IGBT驱动的正弦波逆变器设计：关键技术与挑战

电力电子课程设计中的正弦波逆变器是一种关键技术，它主要用于将直流电转换成单相交流电，以满足电力系统变电站和调度所中那些不能长时间停电的设备需求，例如继电保护和综合自动化管理系统的供电。这些设备通常依赖于单相交流供电，而普通UPS由于内置电池容量有限，供电时间受限，而直流操作电源的电池容量较大，这就需要一个可靠的逆变电源来提供稳定的交流电源。 电力电子器件的发展历程中，从最初的晶闸管（SCR）到可关断晶闸管（GTO），再到晶体管（BJT）和现代的绝缘栅晶体管（IGBT），IGBT因其高可靠性、易于驱动、保护措施简便、开关频率高等特性，成为了逆变器设计的理想选择。IGBT的并联和串联都非常方便，但由于大功率应用中负载循环次数有限，其可靠性面临挑战，主要问题包括阴极引线焊点开路、疲劳强度较低以及绝缘材料缺陷。 随着技术的进步，对逆变器输出电压波形质量的需求不断提高。正弦波输出是基本要求，因为它能提供稳定且与电网兼容的电源。理想的逆变器不仅需要静态精度高，还要有良好的动态性能，这意味着控制策略的优化至关重要。传统的SPWM（正弦脉宽调制）技术虽然广泛应用，但存在开关损耗大的问题，尤其当开关频率增加时，损耗更为显著。 本文的研究目标是针对这种问题，通过以TMS320F240数字信号处理器为主控芯片，探索更高效的SPWM调制方式和数字化控制策略，以降低开关损耗，提高逆变电源的效率和性能。设计的正弦波逆变器旨在满足实际应用中的高效率和高质量输出要求，减少损耗，延长设备寿命，并且简化控制流程，提高整体系统的可靠性和稳定性。因此，开发出既能满足性能要求，又具备优良动态静态特性的控制算法，是电力电子领域研究的核心议题之一。