車載逆變電源畢業(yè)設(shè)計(jì)(含外文翻譯）

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　車載逆變器就是一種能把汽車上12V直流電轉(zhuǎn)化為220V/50Hz交流電的電子裝置,是常用的車用電子用品。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(dòng)工具等。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要基于開關(guān)電源電路技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)，采用二次逆變實(shí)現(xiàn)逆變器的設(shè)計(jì)。主要思路是：運(yùn)用TL494

2、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(dǎo)通。最后經(jīng)過LC工頻濾波及相應(yīng)的輸入輸出保護(hù)電路后，輸出穩(wěn)定的準(zhǔn)正弦波，供負(fù)載使用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)具有靈活方便、適用范圍廣的特點(diǎn)，基本能夠滿足實(shí)踐需求。而且本設(shè)計(jì)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

3、優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)符合逆變電源小型化、輕量化、高頻化以及高可靠性、低噪聲的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：車載逆變器 ；脈沖調(diào)寬 ；保護(hù)電路 ；TL494 ；SG3525A；</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Car inverter is a kind of vehicle that can be c

4、onverted to 220V/50Hz 12V DC AC electronic device which is commonly used in automotive electronic products. The inverter applications are very broad in the daily life , such as notebook computer, video recorder and elect

5、ric tools etc.</p><p>　　This design is mainly based on switch power supply circuit technology basic knowledge, using two inverter realize inverter design. The main idea uses the TL494 and SG3525A etc chip, t

6、he first 12 V dc power boost for 320 V/frequency 50 Hz high frequency alternating current, and rectification of high frequency ac filter will rectifier for high voltage dc and then using sine pulse regulation law, throug

7、h the output pulse control switch tube conduction. Finally after LC industrial frequency filter a</p><p>　　The design is flexible and convenient, apply a wide range of features, can basically meet the demand

8、 of practice. Besides the design uses the high frequency inverter, with noise reduction, response speed and adjust the advantages of flexible circuit. Finally the design conforms to the power supply miniaturization, li

9、ghtweight, high frequency and high reliability, low noise trend.</p><p>　　Key words: car invert ；pulse width modulation；circuit protection；TL494; SG3525A ;</p><p><b>　　目錄</b></p&g

10、t;<p>　　1 緒論...............................................1</p><p>　　1.1 車載逆變器及其發(fā)展......................................1</p><p>　　1.2 逆變電源技術(shù)的發(fā)展......................................2

11、</p><p>　　1.3 逆變電源的發(fā)展趨勢(shì)......................................5</p><p>　　2 設(shè)計(jì)總體目標(biāo).......................................7</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)指標(biāo)...................................

12、...7</p><p>　　2.2 總體方案的選取..........................................8</p><p>　　3 整體電路設(shè)計(jì)......................................11</p><p>　　3.1 逆變電源整體框圖..............................

13、.........11</p><p>　　3.2 脈寬調(diào)制技術(shù)及其原理...................................13</p><p>　　3.3 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù).....................................18</p><p>　　4 逆變電源主要集成芯片外圍電路及其功能簡介..........21

14、</p><p>　　4.1 TL494外圍電路及其應(yīng)用..................................21</p><p>　　4.2 SG3525A外圍電路及其應(yīng)用................................23</p><p>　　4.3 ICL8038外圍電路及其應(yīng)用.......................

15、.........28</p><p>　　4.4 IR2110外圍電路及其應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31</p><p>　　5 逆變電源單元電路設(shè)計(jì)..............................35</p><p>　　5.1 DC/DC變換電路...........................

16、...............35</p><p>　　5.2 DC/AC變換電路..........................................36</p><p>　　5.3 輸入過壓保護(hù)電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38</p><p>　　5.4 輸入欠壓保護(hù)電路．．．．．．．．．

17、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38</p><p>　　5.5 過熱保護(hù)電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39</p><p>　　5.6 輸出過壓保護(hù)電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40</p><p>　　5.7 輸出過流保

18、護(hù)電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41</p><p>　　致謝詞．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43</p><p>　　參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44</p><p>　　附錄．．．．．．．．

19、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.46</p><p>　　附錄一 外文翻譯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46</p><p>　　附錄二 逆變電源原理圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63</p><p><b>

20、　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 車載逆變器及其發(fā)展</p><p>　　車載逆變電源是將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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。通過它可以在汽車上使用平時(shí)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(gè)行業(yè)領(lǐng)域。按照輸出波形

21、來分，車載逆變電源可分為正弦波輸出和方波輸出兩種。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。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”。雖有較多的缺點(diǎn)，但是其技術(shù)要求低，體積小，電路簡單，價(jià)格低。</p><p>　　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。純方波逆變器輸出的則是質(zhì)量較差的方波交流

22、電，其正向最大值到負(fù)向最大值幾乎在同時(shí)產(chǎn)生，這樣，對(duì)負(fù)載和逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。同時(shí)，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]。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(shí)會(huì)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。</p><p>　　近年來出現(xiàn)了準(zhǔn)正弦波（或稱改良正弦

