毕业设计(论文)-12V220V车载逆变电源的设计
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车载逆变电源毕业设计车载逆变电源毕业设计近年来,随着汽车行业的快速发展,车载电子设备的应用也越来越广泛。
而车载逆变电源作为车载电子设备的核心部件之一,其重要性不言而喻。
本文将探讨车载逆变电源的毕业设计,以期为相关领域的研究者提供一些参考和启发。
首先,我们需要明确车载逆变电源的作用和需求。
车载逆变电源主要用于将汽车电池的直流电转换为交流电,以供车载电子设备使用。
在设计车载逆变电源时,我们需要考虑以下几个方面的需求:1. 输出功率和电压范围:不同的车载电子设备对功率和电压的需求是不同的。
因此,车载逆变电源的设计应该能够满足不同设备的需求,并具备一定的输出功率和电压范围。
2. 效率和稳定性:车载逆变电源的效率和稳定性对于车载电子设备的正常运行至关重要。
高效率的设计可以减少能源浪费,提高车辆的燃油经济性。
而稳定的输出电压可以保证设备的正常工作,避免因电压波动而引起的故障。
3. 尺寸和重量:由于车载空间有限,车载逆变电源的尺寸和重量也是需要考虑的因素。
设计师需要在保证性能的前提下,尽量减小尺寸和重量,以便更好地适应车辆的空间限制。
基于以上需求,我们可以开始设计车载逆变电源。
在设计过程中,我们可以采用以下几个步骤:1. 选择逆变拓扑结构:逆变拓扑结构是车载逆变电源设计的基础,不同的拓扑结构具有不同的特点和适用范围。
常见的逆变拓扑结构包括全桥逆变器、半桥逆变器和单相逆变器等。
根据需求和实际情况,选择合适的逆变拓扑结构是设计的第一步。
2. 选择电子元器件:在设计车载逆变电源时,我们需要选择合适的电子元器件,包括功率开关器件、滤波电感、电容等。
这些元器件的选择应考虑到功率、效率、可靠性和成本等因素。
3. 控制策略设计:车载逆变电源的控制策略直接影响其性能和稳定性。
在设计过程中,我们需要选择合适的控制策略,如PWM调制、电流控制等,以实现稳定的输出和高效率的转换。
4. 效率和稳定性优化:在设计完成后,我们可以通过一些优化措施来提高车载逆变电源的效率和稳定性。
郑州工业安全职业学院毕业论文(设计)题目:车载逆变电源设计姓名孟小鹏系别信息工程系专业电气技术班级 08电气指导教师左明鑫2011年05 月04 日目录前言 (4)第一章车载电源具体电路设计 (6)1.1 车载电源的主电路设计 (6)1.2 DC/DC转换的设计 (7)1.3 DC/AC变换的设计 (9)第二章控制电路的设计 (11)2.1 驱动电路设计 (11)2.1.1 IGBT驱动电路要求 (11)2.1.2 EXB841芯片 (11)2.2 PWM控制器的设计 (12)2.3 PWM 信号的产生 (17)第三章保护电路的设计 (18)3.1 过流保护 (18)3.2 蓄电池的欠压保护 (18)3.3过热保护 (19)3.4 LED显示与报警蜂鸣 (20)第四章调试与运行结果 (21)第五章设计心得 (22)第六章致谢 (23)参考文献 (24)附录1 车载电源电路图 (26)附录2 元件参数 (27)摘要载逆变电源是可以把汽蓄电池12V直流电转变为大多数电器所需要的220V交流电,本次设计是将12V直流电源通过两个IGBT的导通和关断将输入的直流电压转变成脉宽调制交流电压,也就是把12V直流通过TL494PWM控制器变为12V脉冲输出接着利高频变压器把交流电压升高为360V左右。
再用全波整流交流电压转换成直流高压电压320V,再利用开关管组成的全桥变换器把高压直流320V的逆变所需交流电220V,方波电压最后再经过LC 工频滤波得到有效值为220V/50HZ的交流电供负载使用。
