作者：www.nenghua.com.cn 发布日期：2014-12-24 22:22 信息来源：http://www.lp1995.com
结论
本文的变频电源主要采用交一直一交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频电源的电路由主电路和控制电路组成，主电路由整流滤波电路、逆变电路和输出滤波电路组成，控制电路主要产生PWM来控制IGBT。
本文针对变频电源主要完成了以下工作：
(2) 阐述了逆变电源原理和PWM控制理论，其中主要说明了IGBT特性，电压型逆变电路，还有SPWM波形生产方法；
(3) 单相正弦波变频电源的参数计算，实际电路的搭建和控制系统软件的编写，调试，形成了一个系统。
虽然已经能输出正弦波但是由于本人能力有限，系统在频率变化方面还有缺陷。
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电源经过整流后，输出直流电压，此时通过直流回路的平均电流最大值 为
A
式中 为电源的输入功率 = =75V
为电源效率最差时候的值 =80%
为电源电压最低时整流输出的直流电压的平均值
=1.35 220 （1-10%）=267.3V
计算单相全波整流电路滤波电容的经验公式是
C=400～600
所以C=168 F
经上述计算本系统选470 F/450V电容，能满足设计要求。
4.2.2IGBT的主电路
通常情况下，功率开关器件参数的选择应考虑以下几个方而的因素。
(1) 功率开关器件额定值(额定电压和额定电流)的选择
根据功率开关器件生产厂家提供的资料，正确选用IGBT有两个关键的因素:一是功率开关器件关断时，在任何被要求的过载条件下，集电极峰值电流必须处于关安全工作区的规定之内(即小于两倍的额定电流)；二是IGBT工作时的内部结点温度必须始终保持在150℃以下。在任何情况下，包括负载过载时，都必须如此。
(2) 功率开关器件工作安全区（SOA）选择
设计中很重要的一点是防止IGBT因过电压或过电流而引起的损坏或工作的不稳定。例如，用于电机控制和作为变压器负载的变频器或斩波器，IGBT有规范其开通过程和通态工作点额定值的正向偏置安全工作区( FBSUA)，规范其关断过程和断态工作点额定值的反向偏置安全工作区(RBSUA)和规范其短路容量的短路安全工作区(SCSOS)。
(3) 各种降额因素的考虑
由于功率开关器件的实际工作条件同手册中给出的指标的测试条件是不同的，因此，实际使用中功率开关器件能达到的指标同手册中给出的指标相比都会有差别，实际使用中这些指标都会下降。引起器件降额的最主要因素是温度，而降额最明显的指标是功率开关器件的电流容量。由于半导体在较高的温度条件下会变成导体从而失去电压阻断能力，因此，功率开关器件工作中管芯的温度—结温不能超过允许值，这一上限同管芯材料和工艺有关。功率开关器件使用手册给出的电流容量通常是在壳温为 ，结温为上限的条件下测得的数据，而实际使用时壳温往往要高得多，结温又必须与上限值保持一定的裕量，因此，允许的结一壳温差要小得多，从而使器件实际允许的耗散功率大打折扣。由于耗散功率同流过器件的电流密切相关，因此器件实际允许的电流容量也就下降了 。
在实际的设计中，应该计算出功率开关器件工作时的电压和电流峰值，并根据安全工作区(SOA)来初步选择器件的电压和电流容量，然后根据估算的器件发热功率和最高环境温度估计器件工作时的壳温，再根据壳温来决定降额量。由于降额，可能需要将最初选定的器件容量放大，才能最终决定器件的参数。考虑到工作时的电压、电流的冲击，器件的参数选择应留有充足的裕量。
额定电压的选择：交流侧输入电压最大值为242V，工频隔离变压器的变化为220:60；故整流前交流电压的有效值
