变频电源设计：整流、驱动、逆变、滤波模块详述

变频电源自从问世以来在世界各国都倍受关注。它可以根据客户的不同要求通过交直交的变换技术，将给定的交流电转换成频率和电压在一定范围内可调的交流电，而且其谐波含量很少。因此，它的开发与应用发展前景十分诱人。

功率器件的性能指标决定变频电源的发展。20世纪60 年代，GTO 的问世实现了门极可关断功能。70 年代中期，功率金属氧化物场效应管和高功率晶体管的问世，实现了场控功能，至此打开了高频的大门。到80年代，一种兼具MOSFET和GTR 二者优点的IGBT电力器件出现，其栅极采用电压控制，驱动功率小;工作频率高，开关损耗小;没有二次击穿，是目前功率电力电子装置中的主流器件。当代，随着不断革新的功率器件的出现，美日欧等大规模集成脉宽调制电路、零电压、零电流变换的拓扑电路和DSP、ARM 等智能处理器的广泛应用，使得电源逐渐朝着小型化、集成化、智能化方向发展。国内变频电源产业发展虽只有十几到二十年的历史，但业绩甚佳，也在开关频率方面达到了前所未有的地步，一定程度上降低了原材料的消耗，使装置小型化，加快了系统的动态响应速度，提高了电源的效率。

本文搭建了一个基于DSP的变频电源的实验装置，下面将详细介绍变频电源整流、驱动、逆变和滤波等各个模块的原理图设计。

1 硬件电路设计

变频电源结构框图如图1 所示。本文中变频电源输入频率为市电频率50 Hz，输出频率为60 Hz。由图1可以看出，整个变频电源的硬件部分由整流模块、逆变模块、隔离驱动模块和滤波模块组成。

图1 变频电源结构框图

1.1 整流模块设计

常用的三相桥式整流电路大致可以分为三种：不控整流、全控整流、半控整流。它们的电路结构均是一样的，如图2所示，只是所使用的整流元器件不同。三相桥式不控整流电路的整流器件是普通的电力二极管，是不可控的器件。当它承受正向电压时会立即自然导通，承受反向电压时会立即阻断，电路设计简单，功耗较小。其输出电压的平均值可以表示为：

式中U2 为交流侧相电压的有效值。