23、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(gè)時(shí)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?？偫▉碚f，正弦波逆變器提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動(dòng)任何種類的負(fù)載，但技術(shù)要求和成本均高。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(jià)適中，因而成為市場中的主流產(chǎn)品。</p><p>　　1.2 逆變電源技術(shù)的發(fā)展概況<

24、;/p><p>　　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(dòng)著逆變電源的發(fā)展。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。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(qiáng)迫關(guān)斷SCR，SCR的換流電路限制了逆變電源的進(jìn)一步發(fā)展。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

25、，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。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。由于自關(guān)斷器件的使用，使得開關(guān)頻率得以提高。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(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性得以提高。最初，對(duì)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

26、是通過輸出電壓有效值或平均值反饋控制的方法實(shí)現(xiàn)的。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(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在以下缺點(diǎn)：①對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性不</p><p><b>　　(1)諧波補(bǔ)償控制</b></p><p>　　當(dāng)逆變電源的負(fù)載為整流負(fù)載時(shí)，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(bǔ)償控制可

27、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(duì)輸出電壓波形的影響，減小輸出電壓的波形畸變。目前這種方法只能由高速的數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　(2)無差拍控制</b></p><p>　　1959年，Kalman首次提出了狀態(tài)變量的無差拍控制理論。1985年，Gokhale在PESC年會(huì)上提出將無差拍控制

28、應(yīng)用于逆變器控制。逆變器的無差拍控制才引起了廣泛的重視。無差拍控制是一種基于微機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制方法。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(hào)來推算下一個(gè)采樣周期的開關(guān)時(shí)間，使輸出電壓在每個(gè)采樣點(diǎn)上與給定信號(hào)相等。無差拍控制的缺點(diǎn)是算法比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來不太容易，它對(duì)系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性要求較高，對(duì)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(shí)不易獲得理想的正弦波輸出。</p><p>

29、;<b>　　(3)重復(fù)控制</b></p><p>　　為了消除非線性負(fù)載對(duì)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)。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。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，給出了一種重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)方法，提出了自適應(yīng)重復(fù)控制的理論。重復(fù)控制是一種基于內(nèi)模原理的控制方法，它將一個(gè)基波周期的偏差

30、存儲(chǔ)起來，用于下一個(gè)基波周期的控制，經(jīng)過幾個(gè)基波周期的重復(fù)可達(dá)到很高的控制精度。在這種控制方法中，加到控制對(duì)象的輸入信號(hào)除偏差信號(hào)外，還迭加了一個(gè)“過去的控制偏差”，這個(gè)“過去的控制偏差”是上一個(gè)基波周期中的控制偏差，把上一個(gè)基波周期的偏差反映到現(xiàn)在和“現(xiàn)在的偏</p><p>　　差以稱為重復(fù)控制。它的突出特點(diǎn)是穩(wěn)態(tài)特性好，控制魯棒性強(qiáng)。但重復(fù)控制的控制實(shí)時(shí)性差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢。因此，重復(fù)控制一般都不單獨(dú)使用來

31、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(gè)系統(tǒng)的性能。</p><p>　　(4)滑模變結(jié)構(gòu)控制</p><p>　　滑模變結(jié)構(gòu)控制理論起于20世紀(jì)50年代，它最顯著的特點(diǎn)是對(duì)參數(shù)變動(dòng)和外部擾動(dòng)不敏感，因此非常適用于閉環(huán)反饋控制的電能變換器。早期的滑模變結(jié)構(gòu)控制器采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)中。20世紀(jì)90年代中后期。臺(tái)灣的鄒應(yīng)嶼和香港大學(xué)的L．K．Wang等人

32、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?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制實(shí)質(zhì)上是一種非連續(xù)的開關(guān)控制方法，它強(qiáng)迫系統(tǒng)的跟蹤誤差及其導(dǎo)數(shù)運(yùn)行于相平面的一條固定的滑模曲線上，與系統(tǒng)參數(shù)變動(dòng)及外部擾動(dòng)無關(guān)，因此系統(tǒng)有極強(qiáng)的魯棒性。但是，就波形跟蹤質(zhì)量來說，滑模控制不及重復(fù)控制和無差拍控制。</p><p>　　(5)單一的電壓瞬時(shí)值反饋控制</p><p>　　這種控制方法的基本思想是

33、把輸出電壓的瞬時(shí)反饋值與給定正弦波進(jìn)行比較，用瞬時(shí)偏差作為控制量，對(duì)逆變橋輸出PWM波進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。和傳統(tǒng)PWM控制方法相比，由于該方法能對(duì)PWM波進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，故系統(tǒng)的快速性、抗擾性、對(duì)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。這種方法的缺點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好，特別是空載時(shí)，輸出電壓容易振蕩。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。</p><p&

