一种离网逆变器的分析与设计

摘要

能源是人类社会生存和发展的重要物质基础。近年来，环境污染问题日益突出，已经成为制约世界经济可持续发展的主要瓶颈，清洁的可再生能源的开发利用受到世界各国高度重视。光伏发电对缓解能源危机和减少环境污染具有重要意义和广阔的应用前景，其中逆变器是整个光伏发电系统的核心，是其不可或缺的组成部分。本文针对光伏逆变器的设计与实现开展研究。
　　 首先，本文在对正弦波逆变器的拓扑结构、工作特性、SPWM逆变技术进行深入分析的基础上，根据产品需求，进行了光伏逆变器整体方案的设计。
　　 其次，在分析具体技术参数要求的基础上，设计了一套基于全桥拓扑结构和AVR单片机的数字控制的1KW光伏逆变器电路。重点介绍前级DC-DC升压电路，后级DC-AC全桥逆变电路的分析与设计，相关元器件的参数设计和选型匹配，以及欠/过压、温度、短路/过载五种保护电路的设计。
　　 再次，对逆变器进行软件设计。给出了系统主程序流程，重点解决了数字化SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation正弦脉冲宽度调制)驱动信号生成技术及其算法等技术难点，完成了系统的数字化控制。
　　 最后，对样机进行了整机测试。通过对测试结果的分析，表明逆变器无论是在空载还是在带载情况下，输出波形良好，输出电压稳定，各项指标均满足设计要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景与意义

1．2 发展现状和发展趋势

1．3 本文主要工作

第二章 逆变基本原理分析

2．1 常用逆变方案原理分析

2．1．1 工频逆变原理分析

2．1．2 高频逆变原理分析

2．2 高频逆变方案分析

2．2．1 DC-DC升压电路分析

2．2．2 DC-AC逆变电路分析

2．3 逆变控制策略

2．3．1 单极性SPWM控制策略分析

2．3．2 双极性SPWM控制策略分析

2．4 本章小结

第三章 光伏逆变器总体设计方案

3．1 光伏逆变器设计要求及分析

3．1．1 逆变器设计指标

3．2 光伏逆变器总体设计

3．2．1 相关电路选取

3．2．2 控制方式选取

3．2．3 光伏逆变器设计框图

3．3 本章小结

第四章 光伏逆变器电路的设计与实现

4．1 前级DC-DC推挽升压电路的设计

4．1．1 DC-DC控制电路的设计

4．1．2 前级DC-DC推挽升压电路主要部分的设计

4．1．3 高频变压器的设计

4．2 后级DC-AC逆变电路的设计

4．2．1 逆变电路开关管的选取

4．2．2 IGBT驱动电路的设计

4．2．3 缓冲吸收电路的设计

4．2．4 滤波电路的设计

4．2．5 电压、电流检测电路的设计

4．3 保护电路的设计

4．3．1 前级保护电路的设计

4．3．2 后级保护电路的设计

4．4 本章小结

第五章 控制软件的设计

5．1 控制系统功能模块划分

5．1．1 控制系统芯片ATmega8简介

5．1．2 控制系统功能划分

5．2 控制系统软件的设计

5．2．1 系统主程序设计

5．2．2 中断服务子程序设计

5．3 本章小结

第六章 样机试验结果及其分析

6．1 DC-DC驱动信号分析

6．2 SPWM驱动信号分析

6．3 输出电压波形分析

6．4 带载测试分析

第七章 总结

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士期间发表的文章