单相逆变器的仿真

轻松自制3.5KW逆变器：详解电路原理

掌握大功率逆变器的自制秘诀：3.5KW逆变器设计详解

湖南科技大学的一支团队携手共创，以1200元的成本打造了一款开源的3.5KW DC-AC逆变器，它实现了24-72V的宽输入范围，稳定输出220V AC，轻巧便携，同时拥有多重保护措施，最大功率可达3500W。这款逆变器的设计巧妙地结合了LLC+BOOST升压技术，确保在各种电压输入下都能保持高效工作。

电路核心技术揭秘

利用MATLAB的仿真工具，逆变器的电路结构精妙绝伦，包括一个340A、2KW的LLC升压变压器，以及同步BOOST升压电路，将100V的电压升至340V，由EG8010逆变方案驱动。在设计过程中，安全性和元器件耐压性是至关重要的考量因素。

为了辅助供电，系统配备了一个12V电源和快充控制器，确保稳定运行。20V电阻需严格控制在安全范围内，避免过载。而80-200V的降压模块需在第一级电路稳定后启动，推荐使用IP2726（100W），尤其在集成65W氮化镓电源时，DFN封装需谨慎焊接，防止虚焊现象。

保护设计与安装注意事项

防反接设计中，M3焊盘的负极连接NMOS，正极导通，反向则截止。EG8010逆变小板焊接在PCB上，可连接屏幕显示，双层PCB结构巧妙地隔离了高压与低压区域，为散热留出空间。安装时务必确保PCB与底壳之间有足够的间隙，以避免短路风险。

源文件链接在这里获取，金属外壳采用公模设计，确保了工业级的可靠性和一致性。

项目背后的故事是20个MOS管炸毁的教训，提醒我们务必检查虚焊和短路问题。调试时，先试第一级和第三级电路，仔细检查波形，确保每一环节都达到预期效果。

开源授权与机遇

这款原创项目遵循CC BY-SA 4.0许可，非商业使用，但请务必注明原作者。这是一个参与星火计划外包赛道的好机会，完成项目有机会获得8000元奖金，但务必通过资质审核。如果你对开源项目感兴趣，不要忘了点赞关注，未来将有更多精彩内容与你分享。

单相锁相环（一）基于二阶广义积分器的单相锁相环（SOGI-PLL）的matlab/simulink仿真

SOGI-PLL在单相并网逆变器和单相整流器应用中，提供准确快速的电网电压锁相功能，以获取频率、相位、幅值等信息。常规软件锁相技术采用dq旋转坐标变换，但实际单相系统缺乏三维坐标系，故Clark变换不适用。SOGI-PLL采用二阶广义积分器，产生90°相位差信号，不受频率影响，具有滤波特性，对高次谐波有衰减作用，简化了实现过程。SOGI电路的传递函数在无阻尼自然频率下表现为无限大增益的积分器。该电路在k=1.41时的频率响应表明，当输入信号频率为ω0时，输出信号d和q与输入信号f同相，而q滞后90°，且随谐波次数增加，系统对谐波衰减效果越显著。二阶广义积分器的离散化采用双线性变换法，确保输出信号正交，避免纹波出现。结合SRF-PLL，SOGI-PLL实现闭环控制，通过二阶广义积分器产生正交信号，经过Park变换得到vd和vq，送入PI调节器以输出瞬时角频率，进而积分得到相位值。Matlab/Simulink中的SOGI-PLL仿真模型验证了其在三相相电压有效值220V、频率50Hz条件下的性能。通过综合分析推荐论文和本篇文章，学习SOGI-PLL原理和应用的电力电子工程师能够迅速掌握相关技术。

heric逆变器开环仿真

heric逆变器，全称为Highly Efficient Reliable Inverter Concept，是一种高效率可靠的逆变器，它在全桥电路基础上引入续流回路，以达到较好的消去共模电流效果。heric逆变器采用单极性PWM调制，具有四种工作模式。

工作模式如下：

模式1：电网电压大于零的半周期，此时S1、S4和S6导通，电流回路为直流输入电源 Ubus正端→S1→L1→电网 Ugrid→S4→直流输入电源 Ubus负端。

模式2：电网电压大于零的续流阶段，S1和S4关断，S6和D1导通续流，电流 减小，经过的回路为: S6 →D1→L1→电网 Ugrid→S6。

模式3：电网电压小于零的半周期，S2、S3和S5导通，电流 增加且流经回路为直流输入电源 Ubus正端→S2→电网 Ugrid→L1→S3→直流输 入电源 Ubus负端。

