目录
摘要： (1)
第1章绪论 (3)
1.1逆变器的定义及其应用领域 (3)
1.2逆变技术的发展过程及现状 (4)
1.3 逆变器用功率开关器件 (5)
1.4 逆变器主电路的基本形式及分类 (7)
1.5 本课题研究的目的和任务 (8)
第2章变电源的主电路拓扑结构分析 (9)
2.1 典型主电路拓扑 (9)
2.1.1 推挽逆变主电路 (9)
2.1.2 半桥逆变主电路 (9)
2.1.3 全桥逆变主电路 (10)
2.2 设计指标及要求 (11)
2.3 主电路的研究与设计 (12)
2.3.1 系统的基本原理 (12)
2.3.2 前级升压电路 (12)
2.3.3 输出逆变电路 (15)
第3章控制电路的研究 (17)
3.1 脉宽调制（PWM）技术 (17)
3.2 推挽电路的驱动电路 (17)
3.2.1 KA7500B内部结构 (18)
3.2.2 驱动电路及其他外围电路的研究 (18)
3.3 末级控制输出电路 (21)
3.3.1 驱动信号 (22)
3.3.2 输出欠压、过压和过流保护 (23)
3.3.3 MCS-51外围电路图 (23)
第4章高频变压器的设计 (25)
4.1 磁性原件对电源设计的重要意义 (25)
4.2 应用于开关电源的基本磁学理论 (26)
4.3 推挽变换器中变压器的设计 (29)
4.3.1 变压器工作原理 (29)
4.3.2双极性变压器的计算 (30)
附录 (33)
附录1主程序流程图 (33)
附录2 DC/DC变换电路 (34)
附录3 DC/AC变换电路 (35)
参考文献 (36)
致谢 (37)
摘要
随着逆变技术和各种功率器件的飞速发展，车载逆变电源的小型化、高效化已成为可能。车载逆变电源(又叫电源转换器)可以把汽车蓄电池的12V/24V直流电转变成大多数电器所需要的220V交流电。功率开关把输入的直流电压转变成脉宽调制的交流电压，然后利用推挽逆变器和高频变压器把交流电压升高，再用全波整流把交流电压转换成直流，最后由全桥变换器把高压直流逆变成所需交流电。转换器可作为移动交流电源在车辆、船舶上使用，也适合与太阳能电池配合使用，能够方便地为这些电器设备提供交流电。基于对本电源设计、反复调试以及对其优化设计，基本达到各项设计指标，转换效率高、噪音小、体积小，能提供稳定、可靠的电源。第一章概述介绍了逆变器的定义、发展以及主电路的基本形式；第二章阐述了本课题的基本原理，并对前级升压电路与输出逆变电路做了详细的设计；第三章研究电压PWM控制电路，其中包括推挽电路的驱动电路和末级控制输出电路；在第四章中，高频变压器的设计是重点，包括对参数的计算。
关键词：逆变电源脉宽调制高频变压器
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第1.3节 逆变器用功率开关器件
现代逆变用功率开关器件大致可以分成3类：一是传统的各种晶闸管；二是近20多年发展起来的功率MOSFET 及相关器件；三是由上述两类开关器件发展起来的特大快速和可关断晶闸管。在20世纪60~80年代，几乎所有的中大功率逆变器都用晶闸管。现在，除了大型或特大型逆变器之外，几乎不再用晶闸管作逆变器的开关器件了。20世纪80年代是MOS 器件与晶闸管并行应用的时代，到了20世纪90年代，MOS 器件在逆变器的应用占了相当大的比例，到20世纪末期，就开始进入到IGBT 的应用时代。
本课题设计的车载逆变电源是把汽车蓄电池的12V/24V 直流电转变成大多数电器所需要的220V 交流电。功率开关把输入的直流电压转变成脉宽调制的交流电压，然后利用推挽拓扑结构和高频变压器把交流电压升高，再用全波整流把交流电压转换成直流;最后由全桥变换器把高压直流逆变成交流电。考虑到本车载电源输出功率较小，输出电压和电流都不大，故功率管选择MOSFET 。
在现代的UPS 中，IGBT 普遍被应用作逆变器或整流开关器件。它是全控开关器件，通过数控技术控制IGBT 的通断，能有效地将输入电压与输入电流保持同步，使输入功率因数等于1，从而减小了UPS 整流器对市电电源的干扰。
功率开关器件的功率与工作频率的关系曲线如图1-1所示：
P(Kva)
610 510 410 310 210 0 210 310 410 510 610 710
图1-1 功率开关器件的功率与工作频率的关系曲线
MOSFET 开关器件的开关频率特性是最好的，但因其目前的功率较小，故不能在大功率逆变器中应用。IGBT 的开关频率特性也比较好，目前已被广泛地应用于中大型逆变器中。
第1.5节 本课题研究的目的和任务
车载逆变电源（又叫电源转换器）可以把汽车蓄电池的12V/24V直流电转变成大多数所需要的220V交流电。输入电压经推挽变换器逆变成交流电后经高频变换器升压、高频整流、高压滤波得到高压直流（DCHV）。高压直流再经过全桥逆变最终输出交流电。PWM和谐振式开关电源的设计总是先进行总体考虑，然后对电源各部分分别进行设计，接下来是设计控制的辅助功能，所有的设计总是从电源的指标开始的。开关电源的设计中，拓扑的类型与电源各个组成部分的布置有关。这种布置与电源可以在何种环境下安全工作以及可以给负载提供的最大功率密切相关。这也是设计中性能价格折中的关键点。根据本课题的要求以及指标，结合各种拓扑结构的特点，本课题选择了推挽电路和全桥逆变电路两种拓扑结构作为主电路的基本电路。
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第2章 逆变电源的主电路拓扑结构分析
第2.1节 典型主电路拓扑
开关电源的设计中，拓扑的类型与电源各个组成部分的布置有关。这种布置与电源可以在何种环境下安全工作以及可以给负载提供的最大功率密切相关。这也是设计中性能价格折中的关键点。每种拓扑都有自己的优点，有的拓扑可能成本比较低，但输出的功率受到限制；而有的可以输出足够的功率，但成本比较高等。逆变主电路就是由逆变开关器件等组成的变换电路，分为非隔离式和隔离式两大类。如变频器、能量回馈等都是非隔离的；逆变焊接电源、通信基础开关电源、UPS 、加热电源等都是隔离式逆变电路。隔离式逆变主电路还包括逆变变压器。从现有的资料来看，车载逆变电源的主电路一般会采用隔离式双端逆变方式，下面针对推挽式、半桥式、全桥式三种主电路拓扑结构分别阐述。
2.1.1 推挽逆变主电路
推挽电路的工作是由两路相位相反的驱动脉冲分别加到逆变开关管S1, S2的基极，控制它们交替通断，输入直流电压被变换成高频的方波交流电压经变压器输出。当S1导通时，S2截止，输入电压V 加在变压器T 原边绕组N1上，由于变压器有两个N1绕组，且匝数相同，所以在S2上将施加两倍的电源电压，即2d V 。当驱动脉冲结束后(死区时间)，两只开关管都截止，端电压都为d V 。当S1导通时，同理，S2截止，在S1上将施加两倍的电源电压。
图2-1 推挽逆变电路结构图
2.1.2 半桥逆变主电路
当两只开关管S1, S2都截止时，若两只电容相等，即C1=C2，则在两电容中点A 的电压为输入电压的一半，即1c V =2c V =2Vd 。当S1导通时，电容C1将通过S1和变压器原边放电，同时电源电压Vd 通过S1和变压器原边放电为电容C2充电，中点A 的电
位将有所上升:当S1导通结束时，两只开关管S1, S2又都截止，它们的端电压又都回到输入电压的一半，即2
Vd，当S2导通时，S1截止，电容C1被充电，C2放电，A点的电位下降;S2导通结束后，又回到S1, S2都截止的状态。
半桥电路中，开关管开通瞬间存在着电流尖峰，是由于副边整流二极管的反向恢复造成的。而当开关管由导通刚刚变为截止时，开关管两端除了承受电压2
Vd之外，还有较高的电压尖峰，这也是由于变压器原边漏感和引线电感上贮存的能量释放引起的，由于二极管的D1, D2的箱位作用，开关管的端电压最高为Vd。
图2-2 半桥逆变电路结构图
2.1.3 全桥逆变主电路
全桥逆变电路与半桥电路的区别就是，用另外两只同样的开关管代替两只电容，如
图2-3 全桥逆变电路结构图
图2-3，全桥逆变电路的工作需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两对开关管，具体说就是Sl和S4同时通断，S2和S3同时通断。当Sl和S4同时导通时，S2和S3截止，变压器的原边电压为下正上负的Vd；反之，当S2和S3同时导通时，S1和S4截止，变压器原边电压为上正下负的Vd。在4只开关管都截止的死区时间内，开关管端电压和电压尖峰和半桥电路类似。开关管刚刚导通时的电流尖峰也同半桥电路类似。
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第2.2节设计指标及要求
开关电源的设计首先要选择合适的电路拓扑结构，而合适的主电路结构由明确的设计指标确定。
众所周知，汽车内部有一个输出12V的直流电，一般供点烟器使用，也可以为其它电器提供甩力。但不便的是它仅能提供直流电，而一般设备都使用220V交流电，这使得众多电器不能在汽车上使用。车载逆变电源将轿车蓄电池的直流12V(卡车为24V)转换为220V交流电。由于逆变电源直接在汽车上使用，而汽车又是高档消费品，要求无论在何种情况下对汽车有保护作用，即要求该车载逆变电源输入输出实现电气隔离。
同时，由于逆变器输出功率较大，蓄电池输出电流较大，要求蓄电池不能出现溃电，即蓄电池电压不能降得太低，以确保汽车能够正常启动，因此，要求车载电源应该有输入欠压保护以及输入极性反接保护。
据调查，汽车上使用的电器多为商用或一般生活用，例如手提电脑、手机充电器、汽车DVD、小型电视等，对交流电压波形要求不是很高，方波即可，不必需要正弦波，考虑成本以及市场需求，本课题选择方波输出。
