【正文】 (引腳 13)：輸出級偏置電壓接入端。該端可與保護(hù)電路相連，以實現(xiàn)故障保護(hù)。 (引腳 9)： PWM 比較器補償信號輸入端。 (引腳 7)：振蕩器放電端。該端接外部同步脈沖信號可實現(xiàn)與外電路同步。 (引腳 2)：誤差放大器同向輸入端。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。它是美國硅通用公司的第 2 代產(chǎn)品，它是一種性能優(yōu)良功能齊全，通用性強(qiáng)的單片集成 PWM 控制器。 +引腳 (引腳 16)：誤差放大器Ⅱ同向輸入端。 (引腳 12)：電源供電端。該端與外圍電路相配合可以控制輸出脈沖，從而實現(xiàn)電路的保護(hù)功能。 +(引腳 1)：誤差放大器同向輸入端。 微型電流互感器一次繞組電流 I1 與二次繞組 I2 的電流比，叫實際電流比 K。微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器與采樣之間的橋梁作用。 在本次設(shè)計中，變壓器輸出直流電壓： ODU = IDU YN / FN ≥ 2 OAU =311V. （ 41） 因電路有一定的損耗，考慮一定的裕量，故設(shè)定直流輸出電壓 320V， YN 為變壓器原邊繞組匝數(shù)， FN 為升壓變壓器副邊繞組匝數(shù)， IDU 為原邊直流電壓，OAU 為交流電壓輸出有效值 220V。另外，為了防止磁飽和，在單激式開關(guān)電源變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙；而雙激式開關(guān)電源變壓器的鐵芯磁通密度變化范圍相對來說比較大 ，一般不容易出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，因此，一般都不用留氣隙。 開關(guān)電源變壓器和開關(guān)管一起構(gòu)成一個自激 (或他激 )式的間歇震蕩器 ,從而把輸入直流電壓調(diào)制成一個高頻脈沖電壓 . 它 起到能量傳遞和轉(zhuǎn)換作用 .在反激式電路中 , 當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時 ,變壓器把電能轉(zhuǎn)換成磁場能儲存起來 ,當(dāng)開關(guān)管截止時則釋放出來 . 在正激式電路中 ,當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時 ,輸入電壓直接向負(fù)載供給并把能量儲存在儲能電感中 .當(dāng)開關(guān)管截止時 ,再由儲能電感進(jìn)行續(xù)流向負(fù)載傳遞 [9]。在本電路中，其電源可以由 TL494 芯片的基準(zhǔn)電壓輸出端提供。穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，雖然穩(wěn)定度不很高，輸出電流也較小，但卻具有簡單、經(jīng)濟(jì)實用的優(yōu)點，因而應(yīng)用非常廣泛。這種管子的雜質(zhì)濃度比較大，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷密度也大，因而該區(qū)域很窄，容易形成強(qiáng)電場。本設(shè)計采用的是 N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET。它是利用電場效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件。其實現(xiàn)方法簡單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比 較器來確定它們的交點，在交點時刻對開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成 SPWM 波 [8]。該方案實際上就是 SPWM法原理的直接闡釋，用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后 計算 各脈沖的寬度和間隔，并把這些數(shù)據(jù)存于微機(jī)中，通過查表的方式生成PWM 信號控制開關(guān)器件的通斷，以達(dá)到預(yù)期的目的。當(dāng)三角波既在其頂點又在底點時刻對正弦波進(jìn)行采樣時，由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬，在一個載波周期 (此時為采樣周期的兩倍 )內(nèi)的位置一般并不對稱，這種方法稱為非對稱規(guī)則采樣 [7]。