纯正弦波逆变器电路图大全 数字式/自举电容/光耦隔离反馈电路图详解

纯正弦波逆变器电路图(1)基于高性能全数字正弦波逆变器的设计方案。逆变器的硬件结构如图2所示。包括DC推挽升压电路、正弦逆变电路、输出滤波电路、驱动电路、采样电路、主控制器和点阵液晶。其中，DC升压部分将输入电压提升至输出正弦交流电峰值以上的母线DC电压，正弦逆变部分通过输出滤波电路将母线DC电压逆变得到正弦交流电，采样电路对母线电压、母线电流、输出电压、输出电流和输入电压进行采样，实现短路保护、过压保护、过流保护、闭环稳压等功能。驱动电路的作用是匹配和放大驱动信号的逻辑电平，以满足驱动功率管的要求。控制电路的功能是产生驱动信号，处理采样信号，实现复杂的系统功能。液晶显示器的功能是显示系统的工作信息，如输出电压、电流和保护信息。

图2

1)主控制器

主控制器为STM32F103VE增强型单片机，STM32系列单片机是意法半导体公司专门为嵌入式应用设计的高性能、低成本、低功耗的产品。这种单片机采用哈佛结构，使处理器能够同时访问地址和读写数据。处理器的性能高达1.25 MIPS/MHz。支持单周期硬件乘除，最高时钟频率72 M，可达到512 kB片内Flash和64 kB片内RAM。同时，它具有多达30个PWM通道、三个12位精密ADC和许多其他适合逆变器和电机驱动的外设。在本系统中，用于产生PWM和SPWM驱动信号，并对采样信号进行处理，完成稳压反馈和保护功能，驱动点阵液晶显示系统信息。考虑到功率管和驱动芯片的实际速度，升压PWM波的频率为20 kHz，逆变SPWM波的频率为18 kHz。根据调制方式的不同，SPWM驱动信号可分为双极性、单极性和单极性倍频。由于双极性调制的失真较小，本设计中SPWM采用双极性驱动方式。

2)点阵液晶

选用LPH7366点阵液晶，具有超低功耗的特点。用于显示系统当前的工作状态，如输出电压、输出电流、输入电压等信息。同时表明系统是否受到保护，处于何种保护状态。

3)辅助电源

它为系统的不同部分提供不同的电压和功率要求。DC输入电压经LM2596-5 V降低到5.0 V后，一部分给采样电路供电，另一部分经LDO稳压器LM117调节到3.3v——3.3v给处理器和点阵液晶显示。同时从推挽变压器的辅助绕组获得约20 V的电压，经LM2596-ADJ整流滤波稳压至15 V供驱动电路使用。

4)驱动电路

选用东芝半导体公司生产的高速光耦隔离IGBT/MOSFET驱动芯片TLP250。TLP250具有隔离电压高、驱动能力强、开关速度快的特点。驱动电路的原理图如图3所示。

图3驱动电路原理图

在推挽升压驱动(U1，U2)中，TLP250负责驱动信号幅度和电流的匹配，而对于全桥逆变驱动(U3，U4，U5，U6)，不仅要考虑驱动电平和驱动能力，还要考虑上下管驱动信号的隔离。为了简化设计，全桥逆变器的上管驱动器(U3，U5)采用自举电源，减少了隔离电源的数量。

对于逆变桥的驱动电路，为了避免上下管直通，设计时要考虑死区。STM32单片机的PWM模块具有死区功能，本设计采用软件死区法。这样做的另一个优点是，最佳空载时间参数

输出电压采样用于反馈稳压，输出电流采样用于过载保护，母线电流采样用于短路保护，母线电压采样用于限制母线电压虚高，输入电压采样用于输入过压/欠压保护。采样中使用了电流互感器和电压互感器，大大降低了系统干扰，提高了系统的可靠性。采样电路的原理图如图4所示。

图4采样电路原理图

为了对输出电流进行采样，本设计中使用了5 A/5 mA电流互感器。由于电流互感器的输出是毫伏交流信号，必须将其整流成DC信号并放大，才能被单片机内部的AD模块采集。但是普通的二极管整流电路对于毫伏电压是无效的。因此，这里使用由运算放大器(U11，LM3 58)组成的小电压整流电路。实际测试表明，该电路有效地解决了毫伏级信号的采样问题。

纯正弦波逆变器电路图(二)下图是前一级的电路图。该电路采用光耦隔离反馈，工作在准闭环模式。轻载或空载时，由于变压器的漏电感，输出可能会过压，容易磨损后级和电容。此时，占空比减小，输出减小。当负载增加时，电路逐渐进入开环模式，以保证足够的电压和功率输出。

纯正弦波逆变器电路图(三)下图为后期电路图。

这种电路的优点：1 .该电路非常简单，可能是世界上最简单的离散SPWM电路

2.宽电压单电源(10V-30V)

3.输出的最大占空比很高，在仿真中接近100%。这样会导致母线电压利用率高，340V的母线电压足以产生230V正弦交流工频。

4.隔离输出，减少外围电路的干扰。

如图所示，LM7809将电池电压降至稳定的9V，使电路能够在宽电源下工作(10V-30V)。左上角红圈的2N5551、2N5401等元器件组成虚拟双电源，将正9V变成负4.5V双电源。

NE555及其外围器件构成了一个频率约为20KHz的高线性度三角波振荡器。如图所示，在NE555的管脚2和6可以获得在3V和6V之间移动的三角波。

IC1是由LM324、IC1A及其外围元件组成的50Hz工频正弦振荡器，产生幅度为4.5V的正弦波(针对产生的虚地)。一个环形电位器将这个正弦波的幅度划分为3.5V，IC1B、IC1C及其外围元件组成精密整流电路，将正弦波变成幅度为3V的馒头波。这个汕头浪还得和NE555的三角浪比。虽然三角波和汕头波的振幅同向都是3V，但是这个汕头波的最低电位比三角波高1.5V。所以IC1D和它的外围元件组成一个减法电路，把整体汕头波降低1.5V，这样三角波和汕头波就可以比较了。LM393B执行比较工作以产生同相位的SPWM波。由该波和LM393A组成的正弦波-方波转换器输出的同步方波送到CD4081等组成的编码电路。用于编码，并产生最终驱动功率管的SPWM信号。两个20K电阻和47P电容用于在高频臂中产生死区。SPWM1和SPWM2用于驱动高频臂，50HZ1和50HZ2用于驱动工频臂。

这种电路设计的巧妙之处之一是虚地和实地之间的转换。在LM393A之前，电路工作在虚地，但在LM393之后，电路变成了实地。因为4.5V AC(对虚地)是对地的9V脉冲，所以LM393B的外围电路原理也差不多。

纯正弦波逆变器电路图(四)下图为全硬件纯正弦波逆变器的H桥电路图。

下臂的IRFP460由光耦直接驱动，上臂的IRFP460由自举电容光耦驱动。工作原理简述：下臂打开时，th的中点