34、gt;　　(6)帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時(shí)值反饋控制</p><p>　　帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時(shí)值反饋控制方法是在單一的電壓瞬時(shí)值反饋控制方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。在這種方法中，不但引入輸出電壓的瞬時(shí)值反饋，還引入濾波電容電流或?yàn)V波電感電流的瞬時(shí)值反饋。電壓環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)是內(nèi)環(huán)。電流環(huán)具有將濾波電容電流或?yàn)V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(diǎn)的傳遞函數(shù)，因而系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高，

35、克服了單一的電壓瞬時(shí)值反饋控制系統(tǒng)空載容易振蕩的缺點(diǎn)。由于穩(wěn)定性的提高使得電壓調(diào)節(jié)器增益可以取比較大的值，所以突加突卸負(fù)載時(shí)輸出電壓的動(dòng)態(tài)特性大大提高，抗擾性大大提高，對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性也大大提高[3]。</p><p>　　1.3 逆變電源的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和各行各業(yè)對(duì)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

36、勢(shì)主要集中在以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　(1)高頻化</b></p><p>　　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(shí)改善了輸入電壓的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。此外，為了進(jìn)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。高頻隔離可以采用兩種方式實(shí)現(xiàn)：①在整流器與逆變器之間加一級(jí)高頻隔離的

37、DC—DC變換器；②采用高頻鏈逆變技術(shù)。高頻化僅限于小容量逆變電源。在大容量逆變電源中，由于工頻變壓器引起的矛盾相對(duì)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。</p><p><b>　　(2)高性能化</b></p><p>　　高性能主要指輸出電壓特性的高性能，它主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

38、①穩(wěn)壓性能好，空載及負(fù)載時(shí)輸出電壓有效值要穩(wěn)定；②波形質(zhì)量高，不但要求空載時(shí)的波形好，帶載時(shí)波形也要好，對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性要強(qiáng)；③突加突減負(fù)載時(shí)輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)特性好；④電壓調(diào)制量?。虎葺敵鲭妷旱念l率穩(wěn)定性好；⑥對(duì)于三相電源，帶不平衡負(fù)載時(shí)相電壓失衡小。輸出電壓的高性能是用電設(shè)備對(duì)逆變電源的要求，控制方式的改進(jìn)是逆變電源達(dá)到高性能的主要手段。</p><p><b>　　(3)并聯(lián)及模塊化</

39、b></p><p>　　當(dāng)今逆變電源的發(fā)展趨向是大功率化和高可靠性。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(gè)系統(tǒng)的可靠性完全由單臺(tái)電源決定，無論如何是不可能達(dá)到很高的。為了提高系統(tǒng)的可靠性，就必須實(shí)現(xiàn)模塊化。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(gè)較大容量的逆變電源。模塊化需要解決逆變電源之間的并聯(lián)問題，逆變電源的并聯(lián)要比直流電源的并

40、聯(lián)復(fù)雜，它面臨著負(fù)荷分配、環(huán)流補(bǔ)償、通斷控制等多方面的問題。但是，逆變電源的并聯(lián)運(yùn)行可以帶來以下幾個(gè)方面的好處：1)可以用來靈活地?cái)U(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(yùn)行的可靠性；3)具有極高的系統(tǒng)可維修性。當(dāng)單臺(tái)電源出現(xiàn)故障時(shí)，可以很方便地通過熱插拔方式進(jìn)行更換和維修。</p><p><b>　　(4)小型化</b></p><p>　　在逆變電源中

41、，決定整個(gè)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)。要使逆變電源小型化，可以采用的方法有三種：1)提高開關(guān)頻率，使濾波器小型化；2)采用新的PWM控制方式，優(yōu)化逆變橋輸出PWM波的頻譜，使濾波器小型化；3)用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電壓的隔離及匹配，替代輸入或輸出的低頻變壓器，實(shí)現(xiàn)變壓器的小型化。&

42、lt;/p><p>　　(5)高輸入功率因數(shù)化</p><p>　　對(duì)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。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(duì)輸入電能的利用率，而且可以克服逆變電源對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染的缺點(diǎn)。</p><p><b>　　(6)數(shù)字化</b></p

43、><p>　　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(jī)及FPGA等，而是指整個(gè)系統(tǒng)的控制應(yīng)用數(shù)字器件的計(jì)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(jì)算速度的提高，必然促使逆變電源向數(shù)字化方向發(fā)展。</p><p><b>　　(7)智能化</b></p><p>　　一個(gè)智能化的逆變電源除了能夠完成普通逆變電源的所

44、有功能外，還應(yīng)具有以下功能：1)對(duì)運(yùn)行中的逆變電源進(jìn)行監(jiān)測，隨時(shí)將采樣點(diǎn)的狀態(tài)信息送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，一方面獲取電源工作時(shí)的有關(guān)參數(shù)，另一方面監(jiān)視電路中各部分的狀態(tài)，從中分析電路的各部分工作是否正常；2)在逆變電源發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果，進(jìn)行故障診斷，指出故障的部位，給出處理方法；3)自動(dòng)顯示所監(jiān)測的參數(shù)，有異常或發(fā)生故障時(shí)，可以自動(dòng)記錄有關(guān)異常或故障的信息；4)按照技術(shù)說明書給出的指標(biāo)，自動(dòng)定期地進(jìn)行自檢，并形成自檢記錄文件；5)