其中设计了对开关管的驱动电路,本次设计采用富士集团的EXB系类驱动IGBT的工作,通过控制IGBT等的通断时间来实现本次的设计DC/DC升压,DC/AC的逆变。
该设计应用开关电源电路技术有关知识,涉及到模拟集成电路。
电源集成电路充分应用了TL494/SG3525的固定频率脉冲宽度调制电路。
因此本次的模块设计主要包括DC\DC高频升压逆变转换模块、整流滤波AC/DC逆变桥模块、欠压保护、过流保护、过热保护等部分组成。
精品文档电力电子技术课程设计报告车载逆变电源的设计----------指导教师:----------学生:----------学号:----------专业:----------班级:----------设计日期:--------------------学院2012年12月精品文档课程设计指导教师评定成绩表指导教师评定成绩:指导教师签名:年月日自动化学院2010级自动化专业电力电子技术课程设计任务书一、课程设计的教学目的和任务电力电子技术是研究利用电力电子器件、电路理论和控制技术,实现对电能的控制、变换和传输的科学,其在电力、工业、交通、通信、航空航天等很多领域具有广泛的应用。
电力电子技术不但本身是一项高新技术,而且还是其它多项高新技术发展的基础。
因此,提高学生的电力电子领域综合设计和综合应用能力是教学计划中必不可少的重要一环。
通过电力电子技术的课程设计达到以下几个目的:1、培养学生文献检索的能力,特别是如何利用Intel网检索需要的文献资料。
2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。
4、提高学生的电力电子装置分析和设计能力。
5、提高学生课程设计报告撰写水平。
二、课程设计的基本要求1. 教师确定方向,在教师的指导下,学生自立题目注意事项:①所立题目必须是某一电力电子装置或电路的设计,题目难度和工作量要适应在一周内完成,题目要结合工程实际。
学生也可以选择规定题目方向外的其他电力电子装置设计,如开关电源、镇流器、UPS电源等,但不允许选择其他班题目方向的内容设计(复合变换除外)。
②通过图书馆和Intel网广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料,确定适应自己的课程设计题目。
自立题目后,首先要明确自己课程设计的设计内容。
要给出所要设计装置(或电路)的主要技术数据(如输入技术数据,输出技术数据,装置容量的大小以及装置要具有哪些功能)。
如:直流电动机调压调速可控整流电源设计首先阐述清楚调压调速可控整流电源要完成的功能然后给出主要技术数据输入交流电源:三相380V 10% f=50Hz直流输出电压:0~220V50~220V范围内,直流输出电流额定值100A直流输出电流连续的最小值为10A设计内容:整流电路的选择(方案的论证)整流变压器额定参数的计算晶闸管电流、电压额定的选择平波电抗器电感值的计算(主要参数计算)保护电路的设计触发电路的设计2. 在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力。
