中心議題：

• 方波逆變器的製作方法

本文依據逆變電源的基本原理，利用對現有資料的分析推導，提出了一種方波逆變器的製作方法並加以調試。

1 係統基本原理

本逆變電源輸入端為蓄電池(+12V
，容量90A·h)，輸出端為工頻方波電壓(50Hz，310V)。其結構框圖如圖1所示。

目前，構成DC/AC逆變的新技術很多

，但是考慮到具體的使用條件和成本以及可靠性，本電源仍然采用典型的二級變換，即DC/DC變換和DC/AC逆變。首先由DC/DC變換將DC 12V電壓逆變為高頻方波，經高頻升壓變壓器升壓，再整流濾波得到一個穩定的約320V直流電壓;然後再由DC/AC變換以方波逆變的方式，將穩定的直流電壓逆變成有效值稍大於220V的方波電壓;再經LC工頻濾波得到有效值為220V的50Hz交流電壓，以驅動負載。

2 DC/DC變換

由於變壓器原邊電壓比較低,為了提高變壓器的利用率,降低成本,DC/DC變換如圖2所示

，采用推挽式電路，原邊中心抽頭接蓄電池，兩端用開關管控製，交替工作，可以提高轉換效率。而推挽式電路用的開關器件少,雙端工作的變壓器的體積比較小,可提高占空比,增大輸出功率。

雙端工作的方波逆變變壓器的鐵心麵積乘積公式為

　　AeAc=Po(1+η)/(ηDKjfKeKcBm)(1)

　　式中：Ae(m2)為鐵心橫截麵積;

　　Ac(m2)為鐵心的窗口麵積;

　　Po為變壓器的輸出功率;

　　η為轉換效率;

　　δ為占空比;

　　K是波形係數;

　　j(A/m2)為導線的平均電流密度;

　　f為逆變頻率;

　　Ke為鐵心截麵的有效係數;

　　Kc為鐵心的窗口利用係數;

　　Bm為最大磁通量。

變壓器原邊的開關管S1和S2各采用IRF32055隻zhi並bing聯lian，之zhi所suo以yi並bing聯lian，主zhu要yao是shi因yin為wei在zai逆ni變bian電dian源yuan接jie入ru負fu載zai時shi，變bian壓ya器qi原yuan邊bian的de電dian流liu相xiang對dui較jiao大da
，並bing聯lian可ke以yi分fen流liu，可ke有you效xiao地di減jian少shao開kai關guan管guan的de功gong耗hao，不bu至zhi於yu造zao成cheng損sun壞huai。
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PWM 控製電路芯片SG3524
，是一種電壓型開關電源集成控製器,具有輸出限流,開關頻率可調,誤差放大,脈寬調製比較器和關斷電路,其產生PWM方波所需的外圍線路很簡單。當腳11與腳14並聯使用時,輸出脈衝的占空比為0～95%,脈衝頻率等於振蕩器頻率的1/2。當腳10(關斷端)加高電平時,可實現對輸出脈衝的封鎖,與外電路適當連接,則可以實現欠壓、過流保護功能。利用SG3524內部自帶的運算放大器調節其輸出的驅動波形的占空比D，使 D>50%，然後經過CD4011反向後，得到對管的驅動波形的D<50%
，這樣可以保證兩組開關管驅動時
，有共同的死區時間。

3 DC/AC變換

如圖3所示，DC/AC變換采用單相輸出
，全橋逆變形式
，為減小逆變電源的體積，降低成本
，輸出使用工頻LC濾波。由4個IRF740構成橋式逆變電路，IRF740最高耐壓400V


，電流10A，功耗125W
，利用半橋驅動器IR2110提供驅動信號，其輸入波形由SG3524提供，同理可調節該 SG3524的輸出驅動波形的D<50%，保證逆變的驅動方波有共同的死區時間。

IR2110是IR公司生產的大功率MOSFET和IGBT專用驅動集成電路，可以實現對MOSFET和IGBT的最優驅動，同時還具有快速完整的保護功能，因而它可以提高控製係統的可靠性，減少電路的複雜程度。

IR2110 的內部結構和工作原理框圖如圖4所示。圖中HIN和LIN為逆變橋中同一橋臂上下兩個功率MOS的驅動脈衝信號輸入端。SD為保護信號輸入端，當該腳接高電平時，IR2110的輸出信號全被封鎖
，其對應的輸出端恒為低電平;而當該腳接低電平時，IR2110的輸出信號跟隨HIN和LIN而變化，在實際電路裏，該端接用戶的保護電路的輸出。HO和LO是兩路驅動信號輸出端
，驅動同一橋臂的 MOSFET。

IR2110的自舉電容選擇不好，容易造成芯片損壞或不能正常工作。VB和VS之間的電容為自舉電容。自舉電容電壓達到8.3V以上，才能夠正常工作，要麼采用小容量電容

，以提高充電電壓，要麼直接在VB和VS之間提供10～20V的隔離電源，本電路采用了1μF的自舉電容。

為了減少輸出諧波，逆變器DC/AC部分一般都采用雙極性調製，即逆變橋的對管是高頻互補開通和關斷的。

4 保護電路設計及調試過程中的一些問題

保護電路分為欠壓保護和過流保護。

欠壓保護電路如圖5所示
，它監測蓄電池的電壓狀況
，如果蓄電池電壓低於預設的10.8V，保護電路開始工作，使控製器SG3524的腳10關斷端輸出高電平，停止驅動信號輸出。

圖5中運算放大器的正向輸入端的電壓由R1和R3分壓得到，而反向輸入端的電壓由穩壓管箝位在+7.5V

，當蓄電池的電壓下降超過預定值後，運算放大器開始工作，輸出跳轉為負，LED燈亮

，同時三級管V截止，向SG3524的SD端輸出高電平，封鎖IR2110的輸出驅動信號。
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過流保護電路如圖6所示，它監測輸出電流狀況
，預設為1.5A。方波逆變器的輸出電流經過采樣進入運算放大器的反向輸入端
，當輸出電流大於1.5A後
，運算放大器的輸出端跳轉為負
，經過 CD4011組成的R-S觸發器後，使三級管V1基級的信號為低電平，三級管截止

，向IR2011的SD1端輸出高電平，達到保護的目的。

調試過程遇到的一個較為重要的問題是關於IR2110的自舉電容的選擇。IR2110的上管驅動是采用外部自舉電容上電，這就使得驅動電源的路數大大減少，但同時也對VB和VC之間的自舉電容的選擇也有一定的要求。經過試驗後
，最終采用1μF的電解電容，可以有效地滿足自舉電壓的要求。

5 試驗結果及輸出波形

DC/DC變換輸出電壓穩定在320V
，控製開關管的半橋驅動器IR2110開關頻率為50Hz，實驗的電路波形如圖7～圖14所示。

6 結語

在逆變電源的發展方向上
，輕量
、小型、高效是其所追求的目標。本文所介紹的逆變電源電路主要采用集成化芯片,使得電路結構簡單、性能穩定、成本較低。因此,這種電路是一種控製簡單
、可靠性較高、性能較好的電路。整個逆變電源也因此具有較高的性價比和市場競爭力。