除上述要求外，逆变电源应该具有其它电源的过流、短路和过载保护。车载逆变电源的详细指标及要求如以下各表所示。
表2-1 输入电压电流指标
表2-3 电源保护要求
表2-4 其他要求
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第2.3节 主电路的研究与设计
开关电源常用的主要拓扑结构有升压(Boost 式、降压(Buck)式、升降压式、推挽结构、半桥和全桥结构。根据本课题的要求及指标，结合各种拓扑结构的特点，本课题选择了推挽电路和全桥逆变电路两种拓扑结构作为主电路的基本电路。输入电压经推挽变换器逆变成交流电后经高频变压器升压、高频整流、高压滤波和得到高压直流(DCHV)。高压直流再经全桥逆变最终输出交流电。
2.3.1 系统的基本原理
本逆变电源输入端为蓄电池+12V ，输出端为工频方波电压(5OHz,220V ),其结构框图如图2-4所示。
图2-4 方波逆变器的结构框图
2.3.2 前级升压电路
前级升压主电路由低压(输入)滤波电感1L 、滤波电容1C 、推挽变换器、高频变压器T,整流二极管3D ～6D 、高压滤波电感2L 和滤波电容2C 构成。如图2-5所示，虚线左侧为升压电路主电路。
(1) 工作原理
推挽(Push-pull)变换器左侧为推挽逆变器，逆变器由具有中心抽头的变压器T 、两只开关管1Q 、2Q 构成，1Q 、2Q 是完全对称结构，且1Q 和2Q 的发射极接电源负极，不需要隔离，驱动十分方便。变压器两个原边绕组匝数相等，即11W =12W =1W ，副边绕组匝数为2W 。变换器右侧是整流、滤波电路。输入端二极管1D ，为直流输入反接保护二极管，正常工作时，1D 反偏截止，不起作用，当输入电压正负极性反接时，1D 导通，把接入电路中的保险丝熔断，并断开与电源的连接，起到保护作用。故障排除后，需更换保险丝，方能正常工作。3D ～6D 为高频整流二极管。
8
FUSE
R2
L1
DCHV
图2-5 车载逆变电源主电路
工作原理如下，开关管1Q 和2Q 的触发信号互成180度，即给2Q 触发一高电平时，1
Q 没有触发信号(触发信号为低电平)，开关管2Q 导通，1Q 截止。当2Q 导通时，电源电压m V 经原边绕组12W 和开关管2Q 回到电源负端，电源电压m V 在12W 绕组感应出与电源电压m V 相等的电势，“*”端为“负”极性。1Q 导通时，电源电压加在绕组11W 上，同名端“*”
为“正”极性，故副边绕组2W 中的电势为一个180度宽的方波交变电势，幅值为m V ×(21W W )，不难看出，推挽直流变换是两个正激变换器的组合，这两个正激变换器的开关管轮流导通，故变压器铁心是交变磁通。
推挽变换器功率管1Q 和2Q 为MOSFET ，采用PWM 控制技术，控制芯片为KA7500B ，控制芯片及其外围电路将在第3章作详细介绍。变压器为高频变压器，碗芯选用软磁材料，高频变压器的设计将在第四章作详细介绍。高频整流二极管3D ～6D 为快恢复二极管。提高开关频率可以减小变压器体积，降低成本，提高该电源的功率密度。但是，随着频率的提高，开关损耗也随之增加，对散热要求较高，而本课题采用自然散热方式，不便于散热。同时，变压器体积的减小，也给绕制带来不便。本课题中，若开关频率过高，开关管损耗太大，对系统散热要求较高，同时降低了整个系统效率;若开关频率选得过低，又将增加变压器体积，导致整个电源体积增大，成本增加。在实验中选择开关频率为18KHz 。
(2) 基本关系
设1Q 和2Q 导通时间均为on T 。则占空比()2T on s D =?,S T 为开关周期，当电感电流连续时输出电压与输入电压之间的关系为：
21
o in V W
D V W =? (2-1) 开关管1Q 和2Q 上的电压为：
122Q Q in V V V == (2-2)
整流二极管3D ～6D 上电压为：
362
1
2D D in W V V V W ==?
(2-3)
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很明显，推挽变换器开关管的电压是电源电压的两倍，因而推挽变换器适用于电源电压(输入直流电压)较低的场合。
(3) 铁心偏磁
1Q 和2Q 的交替开关，使变压器铁心交替磁化与去磁，完成电能从原边到副边的传递。如果电路完全对称，将不会有偏磁存在。但实际电路中，电路不可能完全对称，例如1Q 和2Q 导通时通态压降可能不同，或两管的开通时间可能不同，会在变压器原边的高频交流电上叠加一个数值较小的直流电压，这就是所谓的直流偏磁。由于原边绕组电阻很小，即使是一个较小的直流偏磁电压，如果作用时间太长，也会使变压器铁心单相饱和，引起大的磁化电流，导致期间损坏。通常，推挽变换器用电流控制芯片，以限制流过器件的电流。
(4) 主要器件的选取 ① 功率管的选取
开关管1Q 和2Q 的选取，主要考虑的因素是管子承受的反向应力(电压)、最大允许通过的电流以及管子的导通损耗。由于推挽逆变器的开关管承受的最大应力为最高输入电压的两倍，同时应留有一定余量，一般为1.5～2倍，即DSS V =(1.5～2)2in V ?，这里取开关管额定电压为55V 。允许流过的最大电流为输出最大负载，输入电压为最低时的电流，同时还要考虑变压器的传输效率，同样留一定的余量。这里不小于30A 。由于电流较大，
图2-6 IRF3205内部结构与外形
为了减小导通损耗，应尽可能选择漏射极导通电阻()DS on R 小，导通压降小的器件，这里选择型号为IRF3205的MOSFET ，如图2-6所示其中。DSS V =55V, ()DS on R =8.0m Ω,D I =110A 。满足课题设计要求。
② 快恢复二极管的选取
整流二极管3D ～6D 工作频率较高，选取时，要求管子具有开关特性好，反向恢复时间短且管子能够承受较高的反向电压。快恢复二极管FRD ( Fast Recovery Diode)具有开关特性好，反向恢复时间短、正向电流大、耐压高、体积小、安装简便等优点。快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同，它是在P 型、N 型硅材料中间增加了基区I ，构成P-I-N 硅片。由于基区很薄，反向恢复电荷很小，不仅大大减小了rr t 值，还降低了瞬态正向压降，使管子能承受很高的反向工作电压，快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒，正向压降约为0.6V ，正向电流是几安培至几千安培，反向峰值电压可达几百到几千伏。肖特基二极管的反向恢复电荷进一步减小，便其rr t 可低至几十纳秒。肖特基的主要特点是:正向压降低，恢复时间更快，但缺点是反向耐压低。由此可见，应该选取耐压较高的快恢复二极管。由于高频整流二极管截止时承受的反向电压为变压器二次侧电压，为高电压，需留有一定余量，本课题选取耐压600V 的快恢复二极管，型号为BYV26-600。
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③ 滤波电容和电感的选取
滤波电感1L 为输入侧滤波器，电流较大，故选择较粗的漆泡线。高压滤波电感2L 电流较小，应选择较细的漆泡线。滤波电容1C 两端电压较低，为输入的直流电压，但容量要大，这里选取2200μF/25V 的铝电解电容。滤波电容2C 与1C 不同，它正负极承受高压直流电压，同时存在电压尖峰，其耐压要高，这里选择22μF/400V 的铝电解电容。
2.3.3 输出逆变电路
(1) 全桥（Full-Bridge ）变换器及工作原理
全桥变换器的主电路如图2-7所示，由四只功率开关管3Q ～6Q ，开关管内部反并联的二极管(图中末画出)和输出变压器r T 等构成。通过变压器可以升高或降低输出电压，由于变压器是双向磁化，故其利用率很高。全桥逆变器有双极性控制、有限双极性
图2-7 全桥变换器主电路图
控制和移相控制三种控制方式，本课题选用移相控制方式，这种控制方式是3Q 和4Q 轮流导通，各导通180o电角；5Q 和6Q 也是一样，但3Q 和6Q 不是同时导通,6Q 先导通,3Q 后守通，两者导通差一电角度。其驱动电路将在下一章作详细介绍。从图中可以分析出，开关管关断时四个管子所承受的电压都为电源电压dc V ，与推挽变换器相比，其电压应力下降一半，与半桥变换器相比，它可以减少次级绕组的匝数，从而使得原边电流下降，从而减小开关管的电流应力。
全桥变换器同样也会有直流偏磁的问题存在，但这个问题比较容易解决，例如在变压器原边串联一个无极性的电容。全桥变换器一个主要的缺点就是需要用四个开关管，而且控制电路也较大复杂，这无疑增加了电源的成本和设计难度。全桥变换器适用于输出功率较大的场合。
根据课题设计的要求，输出为电压为220伏交流电压，频率为5OHz 。若靠输出变压器来改变输出电压，变压器体积较大，从而使整个电源体积增加，成本亦增加。但与半桥和推挽相比，功率开关管关断时承受的反向电压小得多，因而本课题末级输出逆变电路仍然采用全桥拓扑结构，如图2-5所示(虚线右侧)，但无需输出变压器，前级升压电路把输入的低压直流电压升高，全桥变换器把高压直流逆变成220V 交流电压。
(2) 功率管的选取
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对角的两个开关管3Q 与6Q 或4Q 与5Q 作为一组，两组开关轮流工作，在一个周期中的短时间内，四个开关将均处于断开状态，即设定有死区时间，以防止开关管直通。显然，开关管3Q ～6Q 电流较小，但要承受较高反向电压，即高压电压峰值，加上一定余量，选择400V 。本课题选择IRF730为输出逆变开关管，DSS V =400V,()DS on R =10m ，