V=66V
经整流后，输出直流母线上的最大电压为此电压的 倍，约为93V，若所选的逆变器的耐压值为直流母线最大电压的2倍，则所选的IGBT的额定电压值为200V。
额定电流的选择：输出额定电流为3A，考虑到150%过负载耐量以及220%的过流保护，I=3 =10A。
主电路选择模块IM14400完全能满足要求，现在主要介绍下模块IM14400。
IM14400是集成驱动器和系统保护职能的高性能集成模块。有如下特点：
①较低的开关损耗和较高的短路抵御能力；
②欠压锁定保护；
③较低的热电阻。
模块IM14400引脚分布如图4-4所示。
图4-4 IM14400的引脚分布图
引脚说明：
引脚1 HIN1： 高边U相信号输入端
引脚2 ： 供电电压端驱动IC
引脚3 ： 高边U相偏置电压
引脚4 ： 高边U相
引脚5 HIN2： 高边V相信号输入端
引脚6 ： 供电电压端驱动IC
引脚7 ： 高边V相偏置电压
引脚8 ： 高边V相
引脚9 HIN3： 高边W相信号输入端
引脚10 ： 供电电压终端驱动IC
引脚11 GND： 接地
图4-5 IM14400内部框图
引脚12 ： 高边W相偏置电压
引脚13 ： 高边W相
引脚14 ： 供电电压终端驱动IC
引脚15 GND： 接地
引脚16 CIN： 比较输入
引脚17 CFO： 电容器故障输出持续时间
引脚18 FO： 故障输出端
引脚19 LIN1： 低边信号输入端U相
引脚20 LIN2：低边信号输入端V相
引脚21 LIN3： 低边信号输入端W相
引脚22 P： 直流母线输入端正极
引脚23 U： U相输出
引脚24 V： V相输出
引脚25 W： W相输出
引脚26 N： 直流母线输入端负极
应注意的问题：
①芯片内部的最高结温是 ，但是，为了安全运行，它的平均温度要小于 ；
②如果输出不难能满足1.8ms， 需要调整；
③输出脉宽必须大于1sec；
④最高可焊接温度260/10s。
内部框图如图4-5。
4.2.3输出滤波环节
输出滤波器主要是用来滤除输出电压中的谐波成份，使得输出电压满足给定的谐波指标。滤波器的选择标准是保证有合理的噪声抑制能力、输出阻抗和合适的逆变电流应力。滤波器设计的基本要求如下：
(1) 在满足输出电压波形失真度要求的前提下，尽量提高滤波器的谐振频率，以减小其体积和重量;
(2) 滤波电路应具有较低的输出阻抗，以减小负载变化时对滤波器滤波效果的影响;
(3) 尽量低的损耗 。
当逆变器的输出不加滤波电路时，其输出波形只是SPWM调制波，其中既包含了20Hz基波，又包含了高于20Hz的谐波。为了削弱高次谐波，就需要设置输出滤波器。
滤波器是一种具有选择性的四端网络，它允许某些频率信号通过，而不允许另一些频率信号通过。允许通过的信号频率范围称为通带，不允许通过的信号频率范围称为阻带，通带与阻带交界的频率 称为截止频率。
根据滤波器的阻带与通带的位置，滤波器可分为：低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器。根据滤波器的结构又可分为： 型滤波器， 型滤波器和 型滤波器。
在逆变电源的输出滤波电路中，通常采用 型低通滤波器，其电路如图4-6所示。
图4-6 低通滤波器等效电路图
= =2 , ：随频率升高而升高； =1/ =1/（2 ）。 随频率升高而降低。
=1/（ ）所对应的频率为截止频率 ， 与L、C关系如下：
=1/（ ）， =1/LC =1/
由于 具有阻抗平方量纲，故常数K也可用滤波器的另一重要参数R表示，即
=K=
R=
= = =R
= / = / =R/
当 =0时， = = 故R是频率为零时的特征阻抗，即标称特征阻抗。
型滤波器的导通条件为-1 0，即-1 0，故可得
0 R