其優(yōu)點是所得 SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波與正弦波交點有任意性，脈沖中心在一個周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)式是一個超越方程，計算繁瑣，難以實時控制。 圖 36 雙極性 PWM 控制方式波形 可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采取雙極性調(diào)制，由于對開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。仍然在調(diào)制信號 ru 和載波信號 cu 的交點時刻控制各開關(guān)器件的通斷。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 14 圖 35 單極性 PWM 控制方式波形 和單極性 PWM 控制方式相對應(yīng)的是雙極性控制方式。在 ru 的負(fù)半周， V1 保持?jǐn)鄳B(tài)， V2保持通態(tài)，當(dāng) ru cu 時使 V3 導(dǎo)通， V4 關(guān)斷， 0u = dU ；當(dāng) ru cu 時使 V3 關(guān)斷， V4 導(dǎo)通， 0u =0。 圖 34 單相橋式 PWM 逆變電路 控制 V3 和 V4通斷的方法如圖 35 所示。在負(fù)載電流為正的區(qū)， V1 和 V4 導(dǎo)通時，負(fù)載電壓 0u 等于支流電壓 dU ； V4 關(guān)斷時，負(fù)載電流通過 V1 和 VD3 續(xù)流， 0u =0。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 13 圖 34 是采用 IGBT 作為開關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。 調(diào)制法：即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形。 圖 33 用 PWM 波代替正弦半波 .2 PWM 逆變電路 PWM 逆變電路可以分成電壓型和電流型兩種，但目前的實際應(yīng)用的 PWM 逆變電路幾乎都是電壓型電路，下面我們主要分析電壓型 PWM 逆變電路的控制方法。根據(jù)面積等效原理， PWM 波形和正弦半波是等效的。這些脈沖寬度相等，都等于 ? /N，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。用傅立葉級數(shù)分解后將可看出，各 i(t)在低頻段特性將非常接近，僅 在高頻段有所不同。圖 32 b 給出了不同窄脈沖時i(t)的響應(yīng)波形。當(dāng)窄脈沖變?yōu)?31 d 的單位脈沖函數(shù) ? （ t）時，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過度函數(shù)。沖量即指窄脈沖的面積。因為 SG3525A 內(nèi)部的鋸齒波幅度位于 1V 至 之間，因而產(chǎn)生的正弦波一路經(jīng)相應(yīng)的處理后將其幅值調(diào)整至 1V至 3V 之間，然后輸入以 SG3525A，在芯片內(nèi)部通過與鋸齒波比較產(chǎn)生高頻的正弦波調(diào)寬脈沖。 圖 33 逆變 II 電路原理方框圖 電路工作原理 :在逆變電路 II中 320V/50HZ的高壓交流電經(jīng)過整流橋的整流濾波整流成為 320V 的高壓直流電。該部分電路主要是用一塊 TL494 芯片，通過輸出 50K 的脈沖來控制開關(guān)管的交替導(dǎo)通，進(jìn)而產(chǎn)生 50K 的高頻交流電。過熱保護(hù) 電路是當(dāng)電路工作溫度過高時，啟動保護(hù)使逆變電路 I停止工作。該電路由 12V 直流輸入以及輸入過壓保護(hù)電路、輸入欠壓保護(hù)電路、電源過熱保護(hù)電路、輸出過壓保護(hù)電路、輸出過流保護(hù)電路、逆變電路 I、 320V/50KHz 整流濾波、逆變電路 II、濾波電路等組成。 方案選擇 從上面的三個方案來分析看，方案 2的簡單推挽逆變電路沒有使用脈寬調(diào)制技術(shù)，電路簡單，而且此逆變器輸出為 50Hz 的方波信號，由于波形為方波，可能對電器設(shè)備造成干擾，不能滿足我們設(shè)計所需要的正弦波輸出。 