D I =5.5A ，满足课题设计要求。
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第3章 控制电路的研究
第3.1节 脉宽调制（PWM ）技术
脉宽调制PWM （Pulse-Width Modulation)技术是用一种参考波(通常是正弦波，有时也用方波或梯形波)为“调制波”，而以N 倍于调制波频率的正三角波(有时也是用锯齿波)为“载波”。由于二角波或锯齿波的上下宽度是线性变化的波形，因此它与调制波相交时，就可以得到一组幅值相等，而宽度正比于调制波函数值的矩形脉冲序列用来等效调制波。用开关量取代模拟量，并通过对逆变器开关管的通断控制，把直流电变成交流电，这就是脉宽调制技术。调制波为正弦波时，输出矩形脉冲宽度按正弦波函数规律变化，这种调制技术通常又称为正弦脉宽调制（Sinusoid PWM ）技术。
正弦PWM(Sinusoid-PWM,简称SPWM)的调制信号波为正弦波，其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的，称之为自然采样。SPWM 正弦脉宽调制技术是工业上应用最广的一种逆变电源控制方式，根据采样规则的不同，又可以分为对称规则采样和不对称规则采样两种，根据输出脉冲幅度的变化情祝，可分为单极性调制和双极性调制。
正弦脉宽调制可以用软件控制法来实现，软件控制是目前经常采用的一种方法。根据其软件制作方法的不同，有如下几种: (1)表格法（又称ROM 法) 这种方法是预先将SPWM 波的数据计算出来,存入ROM 中，然后根据调频指令再将这些数据顺序取出，由输出口输出，控制逆变器的开关动作。表格法的的缺点是占用大量的内存，且无实时处理功能。 (2)随时计算法(又称RAM 法) 这种方法的特点是在ROM 中预先存储一个单位基准正弦波，运行时，根据指令值的要求，按不同载波比和调幅比的要求，计算出一个周期的开关模式和开关模式的保持时间值，写入1RAM 中。一旦计算结束，就把1RAM 的数据输出。在1RAM 的数据输出期间，如指令值发生了新的变化，则开始重新计算，但将计算结果写入2RAM 。写入2RAM 的操作一旦结束，就转为将2RAM 的数据输出。再有新的指令值时，则将计算结果写入1RAM 中。如此轮流地使用两个RAM 。这种方法虽然不必使用大量的ROM ，但没有实时处理功能，动态相应时间也较慢。
(3)实时计算法 实时计算法要有数学模型。建立数学模型的方法有许多种，如等效面积法、自然采样法和规则采样法。而规则采样法中又有对称规则采样法和不对称规则采样法。
第3.2节 推挽电路的驱动电路
在本课题中，前级升压电路的主电路选择了推挽逆变结构，由于推挽结构的偏磁是无法避免的，但可采用一些办法减轻偏磁现象。主要解决方法有: 1，采用峰值电流控制，这是目前最有效的抑制偏磁的办法。
2，设计变压器的时候，注意初级两个绕组的对称性要良好。
3，变压器的工作B值取低一点，裕量留大些。
对于后面两点，在变压器计算与绕制的时候应当注意，但克服或减轻偏磁主要还是从其开关管的驱动方式着手，即采用电压电流型PWM控制。常用控制芯片有KA7500B,SG3525,TL494等。本课题选择KA7500B为控制芯片。
3.2.1 KA7500内部结构
KA7500B是一种性能优良、功能齐全的集成控制器，如图3-1所示，KA7500B内部包含5伏参考电压电路、两个相同的误差放大器、振荡器、输出控制电路,死区时间比较器和PWM比较器。具有多种调节和保护功能，功能齐全，工作震荡的频率可在1K-300K
Z
H之间调整。主要管脚功能如下:
(l2)脚:接电源正端，电压范围为7 40V。
(7)脚:公共负端。
(14)脚:输出5V基准电压。
(6)脚:外接定时电阻
t
R,常取数千欧以上。
图3-1 KA7500B内部结构功能框图
(5)脚:外接定时电容Ct,产生锯齿波电压并送至PWM比较器和死区时间比较器，振荡频率为1()
t t
f RC
(4)脚:死区时间控制端，输入0 4V直流电压，控制输出脉冲的占空比。在此基础上，占空比还受反馈信号控制，(4)脚还可以用作软启动控制端，使输出脉冲宽度由0逐渐达到设计值。
(13)脚:输出方式控制端，当
13
U=OV时，用于驱动单端电路。
两个误差放大器的输出端经二极管隔离后送至比较器的同相端，与反向端的锯齿波比较，并决定输出电压的宽度，调宽过程可由(3)脚上的电压来控制，也可以分别经误差放大器进行控制。两个放大器独立使用，用于反馈电压和过流保护。
3.2.2 驱动电路及其它外围电路的研究
图3-2为控制芯片KA7500B的外围电路简图，图中
1
U为控制芯片KA7500B，VCC为
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电源电压。
(1) 驱动电路
推挽变换器中两个开关管的驱动电路相同，图3-2中只画出一路驱动信号，三极管1P 、二级管1D 和5R 构成一路驱动电路，如图3-2所示，图中(8)脚和(11)脚同时接高电平(电源正端VCC)，(9)脚和(10)脚互补输出作为驱动信号。1E 端有触发信号时，三极
图3-2 前级升压驱动电路、反馈电路以及
KA7500B 外围电路简图
管1P 截止，通过1D 和5R 直接驱动图2-5中的开关管1Q 。1E 端触发低电平时，1P 导通，快速拉低5R 电位，关断1Q ，这样可以提高开关管的关断速度，减少开关管的开关损耗。2E 按类似方法触发2Q ，为了防止1Q 和2Q 直通，1E 与2E 设有死区时间。
(2) 反馈回路及PWM 调节电路
在开关电源中，多采用三端可调式精密稳压器TL431与光电藕合器PC817之间的配合构成反馈电路，进行取样、调节和隔离。图3-2中TL431与光电耦合器PC817一次侧的二极管串联，TL431阴极流过的电流就是光藕二极管的电流。25R 、26R 、27R 和28R 对高压直流电压(HVDC)取样，取28R 上的电压为取样电压r V ，利用r V 与TL431内的基准电压进行比较，并改变阴极电流，通过光藕来调节控制芯片KA7500B(3)脚电位，调整PWM 宽度，使高压直流电压符合要求，从而达到稳定输出电压的目的。
① TL431的工作原理
TL431是2.5～36V 可调武精密并联稳压器，具有电流输出能力的可调基准电压源。TL431的电路符号如3-3所示，图中A(ANODE)为阳极，使用时需接地。K(CATHODE)为阴极，需经限流电阻后接正电源。R(REFERENCE)是输出电压的设足端，外接电阻分压器。TEL431等效电路图如图3-4所示，主要包括4个部分，误差放大器、内部2.5V 基准电压源、NPN 型晶体管和保护二极管。误差放大器的同相输入端接从电阻分压器上得到的取样电压，反相输入端接内部2.5V 基准电压，当某种原因使输出电压增高时，取样电压R 端的电压也随之增高，则误差放大器的输出电压升高，晶体管的基极电流变大，改
15
K
图3-3 电路符号 图3-4 等效电路图
变集电极电流，即TEL431的阴极电流Ka I 。在实际应用中，常把TEL431与光藕的一次二极管串联(如图3-2)，通过TEL431电流变化调节光藕二次侧晶体管电流，达到调节PWM 的目的。
② PC817与TEL431的配合及其外围电阻的选择 当PC817三极管的二次侧电流ce I 为2-6mA 之间时，PWM 会线性变化，而ce I 是受一次侧二极管电流f I (TEL431的电流)控制的，我们通过PC817的ce V 与f I 的关系曲线(如图3-5所示)可以正确确定PC817二极管正向电流f I 。从图中可以看出，当PC817二极管正向电流f I 在3mA 左右时，三极管的集射电流ce I 在4mA 左右变化，而且集射电压ce V 在很宽的范围内线性变化。
ce V （V ）
正向电流f I (mA)
图3-5 PC817的集射电压ce V 与正向电流f I 的关系
因此可以确定选PC817二极管正向电流f I 为3mA 。再看TL431的要求，从TL431的
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技术参数知，阴极电压Ka V 在2.5--37V 变化时，Ka I 可以在从1mA 到100mA 以内很大范围里变化，一般选2OmA 即可稳定上作。确定了上面几个关系后，图3-7中TL431的几个外围电阻的值就好确定了。根据TL431的性能，30R (30R =25R +26R +27R )、28R 、h V 、REF V 有固定的关系：
3028(1)h REF V R R V =+ (3-1) 式中，h V 为高压直流电压，REF V 为TL431的参考电压z ，这儿取REF V =2.50V,先取28R 的值，例如28R =3.6k ，根据h V 的值就可以算出30R 了。
再来确定18R 和19R 的值。由前所述，PC817的f I 取3mA ，先取R18的值为3.6k,由PC817技术手册知，其二极管的正向压降f V 典型值为1.2V ，则可以确定19R 上压降
1918R R f V V V =+ (3-2)
又知流过19R 的电流19R I =Ka I -f I ，取Ka I =20mA,因此19R 的值可以计算出来：
191919R R R V I =
=18()
()R f Ka f V V I I +- (3-3)
因此18R =3.6k Ω、19R =750Ω、28R =4.7K Ω、30R =356K,其中25R =26R =150K Ω，
29R =56K 。
(3) 输入欠压过压保护
