1 整流电路的设计

本设计运用的是三相桥式不可控整流电路。在交-直-交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中， 大都采用不可控整流电路经电容滤波后提供直接电源， 供后级的变换器、逆变器等使用。由于电路中的电力电子器件采用整流二极管， 故也称这类电路为二极管整流电路。其电路图如下所示：

图2 三相桥式不可控整流电路

经计算二极管应选择HFA70NH60额定电压600V， 额定电流70A ( 快恢复型) 。

2 逆变电路的设计

逆变与整流相对应，是将直流电变成交流电。交流侧接电网为有源逆变；交流侧接负载为无源逆变。

本设计逆变电路采用电压型三相桥式逆变电路， 其原理图如图3所示。

图3 电压型三相全桥式逆变器结构图

逆变电路中的开关器件均选用全控型器件--IGBT.IGBT是MOSFET与GTR的复合器件， 因此它具有工作速度快、输入阻抗大、驱动电路简单、控制电路简单、工作频率较高、元件容量大等多项优点。

本设计中所选IGBT管额定电压为600V，额定电流约为20A ， 所以应选取六只600V， 20A的IGBT管。IGBT 管型号为：IRGBC40F额定电压600V，额定电流27A 。

逆变电路中， 6个二极管有限制过电压的作用，对IGBT 管进行保护。由于二极管和IGBT 管的电压和电流几乎相等。所以选取二极管的型号为：HFA 70NH60额定电压600V，额定电流70A( 快恢复型) 。

3 输出滤波电路设计

LC滤波器的一般形式是一个由LC组成的无源网络， 其工作原理是串联的LC电路在基频下呈串联谐振状态。在理想状态下， 对基波不产生压降，对高次谐波则是高阻抗， 抑制高次谐波电流。

经计算， 取电感的电感值为： L2= 0. 48mH取电容的电容值为： C2= 664uF

4 驱动电路的设计

驱动电路是将控制电路产生的PWM信号加以隔离、放大，形成驱动各开关器件开关动作信号的电路。它将逻辑电平的控制电路与可驱动6 个IGBT的高/ 低侧开关电路相连接。由于驱动电路的选取因开关器件的不同而异， 而本课题选用的开关器件是IGBT，它是电压驱动型开关器件， 所以我们选择了美国IR( Internat io nal Rect ifier )公司生产的型号为IR2130的6路快速IGBT驱动芯片。

图4 IR2130的外部电路图

IR2130的外部电路图如图4所示， 图中C25为电源滤波电容， C24为过流检测电容， 其大小直接影响着保护是否灵敏， 选择不当将导致IGBT 冲出安全工作区而损坏。C21 ， C22 ， C23 为逆变器上桥臂产生悬浮电源的自举电容， 它们影响着这三只功率管的正常工作。R27~R30， P2 为过流检测电阻， 只要改变P2的大小， 就可调接电流保护值的大小。R21~R26 为IGBT的栅极电阻。D1~D6 选用快恢复二极管。

5 控制电路设计

控制电路采用集成脉宽调制电路芯片SG3524.SG3524与正弦函数发生芯ICL8038连接来产生SPWM波， 控制全桥逆变电路。

按照SG3524 的工作原理，要得到SPWM 波，必须得到一个正弦波，将它加到SG3524 内部，并与锯齿波比较，就可得到正弦脉宽调制波。

图5 SPWM发生电路

如图5示正弦波电压由函数发生器ICL8038产生。正弦波的频率由R2、R3 和C1来决定， 1. 15/ ( R2+R3 ) C1，为了调试方便，我们将R2、R3都用可调电阻，R1是用来调整正弦波失真度用的。当时f= 50Hz，R2+ R3= 10kΩ ，其中C1= 2. 2uF；正弦PWM 波ue信号产生后，输入到SG3524的1号脚， 正弦波和锯齿波在SG3524内部的比较器进行比较产生SPWM波。

总结

本文主要实现了三相PWM逆变器主电路设计， 包括整流电路、滤波电路、逆变器、驱动电路和控制电路设计，完成了相关器件的选型， 基本实现了AC- DC- AC转换功能。

（御风）