45、能夠用程序控制逆變電源的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)無人值守的自動(dòng)操作；6)具有信息交換功能，可以隨時(shí)向上位機(jī)輸入信息，或從上位機(jī)獲取信息[4]。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)總體目標(biāo)</b></p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)指標(biāo)</p><p>　　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

46、電，供一般電器使用，是一種方便的車用電源轉(zhuǎn)換器。通常設(shè)備工作空間狹小，環(huán)境惡劣，干擾大。因此對(duì)電源的設(shè)計(jì)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(qiáng)等特點(diǎn)。</p><p>　　逆變電源質(zhì)量的好壞極大地影響著電子設(shè)備的可靠性，其轉(zhuǎn)換效率的高低和帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱直接關(guān)系著它的應(yīng)用范圍，因而本設(shè)計(jì)要求輸出電壓波形為準(zhǔn)正弦波，以克服方波逆變器不能帶感性負(fù)載的特點(diǎn)。</

47、p><p>　　本設(shè)計(jì)對(duì)逆變電源的要求有：</p><p>　　輸入直流電壓12V或24V</p><p>　　輸出220V50Hz交流電</p><p>　　驅(qū)動(dòng)器件:IR2110 隔離光耦:6N136 主功率器件:60N100</p><p>　　專用芯片用TL494</p><p>

48、　　輸出電壓波動(dòng)<5%;</p><p><b>　　輸出過流保護(hù)值2A</b></p><p>　　額定輸出電壓：V=220VAC</p><p>　　額定輸出功率：200W</p><p>　　有過壓保護(hù)和過熱保護(hù)</p><p>　　2.2 總體方案選擇</p><

49、;p>　　2.2.1 方案比較</p><p>　　在本逆變電源的設(shè)計(jì)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(shí)間對(duì)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：</p><p>　　方案一：基于工頻變壓器的逆變電路 </p><p>　　本方案設(shè)計(jì)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(hào)用來驅(qū)動(dòng)半橋

50、逆變電路，產(chǎn)生低壓交流信號(hào)，再經(jīng)過工頻變壓器的升壓，轉(zhuǎn)換為所需要的交流電壓。電路框圖如圖2-1：</p><p>　　圖2.1 基于工頻變壓器的逆變電路框圖</p><p>　　方案二：簡單推挽逆變電路</p><p>　　本方案設(shè)計(jì)的逆變器可以作為交流輔助電源。圖2-2是本逆變器的電路框圖。它是通過在振蕩級(jí)產(chǎn)生所需要的50Hz的交流信號(hào)，再經(jīng)過推動(dòng)級(jí)的放大，然后把

51、放大后的電壓信號(hào)送入推挽輸出級(jí)經(jīng)過放大、變壓器的升壓，從而得到所需要的220V/50Hz的交流電壓。</p><p>　　圖2.2 簡單推挽逆變電路框圖</p><p>　　方案三：車載單相準(zhǔn)正弦脈寬調(diào)制逆變電路</p><p>　　圖2.3 車載單相準(zhǔn)正弦脈寬調(diào)制逆變電路框圖</p><p>　　本方案是采用了比較典型的逆變電路的變換方式把

52、直流12V電壓變換成220V的交流電壓，即第一級(jí)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(jí)直流/交流變換，通過對(duì)直流/交流全橋逆變電路各個(gè)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。</p><p>　　2.2.2 方案論證</p>&l

53、t;p>　　方案1通過脈寬調(diào)制芯片把直流低壓信號(hào)調(diào)制成脈寬調(diào)制信號(hào)，形成脈寬調(diào)制波PWM，并用其來驅(qū)動(dòng)半橋逆變變換電路中的功率場效應(yīng)管，控制電路中開關(guān)管的通斷，變成交流低壓信號(hào)，再把交流低壓信號(hào)經(jīng)過工頻變壓器的升壓變成220V的交流電壓。</p><p>　　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(jí)來選定我們所需要的50Hz的工作頻率的信號(hào)；再由幾個(gè)三極管組成的推動(dòng)級(jí)來對(duì)50Hz的振蕩信號(hào)

54、來進(jìn)行放大，同時(shí)再由幾只復(fù)合管組成推挽放大電路的基極，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行放大，以提高對(duì)功率輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流；然后由幾只三極管和幾只二極管、輸出級(jí)變壓器組成推挽輸出級(jí)，它將推動(dòng)級(jí)送來的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，并通過變壓器將初級(jí)電壓升高到220V送到輸出端。</p><p>　　方案3電路采用了比較典型的兩級(jí)變換的方式，在第一級(jí)直流/直流變換電路中利用了集成脈寬調(diào)制電路芯片調(diào)制出PWM波，通過PWM波信號(hào)來驅(qū)動(dòng)MOS管的通斷，