模式4：S2 和 S3 关断时，为维持电流的连续，S6 的反并联二极管 D2 导通续流，电流减小并且流经回路 S5→D2→电网 Ugrid→L1→ S5。

heric逆变器在Simulink中进行仿真，主要关注管子控制波形和仿真结果。在Simulink仿真中需注意以下几点：

（1）所有管子的调制信号需要使用同一个，以保证S1、S4和S6，S2、S3和S5的相位一致；

（2）管子S1、S2、S3、S4采用高频控制，而S5、S6采用低频控制，即电网频率控制即可；

（3）S1、S4、S6同时导通；S2、S3、S5同时导通。

参考文献提供heric逆变器相关研究与设计的具体内容，对于理解heric逆变器的驱动电路设计具有重要指导作用。

实时仿真丨链式SVG系统的实时仿真应用

电力系统中，无功补偿装置经历了从早期的电容器和同步调相机，到静止无功补偿装置SVC，再到现在的静止无功发生器SVG的发展。SVG，也称为STATCOM，是一种基于大功率逆变器的动态补偿装置。它以大功率三相电压型逆变器为核心，通过连接电抗器接入系统，与系统侧电压保持同频、同相。通过调节输出电压与系统电压的关系来确定输出功率的性质，当幅值小于系统侧电压幅值时输出容性无功，大于时输出感性无功。

多电平技术在高压大功率应用中成为代表性解决方案，受到越来越多的关注。多电平技术具有功率容量大、开关频率低、谐波少、响应快等优点。其中，链式H桥结构在SVG设备中得到广泛应用。

高压链式SVG通过电抗器直接并联在电网上，通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值控制交流侧电流，实现动态无功补偿、谐波消除以及稳定交流母线电压的目的。链式SVG能够省去笨重的变压器，大大减少成本，并缩小装置的体积。模块化设计也容易实现冗余运行，可以极大地提高装置运行的安全性和减少维修难度。

链式SVG的H桥级联逆变的调试策略的好坏，直接决定了输出电压电流中谐波含量的多少。直流侧电容电压的平衡控制也是确保SVG安全有效运行的关键。因此，建立有效的链式SVG仿真验证平台是进行控制特性研究的有效手段。

链式SVG由基本功率单元直接串联叠加而成，每个单元模块均为H桥型单相逆变器。其优点是直流侧相互独立，不存在电容上的均压问题，不需要钳位二极管或钳位电容，容易实现模块化，因此维护很方便。同时，链式H桥结构控制方法简单，每个功率单元可以独立进行控制。要想获得更多的电平，只需增多H桥的串联个数即可，可以方便地提高输出电压等级和减少谐波含量。

EasyGo技术路线主要基于FPGA进行开关精确建模的方式，在保证1us小步长仿真精度的前提下，尽量做到更多链式SVG单元模块的串联。例如，一个容量为12MVA、10KV的链式SVG系统，交流电网侧为10KV母线，SVG每相由8个H桥模块级联而成，每个H桥承压1300V。主电路拓扑如下所示：

控制上，外环控制电容电压（Id_ref）以及无功功率(Iq_ref)，内环采用电流控制实现电容均压以及相间平衡。计算出调制波设定值后，采用载波移相来生成多路脉冲。（本文主要介绍链式SVG的主电路仿真，控制系统只采用通用简单的控制策略，不作过多研究）。

为了考虑模型实时仿真的可行性，整个系统采用多个步长设置。整个电力电子电路系统的仿真步长为1e-6；而控制系统的控制周期设定为1e-4，也就是10KHz，载波频率设置在2000Hz。可以看到离线仿真结果能较好地跟随电压设定值以及无功设定值。

我们将利用PXIBox来进行整个链式SVG的实时仿真。首先，将模型载入到DeskSim中进行快速分析模型信息（DeskSim自带模型分析功能）。整个系统有135个关键元件，其中共有96个开关器件，需要接收96路脉冲控制指令。

整个系统的主电路部分通过模型的部署，我们将主电路部分放置在其中一块FPGA上进行1.5us的实时仿真，CPU用来做控制算法运行，实时步长1e-4，另外一块FPGA用来做脉冲发生，这样，我们利用PXIBox的多FPGA并行的独特优势，一台PXIBox即可完成HIL+RCP的半实物放着验证，控制系统和电路仿真系统通过物理IO对接起来。架构如下所示。

