基于BOOST数字化逆变器的设计

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1、基于BOOST数字化逆变器的设计基于BOOST数字化逆变器的设计一、课题背景和研究目的1.1课题背景随着信息技术的发展，逆变器被广泛的应用于工业、农业、医疗、航天等领域。然而，传统的逆变器采用模拟电路控制导致了诸如电路复杂、调试难、元件易老化、输出性能低等固有缺点。随着微处理器的出现，逆变器的全数字控制成为现实。从技术角度上来说，数字技术的使用可以提高逆变器输出电压的稳定性和纯净程度，同时也提高了逆变器产品自身的可靠性。数字化的控制还可以提高逆变器的暂态、稳态响应等众多性能。逆变器又称DC-AC变换器，将直流电逆变为交流电。可以

2、应用于风力发电、太让能发电、UPS电源、车载电源等领域。考虑到实际实验条件的限制以及自己所掌握知识的程度，我们重点研究了UPS中逆变器的设计。UPS又称不间断电源，它通常被置于市电电网和用电负载之间，其目的是改善对负载的供电质量，并在市电故障时，保证负载设备的正常运行。随着现代网络技术和信息产业的进一步发展，供电中断所带来的损失的也变的越来越严重。UPS就是为了解决供电系统存在的问题应运而生的，至今已经历了几十年的发展历程。UPS不仅使供电无中断，而且还具有稳定输出电压、提高输出电压各项指标和抗干扰等功能。UPS的核心部分便是逆

3、变器。本课题重点研究了基于BOOST数字化逆变器的设计。1.2课题研究目的经过市场调查发现，市面上传统的在线式UPS功率较大，成本高，主要应用于工业场合较多，最小的也在500VA。在此我们设计了一种低成本、高效率、数字化在线式UPS的逆变器。旨在用于对用电质量较高的100W以下的小功率场合，比如工厂，医院，学校等对用电质量要求较高，以及很多交流设备要求不间断供电，如应急灯，风扇等。本文顺着当前发展趋势，提出一种基于BOOST直流升压变换结合数字控制技术的单相逆变器的设计方法，为今后企业开发小功率的UPS等逆变器产品提供一种新的研

4、发思路。经过查阅资料，发现大多数逆变器采用H桥拓扑结构。经过理论分析和MATLAB仿真，采用半桥结构也能实现DC-AC逆变。考虑到效率以及成本等问题，采用半桥电路是一个较佳的方案。本文的主要研究对象是结合了BOOST的半桥逆变电路,其目的是提高系统的动静态性能,增强系统的带载能力。为此,首先对逆变电路进行了详细分析,明确影响系统性能指标、效率的各种性能指标,为进一步抑制干扰提高系统的控制效果打下基础。二、方案论证任务分析：-15-基于BOOST数字化逆变器的设计本任务的设计核心是逆变器，由于采用的单片机功能有限并且采用改变SPW

5、M的占空比来控制逆变电路软件实现难度大，并且考虑到成本等问题，本系统采用闭环控制策略通过控制逆变器输入直流母线电压来稳定输出电压有效值。逆变部分采用半桥电路减少开关管的数量，以提高系统的效率，并且控制简单，容易实现。充电装置利用LM317来实现分阶段最优充电策略，恒压恒流切换采用单片机控制继电器来实现。采样电路利用分压电阻可以将充电状态反馈给单片机以进行控制方法的选择。本系统附属装置包括短路、直流电源欠压、掉电、过充报警电路。可以利用单片机对采样后的结果进行处理。减少了外围电路器件，调试简单易行。系统的总体框图如下：变压器滤波器

6、整流恒压恒流充电电路电路BOOST升压电路蓄电池半桥逆变电路SPWM单片机PWMMCU辅助电源负载保护电路闭环控制电流负反馈通信电压反馈图1系统总体框图2.1交流整流滤波部分方案一：采用普通整流滤波电路，在输入侧加入EMI滤波器以滤除高频干扰，容易实现，集成度高，散热容易，电网中的高频信号不能进入逆变器，同时逆变器本身的高频信号也不会对电网产生干扰。方案二：采用肖特基二极管。导通压降小，损耗小，而本系统没有交流侧效率要求，同时考虑到分立元件调试的复杂性以及快速二极管高频特性不理想，容易对电网产生影响，综合考虑，我们采用方案一来显

7、现交流侧输入的整流和滤波。电路图如下：图2整流滤波电路2.2逆变主电路方案一：采用全桥电路。其容易实现正弦波正负对称，并且省去了分压电容，母线电压利用率高。但其开关管数量多，开关损耗增加，并且全桥电路控制电路较比半桥复杂，不利于调试，开关管及控制芯片增加也会使整系统的成本增加。-15-基于BOOST数字化逆变器的设计方案二：采用半桥电路。半桥电路母线电压的利用率降低，但是考虑到题目要求，并且结合实际实现难易程度的考虑，半桥电路开关管的数量以及控制芯片的数量较全桥电路减少一半，控制简单，功耗低，考虑到母线电压的波动幅度比较大，给控

8、制带来困难，最终我们采用我们熟悉的BOOST电路，来稳定母线电压到88V左右，逆变器的SPWM的调制比设定为0.8，利用可调电阻采样母线电压，通过与单片机内部设定值比较，来控制BOOST电路的占空比，以稳定母线电压，从而稳定逆变半桥的输出。本设计中要求的功率比较