55、把直流信號(hào)變換成交流低壓信號(hào)，再通過高頻變壓器把交流低壓方波信號(hào)升壓成交流高壓方波信號(hào)，然后通過整流濾波電路，把交流高壓信號(hào)變成350V的直流高壓；在第二級(jí)中，用另一片脈寬調(diào)制芯片與一片正弦函數(shù)芯片做適當(dāng)?shù)倪B接產(chǎn)生SPWM波，用來對(duì)直流/交流變換電路中的全橋逆變電路進(jìn)行脈寬調(diào)制，從而把350V直流高壓逆變成220V的交流電壓，然后通過濾波電路，濾出我們所需要的50Hz的交流信號(hào)，就得220V/50Hz的交流電壓；而且在本次整個(gè)逆變電路中

56、采用了變壓器隔離的方法來保證主、控電路不受彼此的相互影響。</p><p><b>　　2.2.3方案選擇</b></p><p>　　從上面的三個(gè)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(hào)，由于波形為方波，可能對(duì)電器設(shè)備造成干擾，不能滿足我們?cè)O(shè)計(jì)所需要的正弦波輸出。</p><p&g

57、t;　　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(duì)我們所需要的50Hz的頻率進(jìn)行濾取，電路體積較大等，不能符合我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　方案3相對(duì)于1，2兩種方案來說，電路設(shè)計(jì)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?cè)O(shè)計(jì)所需要的要求，所以方案

58、3是我們這次設(shè)計(jì)的最佳方案。本次逆變電源的設(shè)計(jì)包括： 1) 直流/直流變換電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　　2) 直流/交流變換電路的設(shè)計(jì) </p><p>　　3) 直流/直流變換控制保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　　4) 直流/交流變換控制保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　3 整體電路設(shè)計(jì)</b&

59、gt;</p><p>　　3.1 逆變電源整體框圖</p><p>　　該設(shè)計(jì)電路的整體方框圖如圖3.1。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。逆變電路Ⅰ又包括頻率產(chǎn)生電路、直流變換電路(DC/DC)將12V直流轉(zhuǎn)換成320V直流、交流變

60、換電路(DC/AC)將320V直流變換為220V交流。其中輸入過壓、欠壓保護(hù)電路、輸出過壓、過流保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路構(gòu)成整個(gè)電路的保護(hù)電路。一旦輸入電壓出現(xiàn)過大或者過小時(shí)，保護(hù)電路立即啟動(dòng)，然后停止逆變電路I的工作。過熱保護(hù)電路是當(dāng)電路工作溫度過高時(shí)，啟動(dòng)保護(hù)使逆變電路I停止工作。輸出過壓保護(hù)電路和輸出過流保護(hù)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。</p><p>　　圖3.

61、1 整機(jī)原理方框圖</p><p>　　逆變電路I原理如圖3.2所示。此電路的主要功能是將12V直流電轉(zhuǎn)換為320V/50KHz的交流電。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。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。</p><p>　　圖3.2 逆變I電路原理方框圖</p>&

62、lt;p>　　逆變電路Ⅱ的框圖如圖3.3所示。此電路的主要功能是將320V交流電轉(zhuǎn)換為220V/50Hz的交流電。</p><p>　　圖3.3 逆變II電路原理方框圖</p><p>　　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。該高壓加在由四個(gè)場效應(yīng)管結(jié)成的全橋電路兩端，場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止由柵極的狀態(tài)控制。為

63、了使逆變電源輸出準(zhǔn)正弦波，本設(shè)計(jì)采用正弦波脈沖調(diào)制（SPWM），脈沖波的產(chǎn)生主要由脈沖調(diào)寬芯片SG3525A來完成。根據(jù)芯片SG3525A的使用原理，先由集成函數(shù)發(fā)生芯片ICL8038產(chǎn)生50HZ的正弦波信號(hào)，該正弦波分兩路輸出。因?yàn)镾G3525A內(nèi)部的鋸齒波幅度位于1V至3.3V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。鋸齒波的頻

64、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。而另一路正弦波則經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化為50HZ的方波作為基準(zhǔn)信號(hào)，該基準(zhǔn)信號(hào)與SG3525A產(chǎn)生的高頻正弦波調(diào)寬脈沖輸入與門芯片，最后將與門的輸出信號(hào)輸入兩片場效應(yīng)管專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110，再由IR2110輸出高頻的調(diào)寬脈沖以控制四個(gè)場效應(yīng)管的交替導(dǎo)通，輸出的電壓在經(jīng)過LC工頻濾波后便可輸出穩(wěn)定的準(zhǔn)正弦波供負(fù)載</p><p>　　3.2 脈寬調(diào)制技術(shù)及其原

65、理</p><p>　　3.2.1 PWM控制的基本原理</p><p>　　在采樣控制理論中有這樣一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如果把各輸出波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。如圖3.1 a、b、c所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，其中3.1 a為

66、矩形脈沖，圖3.1 b為三角形脈沖，3.1 c為正弦半波脈沖，但他們的面積都等于1，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。當(dāng)窄脈沖變?yōu)?.1 d的單位脈沖函數(shù)（t）時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過度函數(shù)。</p><p>　　圖3.4 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖</p><p>　　PWM波形：如圖3.2a的正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N個(gè)劈刺