目录引言 (1)1 绪论 (2)1.1逆变电源的广泛应用 (2)1.2逆变电源的发展趋势 (3)1.3本课题的任务 (3)2 逆变电源原理 (5)2.1开关逆变电源原理 (5)2.2SPWM概述 (6)2.3SPWM调制 (7)2.3.1单极性正弦波脉宽调制方式 (8)2.3.2双极性正弦波脉宽调制方式 (9)2.4SPWM的采样方法 (10)2.4.1自然采样法 (10)2.4.2规则采样法 (10)2.4.3等面积法 (11)2.5SPWM生成方法 (11)2.5.1调制过程特征 (13)2.5.2载波比(N) (15)2.5.3脉冲的占空度 (17)2.6本章小结 (17)3 逆变主电路设计 (18)4 直流升压电路设计 (19)4.1直流升压主电路拓扑确定 (19)4.1.1升压环节拓扑结构比较 (19)4.2升压电路选择 (20)4.3本章小结 (21)5 控制电路设计 (22)5.1PIC16F73单片机及外围电路设计 (22)5.2驱动电路设计 (22)5.3本章小结 (25)6 逆变电路设计 (26)6.1逆变电路拓扑确定 (26)6.2逆变主电路的选择 (27)6.3逆变主电路元器件及其参数选择 (28)6.4本章小结 (28)7 采样反馈/保护电路设计 (29)7.1采样反馈电路设计 (29)7.2保护电路设计 (29)7.2.1NMOS过流保护的必要性 (29)7.2.2设计短路保护电路要求 (30)7.2.3保护电路设计 (30)7.3本章小结 (31)8 软件设计 (32)8.1正弦波脉宽的生成 (32)8.2软件设计 (32)8.3本章小结 (35)9 实验结果与展望 (36)9.1实验结果 (36)9.2展望 (37)10 总结 (38)10.1设计中的不足 (38)谢辞 (39)参考文献 (40)附录 (41)附录1单片机控制电路PCB (41)附录2驱动电路PCB (41)附录3逆变电路PCB (42)附录4电压反馈保护电路PCB (42)附录5程序清单 (43)引言随着国民经济的高速发展和国内外能源供应的紧张,电能的开发和利用显得更为重要。
车用逆变电源汽车上使用的电器如收放音机、电子钟等均使用12V直流电源。
对那些使用220V交流电的电器则无法直接使用,对这类电器每一个进行改装使其能使用12V直流电源显然是不方便的,有时也是不可能的。
本人设计制作了一个车用逆变电源,将插头插在汽车点火器插座上,即可将12V直流电转换成220V、50Hz的交流电。
其额定输出功率为40W,可作为手机充电器等电器的电源,具有结构简单、性能可靠的特点。
电路工作原理逆变电源电路见图1,主要由50Hz方波发生器、逆变推挽输出电路等部分组成。
在图1中。
ICl为CMOS集成电路。
IclA、IClB、R2、R3、c1等组成的50Hz方波发生器,其输出方波的频率由公式:F=1/2.2R3C1确定。
A、B两点脉冲的相位相反,输出的脉冲信号经IClc、IClD和IClE、IClF缓冲整形后给MOSFET大功率场效应管V1、V2的栅极输出相位相反的脉冲信号.使V1、V2交替导通与截止,从而使变压器T1的初级产生50Hz的交变电压,推动变压器T1次级输出220V、50Hz的交流电。
电路各点的波形见图2。
R1、VDl组成电源及电源极性指示电路,当接通电源且极性正确时发光二极管VDl发光,这时打开开关s 逆变电源即可正常工作,否则说明电源没有接通或极性接反了,不能打开开关s,以避免极性接反了损坏逆变电源。
R6、c3用于吸收当V1或V2截止瞬间Tl初级线圈所产生的反向高压,防止V1、V2被高压击穿。
元器件选择和安装调试变压器按输出功率40W的要求设计,可用初级220V、次级12V×2、40W的成品变压器,使用时只要初、次级调换位置,也可自己绕制。
绕制参数见图3。
大功率场效应管V1、V2用N沟道的MOSFET场效应管MTP50N06V,其引脚见图4,也可以用其它型号的50A、60V的N沟道功率场效应管,每一只功率场效应管均要使用40 x 30×2的散热板作散热器。
车载逆变电源设计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。
