【正文】 ，則 (22) 計(jì)算磁芯截面積乘積AP值取窗口使用系數(shù)K=，方波的波形系數(shù)Kf=4，電流密度比例系數(shù)Kj=232，由磁芯決定的常數(shù)X=，得AP值 (23)考慮到10%裕度，AP=*=，查表選擇磁芯，其AP=，平均匝長(zhǎng)MLT=。推挽變壓器的主要參數(shù)為：原邊額定供電電壓UP=12V，最低供電電壓UP(min)=10V。 變壓器參數(shù)的計(jì)算[4] 高頻變壓器設(shè)計(jì)方法有面積乘積（AP）法和磁芯幾何參數(shù)(KG)法。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的輸出功率為200W，正常情況下，通過(guò)MOS功率開(kāi)關(guān)管的電流可以達(dá)到：I=200W/12V/90%=(按轉(zhuǎn)換效率90%計(jì))。器件的表面溫度更可以承受175℃的高溫。IRF3205采用TO220AB封裝形式，耐電壓VDSS=55V ，導(dǎo)通內(nèi)阻RDS(on) = 8mΩ (這么小的內(nèi)阻，使該MOS管工作在大電流的情況下仍能保持良好的性能。（具體電路參考第三章31SG3525A原理圖） DC/DC電路參數(shù)設(shè)計(jì) MOS管的選擇 功率MOS管的選擇也是相當(dāng)關(guān)鍵，它決定了產(chǎn)品抗干擾性和長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性。因此，只要適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)運(yùn)算放大器反相輸入端的輸入幅度，就可以很方便地調(diào)節(jié)電壓脈沖V3的寬度，本設(shè)計(jì)就是利用這樣的控制原理，即通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電壓幅度大小的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓有效值的調(diào)節(jié)。這是由于隨著V2的增大，V2幅度大于鋸齒波V1，幅度的持續(xù)時(shí)間將增大，因此在比較器的輸出端輸出高電平的持續(xù)時(shí)間也會(huì)生長(zhǎng)的緣故。依次類(lèi)推，在比較器的輸出端將輸出一串寬度為的矩形電壓脈沖。由于0—t1期間，V2的幅度大于鋸齒波的幅度，這樣在比較器的輸出端將產(chǎn)生一個(gè)寬度為0—t1的脈沖。電壓V2又被送到比較器的同相端(+)。SG3525A工作原理是：由產(chǎn)生鋸齒波發(fā)生器一個(gè)固定頻率，脈沖幅度恒定的一串鋸齒波V1，并送到比較器的反相端?？梢?jiàn)推挽式電路的電源電壓利用率高的優(yōu)點(diǎn)是用開(kāi)關(guān)承受高電壓的代價(jià)換來(lái)的。如果考慮雜散電感造成的尖峰電壓，那么開(kāi)關(guān)所承受的電壓還要高。開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程也與橋式變換器類(lèi)似。由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管交替工作使磁芯雙向磁化因而不需要專(zhuān)門(mén)的去磁復(fù)位環(huán)節(jié)。 推挽式電路的優(yōu)勢(shì)在于提高了電壓利用率和磁芯利用率而又不增加開(kāi)關(guān)數(shù)量。通過(guò)控制兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)M1和M2以相同的開(kāi)關(guān)頻率交替導(dǎo)通，每個(gè)功率開(kāi)關(guān)的占空比相等且均小于50%，留出一定死區(qū)時(shí)間以避免M1和M2同時(shí)導(dǎo)通，將直流輸入電壓變成高頻方波電壓，通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行升壓，再經(jīng)過(guò)次級(jí)全橋整流、濾波后得到所期望的直流電壓。逆變升壓電路我們采用了現(xiàn)在較為流行的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方式一PWM(脈沖寬度調(diào)制)技術(shù)，這使得變換器能夠具有效率高、調(diào)壓方便靈活、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。