5kW小型逆变电源主体结构设计

5kW小型逆变电源主体结构设计

许成智

西安麦格米特电气有限公司陕西西安710000

摘要：现在人们的生活已经离不开电能源，电能对广大群众的出行已经紧密联系。很多城市和农村用电基本上都是直接从国家电网直接获得，电网局将电直接接入家家户户，但是，还有很多场合不能直接使用电网局的电，不能将电能直接用线连接到用电地点，比如环境恶劣的山区，航海等，对于这些需要用电，但是没有能接入的电网，就要用到电源设备，通过电源将电蓄积起来，等到需要用电的时候再将电能释放出来，尤其现在太阳能发电设备，在国家很多地方越来越普及，使用的用户也越来越多，这样就很容易的解决了条件艰苦的地区和电网无法普及的地方的用电问题。

关键词：5kW小型逆变电源；电源；主体结构设计

引言：

国家近年来提出要用科技来让国家变得强大，要加大科技的投资力度，现在很多企业也在紧跟时代的发展，企业也在转型，大力发展科技，提高自身的技术能力，但是，很多高科技的技术所需要的研发器材，以及需要使用的设备很多的电源需求并不是普通家用电器所需要的，更不是国家电网所能提供的，这就需要企业自己使用逆变电源，将普通供电频率，以及普通供电电压等等参数，企业使用逆变电源调节相关参数，将电源的输出参数调节到用电设备所需要的频率段，这样就解决了自己的用电问题，同时还保证了用电设备的安全稳定工作。

一、逆变电源主体结构设计

逆变电源的变化频率段有低频率和高频率之分，低频逆变电源，发生逆变的变换表达方式是，DC→AC的逆变，也就是将直流电源，通过设计的逆变电路，经过变压器，以及滤波器等一些列缺一不可得设备，经过逆向变压，最终让输出的电压频率，和工作频率互等[1]。这样经过逆变电源，提供的电压就能达到所需要的额定值。想利用低频逆变电源提供逆变效果，可以采用全桥式，工频逆变器，经过合理设计，最终达到预期的效果。

全桥式电路，是由两个两对的功率管组成的，功率管相互连接，组成通路来实现，并且每一对功率管各自导通180度，如果使用双极性，SPWM来驱动，两对桥臂各自导通180度，各自单独驱动每组，信号的脉冲波变化规律是正弦函数规律变化的，也就是SPWM波。经过处理以后，调制后的SPWM波，等幅数值可以通过直流电压，经过逆变处理得到，再经过普通的工频变压器，来提升和做滤波处理，就可以得到需要的频率范围内的交流电压。中国人平均可用的资源十分匮乏，国家在大力提倡环保，节约能源，所以对于研究出高效利用的，逆变器是十分必要的，可以有效地解决通用的交流电，不能提供的电源值，经过逆变设备，可以有效地解决问题，同时还能合理利用资源，达到环保的目的。

高频逆变电源的设计是DC→AC→DC→AC的逆变，相当于是两个低频逆变，把直流电流经过逆变之后变成交流电流，再经过最主要的一步，高频变压器，将交流电压升高，最终将高压的交流电变成直流电输送给DC→AC。高频变压器是为了方便使用，和为外出方便带着而设计的，所以变压器的体积一定要尽量制作的小一些，方便携带，这样不仅可以降低变压器的自身质量，还能节约大量的空间，从设计到使用都在为客户考虑，一定会得到使用者的青睐。逆变电源主体结构图如下图图一所示。

