【正文】 過壓保護電路、輸入欠壓保護電路、電源過熱保護電路、輸出過壓保護電路、輸出過流保護電路、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3相對于1，2兩種方案來說，電路設(shè)計合理，在電路中采用了中間直流環(huán)節(jié)的高頻變壓器式逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它由高頻逆變，高頻變壓器升壓，整流濾波，高頻SPWM逆變和輸出濾波，可以滿足我們設(shè)計所需要的要求，所以方案3是我們這次設(shè)計的最佳方案。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。方案2首先通過555型集成電路和一些電阻和電容組成的振蕩級來選定我們所需要的50Hz的工作頻率的信號；再由幾個三極管組成的推動級來對50Hz的振蕩信號來進行放大，同時再由幾只復(fù)合管組成推挽放大電路的基極，進一步對其進行放大，以提高對功率輸出級的驅(qū)動電流；然后由幾只三極管和幾只二極管、輸出級變壓器組成推挽輸出級，它將推動級送來的激勵信號進行放大，并通過變壓器將初級電壓升高到220V送到輸出端。直流電壓推動級推挽輸出級振蕩級交流電壓圖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)制逆變電路直流電壓直流/直流濾波輸出控制電路驅(qū)動電路交流電壓直流/交流圖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。圖22是本逆變器的電路框圖。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 額定輸出功率：200W 輸入有過壓保護和過熱保護 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?20V/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。因此對電源的設(shè)計要求也很高，除了具有良好的電氣性能外，還必須具備體積小，重量輕，成本低，可靠性高，抗干擾強等特點。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。(6)數(shù)字化逆變電源的數(shù)字化并不是簡單的指在系統(tǒng)中應(yīng)用了數(shù)字器件，如單片機及FPGA等，而是指整個系統(tǒng)的控制應(yīng)用數(shù)字器件的計算能力和離散控制方法來完成，隨著硬件技術(shù)的發(fā)展．處理器計算速度的提高，必然促使逆變電源向數(shù)字化方向發(fā)展。(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。(4)小型化在逆變電源中，決定整個裝置體積和重量的部分是變壓器和LC濾波器，變壓器可能放在輸入部分，也可能放在輸出部分，起電壓隔離或電壓匹配的作用；LC濾波器用于濾除PWM波中的高次諧波，濾波器的尺寸與PWM波的頻譜特性有關(guān)。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。模塊化意味著用戶可以方便地將小容量的模塊化電源任意組合，構(gòu)成一個較大容量的逆變電源。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到很高的。輸出電壓的高性能是用電設(shè)備對逆變電源的要求，控制方式的改進是逆變電源達到高性能的主要手段。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。高頻隔離可以采用兩種方式實現(xiàn)：①在整流器與逆變器之間加一級高頻隔離的DC—DC變換器；②采用高頻鏈逆變技術(shù)。 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。電流環(huán)具有將濾波電容電流或濾波電感電流改造為可控的電流源的作用，這樣控制輸入和輸出電壓之間形成了具有單極點的傳遞函數(shù)，因而系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高，克服了單一的電壓瞬時值反饋控制系統(tǒng)空載容易振蕩的缺點。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。系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題限制了電壓調(diào)節(jié)器增益的提高，因而輸出電壓的波形品質(zhì)還不是很好。和傳統(tǒng)PWM控制方法相比，由于該方法能對PWM波進行動態(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。但是，就波形跟蹤質(zhì)量來說，滑?？刂撇患爸貜?fù)控制和無差拍控制。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。早期的滑模變結(jié)構(gòu)控制器采用模擬電路實現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于電力拖動系統(tǒng)中。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。它的突出特點是穩(wěn)態(tài)特性好，控制魯棒性強。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)可達到很高的控制精度。Haneyoshi及Kawamura等人首先在PWM逆變器中采用重復(fù)控制消除周期性畸變。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。無差拍控制是一種基于微機實現(xiàn)的控制方法。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。目前這種方法只能由高速的數(shù)字信號處理器來實現(xiàn)。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。最初，對于采用全控型器件的逆變電源在控制上普遍采用帶輸出電壓有效值或平均值反饋的PWM控制技術(shù)，其輸出電壓的穩(wěn)定是通過輸出電壓有效值或平均值反饋控制的方法實現(xiàn)的。由于自關(guān)斷器件的使用，使得開關(guān)頻率得以提高。