车载逆变器电源的设计与制作现在汽车越来越普及,需要一款经济小巧的车载逆变电源来满足旅游外出时的各种用电需求。
本文中的设计将汽车电瓶输出的12V直流电转化为220V/50HZ的交流电,以满足国内大部分低功率用电器的使用要求。
文中是以PWM脉宽调制技术为基础,用SG3525A和CD4069芯片产生方波信号,以实现直流到交流的转变关键词:逆变电源,脉宽调制,SG3525A,CD4069主电路的设计1.1 设计要求及系统指标设计车载逆变器的主要目的是满足车上或户外一些主要用电器的用电需求,要求小型、轻便、廉价,不要求大功率和标准的输出波形,所以设计的主要思想是结构简单,小巧轻便,成本较低。
为了不影响汽车的正常工作,应实现输入输出的隔离,还要尽可能提高电源的转化效率。
所以设计要求为将汽车电瓶输出的12V直流电转化为220V/50Hz交流电,电瓶限流15A,所以最大功率180W,用变压器实现电气隔离,输出为准正弦波或方波。
1.2 总体方案的选取1.1.1 方案比较方案一,基于工频变压器的逆变电源。
文氏振荡器产生50Hz震荡,经推动级调制直流电压,并用工频变压器进行电压放大。
方案二,基于升压式(Boost)电路的电压逆变。
用Boost电路将12V升压到510V,再用50Hz信号进行调制成交流输出。
方案三,基于中频逆变的逆变电源。
第一级采用DC/DC变换,将直流低压通过脉宽调制和中频变压器升成直流高压,第二级DC/AC变换,将直流变为50Hz交流。
1.1.2 方案选择方案一的工频变压器笨重,占用体积大,不符合小巧轻便的制作要求。
方案二将12V 升为510V 的Boost 电路制作难度大,对元器件性能要求高,所以舍弃。
方案三基本符合设计要求。
前级采用推挽式升压电路,推挽变换开关管电压是电源电压的两倍,适合低电压电源;后级采用全桥逆变电路,输出电压是半桥电路的两倍,减小了开关管电流应力。
1.3 逆变电源原理框图主电路如图1.1,首先将直流电压经开关调制成中频交流电,经推挽输出变 图 1.1 逆变电源原理框图成高压,再整流成直流高压,经全桥逆变电路,变换成220V/50Hz 电压,最后可以滤波成准正弦波输出。
针对传统车载逆变电源存在的缺点, 提出基于ATmega16单片机的数字式车载逆变电源的系统设计方案。
该方案以单片机作为正弦脉冲宽度调制(SPWM)的控制器,采用了占空比可调的正弦波脉宽调制波(SPWM) 技术控制定电力MOSFET 的导通与关断,并通过输出电压反馈的闭环软件控制结构,来提供稳压、欠压保护等功能,把汽车蓄电池的12V 直流电转变成220V 纯正弦交流电。
本系统硬件电路设计主要由推挽拓扑结构的的DC/DC 升压模块,DC/AC 逆变模块,以及主控制电路和外围接口电路模块组成。
控制系统软件则重点阐述逆变器数字控制系统主要环节的设计,给出了软件的总体结构、SPWM波形的实现及软闭环软件控制结构,实现了对逆变器的保护、监测等逻辑控制功能。
最后对主电路及控制电路进行了仿真调试,结果表明,所设计的电路及控制策略能够较好地改善输出波形质量,电源直流升压环节波动小, 输出波形畸变率低, 具有较好性能。
关键词ATmega16 PI控制推挽逆变器一、系统设计方案 (2)1、设计要求 (2)2、方案论证与选取 (3)2.1 SPWM波生成原理及方案选取 (2)2.2 DC-DC升压电路的分析与选取 (4)3、系统设计方案 (5)二、系统硬件设计 (5)1、系统硬件结构 (5)2、主电路设计 (5)2.1 前级升压电路 (5)2.2 后极逆变电路 (7)3、控制电路设计 (8)3.1 前级控制电路 (8)3.2 后极控制电路 (9)4、驱动电路设计 (10)5、保护电路设计 (11)5.1 输入过压保护电路 (11)5.2 输入欠压保护电路 (11)5.3 系统过热保护电路 (12)5.4 输出过压保护电路 (13)5.5 输出过流保护电路 (13)三、系统软件设计 (14)1、主程序设计 (14)2、SPWM控制信号的产生 (15)四、结果分析 (16)1、主电路仿真 (16)2、仿真结果与分析 (16)五、结论 (17)参考文献 (15)12V/220V车载逆变电源制作引言车载电源又叫电源逆变器,能够将蓄电池12V直流电转换为和市电相同的220V交流电,供一般电器使用,由于常用于汽车而得名。
陕西航空职业技术学院毕业设计(论文)论文题目:12V/220V车载逆变电源制作所属系部:电子工程学院指导老师:崔保记职称:讲师学生姓名:高宝强班级、学号: ******* 专业:航空电子设备维修2015 年 5 月16 日陕西航空职业技术学院毕业设计(论文)任务书题目:任务与要求:时间: 2014 年 10 月 20 日至 2015 年 5 月 20 日所属系部:学生姓名:学号:专业:指导单位或教研室:电子技术教研室指导教师:职称:高级讲师2014年 10 月 20 日针对传统车载逆变电源存在的缺点, 提出基于ATmega16单片机的数字式车载逆变电源的系统设计方案。
该方案以单片机作为正弦脉冲宽度调制(SPWM)的控制器,采用了占空比可调的正弦波脉宽调制波(SPWM) 技术控制定电力MOSFET 的导通与关断,并通过输出电压反馈的闭环软件控制结构,来提供稳压、欠压保护等功能,把汽车蓄电池的12V 直流电转变成220V 纯正弦交流电。
本系统硬件电路设计主要由推挽拓扑结构的的DC/DC 升压模块,DC/AC 逆变模块,以及主控制电路和外围接口电路模块组成。
控制系统软件则重点阐述逆变器数字控制系统主要环节的设计,给出了软件的总体结构、SPWM波形的实现及软闭环软件控制结构,实现了对逆变器的保护、监测等逻辑控制功能。
最后对主电路及控制电路进行了仿真调试,结果表明,所设计的电路及控制策略能够较好地改善输出波形质量,电源直流升压环节波动小, 输出波形畸变率低, 具有较好性能。
关键词ATmega16 PI控制推挽逆变器一、系统设计方案 (2)1、设计要求 (2)2、方案论证与选取 (3)2.1 SPWM波生成原理及方案选取 (2)2.2 DC-DC升压电路的分析与选取 (4)3、系统设计方案 (5)二、系统硬件设计 (5)1、系统硬件结构 (5)2、主电路设计 (5)2.1 前级升压电路 (5)2.2 后极逆变电路 (7)3、控制电路设计 (8)3.1 前级控制电路 (8)3.2 后极控制电路 (9)4、驱动电路设计 (10)5、保护电路设计 (11)5.1 输入过压保护电路 (11)5.2 输入欠压保护电路 (11)5.3 系统过热保护电路 (12)5.4 输出过压保护电路 (13)5.5 输出过流保护电路 (13)三、系统软件设计 (14)1、主程序设计 (14)2、SPWM控制信号的产生 (15)四、结果分析 (16)1、主电路仿真 (16)2、仿真结果与分析 (16)五、结论 (17)参考文献 (15)12V/220V车载逆变电源制作引言车载电源又叫电源逆变器,能够将蓄电池12V直流电转换为和市电相同的220V交流电,供一般电器使用,由于常用于汽车而得名。
车载电源一般使用汽车电瓶或者点烟器供电,先将这样的低压直流电转换为320V左右的直流电,再将高压的直流电转变为220V、50Hz的交流电。
有了车载电源,就可以把家里所有的小家电搬到车上使用,如手机、笔记本电脑、数码相机、车用冰箱、摄像机、DVD等,从而使人在车里有一种置身家中的感觉。
自它面世以后,那些在车里使用电器的诸多局限将不复存在,可以使人真正享受“与家同行,与世界相通”的感觉。
