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,起电压隔离或电压匹配的作用,LC滤波器用于滤除PWM波中的高次谐波,滤波器的尺寸与PWM波的频谱特性有关.要使逆变电源小型化,可以采用的方法有三种:1)提高开关频率,使滤波器小型化,2)采用新的PWM控制方式,优化逆变桥输出PWM波的频谱,使滤波器小型化,3)用高频变压器实现电压的隔离及匹配,替代输入或输出的低频变压器,实现变压器的小型化.(5)高输入功率因数化
对于交流输入的逆变电源,中间环节直流电源一般由二极管整流获得,其输入电流成尖脉冲状,因此,输入功率因数不高.提高整流侧的输入功率因数不仅可大大提高逆变电源对输入电能的利用率,而且可以克服逆变电源对电网产生谐波污染的缺点.
(6)数字化
逆变电源的数字化并不是简单的指在系统中应用了数字器件,如单片机及FPGA等,而是指整个系统的控制应用数字器件的计算能力和离散控制方法来完成,随着硬件技术的发展.处理器计算速度的提高,必然促使逆变电源向数字化方向发展.
(7)智能化
一个智能化的逆变电源除了能够完成普通逆变电源的所有功能外,还应具有以下功能:1)对运行中的逆变电源进行监测,随时将采样点的状态信息送入计算机进行处理,一方面获取电源工作时的有关参数,另一方面监视电路中各部分的状态,从中分析电路的各部分工作是否正常,2)在逆变电源发生故障时,根据监测的结果,进行故障诊断,指出故障的部位,给出处理方法,3)自动显示所监测的参数,有异常或发生故障时,可以自动记录有关异常或故障的信息,4)按照技术说明书给出的指标,自动定期地进行自检,并形成自检记录文件,5)能够用程序控制逆变电源的启动和停止,实现无人值守的自动操作,6)具有信息交换功能,可以随时向上位机输入信息,或从上位机获取信息.
2设计总体目标
2.1设计要求及系统指标
车载逆变器是一种能够将DC/12V直流电转换为和市电相同的AC/220V交流电,供一般电器使用,是一种方便的车用电源转换器.通常设备工作空间狭小,环境恶劣,干扰大.因此对电源的设计要求也很高,除了具有良好的电气性能外,还必须具备体积小,重量轻,成本低,可靠性高,抗干扰强等特点.
逆变电源质量的好坏极大地影响着电子设备的可靠性,其转换效率的高低和带负载能力的强弱直接关系着它的应用范围,因而本设计要求输出电压波形为准正弦波,以克服方波逆变器不能带感性负载的特点.
本设计对逆变电源的要求有:
环境温度:-25℃-+40℃
海拔高度:≦3000m
输入12VDC
额定输出电压:Vo等于220VAC
输出有过压保护
额定输出功率:200W
输入有过压保护和过热保护
2.2总体方案的选取
2.2.1方案比较
在本逆变电源的设计中,我们的目的是将车载电瓶的12V直流电压逆变为交流220V/50Hz的电压,通过一段时间对资料的收集和分析,现总结出如下三种方案,分别介绍如下:
方案一:基于工频变压器的逆变电路
本方案设计的逆变电源是通过脉宽调制芯片产生的脉宽调制信号用来驱动半桥逆变电路,产生低压交流信号,再经过工频变压器的升压,转换为所需要的交流电压.电路框图如图2-1:
图2-1基于工频变压器的逆变电路框图
方案二:简单推挽逆变电路
本方案设计的逆变器可以作为交流辅助电源.图2-2是本逆变器的电路框图.它是通过在振荡级产生所需要的50Hz的交流信号,再经过推动级的放大,然后把放大后的电压信号送入推挽输出级经过放大,变压器的升压,从而得到所需要的220V/50Hz的交流电压.
图2-2简单推挽逆变电路框图
方案三:车载单相准正弦脉宽调制逆变电路
图2-3车载单相准正弦脉宽调制逆变电路框图
本方案是采用了比较典型的逆变电路的变换方式把直流12V电压变换成220V的交流电压,即第一级采用直流/直流变换,通过脉宽调制和高频变压器把直流低压升压变成直流高压,再通过第二级直流/交流变换,通过对直流/交流全桥逆变电路各个桥臂MOS管通断的控制,把高压直流逆变为交流电压,然后通过滤波电路,滤出我们所需要的50Hz的频率交流电压,从而完成12V直流电压逆变成220V/50Hz的交流电压.