下面詳細(xì)敘述。 第五章，電路仿真分析。 第四章，對(duì)保護(hù)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括過(guò)壓檢測(cè)、欠壓報(bào)警及欠壓自動(dòng)保護(hù)電路、過(guò)流檢測(cè)電路等。前級(jí)DC/DC變換器采用SG3525A，后級(jí)采用U3988輸出高精度的SPWM波對(duì)逆變電路進(jìn)行控制，其中DC/AC變換電路開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)采用IR2110芯片。同時(shí)也進(jìn)行了主電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，并建立了小信號(hào)模型。對(duì)整個(gè)車(chē)載逆變電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明?？梢燥@示逆變器的工作狀態(tài)及故障信息。交流穩(wěn)壓電路檢測(cè)輸出的正弦波將信號(hào)反饋給U3988是輸出正弦波幅值穩(wěn)定。過(guò)流檢測(cè)電路檢測(cè)負(fù)載端的電流并將信號(hào)反饋給SG3525A實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的保護(hù)。電路中具有過(guò)/欠壓等保護(hù)電路以及報(bào)警電路。其中高頻升壓的電路的控制通過(guò)芯片SG3525A實(shí)現(xiàn)。 車(chē)載逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直流輸入逆變電路SG3525AU3988高頻升壓電路整流電路交流輸出驅(qū)動(dòng)電路交流穩(wěn)壓電路過(guò)/欠壓檢測(cè)直流穩(wěn)壓電路過(guò)流檢測(cè)電路蜂鳴器報(bào)警圖11 車(chē)載逆變電源系統(tǒng)框圖 圖11為車(chē)載逆變電源的系統(tǒng)框圖，直流輸入DC12V電壓經(jīng)過(guò)高頻升壓電路并經(jīng)過(guò)整流電路后輸出DC 380V。為了保證汽車(chē)的正常啟動(dòng)，各種儀表指示，確保蓄電池不能過(guò)度放電，必須設(shè)有相應(yīng)的欠壓保護(hù)；此外當(dāng)逆變器出現(xiàn)異常時(shí)能夠迅速的切斷輸出，防止因故障影響蓄電池及逆變器的壽命或火災(zāi)的發(fā)生。帶負(fù)載能力強(qiáng)，滿足各種常見(jiàn)的用電設(shè)備對(duì)電源的要求。[2]綜上所述，作為車(chē)載電源轉(zhuǎn)換器，針對(duì)其特定的應(yīng)用場(chǎng)合，必須具有滿足以下幾個(gè)方面的要求：安全可靠、效率高，特別是對(duì)于功率較大的車(chē)載逆變器，對(duì)效率的要求更加苛刻。一些精密的設(shè)備和感性負(fù)載類(lèi)的電器必須要正弦波供電才能工作，否則，輕則電器設(shè)備不能正常工作，重則造成損壞用電設(shè)備或大大縮短車(chē)載逆變器的壽命。近年來(lái)提出了準(zhǔn)正弦波逆變(即修正正弦波)，可以帶電阻和整流橋負(fù)載，滿足了日常大部分電子產(chǎn)品的要求，效率較高，最高效率約為90％，價(jià)格適中，是當(dāng)前市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。隨著負(fù)載增大，方波中包含的三次諧波分量使負(fù)載電流容性分量增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損耗逆變器輸出濾波電容。車(chē)載逆變器按輸出電壓波形主要可以分為兩種：方波和正弦波。隨著車(chē)上使用的電器種類(lèi)增多，對(duì)車(chē)載逆變器的容量提出了更高的要求，小功率150W及以下規(guī)格的車(chē)載逆變器已經(jīng)不能滿足人們需求，中大功率的車(chē)載逆變器是今后的發(fā)展趨勢(shì)。車(chē)載逆變器的輸入為汽車(chē)點(diǎn)煙器或蓄電池，一般汽車(chē)點(diǎn)煙器10A左右的電流，故點(diǎn)煙器輸出的功率約為150W。因此，開(kāi)發(fā)一款高性能的車(chē)載逆變器具有一定的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。