文中采用成本低廉的单片机,用软件方法生成SPWM脉宽控制波,使得逆变器输出波形谐波畸变率减小,整机稳定性提高,并且还可实现智能控制。
下面介绍一台输入12V 直流,输出220V,50Hz交流,100W 单片机控制的DC/AC正弦波逆变电源。
一、系统设计方案1、设计要求车载逆变器是一种能够将 DC/12V 直流电转换为和市电相同的 AC/220V 交流电,供一般电器使用,是一种方便的车用电源转换器。
通常设备工作空间狭小,环境恶劣,干扰大,因此对电源的设计要求也很高,除了应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。
逆变电源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,因而本设计要求输出电压波形为正弦波,以克服方波逆变器不能带感性负载的特点。
本设计对逆变电源的要求有:1、输出为正弦波。
2、具备输出过压、过流保护功能,当输出电压或电流过高时电源停止工作。
3、具备过热保护功能,防止电源温度过高。
4、具备输入过压、欠压保护功能,当直流电池输入电压过高或过低时逆变器均能自动停止工作。
2、方案论证与选取2.1 SPWM波生成原理及方案选取对于蓄电池或太阳能电池等直流电源供电的高频链逆变器而言,SPWM波的特点是输入为恒定不变的直流电压,通过SPWM技术在逆变电路中同时实现调压和调频,且可简化主回路和控制回路结构、提高系统响应速度。
目前生成SPWM控制波形的方法主要有两类:一是采用模拟电路,二是采用微处理器由程序生成。
1)利用模拟电路生成SPWM脉冲利用模拟电路生成SPWM控制脉冲首先由模拟元件构成的三角波和正弦波产生电路分别产生三角载波信号Ut和正弦波参考信号Ur,然后送入电压比较器,从而产生SPWM 序列,这种利用模拟电路调制方式的优点是完成Ut与Ur信号的比较和确定脉冲所用的时间短,几乎是瞬间完成的。
而且Ut与Ur的交点精确,是两列比较波的自然交点,未做过任何近似处理,比较器输出经死区形成电路即可生成带死区的SPWM波。
然而,这种方法的缺点是所需硬件较多,且难以实现三角波与正弦波的同步,而且模拟元件尤其是运算放大器存在温度漂移等不稳定因素,使得系统调试麻烦,并且不易稳定。
2)利用软件编程方法生成SPWM脉冲在逆变器控制方法设计中,利用软件编程实现SPWM波的算法很多,通常使用较多的有规则采样法。
采用三角波作为载波的规则采样法示意图如图1-1:图1-1 三角波作为载波的规则采样法按自然采样法求得的Ut和Ur的交点为A,和B’,每个脉冲的中点并不和三角波中点重合,对应的SPWM脉宽为t2’,为了简化计算,采用近似的方法求Ut和Ur的交点。
规则采样法使脉冲中点和三角波中点重合,通过两个三角波峰之间中线与Ur的交点M 做水平线与三角波分别交于A和B点,由交点A和B确定的SPWM脉宽为t2,t2和t2’的数值相近,两个脉冲之间相差了一个很小的△t 时间。
规则采样法就是利用Ut 和Ur 的近似交点A 和B 代替实际的交点A ’和B ’,用以确定SPWM 脉冲信号。
这种方法虽然有一定的误差,但此误差工程实践证明是可以忽略的。
因此,SPWM 控制脉冲的实现算法就变为求解简单的三角方程,大大减小了计算量。
))/2sin(1()2/(2t T T t s t **+*=πα (2.2.1)tm rm U U /=α (2.2.2)))/2sin(1()4/(2/)(12131t T T t T t t s **+*=-==πα (2.2.3)由公式2.2.1和2.2.3,可以很容易求得t1和t2值,从而确定相应的脉冲宽度。
