汽油发电机逆变器的研究与设计

摘 要：本文具体设计了系统的硬件电路，主电路设计包括整流电路的设计，逆变H桥电路的设计，输出滤波电路的设计。控制电路设计包括控制芯片的选择，输出电流采样电路设计，输出电压采集电路的设计，IGBT驱动电路的设计，控制环路的设计等，并制作了印刷电路板。在软件设计过程中，用MFC设计了一个逆变器监控软件，该软件能通过串口与逆变主控芯片通讯，能获取并显示逆变器的工作状态，设置逆变器的输出参数。

关键词：汽油发电机；逆变器；IGBT驱动

中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0046-01

1 逆变器的发展技术概况

汽油发电机逆变器作为逆变电源的一种，其发展与逆变电源相同。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，逆变器的发展和电力电子器件的发展是相辅相成的。最开始的逆变器是应用晶闸管（SCR）作为逆变器的开关元件，称为可控硅逆变电源。因为晶闸管没有自关断能力，所以必须使用换流电路的方式来关断闸管，这种方式限制了逆变器的进一步发展。随着电力电子技术的发展，有自关断能力的电力电子器件脱颖而出，后来出现了电力晶体管（GTR），可关断晶闸管（GTO）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅极型晶体管（IGBT）等等。

2 逆变器整体设计方案初步分析

汽油发电机常被作为移动式的独立电源來使用，主要由汽油机、同步交流发电机和控制器组成。本设计中用的电源是汽油机发出的三相交流电整流后经过降压环节（降压变换器）得到的350V左右的直流电，通过逆变环节和LC滤波器变换成220V/50Hz的交流电供负载使用。进过初步分析汽油发电机逆变器的主电路包括[1]：

（1）电源电路：用于产生电压稳定的直流电源，给其他电路供电。（2）控制电路：用于产生SPWM信号、处理反馈信号并发送逆变器的状态信息。（3）驱动电路：用于将逻辑电压的SPWM信号转换为控制开关器件通断的驱动电压。（4）反馈信号处理电路：用于处理逆变器的电压、电流、频率等反馈信号。（5）显示电路：用于逆变器的电压、电流、频率等信息的输出。（6）滤波电路：用于将逆变器产生的高频率的SPWM波变为可供负载使用的正弦交流电。

3 硬件电路设计

3.1 逆变主电路设计

汽油发电机输出的三相交流电经三相整流桥整流为直流电，把直流母线电压引入后先用一个大电容滤波，消除直流侧电压的脉动，再加至由MOSFET构成的H桥式逆变电路，该直流高压经逆变电路逆变为脉宽按正弦波规律变化的高频脉冲波，再由输出滤波器滤掉高频谐波，得到正弦波提供给负载。SPWM脉冲波由主控制电路产生并根据输出反馈电压和反馈电流来改变脉冲波的宽度，从而保证输出电压的稳定。

3.2 控制电路设计

EG8010芯片的工作模式分为单极性调制方式和双极性调制方式，在全桥逆变电路中，单极性制时仅两个桥臂（受EG8010引脚SPWMOUT3，SPWMOUT4控制）做SPWM调制输出，另两个桥臂（受EG8010引脚SPWMOUT1，SPWMOUT2控制）做基波输出，应用时滤波电感需要接在SPWM调制桥臂输出端，电压取样反馈电路同样需要接在SPWM调制桥臂电感的输出端。双极性调制时左右桥臂同时做SPWM调制输出，应用时使用两路电感滤波特性将会更好，电压取样反馈电路需要两路分压网络做差分反馈处理[2]。单极性调制模式时，EG8010芯片的电压反馈处理是通过引脚（13）VFB测量逆变器输出的交流电压，FRQADJ/VFB2引脚（引脚16）仅为调频模式下的调节频率功能，电压采样反馈部分，测量反馈的峰值电压和内部基准正弦波峰值电压3V进行误差计算，对输出电压值作出相应调整，当输出电压升高时，该引脚电压也随之升高，经内部电路误差值计算后调整幅度因子乘法器系数，实现降低输出电压达到稳压过程，反之，当该引脚的电压减低时，芯片会作出升高输出电压的反应。

3.3 驱动电路设计

驱动电路逻辑输入部分VCC使用5V电源，功率管门极驱动电源使用12V，自举电容C5、C10选择10uF的电解电容，滤波电容C6、C11也选用10uF的电解电容。D3和D4选用1N4148高速二极管。SPWM2H、SPWM2L、SPWM1H、SPWM1L来自EG8010芯片的输出。封锁信号SD接到了过流保护的输出端，当主电路发生过流情况时，SD变为高电平，输入信号被封锁，及时保护主电路。VS1、VS2分别接到全桥逆变的左右两个桥臂的中点。2HO和1HO联接到上桥臂的栅极，2LO和1LO联接到下桥臂的栅极。

3.4 印制电路板设计

印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，英文简称PCB或PWB，它以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等），用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。印制电路板是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体。

参考文献

[1]熊信银.发电机及电气系统[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]王红凌，黄克菲，戎象馨.通用小型汽油机60年回眸[J].小型内燃机与摩托车，2008，（5）：82-87.

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