汽油發(fā)電機(jī)逆變器的研究與設(shè)計(jì)

周小桔+胡正龍

摘 要：本文具體設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件電路，主電路設(shè)計(jì)包括整流電路的設(shè)計(jì)，逆變H橋電路的設(shè)計(jì)，輸出濾波電路的設(shè)計(jì)?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)包括控制芯片的選擇，輸出電流采樣電路設(shè)計(jì)，輸出電壓采集電路的設(shè)計(jì)，IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，控制環(huán)路的設(shè)計(jì)等，并制作了印刷電路板。在軟件設(shè)計(jì)過程中，用MFC設(shè)計(jì)了一個(gè)逆變器監(jiān)控軟件，該軟件能通過串口與逆變主控芯片通訊，能獲取并顯示逆變器的工作狀態(tài)，設(shè)置逆變器的輸出參數(shù)。

關(guān)鍵詞：汽油發(fā)電機(jī)；逆變器；IGBT驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）09-0046-01

1 逆變器的發(fā)展技術(shù)概況

汽油發(fā)電機(jī)逆變器作為逆變電源的一種，其發(fā)展與逆變電源相同。逆變電源出現(xiàn)于電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的20世紀(jì)60年代，逆變器的發(fā)展和電力電子器件的發(fā)展是相輔相成的。最開始的逆變器是應(yīng)用晶閘管（SCR）作為逆變器的開關(guān)元件，稱為可控硅逆變電源。因?yàn)榫чl管沒有自關(guān)斷能力，所以必須使用換流電路的方式來關(guān)斷閘管，這種方式限制了逆變器的進(jìn)一步發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有自關(guān)斷能力的電力電子器件脫穎而出，后來出現(xiàn)了電力晶體管（GTR），可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵極型晶體管（IGBT）等等。

2 逆變器整體設(shè)計(jì)方案初步分析

汽油發(fā)電機(jī)常被作為移動(dòng)式的獨(dú)立電源來使用，主要由汽油機(jī)、同步交流發(fā)電機(jī)和控制器組成。本設(shè)計(jì)中用的電源是汽油機(jī)發(fā)出的三相交流電整流后經(jīng)過降壓環(huán)節(jié)（降壓變換器）得到的350V左右的直流電，通過逆變環(huán)節(jié)和LC濾波器變換成220V/50Hz的交流電供負(fù)載使用。進(jìn)過初步分析汽油發(fā)電機(jī)逆變器的主電路包括[1]：

（1）電源電路：用于產(chǎn)生電壓穩(wěn)定的直流電源，給其他電路供電。（2）控制電路：用于產(chǎn)生SPWM信號(hào)、處理反饋信號(hào)并發(fā)送逆變器的狀態(tài)信息。（3）驅(qū)動(dòng)電路：用于將邏輯電壓的SPWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制開關(guān)器件通斷的驅(qū)動(dòng)電壓。（4）反饋信號(hào)處理電路：用于處理逆變器的電壓、電流、頻率等反饋信號(hào)。（5）顯示電路：用于逆變器的電壓、電流、頻率等信息的輸出。（6）濾波電路：用于將逆變器產(chǎn)生的高頻率的SPWM波變?yōu)榭晒┴?fù)載使用的正弦交流電。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 逆變主電路設(shè)計(jì)

汽油發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電經(jīng)三相整流橋整流為直流電，把直流母線電壓引入后先用一個(gè)大電容濾波，消除直流側(cè)電壓的脈動(dòng)，再加至由MOSFET構(gòu)成的H橋式逆變電路，該直流高壓經(jīng)逆變電路逆變?yōu)槊}寬按正弦波規(guī)律變化的高頻脈沖波，再由輸出濾波器濾掉高頻諧波，得到正弦波提供給負(fù)載。SPWM脈沖波由主控制電路產(chǎn)生并根據(jù)輸出反饋電壓和反饋電流來改變脈沖波的寬度，從而保證輸出電壓的穩(wěn)定。

3.2 控制電路設(shè)計(jì)

EG8010芯片的工作模式分為單極性調(diào)制方式和雙極性調(diào)制方式，在全橋逆變電路中，單極性制時(shí)僅兩個(gè)橋臂（受EG8010引腳SPWMOUT3，SPWMOUT4控制）做SPWM調(diào)制輸出，另兩個(gè)橋臂（受EG8010引腳SPWMOUT1，SPWMOUT2控制）做基波輸出，應(yīng)用時(shí)濾波電感需要接在SPWM調(diào)制橋臂輸出端，電壓取樣反饋電路同樣需要接在SPWM調(diào)制橋臂電感的輸出端。雙極性調(diào)制時(shí)左右橋臂同時(shí)做SPWM調(diào)制輸出，應(yīng)用時(shí)使用兩路電感濾波特性將會(huì)更好，電壓取樣反饋電路需要兩路分壓網(wǎng)絡(luò)做差分反饋處理[2]。單極性調(diào)制模式時(shí)，EG8010芯片的電壓反饋處理是通過引腳（13）VFB測(cè)量逆變器輸出的交流電壓，F(xiàn)RQADJ/VFB2引腳（引腳16）僅為調(diào)頻模式下的調(diào)節(jié)頻率功能，電壓采樣反饋部分，測(cè)量反饋的峰值電壓和內(nèi)部基準(zhǔn)正弦波峰值電壓3V進(jìn)行誤差計(jì)算，對(duì)輸出電壓值作出相應(yīng)調(diào)整，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，該引腳電壓也隨之升高，經(jīng)內(nèi)部電路誤差值計(jì)算后調(diào)整幅度因子乘法器系數(shù)，實(shí)現(xiàn)降低輸出電壓達(dá)到穩(wěn)壓過程，反之，當(dāng)該引腳的電壓減低時(shí)，芯片會(huì)作出升高輸出電壓的反應(yīng)。

3.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路邏輯輸入部分VCC使用5V電源，功率管門極驅(qū)動(dòng)電源使用12V，自舉電容C5、C10選擇10uF的電解電容，濾波電容C6、C11也選用10uF的電解電容。D3和D4選用1N4148高速二極管。SPWM2H、SPWM2L、SPWM1H、SPWM1L來自EG8010芯片的輸出。封鎖信號(hào)SD接到了過流保護(hù)的輸出端，當(dāng)主電路發(fā)生過流情況時(shí)，SD變?yōu)楦唠娖?，輸入信?hào)被封鎖，及時(shí)保護(hù)主電路。VS1、VS2分別接到全橋逆變的左右兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)。2HO和1HO聯(lián)接到上橋臂的柵極，2LO和1LO聯(lián)接到下橋臂的柵極。

3.4 印制電路板設(shè)計(jì)

印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，簡(jiǎn)稱印制板，英文簡(jiǎn)稱PCB或PWB，它以絕緣板為基材，切成一定尺寸，其上至少附有一個(gè)導(dǎo)電圖形，并布有孔（如元件孔、緊固孔、金屬化孔等），用來代替以往裝置電子元器件的底盤，并實(shí)現(xiàn)電子元器件之間的相互連接。由于這種板是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。印制電路板是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體。

參考文獻(xiàn)

[1]熊信銀.發(fā)電機(jī)及電氣系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[2]王紅凌，黃克菲，戎象馨.通用小型汽油機(jī)60年回眸[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2008，（5）：82-87.