在生成SPWM 波形时,通常有查表和实时计算两种方法,实际使用时往往是两种方法的结合,即先离线进行必要的计算存入内存,运行时再进行较为简单的在线计算,这样既可保证快速性,又不会占用大量的内存。
规则采样法通常事先存入正弦函数表,运行时根据要求频率即可算出开关器件的导通时间。
这种方法的计算量很小且波形的幅值和频率都是可以连续变化的。
由规则采样法的原理可知它是用近似的阶梯波来代替正弦波与三角波进行比较,因此它与自然法生成SPWM 相比精度有所降低,但由于其计算公式简单,计算量较小,可大大提高CPU 运行速度,提高程序效率,因此本文在用AVR 单片机对逆变电源进行数字化控制时就是用规则采样法来产生SPWM 波。
2.2 DC-DC 升压电路的分析与选取1)DC-DC 直接升压市场上很多逆变电源采用一次逆变,即12V 的直流电经过一次逆变直接由变压器升压输出220V/50HZ 的交流电。
但是这种方式的输出电压稳定性不高,不能直接使用,且输出调整很不方便,而且变压器体积较大。
2)DC-AC-DC 推挽式升压由于高频开关变换技术的成熟和廉价话,现在逆变器的主要电路形式已经转变成为直流-交流-直流-交流功率变换形式。
即先将直流电转化为高频交流电,一方面有利于减小变压器的体积和电源的重量,另一方面方便调整,可以通过调整交流(PWM )占空比,来稳定输出电压。
由于要求输出是50HZ 的交流电,所以通常的办法是将高频交流电整流成直流电,再利用50HZ 逆变技术将直流电转化成所需要的50HZ 正弦交流电。
所以本次设计采用二次逆变技术,即先通过高频的开关管将12V 直流转化为高频交流,再通过变压器将高频低压电转换为320V 的高频交流电,然后通过整流滤波将320V 高压交流电转化。
3、系统设计方案综上所述:本次设计采用二次逆变技术,先通过高频变压器将12V直流电变为320V 左右的直流电,然后采用单极性正弦脉宽调制方式,用软件编程方法来产生正弦脉冲调宽波(SPWM)来驱动功率管全桥电路,最终通过LC工频滤波完成12V直流到220V工频准正弦波的转换。
二、系统硬件设计1、系统硬件结构车载逆变电源的主电路设计采用中间直流环节的高频变压器式逆变电系统结构, 由高频逆变、高频变压器隔离升压、整流滤波、高频SPWM 逆变和高频滤波输出组成, 实现DC/12 V输入, AC/220V/50Hz输出。
系统的控制核心采用ATmel公司推出的ATmega16单片机。
逆变器输出电压经过分压采样后反馈到单片机的AD口,单片机对反馈信号与给定信号进行PI调节后输出相应的控制信号。
同时在系统中还要对蓄电池电压, 输出电流和系统温度进行采样, 监控欠压、过压、过流和过温情况。
系统硬件结构图如图3-1所示。
图3-1 系统硬件结构图2 主电路设计2.1 前级升压电路前级升压主电路由推挽变换器、高频变压器T、整流滤波电路构成。
如图3-2所示图3-2 前级升压电路2.1.1 推挽逆变电路(1)工作原理系统前级高频逆变电路采用推挽变换电路,以适应低压大电流输入情况。
Q1和Q2的基极分别接TL494的两个内置晶体管的发射极。
中心器件变压器变压器T1,实现电压由12V脉冲电压转变为320V脉冲电压。
此脉冲电压经过整流滤波电路变成320V高压直流电压。
变压器T1的工作频率选为50KHz左右。
电路正常时, TL494的两个内置晶体管交替导通,导致图中晶体管Q1、Q2的基极也因此而交替导通,Q3和Q4 也交替导通,这样使变压器工作在推挽状态,Q3和Q4以频率为50KHz交替导通,使变压器的初级输入端有50KHz的交流电。
当Q1导通时,场效应管Q3因为栅极无正偏压而截止,而此时Q2截止,导致场效应管Q4栅极有正偏压而导通。