67、相連的脈沖序列所組成的波形。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。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(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，就得到圖3.2b所示的脈沖序列。這就是PWM波形。可以看出，各脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。同樣對(duì)于正弦

68、波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形[6]。</p><p>　　SPWM波形：脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，稱為SPWM（Sinusoidal PWM）波形。</p><p>　　圖3.5 用PWM波代替正弦半波</p><p>　　3.2.2 PWM逆變電路</p><p>　　PWM逆變電路可以分成電壓型和電

69、流型兩種，但目前的實(shí)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。</p><p>　　計(jì)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(gè)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(zhǔn)確的計(jì)算出來。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。這種方法稱之為計(jì)算法。</p><p>　　

70、調(diào)制法：即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。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(yīng)用最多。當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。</p><p>　　在實(shí)際中應(yīng)用的主要是調(diào)制法，下面結(jié)合一些具體的電路對(duì)這種方法作進(jìn)一步說明。</p><p>　　圖3.4是采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路

71、。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)V1和V2的通斷狀態(tài)互補(bǔ)，V3和V4的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。具體的控制規(guī)律如下：在輸出電壓的正半周，讓V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4交替通斷。由于負(fù)載電流比電壓滯后，因此在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。在負(fù)載電流為正的區(qū)，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓等于支流電壓；V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，=0。在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為V1和V4導(dǎo)通時(shí)，因?yàn)樨?fù)，故實(shí)際上從VD1和VD4流過，仍有

72、=；V4關(guān)斷，從V3和VD1續(xù)流，=0。這樣，總可以得到和零兩種電平。同樣，在的負(fù)半周，讓V2保持通態(tài)，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4交替通斷，負(fù)載電壓可以得到-和零兩種電平。</p><p>　　圖3.6 單相橋式PWM逆變電路</p><p>　　控制V3和V4通斷的方法如圖3.5所示。調(diào)制信號(hào)為正弦波，載波在的正半周為正極性的三角波，在的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。在和的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的

73、通斷。在的正半周，V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)>時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，=；當(dāng)<時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，=0。在的負(fù)半周，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V2保持通態(tài)，當(dāng)<時(shí)使V3導(dǎo)通，V4關(guān)斷，=-；當(dāng)>時(shí)使V3關(guān)斷，V4導(dǎo)通，=0。這樣，就得到了SPWM波形。圖中的虛線表示中的基波分量。像這種在的半個(gè)周期內(nèi)三角波載波只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的PWM波形也只在單個(gè)極性范圍變化的控制方法方式稱為單極性PWM控

74、制方法。</p><p>　　圖3.7 單極性PWM控制方式波形</p><p>　　和單極性PWM控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方式。圖3.4的單相橋式逆變電路在采用雙極性控制方式時(shí)的波形如圖3.6所示。采用雙極性方式時(shí)，在的半個(gè)周期內(nèi)，三角形載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)，所得到的PWM波也是有正有負(fù)。在的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有正負(fù)兩種電平，而不象單極性控制時(shí)還有零電平。仍然在

75、調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)器件的通斷。在的正負(fù)半周，對(duì)各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。即當(dāng)>時(shí)，給V1和V4以導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3以關(guān)斷信號(hào)，這時(shí)如>0，則V1、V4通，如果<0，則VD1和VD4通，不管哪種情況都是輸出電壓=。當(dāng)<時(shí)，給V2和V3以導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4以關(guān)斷信號(hào)，這時(shí)<0，則V2和V3通，如>0，則CD2和VD3通，不管哪種情況都是= -。</p><p

76、>　　圖3.8 雙極性PWM控制方式波形</p><p>　　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(duì)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。</p><p>　　3.3 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法 </p><p>　　3.3.1軟件生成法</p><p>　　由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用

77、軟件生成SPWM波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生。軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法。 </p><p>　　自然采樣法是以正弦波為調(diào)制波，等腰三角波為載波進(jìn)行比較，在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，這就是自然采樣法。其優(yōu)點(diǎn)是所得SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性，脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越

78、方程，計(jì)算繁瑣，難以實(shí)時(shí)控制。 </p><p>　　規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，一般采用三角波作為載波。其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)SPWM法。當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn)(或底點(diǎn))位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期(即采樣周期)內(nèi)的位置是對(duì)稱的，這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底

79、點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期(此時(shí)為采樣周期的兩倍)內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱，這種方法稱為非對(duì)稱規(guī)則采樣[7]。 </p><p>　　規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的改進(jìn)，其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡單，便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算，其中非對(duì)稱規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦。其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低，線性控制范圍較小。</p><p>　　除上述兩種方法外，還有一種

80、方法叫做等面積法。該方案實(shí)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(jì)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(hào)控制開關(guān)器件的通斷，以達(dá)到預(yù)期的目的。由于此方法是以SPWM控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計(jì)算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn)。 </p><p>　

81、　3.3.2硬件調(diào)制法</p><p>　　硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。其實(shí)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(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成S