二、优选推挽式和全桥式拓扑结构

根据经验和严格的计算结果，5kW小型逆变电源选用推挽式，和全桥式拓扑结构的设计，其中推挽式结构的原理是，利用开关，交替导通工作，保证输出的电压的波形能够达到对称的效果，同时，驱动电路设计和制作起来很简单，以及对材料的利用率非常高[2]。比如功率管，他的利用率高达90%，简单来说也就是，虽然输入的直流电压很低，但是依旧可以轻松地实现非常高的输出功率。但是任何事情都要分情况而定，再完美的设计都会有缺点和不足的地方，推挽式设计唯一不足之处就是，功率管必须要承担来自工作电压的冲击力，高达2倍，所以说，要想使用推挽式设计，必须要避免这一缺点，可以在输入电压比较低的场合使用，如果输入电压较高，为了拓扑结构能正常工作，能够有效率的工作，就应该尽量避免选用这种设计。

三、合理选择电源设备的参数

首先在选用合适的功率管的时候，一定要根据严格的公式计算出来所需要选择的范围，再根据实际经验，在计算的基础上选择出最佳的公司生产的最合适本次设计的功率管[4]。对于一个电源来说电容是至关重要的，没电的时候它就是一个吸电装置，可以将电能源储存进去，等到需要用电的时候，它就是一个放电设备，可以将提前储存的电能释放出来，给山区人们以及外出航船、企业等等提供急需要的电能，所以说，电容的选择是至关重要的一步，它的好坏决定着电源寿命的长短，和能否持续给有需要的人提供电能，在选择谐振电容时，各项参数一定要根据断电时间，断点电压等因素根据科学经验严格计算，最终得到合适的电容。

高频变压器，同样是很重要的一个环节，变压器决定着能否将低频电压经过逆变，转换成所需要的高频电压，在整个变压设备中的作用不言而喻，如果变压器选择不当，很可能压根就起不了对整个逆变电路逆变的作用，需要的高频电压压根就不会实现，整个电源有可能就没有任何作用。所以在选择逆变电源时，一定要根据实际的使用场合的实际温度，工作时所需要的工作频率，以及工作电压等因素合理考虑，最后根据科学计算，经验公式推算出本设计可以采用EE90型号的磁芯，这种磁芯的相关参数可以根据公式推算出绕磁芯的电阻匝数，这种严格计算出来的参数，一定会对后期的整个电源的可靠使用帮助非常大，能够降低不必要的损耗，提高有效能量的利用率。

在选择输出二级管的时候，由于在设计的5kW小型逆变电源上，允许的最大反压是480V，由于电源开关会本能地引起震荡，电压震荡因素是必须考虑的，不能忽视。所以要思考裕量，根据计算公式可以推出，整流二极管可选用600V的规格的，为了电路能高效工作，二极管的选用，一定要严格，选用正规的型号。逆变电源在很多场合中的使用量越来越大，企业在设计电源的时候一定要严格设计，规范设计部门的设计要求，对各元件的选用上，一定要严格根据国标规定的参数计算，再结合实际经验，选择出最佳的方案，这样，设计出来的电源才能高效，稳定的工作，给偏远山区和航空，航海等行业提供可靠地电源设备，经过逆变电源的变压设备，提高到所需要的输出电压。所以说，一定要加大设计和生产的监管力度，保证厂家生产出优质的逆变电源设备，帮助有需要的人群。

四、结束语

逆变电源有他的优点，还有很多不足的地方，对于现阶段取得的成就，不能妄自菲薄，止步不前，还应该乘胜追击，继续开展科研创新，对不足的地方要加大改进力度，在人力能达到的范围内，一定要力求技术的完美，只有这样，才能给广大群众提供真正方便、高效、快捷、安全的设备，并且，现今，全球都在呼吁环保，节约能源，设计者更应该紧跟时代发展的脚步，顺应潮流，做绿色企业，做良心企业。

参考文献：

[1]刘赣华,李可.5kW小型逆变电源主体结构设计[J].科学技术创新,2019(4):189-190.

[2]王博超.基于LC滤波器的单相SPWM逆变器双环控制设计[J].电工电气,2017(4):21-25.

[3]潘岱,胡钊瑞,胡正龙.基于单片机的SPWM控制逆变器的设计与实现[J].电子制作,2019(13).