圖 22 簡單推挽逆變電路框圖 方案三：車載 單相準(zhǔn)正弦脈寬調(diào)制逆變電路 圖 23 車載單相準(zhǔn)正弦脈寬調(diào)制逆變電路框圖 本方案是采用了比較典型的逆變電路的 變換方式把直流 12V 電壓變換成 220V的交流電壓，即第一級采用直流 /直流變換，通過脈寬調(diào)制和高頻變壓器把直流低壓升壓變成直流高壓，再通過第二級直流 /交流變換，通過對直流 /交流全橋逆變電路各個橋臂 MOS 管通斷的控制，把高壓直流逆變?yōu)榻涣麟妷?，然后通過濾波電路，濾出我們所需要的 50Hz 的頻率交流電壓，從而完成 12V 直流電壓逆變成220V/50Hz 的交流電壓。 本設(shè)計對逆變電源的要求有： 環(huán)境溫度： 25℃ +40℃ 海拔高度：≦ 3000m 輸入 12VDC 額定輸出電壓： Vo=220VAC 輸出有過壓保護(hù) 額定輸出功率： 200W 輸入有過壓保護(hù)和過熱保護(hù) 總體方案的選取 方案比較 在本逆變電源的設(shè)計中，我們的目的是將車載電瓶的 12V 直流電壓逆變?yōu)榻涣?220V/50Hz 的電壓，通過一段時間對資料的收集和分析，現(xiàn)總結(jié)出如下三種方案，分別介紹如下： 方案一：基于工頻變壓器的逆變電路 本方案設(shè)計的逆變電源是通過脈寬調(diào)制芯片產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號用來驅(qū)動半橋逆變電路，產(chǎn)生低壓交流信號，再經(jīng)過工頻變壓器的升壓，轉(zhuǎn)換為所需要的交流電壓。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 6 2 設(shè)計總體目標(biāo) 設(shè)計要求及系統(tǒng)指標(biāo) 車載逆變器是一種能夠?qū)? DC/12V 直流電轉(zhuǎn)換為和市電相同的 AC/220V 交流電，供一般電器使用，是一種方便的車用電源轉(zhuǎn)換器。 (5)高輸入功率因數(shù)化 對于交流輸入的逆變電源，中間環(huán)節(jié)直流電源一般由二極管整流獲得，其輸入電流成尖脈沖狀，因此，輸入功率因數(shù)不高。但是 ，逆變電源的并聯(lián)運行可以帶來以下幾個方面的好處： 1)可以用來靈活地擴(kuò)大電源系統(tǒng)的容量； 2)可以組成并聯(lián)冗余系統(tǒng)以提高運行的可靠性； 3)具有極高的系統(tǒng)可維修性。雖然現(xiàn)在已經(jīng)能生產(chǎn)幾千千伏安的大型逆變電源，完全可以滿足大功率要求的場合，但是，這樣整個系統(tǒng)的可靠性完全由單臺電源決定，無論如何是不可能達(dá)到很高的。在大容量逆變電源中，由于工頻變壓器引起的 矛盾相對不如小容量 UPS突出，而且大容量的高頻逆變器、整流器和高頻變壓器的制作也分別受到高頻開關(guān)器件的容量和高頻磁性材料的限制。 逆變電源的發(fā)展趨勢 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā) 展和各行各業(yè)對逆變器控制性能要求的提高，逆變電源也得到了深入的發(fā)展，目前，逆變電源的發(fā)展趨勢主要集中在以下幾個方面： (1)高頻化 提高逆變電源的開關(guān)頻率，可以有效地減小裝置的體積和重量，并可消除變壓器和電感的音頻噪聲，同時改善了輸入電壓的動態(tài)響應(yīng)能力。在這 種方法中，不但引入輸出電壓的瞬時值反饋，還引入濾波電容電流或濾波電感電流的瞬時值反饋。和傳統(tǒng) PWM控制方法相比，由于該方法能對 PWM波進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，故系統(tǒng)的快速性、抗擾性、對非線性負(fù)載的適應(yīng)性、輸出電壓的波形品質(zhì)等都比傳統(tǒng) PWM控制方法有所提高。臺灣的鄒應(yīng)嶼和香港大學(xué)的 L． K． Wang等人將離散滑模變結(jié)構(gòu)控制理論應(yīng)用到 UPS逆變器中，獲得了良好的控制效果。因此，重復(fù)控制一般都不單獨使用來完成逆變器的控制，而是與其它控制方式相結(jié)合，共同來提高整個系統(tǒng)的性能。重復(fù)控制是一種基于內(nèi)模原理的控制方法，它將一個基波周期的偏差存儲起來，用于下一個基波周期的控制，經(jīng)過幾個基波周期的重復(fù)可達(dá)到很高的控制精度。