白天太陽(yáng)能電池板通過(guò)充電器給蓄電池充電，將太用能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能存儲(chǔ)在蓄電池中，晚上將蓄電池接逆變器，可以用于日常的照明、看視等生活用電。此外，車(chē)載逆變器不僅適用于車(chē)載系統(tǒng)，只要有12V直流電源的場(chǎng)合，都可以使用。自從中國(guó)加入WTO，汽車(chē)普及率日益提高，車(chē)載逆變器作為移動(dòng)中使用的直流．交流電源轉(zhuǎn)換器，將會(huì)成為有車(chē)一族的必備品。車(chē)載逆變器將12V或24V低壓直流轉(zhuǎn)換成220V/50Hz交流電供一般的電器使用，是一種方便的車(chē)用電源轉(zhuǎn)換器。目前很多車(chē)主“車(chē)家一體化”想法日益明顯，在車(chē)上裝備DVD音響系統(tǒng)、車(chē)載冰箱、車(chē)載電視，使用手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品。車(chē)載逆變電源的設(shè)計(jì)及仿真畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向 1 車(chē)載逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3 本章小結(jié) 4第2章 主電路設(shè)計(jì) 5 DC/DC變流器工作原理 5 DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 5 PWM控制技術(shù)的工作原理 6 DC/DC電路參數(shù)設(shè)計(jì) 7 DC/AC逆變電路 9 DC/AC逆變電路拓?fù)浼罢{(diào)制方式 9 DC/AC變換電路參數(shù)設(shè)計(jì) 11 小信號(hào)狀態(tài)空間平均法 12 電感電流連續(xù)情況下的狀態(tài)空間平均法 13 本章小結(jié) 16第3章 控制電路 17 逆變升壓控制電路 17 SG352A芯片功能簡(jiǎn)介 17 SG3525A外圍電路參數(shù)計(jì)算 20 DC/AC逆變控制電路 22 U3988芯片簡(jiǎn)介[10] 22 IR2110驅(qū)動(dòng)電路及死區(qū)電路設(shè)計(jì) 26 SG3525\U3988反饋穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 28 本章小結(jié) 29第4章 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 31 過(guò)壓檢測(cè)電路 31 欠壓報(bào)警及欠壓自動(dòng)保護(hù)電路 31 過(guò)流檢測(cè)電路 32 本章小結(jié) 34第5章 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 35 開(kāi)環(huán)仿真 36 閉環(huán)設(shè)計(jì) 38 本章小結(jié) 41參考文獻(xiàn) 43致謝 45附錄1 46附錄2 52附錄3 57附錄4 66附錄5 73I致謝第1章 緒論 課題背景隨著社會(huì)的發(fā)展，我們已步入了一個(gè)“移動(dòng)”的時(shí)代，移動(dòng)通訊、移動(dòng)辦公、休閑和娛樂(lè)等在我們的生活中隨處可見(jiàn)。汽車(chē)已由最初的代步工具逐漸發(fā)展到現(xiàn)在集辦公娛樂(lè)于一體的交通工具，這個(gè)“移動(dòng)的家”給人們的生活帶來(lái)了更多的樂(lè)趣。目前常用的電器產(chǎn)品，除了可用電池或蓄電池供電的低壓直流電外，更多的需要220V的交流電供電。車(chē)載逆變器在國(guó)外受到了普遍的歡迎，在國(guó)外由于汽車(chē)普及率較高，將車(chē)載逆變器直接與汽車(chē)點(diǎn)煙器或蓄電池連接，就可以供一般的電子產(chǎn)品使用，給人們的生活帶來(lái)很大的便利。同樣車(chē)載逆變器和家用的蓄電池及充電器，就可以組成一套平民化的家庭備用電源方案。例如在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的山區(qū)及游牧民族生活區(qū)，可以利用太陽(yáng)能電池板及蓄電池和充電器，再配備相應(yīng)輸入電壓等級(jí)的車(chē)載逆變器就可以組成一個(gè)獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)。