文档介绍：车载逆变电源设计
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3%;具有输入过压和欠压,输出过流和负载短路保护等功能。
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. 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。
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。
(系统方框图)
,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。
过流保护
PI调节器
工频LC滤波
负载
控制电路
渐变桥逆变
欠压保护
12V蓄电池
高频升压逆变
过流保护
整流
2单元硬件电路设计
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
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
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: