某某车载逆变电源毕业设计
- 格式:doc
- 大小:688.50 KB
- 文档页数:47
150W车载逆变电源设计摘要车载逆变电源是安装于汽车上的一款小型化,安全化的逆变电源,能实现将车上蓄电池发出的12V直流电转换为220V交流电的功能。
方便驾驶者对其他电子设备的充电及应用。
随着经济的发展,汽车的数量也随之上涨,同时车辆上的配套设施的需求量也大大提升。
该文章的主要目的就是希望能设计出一款能实现上述功能的电源转换器,即车载逆变电源。
在该电源电路设计中,我们选用两级转换电路实现。
即先通过将直流电变换为直流电,再将转换后的直流电逆变为交流电,分别采用了推挽正激电路和全桥逆变电路。
与此同时,我们采用了正弦脉宽调制技术,提高了电源的效率,并设计了一些保护电路来使之在使用过程中达到安全可靠。
关键词:逆变电源,推挽正激电路, 全桥逆变电路,正弦脉宽调制技术150W car power inverter designABSTRACTAutomotive power inverter is mounted on a small car, safety of the inverter, to achieve 12V DC car battery conversion issue for 220V AC function. The convenience of motorists charged and application of other electronic devices. With economic development, the number of cars has also risen, while the demand for facilities on the vehicle is also greatly enhanced.The main purpose of this article is to hope to be able to design a power conversion functions described above, namely automotive power inverter.In this power supply circuit design, we use two conversion circuits. That is, first by the direct current is converted into direct current, DC inverter and then converted to alternating current, respectively, with a push-pull forward converter and full-bridge inverter circuit. At the same time, we have adopted a sinusoidal pulse width modulation technology to improve the efficiency of the power, and designed a number of protection circuits to make it in the course to achieve safe and reliable.KEY WORDS: Power Inverter, Push Forward Circuit, Full Bridge Inverter Circuit, Sinusoidal Pulse Width Modulation目录前言 (1)第1章设计的总体目标 (3)1.1设计的要求与指标 (3)1.1.1设计简介 (3)1.1.2设计的性能指标 (3)1.2 电源方案选定 (3)1.2.1 电源结构方案选定 (3)1.2.2 直流转直流变换电路方案选定 (5)1.2.3直流转交流变换电路方案选定 (8)1.3 系统方案选定 (8)第2章主电路的设计 (10)2.1 DC-DC 变换电路 (10)2.1.1运行原理 (10)2.1.2 设计参数 (12)2.1.3 原理图 (15)2.2 DC-AC 变换电路 (16)2.2.1 运行原理 (16)2.2.2 设计参数 (17)2.2.3 原理图 (18)第3章控制电路与保护电路的设计 (19)3.1 SG3525 外围电路及其应用 (19)3.1.1 SG3525 芯片介绍 (19)3.1.2 SG3525 芯片外围电路 (20)3.2 STM8S 芯片介绍及其外围电路 (21)3.2.1 STM8S 芯片介绍 (21)3.2.2 STM8S 芯片外围电路 (23)3.3 基于STM8S 芯片的保护电路设计 (23)3.3.1 STM8S 外围电路引脚功能 (23)3.3.2 STM8S 主要功能介绍 (24)3.3.3 过压欠压保护电路设计 (26)3.3.4 PWM 发波电路设计 (27)3.3.5 SPWM 波原理 (27)第4章电路仿真 (31)4.1 DC-DC 电路仿真 (31)4.2 DC-AC 电路仿真 (31)结论 (32)谢辞 (33)参考文献 (34)附录 (35)外文资料翻译 (44)前言随着经济的高速发展,我们已经进入了一个新的时代--移动互联网时代。
摘要汽车由最原始的代步方式转变为生活必需品,现在又开始由生活必需品向享受生活的层面过渡了,有车族在户外需要使用的电子设备越来越多,例如汽车音响、车用DVD、车用冰箱、手提电脑、手机充电器和各种电源适配器。
在发达国家车载逆变电源是每辆车必须具备的。
据统计,国内配备这种转换器的车辆还不足20%,加之每年汽车销售量居高不下,因而电源转换器在国内有很大的市场前景。
车载逆变电源(又叫电源转换器)可以把汽车蓄电池的12V/24V 直流电转变为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。
电源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。
[1]本文首先介绍逆变技术的概念和分类,在详细讲解了SPWM控制原理,接着在对逆变技术中开关器件的选择及控制策略的简介,最后通过对TL494芯片的学习设计了一款车载稳压逆变电源[2]。
关键词:逆变器 SPWM TL494ABSTRACTCar travel by the most primitive way into necessities, and now start from the basic necessities of life to enjoy the level of the transition, and car owners to use in the outdoors more and more electronic devices, such as car stereos, car DVD, car with a refrigerator, laptop computer, cell phone charger and a variety of power adapters. In developed countries, car inverter power supply is per vehicle must have. According to statistics, domestic vehicles equipped with this converter is less than 20%, coupled with high annual vehicle sales, so the power adapter in the country have great market prospects.Car inverter (also known as power converter) can change car battery 12V/24V DC required for most electrical 220V AC. Power switch to the input DC voltage into AC voltage pulse width modulation, and then use push-pull inverter and high frequency transformer to AC pressure is increased, then full-wave rectified AC voltage into a DC, and finally by the full-bridge converter to the required high voltage direct current into alternating current reverse. Power converters can be used as mobile AC power supply in vehicles, ships use, also suitable for use with solar cells and can easily provide AC power to these electrical equipment.This paper introduces the concept and classification of inverter technology, explained in detail SPWM control theory, then inverter technology in the choice of switching devices and control strategy briefing, the final study by TL494 chip designed a car regulator inverter.Key Words: Inverter,PWM,TL494目录摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- I ABSTRACT ------------------------------------------------------------------------------------------------------ I I 目录 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- I V 第一章绪论 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 61.1 逆变器及其发展--------------------------------------------------------------------------------------------- 62.1PWM控制原理----------------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.1.1 PWM概述------------------------------------------------------------------------------------------------ 72.2.1PWM波形的基本原理 ---------------------------------------------------------------------------------- 8第二章方案论证------------------------------------------------------------------------------------------------ 102.1方案一 -------------------------------------------------------------------------------------------------------10 2.2方案二 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 2.3方案三 -------------------------------------------------------------------------------------------------------122.4方案确立 ----------------------------------------------------------------------------------------------------13第三章系统总体设计 ---------------------------------------------------------------------------------------- 14第四章稳压逆变电源的电路设计 ------------------------------------------------------------------------- 15 4.1脉宽调制器芯片TL494的工作原理 ------------------------------------------------------------------154.1.1TL494的内部结构和工作原理 ------------------------------------------------------------------ 154.1.2 TL494的引脚说明--------------------------------------------------------------------------------- 17 4.2过热保护电路 -----------------------------------------------------------------------------------------------18 4.3过压保护电路 -----------------------------------------------------------------------------------------------19 4.4电路保护维持电路 -----------------------------------------------------------------------------------------20 4.5震荡电路外围电路 -----------------------------------------------------------------------------------------21 4.6逆变电路外围电路 -----------------------------------------------------------------------------------------22 4.7整流滤波电路-----------------------------------------------------------------------------------------------23 4.8功率放大电路 -----------------------------------------------------------------------------------------------234.9EI33磁芯的选择--------------------------------------------------------------------------------------------244.9.1 面积乘积法 ---------------------------------------------------------------------------------------- 244.9.2几何尺寸参数法 ----------------------------------------------------------------------------------- 26 4.10元器件参数 ------------------------------------------------------------------------------------------------27第五章调试实物 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 285.1调试前的准备 -----------------------------------------------------------------------------------------------28 5.2调试的过程 --------------------------------------------------------------------------------------------------28第六章总结 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 29参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 30致谢 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31第一章绪论1.1 逆变器及其发展今年来,电力电子技术发展迅猛,逆变电源广泛应用于日常生活、计算机、邮电通信、电力系统和航空航天等领域[3]。
宝骚与Hl奔基于单片机的车载逆变电源设计Design of intelligeaquarium monitoring system郭志成任晓芳朱东山(兰州工业学院电气工程学院,甘肃兰州730070)摘要:设计了一种车载逆变电源,系统采用两级变换结构,先使用PWM芯片SG3525控制双变压器结构的推挽电路将蓄电池电压升高,在通过单片机PIC16F877A输出SPWM信号控制全桥逆变电路,得到220V/50Hz正弦交流电为车载电器供电系统设计简单、容易实现,克服了传统车载逆变电源存在的问题,提高了电源的适用性关键词:逆变电源;SG3525;推挽电路;PIC16F877AAbstract:A vehicle-mounted inverter power supply is designed.The system adopts a two-stage conversion structure.The PWM chip SG3525is used to control the push-pull circuit of the dual-transformer structure to taise the battery voltage.The SPWM signal is output through the single-chip PIC16F877A to control the full-bridge inverter circuit.220v/50Hz sinusoidal AC power supply for vehical electrical appliances.The system design is simple and easy to implement,overcomes the problems existing in the traditional vehicle inverter power supply,and improves the applicability of the power supply.Key words:Inverter power supply;SG3525;Push-pull circuit;PIC16F877A中图分类号:TM76文献标识码:B文章编号:1003-8965(2019)02-0086-020引言随着私家汽车的普及和现代科技的进步,大量电子产品,例如车载音响、电视、冰箱、平板电脑、医疗急救电器等的投入使用,使人们出行更加舒适和方便。
基于SG3525控制的车载逆变电源设计与实现
引言
随着电子信息产业高速发展,逆变电源被广泛应用于很多领域,一个可靠、优质的逆变电源可以保证系统可靠安全运行,所以,逆变电源是一个重要的
研究领域。
方波逆变是一种较简单的变换方式,它适用于各种整流负载,不
仅技术要求低,而且设计电路比较简单。
本文依据方波逆变电源的基本原理,模块化设计了逆变电源的实现电路,包括基于SG3525控制的高频PWM主
电路、全桥逆变电路、必要的保护电路和相关驱动电路,并给出实验结果及
分析。
1、原理与设计
1.1、逆变电源基本原理
逆变电源采用典型的两级变换:第1级是DC/DC升压变换器,第2级是DC/AC逆变器。
DC/DC升压变换由SG3525芯片产生的PWM波将12V直流逆变为高频方波,经高频变压器升压后,变压器副边可获得峰值为155V的
高频方波,再经过全波整流获得一个稳定的310V直流电压;DC/AC变换以
方波逆变方式,将稳定的直流电压逆变成310V的工频方波电压,该电压有
效值约为220V,频率为50Hz,可驱动负载[1]。
为保证系统正常运行,需。
开题报告
二、国内外研究现状
目前市场上常用的车载逆变器按功率等级大致可以分为75W、100W、150W、30W、500W、800W、1000W、1500W、2000W、2500W等规格。
车载逆变器的输入为汽车点烟器或者蓄电池,一般汽车点烟器10A左右的电流,故点烟器输出的功率约为150W。
对于功率等级小于150W的车载逆变器可以直接由点烟器供电,大于150W功率等级时需要直接从车载蓄电池供电,否则会因为过流烧毁汽车配件及保险丝。
随着车上使用电器种类的增多,对车载逆变器的容量提出了更高的要求,小功率150W及以下规格的车载逆变器已经不能满足人们的需求,中大功率的车载逆变器是今后的发展趋势[1]。
目前市场上所使用的车载逆变器一般是先升压再逆变
三、研究内容及拟解决的关键问题
1、设计内容:设计宽输入、高增益、大功率车载逆变电源。
(1)分析当前可行的主电路拓扑和控制方案,选择电路拓扑和控制方案。
(2)计算主电路主要元器件参数。
(3)完成控制电路的硬件电路设计和软件设计。
(4)通过仿真实验对理论分析进行验证。
2、设计要求:
(1)输入电压为:DC18V-36V
(2)输出电压:AC220V
(3)额定输出功率:3kW
(4)谐波畸变率:<3%
3、关键问题:
(1)前级DC/DC变换器需满足宽输入电压范围内的稳定输出;
(2)DC/DC变换器需要有髙升压比,可以满足逆变所需360V-380。
车载电源逆变器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解车载电源逆变器的基础知识,掌握其工作原理和关键组成部分。
2. 学生能掌握车载电源逆变器在汽车电路中的应用及其重要性。
3. 学生能了解不同类型的车载电源逆变器及其特点。
技能目标:1. 学生能够运用所学知识,分析并设计简单的车载电源逆变器电路。
2. 学生能够通过实际操作,正确连接和使用车载电源逆变器。
3. 学生能够运用相关工具和设备,进行车载电源逆变器的简单故障排查和维修。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对电子技术的兴趣,激发他们探索新技术的热情。
2. 培养学生团队合作意识,学会在实践操作中相互协作和沟通。
3. 培养学生安全意识,让他们认识到在使用车载电源逆变器时遵守操作规程的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求,本课程旨在让学生在掌握车载电源逆变器相关知识的基础上,培养实际操作能力,提高学生的实践技能和创新能力。
通过课程学习,使学生能够将理论知识与实际应用相结合,为未来从事电子技术领域工作打下坚实基础。
同时,注重培养学生的安全意识、团队合作精神和探索精神,使其成为具有全面发展的人才。
二、教学内容1. 车载电源逆变器基础知识:- 逆变器定义、分类及工作原理- 车载电源逆变器在汽车电路中的作用- 车载电源逆变器的关键组成部分及其功能2. 车载电源逆变器电路分析与设计:- 逆变器电路的基本结构- 常见车载电源逆变器电路分析- 车载电源逆变器电路设计原理与步骤3. 车载电源逆变器应用与操作:- 车载电源逆变器在汽车电路中的应用案例- 车载电源逆变器的正确操作方法- 车载电源逆变器使用注意事项及故障排查4. 实践教学环节:- 车载电源逆变器电路搭建与调试- 车载电源逆变器实际操作训练- 故障排查与维修实践根据课程目标,教学内容分为车载电源逆变器基础知识、电路分析与设计、应用与操作以及实践教学环节。
在教学过程中,按照以下进度安排教学内容:1. 基础知识(1课时)2. 电路分析与设计(2课时)3. 应用与操作(1课时)4. 实践教学环节(2课时)教学内容与教材章节相对应,确保科学性和系统性。
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。
基于单片机单相车载逆变电源设计Abstract:The design of a single-phase car-mounted inverter power supply based on a single-chip microcomputer is presented in this paper. The article analyzes the system requirements and design principle of the inverter power supply in detail. The system adopts a single-chip microcomputer as the core controller, and a power MOS tube as the switching device. By adjusting the pulse width modulation signal of the single-chip microcomputer, the DC voltage output by the car battery is converted into a stable AC voltage.Keywords:Single-phase inverter power supply; single-chip microcomputer; pulse width modulation; car-mounted applicationIntroduction:With the rapid development of automobile technology, more and more car electronics have been developed, which need AC power supply. However, the power supply of the onboard equipment is mainly provided by the car battery, which only provides DC voltage output. In order to meet the AC power supply needs of onboard equipment, an inverter power supply is required. Moreover, with the miniaturization of the car body, it is increasingly difficult to add a large-capacity generator to provide the required AC power supply. Therefore, it is necessary to design a small and efficient inverter power supply that can be easily installed in a car.The principle of an inverter power supply is to convert DC voltage into AC voltage. The conversion process needs touse a switching device to switch the DC voltage, and then use a filter circuit to filter the switching signal to obtain the stable output voltage. The conversion process requiresprecise control, and the single-chip microcomputer is anideal control device in the process of converting DC voltage into AC voltage. The pulse width modulation (PWM) technology of the single-chip microcomputer can effectively control the output voltage.Design and Implementation:The system block diagram of the inverter power supply based on the single-chip microcomputer is shown in Figure 1, including four parts: power supply unit, control unit, drive unit and switching unit.Power supply unit: This unit converts the input DC voltage (car battery) into a stable DC voltage for thecontrol unit and the drive unit. The DC voltage is filteredby a filter capacitor to remove the AC component and obtain a DC voltage.Control unit: This unit consists of a single-chip microcomputer, which is used to control the switching unit by generating a PWM signal. The single-chip microcomputer also provides feedback control of the inverter output voltage, which ensures the stable operation of the inverter power supply.Drive unit: This unit is composed of a driver circuit and an isolation transformer. The driver circuit is used to provide PWM signals to the switching unit. The isolation transformer is used to isolate the drive circuit and the switching circuit to ensure the safety of the system.Switching unit: This unit is composed of power MOS tubes,which is used to switch the DC voltage to obtain a stable AC voltage.The switching unit of the system is shown in Figure 2.It uses two power MOS tubes as switching devices, which convert the DC voltage input into a square wave signal. The square wave signal is filtered by the output transformer and then output as an AC voltage.Conclusions:In this paper, a single-phase car-mounted inverter power supply based on a single-chip microcomputer is designed. Through the analysis of the system requirements and design principle, the system adopts a single-chip microcomputer as the core controller, and uses power MOS tubes as the switching device to convert the DC voltage output by the car battery into a stable AC voltage. The control of the inverter power supply is realized by adjusting the PWM signal using the single-chip microcomputer. The experimental results show that the designed system has stable output performance and is suitable for car-mounted applications.。
某某车载逆变电源毕业设计目录摘要 (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,属于方波范畴,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内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,实现起来不太容易,它对系统模型的准确性要求较高,对负载大小的变化及负载的性质变化比较敏感,当负载大小变化及负载的性质变化时不易获得理想的正弦波输出。
(3)重复控制为了消除非线性负载对逆变器输出的影响,在UPS逆变器控制中引入了重复控制技术。
Haneyoshi及Kawamura等人首先在PWM逆变器中采用重复控制消除周期性畸变。
后来,邹应屿等人进一步完善了逆变器的重复控制理论,给出了一种重复控制器的设计方法,提出了自适应重复控制的理论。
重复控制是一种基于内模原理的控制方法,它将一个基波周期的偏差存储起来,用于下一个基波周期的控制,经过几个基波周期的重复可达到很高的控制精度。
在这种控制方法中,加到控制对象的输入信号除偏差信号外,还迭加了一个“过去的控制偏差”,这个“过去的控制偏差”是上一个基波周期中的控制偏差,把上一个基波周期的偏差反映到现在和“现在的偏差”一起加到控制对象进行控制,这种控制方式,偏差好像在被重复使用,所以称为重复控制。
它的突出特点是稳态特性好,控制鲁棒性强。
但重复控制的控制实时性差,动态响应速度慢。
因此,重复控制一般都不单独使用来完成逆变器的控制,而是与其它控制方式相结合,共同来提高整个系统的性能。
(4)滑模变结构控制滑模变结构控制理论起于20世纪50年代,它最显著的特点是对参数变动和外部扰动不敏感,因此非常适用于闭环反馈控制的电能变换器。
早期的滑模变结构控制器采用模拟电路实现,广泛应用于电力拖动系统中。
20世纪90年代中后期。
台湾的邹应屿和香港大学的L.K.Wang等人将离散滑模变结构控制理论应用到UPS 逆变器中,获得了良好的控制效果。
滑模变结构控制实质上是一种非连续的开关控制方法,它强迫系统的跟踪误差及其导数运行于相平面的一条固定的滑模曲线上,与系统参数变动及外部扰动无关,因此系统有极强的鲁棒性。
但是,就波形跟踪质量来说,滑模控制不及重复控制和无差拍控制。
(5)单一的电压瞬时值反馈控制这种控制方法的基本思想是把输出电压的瞬时反馈值与给定正弦波进行比较,用瞬时偏差作为控制量,对逆变桥输出PWM波进行动态调节。
和传统PWM控制方法相比,由于该方法能对PWM波进行动态调整,故系统的快速性、抗扰性、对非线性负载的适应性、输出电压的波形品质等都比传统PWM控制方法有所提高。
这种方法的缺点是系统的稳定性不好,特别是空载时,输出电压容易振荡。
系统的稳定性问题限制了电压调节器增益的提高,因而输出电压的波形品质还不是很好。
(6)带电流内环的电压瞬时值反馈控制带电流内环的电压瞬时值反馈控制方法是在单一的电压瞬时值反馈控制方法的基础上发展而来的。
在这种方法中,不但引入输出电压的瞬时值反馈,还引入滤波电容电流或滤波电感电流的瞬时值反馈。
电压环是外环,电流环是内环。
电流环具有将滤波电容电流或滤波电感电流改造为可控的电流源的作用,这样控制输入和输出电压之间形成了具有单极点的传递函数,因而系统的稳定性大大提高,克服了单一的电压瞬时值反馈控制系统空载容易振荡的缺点。
由于稳定性的提高使得电压调节器增益可以取比较大的值,所以突加突卸负载时输出电压的动态特性大大提高,抗扰性大大提高,对非线性负载的适应性也大大提高。
1.3 逆变电源的发展趋势随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对逆变器控制性能要求的提高,逆变电源也得到了深入的发展,目前,逆变电源的发展趋势主要集中在以下几个方面:(1)高频化提高逆变电源的开关频率,可以有效地减小装置的体积和重量,并可消除变压器和电感的音频噪声,同时改善了输入电压的动态响应能力。
此外,为了进一步减小装置的体积和重量,必须去掉笨重的工频隔离变压器,采用高频隔离。
高频隔离可以采用两种方式实现:①在整流器与逆变器之间加一级高频隔离的DC —DC变换器;②采用高频链逆变技术。