某某车载逆变电源毕业设计

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目录

摘要 (Ⅱ)

1 绪论.......................................................... 错误!未定义书签。

1.1 车载逆变器及其发展................................. 错误!未定义书签。

1.2 逆变电源技术的发展概况 (4)

1.3 逆变电源的发展趋势................................. 错误!未定义书签。

2 设计总体目标 (6)

2.1 设计要求及系统指标 (6)

2.2 总体方案的选取 (6)

2.2.1 方案比较 (6)

2.2.2 方案论证 (6)

2.2.3 方案选择........................................... 错误!未定义书签。

3 整体电路设计 (8)

3.1 逆变电源整体框图 (8)

3.2 脉宽调制技术及其原理 (11)

3.2.1 PWM控制的基本原理 (11)

3.2.2 PWM逆变电路 (12)

3.3 正弦波脉宽调制技术的实现方法 (14)

3.3.1 软件生成法 (15)

3.3.2 硬件调制法 (15)

4 逆变电源元器件特性及各部分电路设计 (17)

4.1 逆变电源主要分立元件及其应用 (17)

4.1.1 场效应管 (17)

4.1.2 稳压管 (17)

4.1.3 与门 (18)

4.1.4 变压器 (19)

4.1.5 电流互感器 (20)

4.2 逆变电源主要集成芯片及其功能简介 (21)

4.2.1 TL494及其应用 (21)

4.2.2 SG3525A及其应用 (22)

4.2.3 ICL8038简介及其应用 (26)

4.2.4 IR2110简介及其应用 (27)

4.3 各芯片外围电路及其参数的计算 (29)

4.3.1 ICL8038外围电路 (29)

4.3.2 TL494外围电路 (30)

4.3.3 SG3525A外围电路 (31)

4.3.4 IR2110外围电路 (33)

4.4 各变换电路设计 (34)

4.4.1 DC/DC变换电路 (34)

4.4.2 DC/AC变换电路 (35)

4.5 逆变电源保护电路及其参数的计算 (37)

4.5.1 输入过压保护电路 (37)

4.5.2 输入欠压保护电路 (37)

4.5.3 过热保护电路 (38)

4.5.4 输出过压保护电路 (39)

4.5.5 输出过流保护电路 (40)

5结论 (41)

致谢 (42)

参考文献 (43)

附录 (44)

附录1 元器件清单 (44)

附录2 逆变电源原理图 (45)

1 绪论

1.1车载逆变器及其发展

车载逆变电源是将汽车发动机或汽车电瓶上的直流电转换为交流电，供一般电器产品使用，是一种较方便的车用电源转换设备。它是常用的车用汽车电子用品。通过它可以在汽车上使用平时我们用市电才能工作的电器，比如电视机、笔记本电脑、电钻、医疗急救仪器、军用车载设备等，可应用于各个行业领域。按照输出波形来分，车载逆变电源可分为正弦波输出和方波输出两种。前者可提供不间断的高质量交流电，可适应任何负载，但其技术要求及成本高，电路结构比较复杂。后者提供的交流电的质量较差，且带载能力差，不能接“感性负载”。虽有较多的缺点，但是其技术要求低，体积小，电路简单，价格低。

车载逆变电源按输出来分主要分两类，一类是修正正弦波逆变器和纯方波逆变器，另一类是正弦波逆变器。纯方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40%－60%，不能带感性负载[1]。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容[2]，方波逆变器的制作方法采用简易的多谐振荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。

针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波畴，连续性不好。总括来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需

求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品

1.2 逆变电源技术的发展概况

逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。最初的逆变电源采用晶闸管(SCR)作为逆变器的开关器件，称为可控硅逆变电源。由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必须通过增加换流电路来强迫关断SCR，SCR的换流电路限制了逆变电源的进一步发展。随着半导体制造技术和变流技术的发展，自关断的电力电子器件脱颖而出，相继出现了电力晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等等。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能。由于自关断器件的使用，使得开关频率得以提高。从而逆变桥输出电压中低次谐波的频率比较高，使输出滤波器的尺寸得以减小，而且对非线性负载的适应性得以提高。最初，对于采用全控型器件的逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈的PWM控制技术，其输出电压的稳定是通过输出电压有效值或平均值反馈控制的方法实现的。采用输出电压有效值或平均值反馈控制的方法具有结构简单、容易实现的优点，但存在以下缺点：①对非线性负载的适应性不强；②死区时间的存在将使PWM波中含有不易滤掉的低次谐波，使输出电压出现波形畸变；③动态特性不好，负载突变时输出电压调整时间长。为了克服单一电压有效值或平均值反馈控制方法的不足，实时反馈控制技术获得应用，它是近十年来发展起来的新型电源控制技术，目前仍在不断地完善和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃。实时反馈控制技术多种多样，主要有以下几种：

(1)谐波补偿控制

当逆变电源的负载为整流负载时，由于负载电流中含有大量谐波，谐波电流在逆变电源阻上的压降致使逆变电源输出电压波形畸变，谐波补偿控制可以较好地解决这一问题，其是在逆变桥输出PWM波中加入特定的谐波，抵消负载电流中的谐波对输出电压波形的影响，减小输出电压的波形畸变。目前这种方法只能由高速的数字信号处理器来实现。

(2)无差拍控制

1959年，Kalman首次提出了状态变量的无差拍控制理论。1985年，Gokhale 在PESC年会上提出将无差拍控制应用于逆变器控制。逆变器的无差拍控制才引起了广泛的重视。无差拍控制是一种基于微机实现的控制方法。这种控制方法根据逆变电源系统的状态方程和输出反馈信号来推算下一个采样周期的开关时间，使输出电压在每个采样点上与给定信号相等。无差拍控制的缺点是算法比较复杂，