当输出负载较大时，输入电流通常较高，一般为15A ，为了使蓄电池不出现溃电，蓄电池电压不能下降得太低，以保证汽车能够正常启动。因此，要求该车载电源应该有输入欠压和过压保护。本课题利用KA75000B 的两个放大器1和2分别实现输入过压和欠压保护功能。
运算放大器2的同相端EA2+设定基准电压2r V ，如图3-6，对输入电压取样，并输
Vin
Vin
输入欠压保护 输入过压保护 图3-6 输入欠压、过压保护
入到运算放大器2的反相端EA2-，当输入电压降低到10.5V 时，使放大器2输出高电平，封锁输出脉宽，达到输入欠压保护的作用。同理，运算放大器1的反向端设定另一基准电压U ，再对输入电压采样、当输入电压高于15V 时，放大器1输出高电平，封锁输出脉宽，实现输入过压保护。
第3.3节 末级输出控制电路
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末级输出是指全桥逆变结构，其控制电路包括全桥逆变器开关管的驱动信号，输出过载保护、输出过压、过流保护，过温保护和报警电路。其控制芯片为单片机MCS-51,主程序流程图如附录所示。 3.3.1 驱动信号
本课题选用全桥逆变结构将高压直流逆变成220伏交流电，输出电压直接向负载供电，因而输出端不需要变压器来升高或降低输出电压，这样可以减小整个电源的体积和成本。逆变器的四个功率开关管为脉宽调制控制(PWM)方式，上桥臂两个开关管3Q 和5Q 的驱动电路相同，下桥臂两个开关管4Q 和6Q 的驱动电路相同，如图3-7所示。两个对角开关管的驱动信号一致，但下桥臂的驱动信号要早60μs ，这样利于上桥臂开关管出发导通，即在一个开关周期s T 的前半周，开关管6Q 的驱动信号GD6比开关管3Q 的驱动信号GD3早60μs ，当对角的两个管子都导通时，有电压输出。后半周，开关管4Q 的驱动信号GD4比开关管5Q 的驱动信号GD5早60μs,当对角的两个管子4Q 和5Q 都导通时，有电压输出，此时输出电压极性反相。图3-7中, 41R 、PC817,42R 、三极管3N ，43R 构 成上桥臂两个开关管3Q 和5Q 的驱动电路，当GD3有驱动信号时，光藕二次侧三极管导通，三极管3N 截止，驱动电压通过负载和先前导通的6Q 对开关管3Q 栅源节电容充电，
+12
图3-7 输出驱动电路图
使开关管3Q 触发导通；45R 、5N 、46R 、47R 、4N 、48R 和49R 构成下桥臂两个开关管4Q 和
6Q 的驱动电路，当GD4有触发信号，三极管5N 导通，4N 截止，驱动电压对开关管4Q 栅源节电容充电，使开关管4Q 触发导通。其它两个管子的触发与此相同。
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两个对角开关管的驱动信号一致，即在一个开关周期s T 的前半周，开关管6Q 先导通60μs 后3Q 才触发导通，若一个周期内3Q 导通时间为on T 。，那么占空比()2on S D T T =。后半周4Q 和5Q 触发导通情况一样，开关管5Q 导通时间也为on T ，那么占空比
)2on S D T T =，如果忽略管子压降，则输出电压out HVDC V V D =?,式中HVDC V 为高压直流侧电压。结合本课题输出电压和频率要求，s T =150=0.02s=20ms ，输出电压out V =220V ，高压直流HVDC V 设定为260V ，因此各个管子的导通时间on T 为8600μs 。
由于下桥臂两个开关管4Q 和6Q 共射极，因而两个驱动信号可以直接驱动，无须隔离，但上桥臂两个开关管3Q 和5Q 的驱动信号应隔离，本课题采用光藕隔离，如图3-7所示。驱动电压12V 为变压器辅助绕组产生的电压。
3.3.2 输出欠压过压保护
(1) 电压电流均值采样
取一列连续六个采样电压值1V 、2V 、3V 、4V 、5V 和6V ，去除其中的最大值和最小值，取剩余的四个值的平均值1av V ；取第二列连续六个采样电压值1V 、2V 、3V 、4V 、5V 和6V ，去除其中的最大值和最小值，取剩余的四个值的平均值2av V 。
取一列连续六个采样电流值1I 、2I 、3I 、4I 、5I 和6I ,去除其中的最大值和最小值，取剩余的四个值的平均值1av I ；取第二列连续六个采样值1I 、2I 、3I 、4I 、5I 和6I ，去除其中的最大值和最小值，取剩余的四个值的平均值2av I 。
(2) 过压欠压判断
若1av V >300Vdc 同时2av V >300Vdc ，且持续300ms ，则判定过压关系，关断四个MOSFET ，同时MCS-51输出高电平信号，并声光报警;若1av V < 180Vdc ，同时2av V <180Vdc ，且持续1s ，则判定欠压关系，关断四个MOSFET,同时声光报警。
(3) 过流判断 若非欠压、过压情况发生，则进行过流判断，判断规则如下：若1av I >3e I 且2av I >3e I ，
e I 为开关管射极电流，立即关断四个MOSFET, 5Oms 后重新启动，连续重新启动10次后仍判定电流大于3e I ，立即关断四个MOSFET,同时声光报警。若2e I <1av I <3e I ，2e I <2av I <3e I ，且在全桥一对桥臂导通时段内(导通时间为8600μs)持续时间大于4ms,延时30秒钟后此现象仍存在，则判断持续过流发生，立即关断四个MOSFET ，同时声光报警。
非以上情况，判定电压、电流正常。
3.3.3 MCS-51外围电路
MCS-51外围电路包括输出电压、电流采样电路，声光报警电路和过热保护电路，如图3-8所示。图中3GD 、4GD 、5GD 、和6GD 为全桥逆变器中开关管的驱动信号。
电阻45R 、49R 、三极管2N 和蜂鸣器BEEP 构成蜂鸣报警系统。当输出过载、过温保
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D27
图3-8 MCS-51外围电路图
护时，BEEP 端输出高电平，三极管2N 导通，蜂鸣器有电流流过，发出警嘀声，可以提醒用户。同时，FAULT 端也输出高电平，发光二极管LED 发光报警。除输出过载和过温保护外，当输出电压过高时，LED 也闪光报警，但没有蜂鸣报警。
5V 电源、电阻50R 、热敏电阻NTC(负温度系数)、51R 和16C 为过热保护电路，OTP 端低电平有效。热敏电阻靠近推挽电路功率管(器损耗大，主要发热器件)正常工作时，热敏电阻电阻值较大，OTP 端输入高电平，系统正常工作；由于某种原因导致器件过热，由于热敏电阻为负温度系数，阻值迅速降低，OTP 端输入低电平，立即向处理器发出过热信号，关闭驱动信号，达到保护目的，同时，BEEP 端输出高电平，扬声器报警。
41R 、42R 、43R 、44R 、27D 、47R 、14C 、22D 和23D 对高压直流HVDC 取样，当高压直流超过设定值260V 时，会有过压信号产生，并关闭驱动信号，保护设备，同时FAULT 端输出高电平，发光二极管LED 发光报警。22D 和23D 把输入的过压信号嵌位到5V ，保护单片机。
输出过载，即输出电流过大时，图3-7中过流采样电阻51R 两端电压增加，并产生过流信号OCT 经24D 和25D 嵌位输入处理器，处理器立即封锁触发信号，保护设备和负载，蜂鸣器BEEP 和发光二极管LED 同时报警。
总之，这种报警方式简单，低成本，但可以实现过载、过温和过压保护，并报警提示。
电动车用辅助逆变器的设计与实现 摘要: 电动汽车的运行与普通汽车有许多不同, 需要设计安装大量专用辅助设备, 且要求辅助设备结构简单、运行稳定、运行成本低。文章描述了电动车用辅助逆变器的特殊应用环境和工作要求, 提出一种设计思路, 并分别从硬件结构和软件流程两方面介绍系统的构成。关键词: 逆变器SA 4828 芯片脉宽调制CAN 总线 1 引言 目前各种类型的电动汽车发展日新月异, 车辆主动力单元采用的电机和驱动方式各有特色, 但在车用辅助电机的选择上却观点一致, 即充分利用电动车直流母线电压高(通常为300～600 V ) 的特点, 利用辅助逆变器将直流变成三相交流电驱动交流异步电机, 为车上的刹车气泵、液压助力泵、空调压缩机等设备提供动力。在大型电动车上, 驱动这些设备的电机功率在3～10 kW 之间, 采用交流电机可以比同等直流电机成本更低、体积更小、重量更轻, 而且运行噪音小、维护量大大降低。电动车的发展在国外已经进入实际应用阶段, 而国内仍处于开发样车阶段, 多数研发单位只是将通用变频器进行简单改装后作为辅助逆变电源投入使用。这样不仅成本较高, 不能完全适应电动车的实际运行需要, 也不具备CAN 总线通讯能力, 无法参与整车系统的数据通讯。新公布的国家“863 计划”关于电动车发展规划中已经明确规定: 新申报的电动车开发项目必须采用基于CAN 总线的整车通讯控制系统。因此辅助逆变器在提供三相交流电源功能的同时, 系统必须具有CAN 总线通讯接口, 以便参与整车系统的控制。电动车用辅助逆变器的设计必须充分考虑产品的运行环境和负载特点, 简化系统硬件结构, 确保设备运行稳定。从直流输入来看, 电动车动力电池电压有一定的波动范围, 在电量充足时每个电池单体的电压可以达到 1. 45 V 或更高, 随着使用过程中能量的不断输出, 电压会逐渐降低, 达到 1. 2 V 甚至更低。由280 节单体串联成的电池组, 其母线电压通常会在400～330 V 之间浮动, 变化率高达21. 2%。因此逆变器必须能够适应较宽范围内的电压浮动。同时, 作为电源设备, 这种辅助逆变器不仅可以驱动各种三相交流电机, 还可以作为车上的工频电源, 为更多的车载设备服务。因此, 设计开发一种专用的电动车用辅助逆变器, 不仅可适应电动车直流母线电压浮动大的特点, 还可以参与整车控制, 提高系统运行效率、节约能源。 2 系统整体构成设计 完成辅助逆变器的设计必须从其输入?输出要求出发, 做到结构清晰、功能明确。在系统结构上可以将电动车用辅助逆变器按功能分为4 个部分, 如图 1 所示。