無差拍控制的缺點是算法比較復(fù)雜，實現(xiàn)起來不太容易，它對系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性要求較高，對負(fù)載大小的變化及負(fù)載的性質(zhì)變化比較敏感，當(dāng)負(fù)載大小變化及負(fù)載的性質(zhì)變化時不易獲得理想的正弦波輸出。 1985年， Gokhale在 PESC年會上提出將無差拍控制應(yīng)用于逆變器控制。為了克服單一電壓有效值或平均值反饋控制方法的不足，實時反饋控制技術(shù)獲得應(yīng)用，它是近十年來 發(fā)展起來的新型電源控制技術(shù)，目前仍在不斷地完善和發(fā)展之中，實時反饋控制技術(shù)的采用使逆變電源的性能有了質(zhì)的飛躍。由于自關(guān)斷器件的使用，使得開關(guān)頻率得以提高。最初的逆變電源采用晶閘管 (SCR)作為逆變器的開關(guān)器件， 稱為可控硅逆變電源。如所帶的負(fù)載過大，方波電流中包含的三次諧波成分將使流入負(fù)載中的容性電流增大，嚴(yán)重時會損壞負(fù)載的電源濾波電容 [2]， 方波逆變器的制作方法采用簡易的多諧振蕩器，其技術(shù)屬于 50 年代的水平，將逐漸退出市場。雖有較多的缺點，但是其技術(shù)要求低，體積小，電路簡單，價格低。通過它可以在汽車上使用平時我們用市電才能工作的電器，比如電視機(jī)、筆記本電腦、電鉆、醫(yī)療急救儀器、軍用車載設(shè)備等，可應(yīng)用于各個行業(yè)領(lǐng)域。 逆變 電源 技術(shù) 的 發(fā)展 概況 ............................................ 4 逆變電源的發(fā)展趨勢 .................................. 錯誤 !未定義書簽。而且本設(shè)計采用高頻逆變方式，具有噪聲降低、反應(yīng)速度提高以及 電路調(diào)整靈活的優(yōu)點。 本 設(shè)計主要 基于 開關(guān)電源電路技術(shù) 等基礎(chǔ) 知識，采用二次逆變 實現(xiàn)逆變器的設(shè)計 。在日常生活中逆變器的應(yīng)用也很廣泛 ,比 如筆記本電腦、錄像機(jī)和一些電動工具等。 本設(shè)計 具有靈活方便、適用范圍廣的特點，基本能夠滿足實踐需求。 車載逆變器及其發(fā)展 .................................. 錯誤 !未定義書簽。它是常用的車用汽車電子用品。后者提供的交流電的質(zhì)量較差，且?guī)лd能力差，不能接 “ 感性負(fù)載 ” 。同時，其負(fù)載能力差，僅為額定負(fù)載的 40%－ 60%，不能帶感性負(fù)載 [1]。準(zhǔn)正弦波逆變器可以滿足我們大部分的用電需求，效率高，噪音小，售價適中，因而成為市場中的主流產(chǎn)品 逆變電源技術(shù)的 發(fā)展概況 逆變電源出現(xiàn)于電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的 20世紀(jì) 60年代，逆變電源的發(fā)展是和電力電子器件的發(fā)展聯(lián)系在一起的，器件的發(fā)展帶動著逆變電源的發(fā)展。自關(guān)斷器件在逆變器中的應(yīng)用大大提高了逆變電源的性能。采用輸出電壓有效值或平均值反饋控制的方法具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)的優(yōu)點，但存在以下缺點：①對非線性負(fù)載的適應(yīng)性不強(qiáng)；②死區(qū)時間的存在將使 PWM波中含有不易濾掉的低次諧波，使輸出電壓出現(xiàn)波形畸變；③動態(tài)特性不好，負(fù)載突變時輸出電壓調(diào)整時間長。 (2)無差拍控制 1959年 ， Kalman首次提出了狀態(tài)變量的無差拍控制理論。這種控制方法根據(jù)逆變電源系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出反饋信號來推算下一個采樣周期的開關(guān)時間，使輸出電壓在每個采樣點上與給定信號相等。后來，鄒應(yīng)嶼等人進(jìn)一步完善了逆變器的重復(fù)控制理論，給出了一種重蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校 3 復(fù)控制器的設(shè)計方法