82、PWM波[8]。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TL494、SG3525A等，這些集成芯片的出現(xiàn)使得電路的設(shè)計(jì)大大簡化，而且功能更加齊全。本次設(shè)計(jì)就采用硬件調(diào)制法，通過使用脈沖調(diào)制芯片來產(chǎn)生所需要的正弦脈沖調(diào)寬波。</p><p>　　4 逆變電源主要集成芯片外圍電路及其功能簡介</p><p>　　4.1 TL494外圍電路及其應(yīng)用</p

83、><p>　　1.TL494外圍電路</p><p>　　圖4.1 TL494外圍電路圖</p><p>　　50HZ脈沖產(chǎn)生芯片TL494外圍電路如上圖所示: 15腳為芯片TL494的反相輸入端，16為同相輸入端，電路正常情況下15腳電壓應(yīng)略高于16腳電壓才能保證誤差比較器的輸出為低電平，才能使芯片內(nèi)兩個(gè)三極管正常工作。因?yàn)樾酒瑑?nèi)置5V基準(zhǔn)電壓源，負(fù)載能力為10mA

84、。所以15腳電壓應(yīng)高于5V。過熱保護(hù)的R4為200Ω，則15腳的電壓為6.22V大于16腳電壓。14腳輸出基準(zhǔn)電壓，因?yàn)橥仆祀娐窞殡p端輸出，故將輸出控制端13腳與14腳連在一起。12腳為電源端，接外部12V電壓。8、11腳末級(jí)三極管集電極，此處亦接外接電源。9、10引腳用于輸出50K的脈沖控制開關(guān)管。7腳為接地端，5、6腳外接震蕩電阻和電容用于控制輸出脈沖頻率。4腳為死區(qū)控制端其上加0-3.3V電壓時(shí)，可使截止時(shí)間從2%線性變化到100

85、%，本設(shè)計(jì)中用于實(shí)現(xiàn)輸入的過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)[9]。</p><p>　　TL494 的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。</p><p>　　圖4.2 集成芯片TL494管腳及波形圖</p><p>　　表4.1 TL494引腳菜單</p><p&g

86、t;　　4.2 SG3525A外圍電路及其應(yīng)用</p><p>　　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(dòng)功率、良好的頻率響應(yīng)特性和開關(guān)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，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。開關(guān)管的控制方式采用脈沖寬度調(diào)制(PWM) 方式[10]。</p&

87、gt;<p>　　集成脈寬調(diào)制器SG3525A是美國硅通用公司（Silicon General）生產(chǎn)的雙端輸出式脈寬調(diào)制器，工作頻率高于100kHz,工作溫度為0℃～70℃,適宜構(gòu)成100W～500W中功率推挽輸出式開關(guān)電源。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?？捎糜隍?qū)動(dòng)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(jì)及調(diào)試[11] 。

88、 </p><p>　　SG3525A是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。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。</p><

89、p>　　圖4.3 SG3525A管腳及實(shí)物圖</p><p>　　表4.2 SG3525A 的引腳功能</p><p>　　SG3525A工作特點(diǎn):</p><p>　　(1) 工作電壓范圍寬：8—35V。 </p><p>　　(2) 5.1（1.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。 </p><p>　　(3

90、) 振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz-400KHz. </p><p>　　(4) 具有振蕩器外部同步功能。 </p><p>　　(5) 死區(qū)時(shí)間可調(diào)。 </p><p>　　(6) 內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。 </p><p>　　(7) 具有輸入欠電壓鎖定功能。 </p><p>　　(8) 具有 PWM 瑣存功能

91、，禁止多脈沖。 </p><p>　　(9) 逐個(gè)脈沖關(guān)斷。 </p><p>　　SG3525A 的工作原理 </p><p>　　SG3525A內(nèi)置了 5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。SG3525A還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引

92、腳和 Discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于 SG3525 內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525A內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。 SG3525A的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5pF的軟啟動(dòng)電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，

93、PWM比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525A才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上[12]。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升</p><p>　　外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng) Shutdown

94、（引腳10）上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM 瑣存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525A的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。</p><p>　　如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過程。注意，Shutdown 引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影響 SG3525A 的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過低，在 SG3525A的

95、輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。 </p><p>　　此外，SG3525A還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐?PWM 脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來，PWM 瑣存器才被復(fù)位。 SG3525A外圍電路</p><p>　　圖4.4 SG3525A外圍電路圖</p><p>　　PWM波產(chǎn)生芯片SG3525A的外圍電路如上圖所示：<

96、;/p><p>　　引腳1、2分別為內(nèi)部放大器的反向輸入端和同向輸入端。1腳與基準(zhǔn)電壓輸出端16腳連接，使1腳為高電平。2腳接地。3腳為同步端，此處僅一片芯片，故3腳不用。4腳為振蕩器輸出，亦不使用。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。</p><p>　　f= （4-1）</p><p>　　7端的電阻