1 绪论 (1) 1.1 DC/AC逆变器的基本概念 (2) 1.2 逆变器的分类和用途 (3) 1.2.1 逆变器的基本分类 (3) 1.2.2 逆变器的用途 (4) 1.3 DC/AC逆变器的发展背景和发展方向 (4) 1.3.1 DC/AC逆变器的发展背景 (4) 1.3.2 DC/AC逆变器的发展方向 (5) 2 逆变器的主电路研究 (6) 2.1逆变系统基本工作原理 (6) 2.2 SPWM波的生成原理及控制方法分析 (6) 2.2.1 PWM控制的理论基础 (7) 2.2.2 PWM逆变电路及其控制方法 (8) 2.3 逆变器的主电路分析 (10) 2.3.1 低频环节逆变技术逆变器 (10) 2.3.2 高频环节逆变技术 (13) 3 小功率光伏并网系统的逆变器设计 (15) 3.1光伏发电的发展现状及前景 (15) 3.1.1 国外光伏发电现状及前景 (15) 3.1.2 国内光伏发电现状及前景 (16) 3.2 并网逆变器的拓扑 (16) 3.2.1低频环节并网逆变 (17) 3.2.2 高频环节并网逆变 (18) 3.2.3非隔离型并网逆变 (18) 3.3 小功率光伏并网逆变器的设计 (19) 3.3.1 小功率光伏并网逆变器的工作原理 (19) 3.3.2系统控制方案 (20) 3.3.3 TMS320F240软件控制流程 (25) 3.3.4系统保护 (26) 4 光伏并网逆变器的控制策略研究 (28) 4.1 输出控制方式 (28) 4.2 输出电压控制策略 (28) 4.3 输出电流控制策略 (29) 4.4 控制策略的选择和参考电流的确定 (30) 5总结 (32) 1 绪论
低成本车载逆变电源设计 电源是电子设备的动力部分，是一种通用性很强的电子产品。它在各个行业及日常生活中得到了广泛的应用，其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。方波逆变是一种低成本，极为简单的变换方式，它适用于各种整流负载，但是对于变压器的负载的适应不是很好，有较大的噪声。 本文依据逆变电源的基本原理，利用对现有资料的分析推导，提出了一种方波逆变器的制作方法并加以调试。 1 系统基本原理 本逆变电源输入端为蓄电池（＋12V，容量90A·h），输出端为工频方波电压（50Hz，310V）。其结构框图如图1所示。 图1 方波逆变器的结构框图 目前，构成DC/AC逆变的新技术很多，但是考虑到具体的使用条件和成本以及可靠性，本电源仍然采用典型的二级变换，即DC/DC变换和DC/AC逆变。首先由DC/DC变换将DC 12V电压逆变为高频方波，经高频升压变压器升压，再整流滤波得到一个稳定的约320V直流电压；然后再由DC/AC变换以方波逆变的方式，将稳定的直流电压逆变成有效值稍大于220V的方波电压；再经LC工频滤波得到有效值为220V 的50Hz交流电压，以驱动负载。 2 DC/DC变换 由于变压器原边电压比较低，为了提高变压器的利用率，降低成本，DC/DC变换如图2所示，采用推挽式电路，原边中心抽头接蓄电池，两端用开关管控制，交替工作，可以提高转换效率。而推挽式电路用的开关器件少，双端工作的变压器的体积比较小，可提高占空比，增大输出功率。
图2 DC/DC变换结构图 双端工作的方波逆变变压器的铁心面积乘积公式为 AeAc=Po（1＋η）/（ηDKjfKeKcBm）（1） 式中：Ae（m2）为铁心横截面积； Ac（m2）为铁心的窗口面积； Po为变压器的输出功率； η为转换效率； δ为占空比； K是波形系数； j（A/m2）为导线的平均电流密度； f为逆变频率； Ke为铁心截面的有效系数； Kc为铁心的窗口利用系数； Bm为最大磁通量。 变压器原边的开关管S1和S2各采用IRF32055只并联，之所以并联，主要是因为在逆变电源接入负载时，变压器原边的电流相对较大，并联可以分流，可有效地减少开关管的功耗，不至于造成损坏。 PWM控制电路芯片SG3524，是一种电压型开关电源集成控制器，具有输出限流，开关频率可调，误差放大，脉宽调制比较器和关断电路，其产生PWM方波所需的外围线路很简单。当脚11与脚14并联使用时，输出脉冲的占空比为0～95％，脉冲频率等于振荡器频率的1/2。当脚10（关断端）加高电平时，可实现对输出脉冲的封锁，与外电路适当连接，则可以实现欠压、过流保护功能。利用SG3524内部自带的运算放大器调节其输出的驱动波形的占空比D，使D》50％，然后经过CD4011反向后，得到对管的驱动波形的D《50％，这样可以保证两组开关管驱动时，有共同的死区时间。
毕业设计成果（产品、作品、方案） 设计题目: 智能逆变器的设计与制作 二级学院航空电子电气工程学院 专业航空电子信息技术 班级航电1303班 学号 201300023036 姓名唐震 指导老师宋烨 二Ο一五年十二月二十日
诚信声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果。尽我所知，除设计中特别加以标注的地方外，设计中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名：指导教师签名： 年月日年月日
目录 摘要 (3) 1. 设计任务和设计思路 (4) 1.1 设计意义 (4) 1.2 设计要求 (4) 1.3 设计思路 (4) 1.4 方案选择 (4) 2. 硬件原理及其电路设计 (6) 2.1 CC-PWM变换器的基本原理 (6) 2.2 CC-PWM逆变器的数学模型 (7) 2.3 CC-PWM逆变器的主要控制方法 (9) 2.3.1 滞环电流控制方法 (9) 2.3.2 线性电流控制方法 (9) 2.3.3预测电流控制方法 (10) 2.4 改进型CC-PWM滞环电流控制器设计 (11) 2.4.1 正弦环宽滞环电流控制方案 (11) 2.5 模糊变环宽滞电流控制方案 (11) 2.6 模糊自整定PI控制器设计 (12) 2.6.1 控制方案 (12) 2.6.2 控制器设计 (13) 2.7 基于神经网络的模糊推理自整定PI控制器设计 (13) 2.7.1 控制方案 (14) 2.7.2 控制器设计 (14) 3.电路的制作 (15) 3.1 元器件的选择 (15) 3.1.1 GTR电力晶体管 (15) 3.1.2 MOSFET (15) 3.1.3 通态电阻 (15) 3.1.4 热阻 (16) 3.1.5 输入电容 (16) 3.1.6栅极驱动电压 (16) 3.2 元器件的焊接 (16) 3.2.1 焊接要点 (16) 3.2.2 注意事项 (17) 3.3 电路调试 (17) 3.3.1 检测各个参数点 (17) 3.4成品展示 (18) 设计总结 (19) 参考文献 (20)
摘要 车载逆变器就是一种能把汽车上12V直流电转化为220V/50Hz 交流电的电子装置,是常用的车用电子用品。在日常生活中逆变器的应用也很广泛,比如笔记本电脑、录像机和一些电动工具等。 本文重点对车载逆变器进行研究。将逆变器分为逆变电路，控制系统和滤波电路三个主要部分。 逆变桥采用三相全桥逆变电路，为了简化整个逆变主电路的设计，逆变电路采用了将IGBT单元；驱动电路；保护电路等结合在一起的IPM。控制系统由控制调节器，矫正环节和时间比例控制及脉冲形成环节构成。 本设计具有灵活方便、适用范围广的特点，基本能够满足实践需求。而且本设计采用高频逆变方式，具有噪声降低、反应速度提高以及电路调整灵活的优点。设计符合逆变电源小型化、轻量化、高频化以及高可靠性、低噪声的发展趋势。 关键词：车载逆变器脉冲调宽保护电路正弦波SG3525A
Abstract 12V DC car inverter can the car into 220V/50Hz AC electronic devices, commonly used in car electronic equipment. Inverter application in daily life is very broad, such as laptop computers, video recorders, and some electric tools. The design of the inverter can be divided into three main parts: the power stage circuit,control system and filtering circuit. Control system consists of PWM generating circuit,compensative circuit,and control regulator. This design has a flexible, applicable to a wide range of features, and can basically meet the practice needs. And the design of high frequency inverter with noise reduction, response speed and the circuit to adjust the flexible advantages. Designed to meet the development trend of miniaturization of the power inverter, lightweight, high-frequency and high reliability, low noise. Keywords:car inverter pulse, width modulated, protection, circuit sine wave, SG3525A