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，自關(guān)斷的電力電子器件脫穎而出，相繼出現(xiàn)了電力晶體管(GTR)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等等。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?？偫▉碚f，正弦波逆變器提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動任何種類的負(fù)載，但技術(shù)要求和成本均高。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。純方波逆變器輸出的則是質(zhì)量較差的方波交流電，其正向最大值到負(fù)向最大值幾乎在同時產(chǎn)生，這樣，對負(fù)載和逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。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。前者可提供不間斷的高質(zhì)量交流電，可適應(yīng)任何負(fù)載，但其技術(shù)要求及成本高，電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。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、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。某某車載逆變電源畢業(yè)設(shè)計目 錄摘要 Ⅱ1 緒論 1 車載逆變器及其發(fā)展 1 逆變電源技術(shù)的發(fā)展概況 4 逆變電源的發(fā)展趨勢 1 2 設(shè)計總體目標(biāo) 6 設(shè)計要求及系統(tǒng)指標(biāo) 6 總體方案的選取 6 方案比較 6 方案論證 6 方案選擇 83 整體電路設(shè)計 8 逆變電源整體框圖 8 脈寬調(diào)制技術(shù)及其原理 11 PWM控制的基本原理 11 PWM逆變電路 12 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)方法 14 軟件生成法 15 硬件調(diào)制法 154 逆變電源元器件特性及各部分電路設(shè)計 17 逆變電源主要分立元件及其應(yīng)用 17 場效應(yīng)管 17 穩(wěn)壓管 17 與門 18 變壓器 19 電流互感器 20 逆變電源主要集成芯片及其功能簡介 21 TL494及其應(yīng)用 21 SG3525A及其應(yīng)用 22 ICL8038簡介及其應(yīng)用 26 IR2110簡介及其應(yīng)用 27 各芯片外圍電路及其參數(shù)的計算 29 ICL8038外圍電路 29 TL494外圍電路 30 SG3525A外圍電路 31 IR2110外圍電路 33 各變換電路設(shè)計 34 DC/DC變換電路 34 DC/AC變換電路 35 逆變電源保護電路及其參數(shù)的計算 37 輸入過壓保護電路 37 輸入欠壓保護電路 37 過熱保護電路 38 輸出過壓保護電路 39 輸出過流保護電路 405 結(jié)論 41致謝 42參考文獻 43附錄 44附錄1 元器件清單 44附錄2 逆變電源原理圖 45 45 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院1 緒論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。它是常用的車用汽車電子用品。按照輸出波形來分，車載逆變電源可分為正弦波輸出和方波輸出兩種。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”。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。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]。針對上述缺點，近年來出現(xiàn)了準(zhǔn)正弦波（或稱改良正弦波、修正正弦波、模擬正弦波等等）逆變器，其輸出波形從正向最大值到負(fù)向最大值之間有一個時間間隔，使用效果有所改善，但準(zhǔn)正弦波的波形仍然是由折線組成，屬于方波范疇，連續(xù)性不好。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。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SCR，SCR的換流電路限制了逆變電源的進一步發(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。從而逆變橋輸出電壓中低次諧波的頻率比較高，使輸出濾波器的尺寸得以減小，而且對非線性負(fù)載的適應(yīng)性得以提高。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；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。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(dāng)逆變電源的負(fù)載為整流負(fù)載時，由于負(fù)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(fù)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。(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。逆變器的無差拍控制才引起了廣泛的重視。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。(3)重復(fù)控制為了消除非線性負(fù)載對逆變器輸出的影響，在UPS逆變器控制中引入了重復(fù)控制技術(shù)。后來，鄒應(yīng)嶼等人進一步完善了逆變器的重復(fù)控制理論，給出了一種重復(fù)控制器的設(shè)計方法，提出了自適應(yīng)重復(fù)控制的理論。在這種控制方法中，加到控制對象的輸入信號除偏差信號外，還迭加了一個“過去的控制偏差”，這個“過去的控制偏差”是