作為車(chē)上或家庭使用的電源轉(zhuǎn)換器，其性能十分重要，不僅關(guān)系到用電電器和整車(chē)線路的安全，還關(guān)系到駕駛者和使用者的人身安全。[1] 研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向 目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的車(chē)載逆變器按功率等級(jí)大致可以分為75W、100W、150W、300W、500W、800W、1000W、1500W、2000W、2500W等規(guī)格。對(duì)于功率等級(jí)小于150W的車(chē)載逆變器可以直接由點(diǎn)煙器供電，大于150W功率等級(jí)時(shí)需直接從車(chē)載蓄電池供電，否則會(huì)因過(guò)流燒毀汽車(chē)配件及保險(xiǎn)絲。車(chē)載逆變器所帶的負(fù)載通常為以下幾類(lèi)：第一類(lèi)：整流性負(fù)載，如筆記本電腦、各種充電器、組合式音響、數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)、游戲機(jī)、影碟機(jī)、移動(dòng)DVD；第二類(lèi)：電阻性負(fù)載，如小型電熱器具，電熱杯等；第三類(lèi)：感性負(fù)載，車(chē)載冰箱、照明燈、電轉(zhuǎn)等電動(dòng)機(jī)型的電器。方波逆變結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，但方波逆變輸出電壓諧波含量高，同時(shí)帶負(fù)載能力較差且對(duì)使用電器壽命影響較大。最初采用簡(jiǎn)易的多諧振蕩器制作的車(chē)載方波逆變器，輸出功率小，帶負(fù)載能力差，已逐步被市場(chǎng)淘汰。但是準(zhǔn)正弦波其本質(zhì)是帶死區(qū)時(shí)間的方波，仍然不能滿足車(chē)載冰箱、日光燈、電風(fēng)等感性負(fù)載的要求。正弦波逆變，彌補(bǔ)了方波逆變的不足，適合任何類(lèi)型的負(fù)載，但是控制相對(duì)復(fù)雜，效率較低，因此高效率正弦波車(chē)載逆變器日益成為一種需求。如果發(fā)熱嚴(yán)重，散熱不佳，輕則影響元件的壽命，重則存在火災(zāi)的隱患；此外，蓄電池除了接逆變器外還可能直接給直流負(fù)載供電，從人身安全角度考慮，逆變器輸入輸出需要隔離。體積小，由于汽車(chē)內(nèi)部空間有限，因此要求車(chē)載逆變器體積不能過(guò)大而影響汽車(chē)的駕駛，故再次對(duì)逆變器的效率提出了要求，以減小散熱器的體積。噪聲小，不能因其帶來(lái)的噪聲影響了使用的舒適度。DC 380V再經(jīng)過(guò)逆變輸出AC 220V 50Hz。交流逆變部分的SPWM波的生成通過(guò)U3988芯片實(shí)現(xiàn)。其中過(guò)/欠壓檢測(cè)電路通過(guò)檢測(cè)汽車(chē)蓄電池的電壓，并將其反饋給SG3525A實(shí)現(xiàn)對(duì)電路及蓄電池的保護(hù)。直流穩(wěn)壓電路檢測(cè)直流輸出將信號(hào)反饋給SG3525A以調(diào)節(jié)脈沖波得寬度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能。同時(shí)U3988還具有報(bào)警功能，將其引腳接到LED及蜂鳴器。 本文主要研究?jī)?nèi)容 第一章，闡述了車(chē)載逆變電源的應(yīng)用背景、研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向。 第二章，分析了車(chē)載逆變電源的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用了前級(jí)逆變升壓，后級(jí)SPWM調(diào)制逆變電路，并對(duì)其工作原理進(jìn)行說(shuō)明。 第三章，介紹了車(chē)載逆變電源的控制策略。通過(guò)輸出電壓檢測(cè)將信號(hào)反饋給SG3525A及U3988以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。以保證用電設(shè)備與電源的安全。第2章 主電路設(shè)計(jì) 對(duì)于主電路的設(shè)計(jì)主要采用前級(jí)逆變升壓，后級(jí)逆變的電路結(jié)構(gòu)，本章對(duì)電路拓?fù)溥M(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)主電路參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 DC/DC變流器工作原理 要完成DC 12V到AC 200V/50Hz的電源轉(zhuǎn)變，首先要想辦法把DC 12V的低壓電源轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)較高的電壓源(DC 380V左右)，因?yàn)橹挥羞@樣才能進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)換為國(guó)內(nèi)普通電器通用的AC 220V電源。 DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖21 DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖21給出了“推挽逆變—高頻變壓—全橋整流”變換器的基本電路拓?fù)?。由于功率開(kāi)關(guān)可承受的最小反向電壓為輸入直流電壓的兩倍，而電流為額定電流，所以推挽電路一般用在輸入電壓較低的中小功率場(chǎng)合。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是正激變換器的一種組合演化形式。 由于開(kāi)關(guān)管交替工作時(shí)加在原邊繞組上的是輸入電源電壓，因此這種電路的電壓利用率與橋式電路一樣。 與橋式、半橋式電路相比，推挽式電路的主要缺點(diǎn)主功率管開(kāi)關(guān)上承受的電壓高達(dá)兩倍的輸入電壓。另外，變壓器的初級(jí)繞組比全橋式電路多了一倍，增加了材料成本和制作難度。 PWM控制技術(shù)的工作原理 PWM（Pulse Width Modulation的縮寫(xiě)）技術(shù)即脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，它是指工作頻率恒定不變(即工作周期不變)，通過(guò)改變功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間或截止時(shí)間來(lái)改變占空比的方式達(dá)到最終調(diào)節(jié)輸出電壓的目的[3]。在反相運(yùn)算放大器的同相輸入端(+)，接上幅度恒定的參考電壓，在它的反相輸入端()，送入幅度可調(diào)的直流電平，該輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大后，在其輸出端產(chǎn)生一個(gè)直流電壓V2。這樣在比較器的輸出端。反之，在t1—t2期間，由于鋸齒波的幅度大于直流電平V2，在比較器的輸出端，將輸出低電平。顯然，只要將運(yùn)算放大器的輸出電壓V2提高，則比較器輸出的電壓脈沖寬度將隨之增寬。一旦V2幅度小于V1幅度，比較器將輸出低電平。本設(shè)計(jì)采用的是推挽式變換器，所以要相應(yīng)的將PWM信號(hào)分為兩組，分驅(qū)動(dòng)兩組MOS管。INTERNATIONAL RECTIFIER公司生產(chǎn)的“IRF3205”功率MOS管，其各種性能均能滿足設(shè)計(jì)的需要。想一下，)，持續(xù)工作電流ID=110A，而瞬時(shí)峰值電流更高，可以達(dá)到390A。而SG3525A脈沖控制電路的驅(qū)動(dòng)電壓幅度，推拉電流能力都與該款功率MOS管相適應(yīng)。 二極管的選取 整流二極管的電壓應(yīng)力為Vd=Vo=380V,二極管電流平均值Iav=Io= 二級(jí)管的峰值電流在功率為200W時(shí)，經(jīng)過(guò)仿真如圖得到其Ipd=選取超快速二極管MUR1560，其參數(shù)如下VPRM=600V，IF=15A，trr=60ns，VFF= 輸出電容的選取 按DC/DC變換器關(guān)斷20ms，直流母線電壓電壓跌落不低于60V，即直流母線電壓不得低于320V，則輸出電容： (21)其中Po=200W，△T=20ms，Vdc=380V，Vdcmin=320V實(shí)際取CO=200uF，耐壓600V。采用前者設(shè)計(jì)200W高頻變壓器。副邊為全橋整流電路，期望輸出電壓UP(MIN)=380V，輸出電流IS=，開(kāi)關(guān)頻率fs=