《车载逆变电源设计》文献综述 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。以正弦波输出的车载逆变电源可提供不间断的高质量交流电，可适应任何领域，但其技术要求高，电路结构比较复杂。 一、研究意义 笔者认为，研究车载逆变电源有以下意义： 第一，研究车载逆变电源可以广泛用于日常生活、计算机、邮电通信、电力系统和航空航天等领域，它的开发和应用在我们的生活中起着至关重要的作用。 第二，中国进入WTO之后，国内市场私人交通工具越来越多，所以车载逆变器电源作为在移动中使用的直流变交流的转换器，给人们的生活带来很多的方便，是一种常备的车用汽车电子装备用品。 第三，车载逆变器是一种能够将12V直流电转换为市电相同的220V交流电，供一般电器使用，是一种很方便的车用电源转换器，它在国内外很受欢迎。 第四，正弦波车载逆变电源的发展和应用在节约能源及环境保护方面都具 有深远的意义。 二、资料来源和范围 （一）图书馆馆藏图书 在图书馆馆藏图书M类中搜索到以下相关资料：王兆安，黄俊主编《电力电子技术》；金海明主编《电力电子技术》；邓嘉主编《机电工程》；曹保国主编《电气自动化》等书籍。 （二）期刊数据库检索 主要利用CNKI数据库（china national knowledge infrastructure）。数据库访问地址为：https://www.doczj.com/doc/4016398307.html,。 在使用上述数据库搜索的过程中，笔者选择中国学术期刊数据库，在“摘要” 字段中，以“车载逆变电源”为关键词进行检索，文章结果显示有71篇相关论文，对笔者有直接参考价值的有：袁义生著《一种高效逆变电源及绿色工作模式的研究》、曹保国著《小功率车载逆变电源的设计》、朱保华著《对车载逆
湖南文理学院 课程设计报告 三相PWM逆变器的设计 课程名称：专业综合课程设计 专业班级：自动化10102班
摘要 本次课程设计题目要求为三相PWM逆变器的设计。设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。 本文将按照设计思路对过程进行剖析，并进行相应的原理讲解，包括逆变电路的理论基础以及Matlab仿真软件的简介、运用等，此外，还会清晰的介绍各个环节的设计，比如触发电路、控制电路、主电路等，其中部分电路的绘制采用Proteus软件，最后结合Matlab Simulink仿真，建立了三相全控桥式电压源型逆变电路的仿真模型，进而通过软件得到较为理想的实验结果。 关键词：三相PWM 逆变电路Matlab 仿真
Abstract The curriculum design subject requirements for the design of the three-phase PWM inverter. Design process from the principle of analysis, selection of components, to scheme and the Mat-lab simulation, etc., to consolidate the theoretical knowledge, basic meet the design requirements. This article will be carried out in accordance with the design of process analysis, and the corresponding principles, including the theoretical foundation of the inverter circuit and introduction, using Matlab simulation software, etc., in addition, will also clearly introduces the design of every link, such as trigger circuit, control circuit, main circuit, etc., some of the drawing of the circuit using Proteus software, finally combined with Matlab Simulink, established a three-phase fully-controlled bridge voltage source type inverter circuit simulation model, and then through the software to get the ideal results. Keywords: Matlab simulation, three-phase ,PWM, inverter circuit
最常见的车载逆变器电路原理图见图1。车载逆变器的整个电路大体上可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯片组成控制电路，其中第一部分电路的作用是将汽车电瓶等提供的12V直流电，通过高频PWM (脉宽调制)开关电源技术转换成30kHz－50kHz、220V左右的交流电；第二部分电路的作用则是利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术，将30kHz～50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流电。 令狐采学
车载逆变器电路工作原理 图1电路中，由芯片IC1及其外围电路、三极管VT1、VT3、MOS功率管VT2、VT4以及变压器T1组成12V直流变换为220V/50kHz交流的逆变电路。由芯片IC2及其外围电路、三极管VT5、VT8、MOS功率管VT6、VT7、VT9、VT10以及220V/50kHz整流、滤波电路 VD5－VD8、C12等共同组成220V/50kHz高频交流电变换为220V/50Hz工频交流电的转换电路，最后通过XAC插座输出220V /50Hz交流电供各种便携
式电器使用。 图1中IC1、IC2采用了TL494CN(或 KA7500C)芯片，构成车载逆变器的核心控制电路。TL494CN是专用的双端式开关电源控制芯片，其尾缀字母CN表示芯片的封装外形为双列直插式塑封结构，工作温度范围为0℃-70℃，极限工作电源电压为7V～40V，最高工作频率为300kHz。 TL494芯片内置有5V基准源，稳压精度为5 V±5％，负载能力为10mA，并通过其14脚进行输出供外部电路使用。TL494芯片还内置2只NPN功率输出管，可提供500mA的驱动能力。 TL494芯片的内部电路
系：电气与信息工程系 专业：电气工程及其自动化班级： 0404 学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2008年月日
诚信声明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名：日期：年月日
湖南工程学院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：15kV A逆变电源设计 姓名陈欣宁系电气系专业_电气工程及其自动化班级学号 指导老师职称讲师教研室主任 一、基本任务及要求： 主要设计内容如下： 1、理解逆变电源的工作原理，确定系统主电路： 包括主电路结构的选择，逆变功率器件的选择，参数计算 2、确定系统驱动电路 3、设计系统的控制电路（包括保护电路、触发电路等） 4、提交毕业设计论文和图纸 参数如下: 直流侧输入电压:750V 输出交流电压:380/220V 输出频率:50HZ 容量:15kVA 进度安排及完成时间 1、2月26日至3月15日：查阅资料；写开题报告;确定总体方案。 2、3月16日至3月29日：毕业实习、撰写实习报告。 3、3月30日至4月15日：确定系统主电路 4、4月16日至4月26日：确定系统驱动电路 5、4月27日至6月2日：设计系统的控制电路 6、6月3日至6月12日撰写毕业设计论文。 7、6月13日至6月14日：指导老师评阅、电子文档上传FTP。 8、6月15日至6月18日：毕业设计答辩。
目录 摘要： (1) 第1章绪论 (3) 1.1逆变器的定义及其应用领域 (3) 1.2逆变技术的发展过程及现状 (4) 1.3 逆变器用功率开关器件 (5) 1.4 逆变器主电路的基本形式及分类 (7) 1.5 本课题研究的目的和任务 (8) 第2章变电源的主电路拓扑结构分析 (9) 2.1 典型主电路拓扑 (9) 2.1.1 推挽逆变主电路 (9) 2.1.2 半桥逆变主电路 (9) 2.1.3 全桥逆变主电路 (10) 2.2 设计指标及要求 (11) 2.3 主电路的研究与设计 (12) 2.3.1 系统的基本原理 (12) 2.3.2 前级升压电路 (12) 2.3.3 输出逆变电路 (15) 第3章控制电路的研究 (17) 3.1 脉宽调制（PWM）技术 (17) 3.2 推挽电路的驱动电路 (17) 3.2.1 KA7500B内部结构 (18) 3.2.2 驱动电路及其他外围电路的研究 (18) 3.3 末级控制输出电路 (21) 3.3.1 驱动信号 (22) 3.3.2 输出欠压、过压和过流保护 (23) 3.3.3 MCS-51外围电路图 (23) 第4章高频变压器的设计 (25) 4.1 磁性原件对电源设计的重要意义 (25) 4.2 应用于开关电源的基本磁学理论 (26) 4.3 推挽变换器中变压器的设计 (29) 4.3.1 变压器工作原理 (29) 4.3.2双极性变压器的计算 (30) 附录 (33) 附录1主程序流程图 (33) 附录2 DC/DC变换电路 (34) 附录3 DC/AC变换电路 (35) 参考文献 (36) 致谢 (37)