2.2.2方案论证
方案1通过脉宽调制芯片把直流低压信号调制成脉宽调制信号,形成脉宽调制波PWM,并用其来驱动半桥逆变变换电路中的功率场效应管,控制电路中开关管的通断,变成交流低压信号,再把交流低压信号经过工频变压器的升压变成220V的交流电压.
方案2首先通过555型集成电路和一些电阻和电容组成的振荡级来选定我们所需要的50Hz的工作频率的信号,再由几个三极管组成的推动级来对50Hz的振荡信号来进行放大,同时再由几只复合管组成推挽放大电路的基极,进一步对其进行放大,以提高对功率输出级的驱动电流,然后由几只三极管和几只二极管,输出级变压器组成推挽输出级,它将推动级送来的激励信号进行放大,并通过变压器将初级电压升高到220V送到输出端.
方案3电路采用了比较典型的两级变换的方式,在第一级直流/直流变换电路中利用了集成脉宽调制电路芯片调制出PWM波,通过PWM波信号来驱动MOS管的通断,把直流信号变换成交流低压信号,再通过高频变压器把交流低压方波信号升压成交流高压方波信号,然后通过整流滤波电路,把交流高压信号变成350V的直流高压,在第二级中,用另一片脉宽调制芯片与一片正弦函数芯片做适当的连接产生SPWM波,用来对直流/交流变换电路中的全桥逆变电路进行脉宽调制,从而把350V直流高压逆变成220V的交流电压,然后通过滤波电路,滤出我们所需要的50Hz的交流信号,就得220V/50Hz的交流电压,而且在本次整个逆变电路中采用了变压器隔离的方法来保证主,控电路不受彼此的相互影响.
2.2.3方案选择
从上面的三个方案来分析看,方案2的简单推挽逆变电路没有使用脉宽调制技术,电路简单,而且此逆变器输出为50Hz的方波信号,由于波形为方波,可能对电器设备造成干扰,不能满足我们设计所需要的正弦波输出.
方案1的基于工频变压器的逆变电路过于简单,而且经过升压变压器后的交流输出电压没有滤波网络,无法对我们所需要的50Hz的频率进行滤取,电路体积较大等,不能符合我们毕业设计的要求.
方案3相对于1,2两种方案来说,电路设计合理,在电路中采用了中间直流环节的高频变压器式逆变电源系统结构,它由高频逆变,高频变压器升压,整流滤波,高频SPWM逆变和输出滤波,可以满足我们设计所需要的要求,所以方案3是我们这次设计的最佳方案.
本次逆变电源的设计主要内容包括:
1)直流/直流变换电路的设计,
2)直流/交流变换电路的设计,
3)直流/直流变换控制保护电路的设计,
4)直流/交流变换控制保护电路的设计,
3整体电路设计
3.1逆变电源整体框图
该设计电路的整体方框图如图3-1.该电路由12V直流输入以及输入过压保护电路,输入欠压保护电路,电源过热保护电路,输出过压保护电路,输出过流保护电路,逆变电路I,320V/50KHz整流滤波,逆变电路II,滤波电路等组成.逆变电路Ⅰ又包括频率产生电路,直流变换电路(DC/DC)将12V直流转换成320V直流,交流变换电路(DC/AC)将320V直流变换为220V交流.其中输入过压,欠压保护电路,输出过压,过流保护电路,过热保护电路构成整个电路的保护电路.一旦输入电压出现过大或者过小时,保护电路立即启动,然后停止逆变电路I的工作.过热保护电路是当电路工作温度过高时,启动保护使逆变电路I停止工作.输出过压保护电路和输出过流保护电路与逆变电路II构成反馈回路,一旦电路输出异常则停止逆变电路II的工作.
图3-1整机原理方框图
逆变电路I原理如图3-2所示.此电路的主要功能是将12V直流电转换为320V/50KHz的交流电.该部分电路主要是用一块TL494芯片,通过输出50K的脉冲来控制开关管的交替导通,进而产生50K的高频交流电.此高频交流电通过开关变压
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