路。

(2)CPU软件方案

采用CPU产生SPWM脉冲,如单片机、ARM或DSP等,此种方法的优点是脉宽可以通过软件的方式来调节,不仅精度较高,而且外围电路也很简单便宜。综上所述,选择STM32F107(ARM)完成SPWM脉冲的产生和整个逆变器的控制。系统硬件电路设计

(1) CPU控制器

CPU 是整个逆变器的核心部分,主要负责反馈信号的采集、数字PI闭环计算、PWM波输出、参数设置和外部通信。CPU采用的是ST公司最新推出的 STM32F107系列ARM芯片。该系列芯片采用ARM公司32位的Cortex M3为核心,最高主频为72MHz,Cortex核心内部具有单周期的硬件乘法和除法单元,所以适合用于高速数据的处理。芯片具有三个独立的转换周期,最 低为1μs的高速模数转换器,三个独立的数模转换器带有各自独立的采样保持电路,所以特别适合三相电机控制、数字电源和网络应用。芯片还带有丰富的通讯单 元,包括1个以太网接口、5个异步串行接口、1个USB从器件、1个CAN器件、I2C和SPI等模块。

(2)驱动和逆变电路

逆变主电路如图2所示采用基于H桥的单相全桥逆变电路。单相全桥逆变电路主要由Q1、Q2、Q3、Q4四个MOSFET构成。在AC于OUT之间如果加入负载就构成了逆变回路。控制Q1、Q2、Q3、Q4按一定的顺序导通、截止就能够得到所要的正弦波形。

对于本设计,开关管的选择主要以它的额定电压和额定电流为依据。这里选择额定电压为500V,额定电流为20A的IRFP460N沟道增强型MOS管为开关管。可满足设计的要求。为了限制MOSFET门极的驱动电流,需要在门极串联限流电阻,防止由过流导致的器件损坏。

(3)滤波电路

经 过两路SPWM信号的驱动在负载电阻上产生的电压波形是按正弦规律变化的方波。它是一个双极性的SPWM波形。实际需要的是频率为50Hz的正弦波,因此 需要将SPWM波进行滤波。一般的PWM逆变器采用LC低通滤波器。对于LC滤波器的设计,首先考虑滤波器的截止频率,LC滤波器的截止频率见式 (1)。

综合考虑滤波器输出电压谐波失真度、系统的动态响应以及体积、重量等因素,选取截止频率,选取。

(4)推挽升压电路

推 挽升压电路采用两个参数相同的MOSFET管和升压变压器组成,推挽变压器的特点是效率高,损耗低,适用于低输入高输出。推挽升压电路如图3所示,采用两 个MOS管分别开通的结构,选取IPRF250场效应管,额定电流为30A,额定电压为250V,在可以满足要求的同时内阻较小,是最为合理的选择。

系统软件设计

CPU主要功能是完成闭环PI控制算法、发送SPWM脉冲、故障保护、数据显示和远程通信。系统软件主要是对STM32芯片的编程,开发环境采用德国Keil公司KeiluVision4软件,编程语言采用C语言。

程序由主程序和若干子程序:通信程序、采样子程序、PWM中断程序、显示程序等组成。进入PWM中断后,首先对各路反馈信号进行采集和处理,该流程图如图4 所示,然后经数字PI调节器运算后产生PWM脉冲输出,经驱动电路隔离放大后驱动MOSFET,实现整个逆变电源系统的闭环控制。

逆变器采用全数字控制,所有参数均能通过显示面板进行设置,数码管够实时显示逆变器系统的输入电压、输入电流、输出电流、输出电压、运行状态、故障信息等,当发生故障时,CPU将所有PWM脉冲全部封锁,然后将过压、过流、过载等故障信息显示出来,并且蜂鸣器发声报警。

实验结果

其中图5(a)是CPU发出的两路互补对称的SPWM脉冲波形,死区时间是3us;图5(b)是全桥逆变电路其中一个桥臂上下MOSFET的驱动波形;图 5(c)是逆变器输出交流正弦电压波形;图5(d)是逆变器电流输出波形。从图中可看出逆变器输出电压波形几乎不失真,输出电流THD控制在5%以内,达到了很好的控制效果。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

随着汽车软件数量爆发式的增长,整个行业都需要重新思考汽车产品的开发流程。为此,Arm推出了丰富的硬件IP、新的系统IP,以及全新的汽车计算与计算子系统产品路线图,旨在为各种汽车应用实现性能、功能安全、可扩展等方面的支持。

关键字: ARM 汽车电子

随着可再生能源的不断推广与应用,光伏产业在全球范围内得到了迅速的发展。光伏逆变器作为光伏发电系统中的重要组成部分,其性能的稳定性和可靠性直接关系到整个系统的运行效率和使用寿命。而散热问题作为影响光伏逆变器性能的关键因素之...

关键字: 可再生能源 光伏 逆变器

Mar. 21, 2024 ---- 根据TrendForce集邦咨询全球电动车逆变器市场数据显示,2023年第四季全球电动车逆变器装机量达714万套,相较2023年第三季639万套,季增约12%,主因是去年第四季电动车...

关键字: 纯电动车 逆变器 功率半导体

知名移动芯片设计公司ARM最近迈出重要一步,它正式推出汽车芯片设计。ARM推出的芯片设计方案名叫Neoverse,随同芯片一起推出的还有面向汽车制造商、汽车供应商的新系统。

关键字: ARM 汽车芯片 芯片

2024年3月6日,中国 - 意法半导体双向电流检测放大器TSC2020输入耐压100V,内部固定增益,电流检测准确度高,电路保护设计和设定增益通常无需外部组件,节省空间。目标应用包括服务器、电动工具、工业电机控制、电源...

关键字: 放大器 逆变器 电池管理系统

随着通用人工智能的发展,数据中心的计算需求逐步提高。针对多模态数据、大模型的推理和训练需要更高的算力支持,而随着算力提升与之而来的还需更关注在功耗方面的优化。对于头部云计算和服务厂商而言,针对专门用例提高每瓦性能变得至关...

关键字: ARM 服务器 AI Neoverse CSS

在电路中,耦合是指将前级电路(或信号源)的输出信号送至后级电路(或负载)的过程。这种连接方式主要用于实现不同电路之间的信号传输和能量的转移。耦合的主要方式有阻容耦合、直接耦合和变压器耦合等。其中,阻容耦合是通过电容器实现...

关键字: 电源电路 阻抗匹配

逆变器类型繁多,根据不同的分类标准可以有多种型类。

关键字: 逆变器 推挽式逆变器

逆变器是一种电源转换装置,可以将直流电能(电池、蓄电瓶)转变成定频定压或调频调压交流电(一般为220V,50Hz正弦波)。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、...

关键字: 逆变器 电源转换

逆变器作为光伏系统中的关键设备,其发展前景与光伏产业的发展密切相关。随着全球能源结构的转变和可再生能源的推广,光伏产业将继续保持快速增长的态势,从而带动逆变器市场的不断扩大。

关键字: 逆变器 光伏系统
关闭
关闭