电力电子技术课程设计 单位：自动化学院 学生姓名：陈建 班级： 0830402 学号： 0435021 指导老师：唐贤伦、罗萍 专业：电气工程与自动化 设计时间： 2007年 7月 重庆邮电大学自动化学院制
目录 一、设计的基本要求 (1) 二、总体方案的确定 (1) 1、总体介绍 (1) 2、经济性好 (2) 三、具体电路设计 (2) 1、系统基本原理 (2) 2、DC/DC变换 (3) 3、DC/AC变换 (5) 4、保护电路设计及调试过程中的一些问题 (7) 5、试验结果及输出波形 (9) 6、功率因素校正 (10) 四、附录 (11) 五、参考文献 (11) 车载逆变电源设计
摘要：本系统是根据无源逆变的实用原理，采用单相全桥逆变电路工作方式，实现把直流电源（12v）转换成交流电源（320V，50HZ），并对负载进行供电。达到的性能要求就是转换出稳定的工频电源，供给给汽车上的一些电器如车灯，音像等使用。 关键字：车载电源逆变保护电路 一、设计的基本要求 在一些交通运载、野外测控、可移动武器装备、工程修理车等设备中都配有不同规格的电源。通常这些设备工作空间狭小，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。针对某种移动设备的特定要求，研制了一种简单实用的车载正弦波逆变电源，采用SPWM工作模式，以最简单的硬件配置和最通用的器件构成整个电路。实验证明，该电源具有电路简单、成本低、可靠性高等特点，满足了实际要求。车载逆变器（电源转换器、Power Inverter ）是一种能够将DC12V 直流电转换为和市电相同的AC220V 交流电，供一般电器使用，是一种方便的车用电源转换器。车载电源逆变器在国外市场受到普遍欢迎。在国外因汽车的普及率较高，外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。中国进入WTO 后，国内市场私人交通工具越来越多，因此，车载逆变器电源作为在移动中使用的直流变交流的转换器，会给你的生活带来很多的方便，是一种常备的车用汽车电子装具用品。通过点烟器输出的车载逆变器可以是20W 、40W 、80W 、120W 直到150W ，功率规格的。再大一些功率逆变电源200W，300W，400W，500W，600W，700W，800W，1000W，1500W 要通过连接线接到电瓶上。 设计汽车逆变电源，提出了一种低成本的方波逆变电源的基本原理及制作方法；介绍了驱动电路芯片SG3524 和IR2110的使用；设计驱动和保护电路；给出输出电压波形的实验结果。 本文阐述了要求非常高的车载电源的设计及实验过程中的一些特殊问题的解决措施，提出了一些新颖的观点。这些观点对以后的电源设计有一定的借鉴作用。
南京工程学院 车辆工程系 本科毕业设计（论文） 题目：多电平逆变器设计 专业：自动化（车辆电子电气）班级： K车电气071 学号： 学生姓名： 指导教师：副教授 起迄日期：2011.2.21～2011.6.10 设计地点：车辆工程实验中心
摘要 近年来在运动控制领域多电平中压变频器的开发研究得到了广泛关注，多电平逆变器使得电压型逆变器的大容量化、高性能化成为可能，具有降低开关管耐压值，减小开关管电压应力，改善输出波形质量，提高系统的电压和功率等级等优点，研究和开发多电平逆变器，无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。所以多电平技术由于越来越广泛的应用于高压大功率领域。目前，在高压大功率领域中，二极管箝位型三电平变换器是研究最多，应用最广的一种多电平拓扑结构。[1] 本文主要对二极管箝位型三电平逆变器进行研究，以此拟作为今后进一步研究的基础。 论文首先详细地介绍了三电平逆变器的工作原理，并在此基础上详细分析了其特性，综合比较了多电平逆变电路三种典型拓扑结构的优缺点。 然后，研究了三电平逆变器空间电压矢量调制技术的基本原理，分析了空间电压矢量调制算法相对于其它方法的优点。详细分析了空间电压矢量调制算法，并给出PWM波的计算公式和开关动作次序。对开关矢量的作用顺序作了有利于中点电压控制的优化，使仿真和实现都比较容易。 最后，分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题的产生。介绍了一种实现中点电压平衡的理论。提出了一种基于MATLAB的建模方法，并通过MATLAB/SIMULINK仿真结果验证了该方法的正确性。采用MATLAB/SIMULINK仿真软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法进行了仿真分析，证明了该调制算法的正确性。并与两电平SVPWM调制算法的仿真进行了比较，进一步证明了三电平SVPWM调制算法在谐波抑制和减小器件开关损耗方面的优越性。 关键词：多电平逆变器；空间矢量脉宽调制；中点平衡；MATLAB/SIMULINK仿真
2008年05月05日09:15 一市场上常见款式车载逆变器产品的主要指标 输入电压：DC 10V～14.5V；输出电压：AC 200V～220V±10％；输出频率：50Hz±5％；输出功率：70W ～150W；转换效率：大于85％；逆变工作频率：30kHz～50kHz。 二常见车载逆变器产品的电路图及工作原理 目前市场上销售量最大、最常见的车载逆变器的输出功率为70W－150W，逆变器电路中主要采用TL494或KA7500芯片为主的脉宽调制电路。一款最常见的车载逆变器电路原理图见图1。 车载逆变器的整个电路大体上可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯片组成控制电路，其中第一部分电路的作用是将汽车电瓶等提供的12V直流电，通过高频PWM (脉宽调制)开关电源技术转换成30kHz－50kHz、220V左右的交流电；第二部分电路的作用则是利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术，将30kHz～50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流电。 1.车载逆变器电路工作原理 图1电路中，由芯片IC1及其外围电路、三极管VT1、VT3、MOS功率管VT2、VT4以及变压器T1组成12V直流变换为220V/50kHz交流的逆变电路。由芯片IC2及其外围电路、三极管VT5、VT8、MOS功率管VT6、VT7、VT9、VT10以及220V/50kHz整流、滤波电路VD5－VD8、C12等共同组成220V/50kHz高频交流电变换为220V/50Hz工频交流电的转换电路，最后通过XAC插座输出220V/50Hz交流电供各种便携式电器使用。 图1中IC1、IC2采用了TL494CN(或KA7500C)芯片，构成车载逆变器的核心控制电路。TL494CN是专用的双端式开关电源控制芯片，其尾缀字母CN表示芯片的封装外形为双列直插式塑封结构，工作温度范围为0℃-70℃，极限工作电源电压为7V～40V，最高工作频率为300kHz。 TL494芯片内置有5V基准源，稳压精度为5 V±5％，负载能力为10mA，并通过其14脚进行输出供外部电路使用。TL494芯片还内置2只NPN功率输出管，可提供500mA的驱动能力。TL494芯片的内部电路如图2所示。 图1电路中IC1的15脚外围电路的R1、C1组成上电软启动电路。上电时电容C1两端的电压由0V逐步升高，只有当C1两端电压达到5V以上时，才允许IC1内部的脉宽调制电路开始工作。当电源断电后，C1通过电阻R2放电，保证下次上电时的软启动电路正常工作。IC1的15脚外围电路的R1、Rt、R2组成过热保护电路，Rt为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在150 Ω～300Ω范围内任选，适当选大些可提高过热保护电路启动的灵敏度。 热敏电阻Rt安装时要紧贴于MOS功率开关管VT2或VT4的金属散热片上，这样才能保证电路的过热保护功能有效。 IC1的15脚的对地电压值U是一个比较重要的参数，图1电路中U≈Vcc×R2÷ (R1+Rt+R2)V，常温下的计算值为U≈6.2V。结合图1、图2可知，正常工作情况下要求IC1的15脚电压应略高于16脚电压(与芯片14脚相连为5V)，其常温下6.2V的电压值大小正好满足要求，并略留有一定的余量。 当电路工作异常，MOS功率管VT2或VT4的温升大幅提高，热敏电阻Rt的阻值超过约4kΩ时，IC1内部比较器1的输出将由低电平翻转为高电平，IC1的3脚也随即翻转为高电平状态，致使芯片内部的PWM 比较器、“或”门以及“或非”门的输出均发生翻转，输出级三极管
