【正文】 參考文獻 ......................................................................... 43 附錄 .............................................................................. 44 V 附錄 1 元器件清單 ........................................................... 44 附錄 2 逆變電源原理圖 ....................................................... 45 蘭州工業(yè)高等專科學校 1 1 緒論 車載逆變器及其發(fā)展 車載逆變電源是將汽車發(fā)動機或汽車電瓶上的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供一般電器產(chǎn)品使用，是一種較方便的車用電源轉(zhuǎn)換設(shè)備。最后經(jīng)過 LC 工頻濾波及相應的輸入輸出保護電路后，輸出穩(wěn)定的準正弦波，供負載使用。 主要思路是： 運用 TL494 以及 SG3525A 等芯片 ,先 將 12V 直流電源升壓為320V/50Hz 的高頻交流電，再經(jīng)過整流濾波將高頻交流電整流為高壓直流電，然后采用正弦波脈沖調(diào)制法，通過輸出脈沖控制開關(guān)管的導通。 2 設(shè)計總體目標 ................................................................ 6 設(shè)計要求 及系統(tǒng)指標 .................................................. 6 總 體方案的選取 ....................................................... 6 方案比較 ........................................................... 6 方案論證 ........................................................... 6 方案選擇 ........................................... 錯誤 !未定義書簽。 車載逆變電源按輸出來分 主要分兩類，一類是修正正弦波逆變器和純方波逆變器，另一類是正弦波逆變器。由于 SCR是一種沒有自關(guān)斷能力的器件，因此必須通過增加換流電路來強迫關(guān)斷蘭州工業(yè)高等專科學校 2 SCR， SCR的換流電路限制了逆變電源的進一步發(fā)展。實時反饋控制技術(shù)多種多樣，主要有以下幾種： (1)諧波補償控制 當逆變電源的負載為整流負載時，由于負載電流中含有大量諧波，諧波電流在逆變電源內(nèi)阻上的壓降致使逆變電源輸出電壓波形畸變，諧波補償控制可以較好地解決這一問題，其是在逆變橋輸出 PWM波中加入特定的諧波，抵消負載電流中的諧波對輸出電壓波形的影響，減小輸出電壓的波形畸變。 (3)重復控制 為了消除非線性負載對逆變器輸出的影響，在 UPS逆變器控制中引入了重復控制技術(shù)。 (4)滑模變結(jié)構(gòu)控制 滑模變結(jié)構(gòu)控制理論起于 20世紀 50年代，它最顯著的特點是對參數(shù)變動和外部擾動不敏感，因此非常適用于閉環(huán)反饋控制的電能變換 器。這種方法的缺點是系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好，特別是空載時，輸出電壓容易振蕩。此外，為了進一步減小裝置的體積和重量，必須去掉笨重的工頻隔離變壓器，采用高頻隔離。為了提高系統(tǒng)的可靠性，就必須實現(xiàn)模塊化。提高整流側(cè)的輸入功率因數(shù)不僅可大大提高逆變電源對輸入電能的利用率，而且可以克服逆變電源對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染的缺點。電路框圖如圖 21： 圖 21 基于工頻變壓器的逆變電路框圖 直流 電壓 脈寬調(diào)制芯片 半橋逆 變電路 交流電壓 工頻 變壓器 蘭州工業(yè)高等?？茖W校 7 方案二：簡單推挽逆變電路 本方案設(shè)計的逆變器可以作為交流輔助電源。 方案 1的基于工頻變壓器的逆變電路過于簡單，而且經(jīng)過升壓變壓器后的交流輸出電壓沒有濾波網(wǎng)絡(luò)，無法對我們所需要的 50Hz 的頻率進行濾取，電路體積較大等，不能符合我們畢業(yè)設(shè)計的要求。輸出過壓保護電路和輸出過流保護電路與逆變電路 II 構(gòu)成反饋回路，一旦電路輸出異常則停止逆變電路 II 的工作。該高壓加在由四個場效應管結(jié)成的全橋電路兩端，場效應管的導通或截止由柵極的狀 態(tài)控制。這里所說 的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。