由于本demo系统中只使用了一块FPGA HIL模块，数字输入通道的数量有限（可以通过扩展多块HIL板卡来完成IO的扩展），而本算法中单个H桥的上下管直接采取的是取反操作。因此，我们可以利用EasyGo FPGAcoder模块，对单个DI进行取反操作，这样，我们只需要使用48路DI即可完成控制指令的接收，在有限的硬件资源下完成超出硬件资源的系统仿真应用。具体模型搭建如下所示：

利用PXIBox，我们完成了以上链式SVG的demo实时运行。具体验证结果如下：

这样，我们将控制系统和电路仿真系统通过物理IO对接起来，利用PXIBox的多FPGA并行的独特优势，使用一台PXIBox就完成了HIL+RCP的半实物放着验证，欢迎感兴趣的工程师们一起沟通交流。

1.1 单相全桥逆变器基础仿真之双极性调制与单极性调制的差异

单相全桥逆变器PWM调制技术主要分为单极性调制与双极性调制，其核心差异在于调制脉冲的极性。单极性调制中，调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态；在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。输出uo的电平取决于ur与uc的关系。双极性调制中，在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，产生的PWM波电平为±Ud，在ur的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平。单极性调制的原理相对复杂，需要通过比较调制波与0的值来决定各开关器件的通断状态，而双极性调制则更为直观，只需要将调制波与载波比较即可产生PWM信号。在仿真搭建上，双极性调制模块的内部结构和参数设置相对简单，而单极性调制则需通过额外的逻辑处理来解决载波正负循环问题。仿真结果显示，在闭环控制条件下，单极性调制下的输出电流谐波含量更低，其性能远超双极性调制方式，同样开关频率下，输出电流的谐波含量显著减少。

盘点6种电路仿真软件，总有一款适合你

在电路设计的世界里，选择合适的仿真软件如同挑选合适的工具，能让你的工作事半功倍。今天，电路仿真专家杨帅锅将带领我们深入探讨六款备受推崇的电源仿真软件，帮你了解它们各自的优缺点，以便找到最适合你的那一款。

1. 六大仿真软件的对比与特性

PSPICE与SABER: 作为模拟领域的代表，它们的精度无人能及，但代价是运行速度极慢，不适合实时仿真。由于PSPICE嵌套于Cadence之中，专业芯片设计者更倾向于使用它。然而，它们无法直接进行环路分析，需要依赖平均模型，上手难度较高。

PSIM: 这款软件兼容连续和离散系统，运行快速，建模能力强，是许多国内工程师的首选。然而，它在开关与环路仿真上的能力有限。

SIMLIPS: 作为SPICE的简化版，它更稳定，收敛速度快，特别适合分析开关器件和系统级仿真。虽然与PSPICE类似，但SIMLIPS的性能更佳，减少了崩溃风险。

SIMULINK与PLECS: 两者操作相似，但PLECS凭借优化的算法和求解器，速度比SIMULINK快约3倍。它们专长于连续和离散系统，尤其是离散建模和代码实现，环路分析采用独特的暴力求解方法。SIMULINK的上手难度相对较低，而PLECS适合有一定基础的用户。

易用性对比: PSPICE和SABER的挑战性较大，SIMULINK和PLECS则稍显友好。PSIM以其简单易学，成为初学者的首选。对于新手，PSIM是快速入门的理想选择，而对深入研究者，SIMULINK或PLECS则提供了更丰富的功能。

2. PLECS搭建逆变器仿真模型实战

让我们通过实际操作，了解如何在PLECS中构建逆变器模型。点击回看，跟随步骤搭建闭环控制的离网逆变器模型，为硬件实现提供理论依据。以下是关键步骤：

搭建功率级模型: 从零开始，选择器件并连接，注意区分电气属性与信号控制的线缆。

PWM方波生成: 设计单极性倍频调制的PWM波形，将其与IGBT桥臂相连，观察波形。

仿真调试: 设置求解器参数，仿真时间和间隔，调整正弦波幅度和频率，观察开环状态下的输出。

闭环设计: 将开环占空比转为闭环输出，手动切换开环与闭环状态，观察负载电流、输出电压等参数。

通过以上介绍，希望你对电路仿真软件有了更深的理解，选择最适合的工具，你的电路设计之路将更加顺畅。当然，电路设计的旅程远不止于此，嵌入式物联网的世界里，持续学习和实践是提升技能的关键。祝你在仿真软件的世界中探索无尽的可能！

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