德州职业技术学院 毕业设计（论文） （2012届毕业生） 题目小功率单相逆变电源的设计制作 指导教师张洪宝 系部电子与新能源工程技术系 专业应用电子技术 班级09级应用电子技术 学号 200902050124 姓名张艳霞 2011年 9月 19 日至 2011年 11月 18日共 9 周
该设计主要应用电力电子电路技术和开关电源电路技术有关知识。涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，充分运用芯片KA7500B的固定频率脉冲宽度调制电路及场效应管（N沟道增强型MOSFET）的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点而组合设计的电路。该逆变电源的主要组成部分为：DC/DC电路、输入过压保护电路、输出过压保护电路、过热保护电路、DC/AC变换电路、振荡电路、全桥电路。 在工作时的持续输出功率为150W，具有工作正常指示灯、输出过压保护、输入过压保护以及过热保护等功能。该电源的制造成本较为低廉，实用性强，可作为多种便携式电器通用的电源。 关键词：过热保护；过压保护；集成电路；振荡频率；脉宽调制
The main application of power electronic circuit design technology and switching power supply circuit technology knowledge. Involves analog integrated circuits, power supply integrated circuits, DC circuit, the switching regulator circuit theory, make full use of the chip KA7500B fixed frequency pulse width modulation circuit and FET (N-channel enhancement mode MOSFET) switching speed, no second breakdown, thermal stability, good benefits and the modular design of the circuit. The inverter main components: DC / DC circuit, input over-voltageprotection circuit, output over-voltage protection circuit, overheat protection circuit, DC / AC conversion circuit, oscillation circuit, full-bridge circuit. In the work of continuous output power of 150W, with a normal light work, output overvoltage protection, input over-voltage protection and thermal overload protection. The power of the relatively low manufacturing cost, practical, and a variety of portable electronic devices can be used as a common power supply. Keywords: thermal protection; over-voltage protection; integrated circuits; oscillation frequency; pulse width modulation
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3%；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。
基于TL494逆变电源设计 摘要 本设计主要应用开关电源电路技术有关知识，涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，充分运用芯片TL494的固定频率脉冲宽度调制电路及场效应管（N沟道增强型MOSFET）的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点而组合设计的电路。该逆变电源的主要组成部分为：DC/DC电路、输入过压保护电路、输出过压保护电路、过热保护电路、DC/AC变换电路、振荡电路、全桥电路。在工作时的持续输出功率为150W，具有工作正常指示灯、输出过压保护、输入过压保护以及过热保护等功能。该电源的制造成本较为低廉，实用性强，可作为多种便携式电器通用的电源。 关键词：过热保护，过压保护，集成电路，振荡频率，脉宽调制
Inverter Power supply Design Based on TL494 ABSTRACT The design applying the switching power source circuit technology in connected. Relating with knowledge about what imitate integrated circuit、power source integrated circuit、power amplification integrated circuit and switching regulated voltage circuit on principle. Sufficient apply chip TL494 fixed-frequency pulse width modulation circuit and field effect transistor (N channel strengthen MOSFET) whose switch speed quick, nothing secondary Break down and hot stability good merit to design circuit. Owe the inverter main part ingredient by DC/DC circuit、importing the over-voltage crowbar circuit、exporting an over-voltage crowbar protect a circuit、overheat protective circuit、DC/AC shifts circuit、oscillating circuit and entire bridge circuit. Continuing for during the period of the job exports power functions such as being 150 W, having the regular guiding lights working, exporting an over-voltage crowbar, importing the over-voltage crowbar and overheat protective. The cost of manufacture being a power source of turn is comparatively cheap, the pragmatism is strong, and it has a function annex to the various portably type. KEY WORDS: over heat protective, over-voltage integrated circuit (IC), oscillating frequency, pulse width modulation (PWM).
编号 201103222011024120 南京航空航天大学金城学院 毕业设计 题目DC-AC车载逆变器设计与实现 学生姓名施坜圆 学号2011024120 系部自动化系 专业自动化 班级20110322 指导教师朱海霞副教授 二〇一五年五月
南京航空航天大学金城学院 本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：DC-AC车载逆变器设计与实现）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 作者签名：施坜圆2015年5月16日 （学号）：2011024120
毕业设计（论文）报告纸DC-AC车载逆变器设计与实现 摘要 车载逆变器是将汽车中的蓄电池转换成日常使用的220V/50Hz的交流电，供人们随身携带的电子产品如笔记本、ipad等使用。目前市场上大多的车载逆变器都为方波或者是修正弦波，少数为正弦波逆变器，但其价格非常昂贵。正弦波逆变弥补了方波逆变的不足，适合各类的负载，并且对电子产品本身的影响也相对较小。 本设计基于开关电源技术和电力电子技术，采用二次逆变的方式设计。前级采用SG3525芯片，将SG3525产生的PWM信号控制场效应管的开关，再经EE55高频变压器将12V的低压直流电升压至360V的高压交流电，通过整流滤波得到高压直流电。后级采用EG8010和IR2110芯片，通过EG8010输出的SPWM信号控制开关管的导通，通过取样电阻电压反馈，经过LC工频滤波及相应的输入输出电压保护，最后得到稳定标准的正弦波。 关键字：车载逆变器，正弦波逆变器，SPWM直流电源式逆变器，EG8010