從波形可以看出，在 i(t)的上升段，脈沖形狀不同時 i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中 點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積相等，就得到圖 33 b 所示的脈沖序列。 計算法：根據(jù) PWM 控制的基本原理，如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)， PWM 波形中各脈沖的寬度間隔就可以準確的計算出來。設(shè)負載為阻感負載，工作時 V1 和 V2 的通斷狀態(tài)互補， V3 和 V4 的通斷狀態(tài)也互補。調(diào)制信號 ru 為正弦波，載波 cu 在 ru的正半周為正極性的三角波，在 ru 的負半周為負極性的三角波。圖 34 的單相橋式逆變電路在采用雙極性控制方式時的波形如圖 36所示。 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)方法 蘭州工業(yè)高等專科學校 15 軟件生成法 由于微機技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應運而生。 規(guī)則采樣法是對自然采樣法的改進，其主要優(yōu)點就是是計算簡單，便于在線實時運算，其中非對稱規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦。而且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)生了多種可以產(chǎn)生 SPWM 波的芯片，如 TL49 SG3525A 等，這些集成芯片的出現(xiàn)使得電路的設(shè)計大大簡化，而且功能更加齊全。只有在正的漏極電源的作用下，在柵源之間加上正向電壓（柵極接正，源極接負），才能使該場效應管導通 [10]。 齊納管一般有兩種用法（以下 Iz為工作電流， Uz 為標稱穩(wěn)壓電壓， Uw為實際工作電壓）：正常工作時處于 “ 導通 ” 狀態(tài)， Iz≥ 量級，此時 齊納管起穩(wěn)壓作用， Uw≈U z。 開關(guān)變壓器一般都是工作于開關(guān)狀態(tài)；當輸入電壓為直流脈沖電壓時，稱為單極性脈沖輸入，如單激式變壓器開關(guān)電源；當輸入電壓為交流脈沖電壓時，稱為雙極性 脈沖輸入，如雙激式變壓器開關(guān)電源；因此，開關(guān)變壓器也可以稱為脈沖變壓器，因為其輸入電壓是一序列脈沖，因為開關(guān)變壓器還分正、反激輸出。 考慮全橋電路每個橋臂上的開關(guān)管導通壓降為 1V，輸出的肖特基整流管的導通壓降為 ，則有公式： ODU =[( IDU 2) YN / FN 1]2TTon （ 42） 設(shè)定本逆變電源系統(tǒng)功率的傳遞效率為 ?e ，所以 ?TTon ，從而計算變壓器副邊和原邊的匝數(shù)比為： FN / YN =22 電流互感器 蘭州工業(yè)高等專科學校 21 圖 46 電流 互感器原理圖 在供電用電的 線路 中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬安都 有。微型電流互感器在額定工作電流下工作時的電流比叫電流互感器 額定電流 比，用 Kn 表示 ,則 Kn=I1n/I2n[11]。 (引腳 5)：外接震蕩電容。 SG3525A 及其應用 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種大功率全控型器件相繼推出，其中 MOS 型功率晶體管發(fā)展非常迅速，由于它具有高耐壓 、低驅(qū)動功率、良好的頻率響應特性和開關(guān)時間短等優(yōu)點，在許多方面可替代雙極型晶體管，其工作頻率可提高到 200kHz 以上，常常在開關(guān)穩(wěn)壓電源 和直流斬波電路中用作開關(guān)管。 圖 48 SG3525A 管腳圖 SG3525A 各引腳名稱及功能： (引腳 1)：誤差放大器反向輸入端。 (引腳 4)：振蕩器輸出端。在該端與引腳 2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。 B（引腳 14） ：輸出端 B。 (5) 死區(qū)時間可調(diào)。由于 SG3525 內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。當輸出電壓因輸入電壓的升高或負載的變化而升高時，誤差放大器的輸出將減小，這將導致 PWM 比較器輸出為正的時間變長， PWM 瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。 此外， SG3525A 還具有以下功能，即無論因為什么原因造成 PWM 脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來， PWM 瑣存器才被復位。10V ～ 177。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校 27 13． NC(引腳 1 14)空置端 。5V ～ 177。但信號的最大傳輸寬度受磁飽和特性的限制，因而信號的頂部不易傳輸。 IR2110 采用 HVIC 和閂鎖抗干擾 CMOS 制造工藝， DIP14 腳封裝。 （引腳 5） :高端浮置電源偏移電壓。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校 29 （引腳 13） :邏輯電路地電位端，其值可以為 0V。 (7) 圖騰柱輸出峰值電流 2A。由于正弦波的幅度為 Vcc/5 故對輸出信號進行分壓以減小幅度，再加上一個固定的電壓值調(diào)整到正弦波的幅值處于 1V 到 之間。目前有的產(chǎn)品功耗已達微瓦級 ,例如 ICL7600 的供電電源為 ,功耗為 10mW,可采用單節(jié)電池供電。 10 引腳用于輸出 50K 的脈沖控制開關(guān)管。 5 腳接震蕩電容和 6 腳接震蕩電阻將確定內(nèi)部鋸齒波的震蕩頻率。 1 15 腳為電源端，接外接電源。 8 腳為軟啟動端，通常外接一個 5uF 的電容用于軟啟動。 1 腳與基準電壓輸出端 16 腳連接，使 1 腳為高電平。過熱保護的 R42 為 200Ω，則 15 腳的電壓為 大于 16 腳電 壓。 由于電子電路集成化的最大優(yōu)點是能使復雜電路小型輕便 ,所以隨著便攜式儀器應用范圍的擴大 ,必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運算放大器相適用。 C 為定時電容 ,它可能影響振蕩頻率、 R13 用來調(diào)整正弦波的失真。 (3) 輸出的電源端（腳 3）的電壓范圍為 10— 20V。 （引腳 9） :邏輯電源電壓 。 圖 410 IR2110 管腳圖 IR2110 各引腳名稱及功能： （引腳 1） :低端輸出。 凡是隔離驅(qū)動方式，每路驅(qū)動都要一組輔助電源，若是三相橋式變換器，則需要六組，而且還要互相懸浮，增加了 電路的復雜性。隔離驅(qū)動可分為電磁隔離和光電隔離兩種方式 [13]。 (4) 低失真正弦波 : 1%。 (引腳 9)：方波 /矩形波輸出端（集電極開路輸出） 。 (引腳 3)：三角波 /鋸齒波輸出端 。 如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束 ，才重新進入軟啟動過程。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容接入端相連的 PWM比較器反向輸入端處于低電平， PWM 比較器輸出高電平。 (9) 逐個脈沖關(guān)斷。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的 5V 基準電壓。 A（引腳 11） ：輸出端 A。該端與引腳 5 之間外接一只放電電阻RD ，構(gòu)成放電回路。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號?？捎糜隍?qū)動 N溝道的高頻功率 MOS 管，由于它簡單可靠及使用方便靈活大大減化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計及調(diào)試 [12] 。 (引腳 13)：輸出控制端 ,該腳接地時為并 聯(lián)單端輸出方式，接 14 腳時為推挽輸出方式 。 (引腳 2)：誤差放大器反向輸入端。微型電流互感器稱之為 “ 儀用電流互感器 ” 。 單激式開關(guān)電源變壓器還分正激式和反激式兩種，對兩種開關(guān)電源變壓器的技術(shù)參數(shù)要求也不一樣；對正激式開關(guān)電源變壓器的初級電感量要求比較大，而對反激式開關(guān)電源變壓器初級電感量的要求，其大小卻與輸出功率有關(guān)。其輸出高電平最低為 2V，其輸出 低電平最高為 。當反向電壓加到某一定值是，反向電流激增，產(chǎn)生反向擊穿。其代表符號如圖 41。由于 此方法是以 SPWM 控制的基本原理為出發(fā)點，可以準確地計算出各開關(guān)器件的通斷時刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實時控制的缺點。 規(guī)則 采樣法是一種應用較廣的工程實用方法，一般采用三角波作為載波。在 ru 的正負半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。這樣，就得到了 SPWM 波形 0u 。在負載電流為負的區(qū)間，仍為 V1 和 V4 導通時，因 0i 為負，故 0i 實際上從 VD1 和 VD4 流過，仍有 0u = dU ； V4 關(guān)斷， 0i 從 V3 和 VD1 續(xù)流， 0u =0。通常采用等腰 三角波和鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應用最多。同樣對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。上述原理可以稱為面積等效原理，它是 PWM 控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。 圖 31 形狀不同而沖量相同的各種窄 脈沖 圖 32 a 的電路是一個具體的例子。鋸齒波的頻率由芯片外接的震蕩電阻和震蕩電容決定，通常設(shè)置為幾十千赫茲。此高頻交流電通過開關(guān)變壓器升壓為 320V/50K 的高頻交 流電。逆變電路Ⅰ又包括頻率產(chǎn)