97、為震蕩電容的放電端。把充電和放電回路分開，有利于通過死區(qū)電阻來調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，使死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)范圍更寬，放電電阻越大，放電時(shí)間越長;反之，則放電時(shí)間短。8腳為軟啟動(dòng)端，通常外接一個(gè)5uF的電容用于軟啟動(dòng)。9腳為補(bǔ)償端，此電路中輸入正弦波，10腳為封鎖端，引腳電位大于0.7V時(shí)，芯片停止工作，和相應(yīng)的保護(hù)電路相連。11、14腳交替輸出相位相反的脈沖波。12腳接地端。13、15腳為電源端，接外接電源。在本次設(shè)計(jì)中震蕩電容為2200pF，震蕩電阻

98、R34和R35分別為10K、1K，則內(nèi)部鋸齒波震蕩頻率為56.8K.</p><p>　　4.3 ICL8038外圍電路及其應(yīng)用</p><p>　　ICL8038精密函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢(shì)壘二極管等先進(jìn)工藝制成的單片集成電路芯片，電源電壓范圍寬、穩(wěn)定度高、精度高、易于用等優(yōu)點(diǎn)，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波，其函數(shù)波形的頻率受內(nèi)部或外電壓控制，可被應(yīng)用

99、于壓控振蕩和FSK調(diào)制器。</p><p>　　圖4.5 ICL8038 外圍電路</p><p>　　使用單電源時(shí)三角波和正弦波的電壓平均值等于Vcc/2 ,正弦波幅度為Vcc/5，而方波幅度是Vcc/3 。采用雙電源時(shí),所有輸出波形相對(duì)于地 電平都是正、負(fù)對(duì)稱的。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中需要用到電壓比較器對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理。由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)

100、是能使復(fù)雜電路小型輕便,所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。常用的運(yùn)算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作電壓為±2V～±18V,消耗電流為50～250mA。目前有的產(chǎn)品功耗已達(dá)微瓦級(jí),例如ICL7600的供電電源為1.5V,功耗為10mW,可采用單節(jié)電池供電。為了減少電路的不必要損耗，而且本設(shè)計(jì)中對(duì)運(yùn)算放大器的要求不高，因而本次設(shè)計(jì)中的運(yùn)算放大器均采用

101、低功耗型TL-022C.</p><p>　　圖4.6 ICL8038管腳及波形圖</p><p>　　表4.3 ICL8038 的引腳功能</p><p>　　ICL8038的工作特點(diǎn):</p><p>　　(1) 可同時(shí)輸出任意的三角波、矩形波和正弦波等。</p><p>　　(2) 頻率范圍: 0.00

102、1HZ～300kHz。</p><p>　　(3) 占空比范圍: 2%～ 98%。</p><p>　　(4) 低失真正弦波: 1%。</p><p>　　(5) 低溫度漂移: 50ppm/℃。</p><p>　　(6) 三角波輸出線性度: 0.1%。</p><p>　　(7) 工作電源: ±5V～

103、77;12V 或者+12V～+25V。</p><p>　　ICL8038外圍電路</p><p>　　由ICL8038構(gòu)成的精密函數(shù)發(fā)生器電路如圖所示。圖中 R11 R12 為定時(shí)電阻，均為可調(diào)式。阻值范圍是 1KΩ- 1MΩ 調(diào)節(jié) R1及R2能調(diào)節(jié)震蕩頻率及矩形波的占空比。C為定時(shí)電容,它可能影響振蕩頻率、R13用來調(diào)整正弦波的失真。由于第9腳為集電極開路輸出,必須外接集電極負(fù)載電阻R

104、。對(duì)于本電路，其震蕩頻率為：</p><p>　　f= (4-2)</p><p>　　4.4 IR2110外圍電路及其應(yīng)用</p><p>　　在功率變換裝置中，根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，其功率開關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式。采用隔離驅(qū)動(dòng)方式時(shí)需要將多路驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、主電路互相隔離，以免引起災(zāi)難性的后果。隔離驅(qū)動(dòng)可分為電磁隔離和光

105、電隔離兩種方式[13]。 </p><p>　　光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但存在共模抑制能力差，傳輸速度慢的缺點(diǎn)?？焖俟怦畹乃俣纫矁H幾十kHz。電磁隔離用脈沖變壓器作為隔離元件，具有響應(yīng)速度快（脈沖的前沿和后沿），原副邊的絕緣強(qiáng)度高，dv/dt共模干擾抑制能力強(qiáng)。但信號(hào)的最大傳輸寬度受磁飽和特性的限制，因而信號(hào)的頂部不易傳輸。而且最大占空比被限制在50％。而且信號(hào)的最小寬度又受磁化電流所限。脈沖變壓器體

106、積大，笨重，加工復(fù)雜。 凡是隔離驅(qū)動(dòng)方式，每路驅(qū)動(dòng)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(fù)雜性。隨著驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷成熟，已有多種集成厚膜驅(qū)動(dòng)器推出。如EXB840/841、EXB850/851、M57959L/AL、M57962L/AL、HR065等等，它們均采用的是光耦隔離，仍受上述缺點(diǎn)的限制。美國IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)器,它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率