车载逆变电源设计.docVIP

1.系统设计 1.1设计要求 制作车载正弦波逆变电源，输入12V直流，输出220V，50Hz的正弦波，满载时输出功率50W，效率不小于80%；输出波形失真度小于5%，当负载从空载到满载变化时，输出电压有效值稳定度高于%；具有输入过压和欠压，输出过流和负载短路保护等功能。 1.2总体设计方案 1.2.1设计思路 题目要求设计一个车载正弦波逆变电源，输出电压波形为正弦波。设计中主电路采用电器隔离、H桥逆变技术，控制部分采用SPWM（正弦脉冲调制)技术，利用逆变元件电力MOSFET的驱动脉冲调制，使输出获得交流正弦波的稳压电源。 1.2.2方案论证与比较 1. DC-DC实现变换器的方案论证与选择 方案一: 推挽式DC-DC变换器。推挽电路是两个不同极性晶体管输出电路无输出电压器(有OTL, OCL等)。是两个参数相同的功率BJT管或MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务。电路工作中，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小，功率高。推挽输出级既可向负载灌电流，也可从负载抽取电流。 方案二: Boast升压式DC-DC变换器。开关的开通和关断受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感储能后使电压上升，而电容C可将输出电压保持平稳，通过改变PWM控制信号的占空比以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流升压，电路结构较简单，损耗较小，效率比较高。 方案比较: 方案一和方案一都适用于升压电路，推挽式DC-DC变换器可由高频变压器将电压升至任何值。Boost升压式DC-DC变换器不使用高电频变压器，由12V升至320V , PWM信号的占空比比较低，会使得Boost升压式DC-DC变换器的损耗比较大。综上所述，采用方案一。 2.辅助电源的方案论证与选择 方案一: 采用线性稳压器LS7805 方案二: 采用Buck降压式DC-DC变换器。 方案比较: 方案一的优点在于可以使用很少元器件构成辅助电源，但是效率较低。方案二的优点在于效率高达90%,缺点是需要很多元器件，使得成本较高稳定性较差。在满足要求的情况下选择最优方案，最终决定采用方案一。 1.2.3系统组成(系统方框图） 系统方框图如图1.2.1所示，先采用DC-DC变换器把12V蓄电池的电压升至320V，保证输出有效值为220V的正弦波不出现截止失真和饱和失真。输出电压反馈采用调节SPWM信号脉宽方式。该系统采用两组相互隔离的辅助电源供电，一组供给SPWM信号控制器使用，另一组供给输出电压、电流测量电路使用，这样避免了交流输出的浮地和蓄电池的地不能共地的问题。因为SPWM控制器输出的SPWM信号不含死区时间，所以增加了死区时间控制电路和逆变H桥驱动电路。 空载检测电路使得当没有负载接入时，让系统进入待机模式，当有负载接入时，才进入逆变工作模式。同时，空载检测电路也作为过流保护的采样点。 图1.2.1 2单元硬件电路设计 2．1 DC-DC升压模块 DC-DC升压电路的基本原理: DC-DC升压驱动板，采用的是很常见的线路，用一片SG3525实现PWM的输出，后级用二组图腾输出，增加驱动，驱动后级的RUI190N8。板上有二个小按钮开关，S1, S2, S1是开机的，S2是关机的，可以控制逆变器的启动和停机。这驱动板，是用J3， J4接口和功率板相连的，其中J3的第1P为限压反馈输入端。原理图如图2-1-1所示。 图2-1-1 DC-DC升压电路图 2.1.1开关板的设计 控制系统的开关板设计如图2-1-2所示:开机、关机由具有自锁功能的继电器进行控制，这里的8050三极管起到开关电路的作用当S1按键按下时8050晶体管基极导通从而集电极到发射极有电流三极管处于导通状态，继电器工作，A1导通有电压输入，S2键按下三极管处于断开状态，继电器不工作从而Al, A2断开。原理图如图2-1-2所示 图2-1-2 开关板电路图 2.1.2 PWM固定频率的产生 PWM波形产生原理图如图2-1-3所示 图2-1-3 PWM波形产生原理图 PWM固定频率是由SG3525芯片产生。SG3525芯片引脚图如图2-1-4所示，SG3525芯片资料见如下: 图2-1-4 SG3525芯片引脚图 管脚说明: 引脚1:误差放大反向输入 引脚9: PWM比较补偿信号输入端 引脚2:误差放大同向输入 引脚10:外关断信号输入端 引脚3:振荡器外接同步信号输入端 引脚11:输出A 引脚4:振荡器输出端 引脚12:信号地 引脚5:振荡器定时电容接入端 引脚13:输出级偏置电压接入端 引脚6:振荡器定时电阻接入端 引脚14:输出端B 引脚7:振荡器放电端 引脚15:偏置电源输入端 引脚8:软启动电容接入端 引脚16:基准电