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1、 本科毕业设计说明书（ 题 目：便携式DC/AC逆变电源设计学生姓名：xx学 院：xx系 别：xx专 业：xx班 级：xx指导教师：xx二 七 年 六 月37摘 要随着电力电子技术的发展，尤其是功率MOSFET管和软开关技术的发展，便携式DC/AC逆变电源得以应用。本课题设计的便携式DCAC逆变器用于24V直流电变换成220V50Hz的交流电。在设计中，DCDC部分采用反激式升压整流结构，变压器采用EI型功率铁氧体磁芯变压器，DCAC侧采用半桥式逆变结构。在本设计中还应用了100kHz PWM波对直流升压侧进行调制。在半桥逆变部分，用单片机生成50Hz SPWM波对逆变进行脉宽调制，其优点在于
2、调制出来的电压信号谐波分量小、功率因数高、电压波形更接近正弦波。本课题所设计的产品主要用于解决便携式数码产品和手机的充电问题。因为在有些环境之下，并不能够找到可以为上述产品充电的交流电源，比如在汽车中和旅途中往往只能够提供直流电源。本产品很好的解决了这类问题，所以本产品的市场推广前景很好。关键词：DCDC；DCAC；变压器；PWM；SPWMAbstractWith the development of Power Electronics Technology and especially power MOSFET and soft-switch technology, DC / AC inve
3、rter power source for portable products was applied widely. This project design portable DC AC inverter for the usage of 24V DC converted into 220V 50Hz AC. Power demand load of 10 W, the output waveform for better quality sine wave. In the design, the part of DC DC uses the flyback booster rectifie
4、r structure. In this design it uses 100 kHz PWM wave to modulate the DC Boost right side. In the part of the half-bridge inverter, it generates 50 MCU Hz SPWM wave inverter for pulse width modulation, The advantage is that the sine wave modulation signal voltage harmonic components are small, the po
5、wer factor is high, the voltage wave forms closer to the sine wave shape. The product used for resolving the portable digital products and cell phone charger problem. In some environment, we can not find the 220v AC power for charging. for instance, when you are on the trip .the train and the car do
6、nt supply 220V AC power.This product solve those problems well, so the product will have a good prospects for promotion. Keywords: DCDC；DCAC；Transformer；PWM；SPWM目 录第一章 绪 论11.1 课题背景11.2 课题研究的相关理论概述及方案的初选11.3系统框图的确定1第二章 DC/DC 电路的设计32.1 DC/DC电路的相关理论32.1.1 DC/DC变换器的拓扑类型32.1.2单管反激式变换器32.2反激式变压器的设计62.2.1设
7、计用基本参数设置及62.2.2变压器的设计62.2.3 变压器设计的定量计算72.2.4 变压器材料112.3调制电路的设计122.3.1 TL494的介绍122.3.2 TL494的工作原理12第三章 DC/AC电路设计153.1 半桥型逆变电路153.1.1 半桥电路的定量分析163.1.2 半桥电路的元器件选择16第四章 SPWM调制电路的设计174.1正弦波脉宽调制174.1.1正弦波脉宽调制简介174.1.2 SPWM脉宽调制的优点174.1.3 SPWM脉宽调制的生成方法184.2 改进型SPWM生成技术的介绍194.3 SPWM的软件实现204.4 SPWM的硬件实现214.4.
8、1 硬件实现的方法214.4.2 硬件电路的介绍21第五章 结 论23参考文献24附 录25谢 辞2828 第一章 绪 论1.1 课题背景随着人们生活水平的提高，人身边的手机、MP3及数码类产品逐渐增多。所以解决此类产品的充电问题尤为重要。绝大部分场合下，都可以找到可用的220V交流电源。但身处部分场合并不能提供交流电源。如在火车上、汽车中往往只提供24V或36V的直流电源。因此给这些经常需要随身充电的人士带来了很大的不便。同时电力电子技术的进步，尤其是软开关技术、功率MOSFET管的关断导通频率的增高、PWM和SPWM技术的进步。使得生产出便携式的DC/AC逆变电源成为可能。本课题所研究的D
9、C/AC便携式逆变器，可以方便的在上述场合实现对数码产品和手机的充电问题。1.2 课题研究的相关理论概述及方案的初选 在本课题中，所要运用的理论部分主要涉及；电力电子技术、变压器的选择、PWM脉宽调制的相关理论及单片机的运用知识。 在电力电子部分主要涉及DC/DC斩波电路的选择及设计、DC/AC逆变电路的选择及设计。变压器的选择涉及变压器磁芯的选型、参数的计算与变压器的磁芯的绕制。PWM脉宽调制的运用，主要运用PWM生成芯片构建PWM生成电路及反馈电路。单片机的运用主要涉及单片机生成SPWM对逆变电路进行调制。1.3系统框图的确定系统框图如图1-1所示24V直流电源DC/DCPWM脉宽调试芯片
10、DC/ACSPWM脉宽调制芯片24V/5V220V/50Hz交流驱动驱动图1-1 系统框图整个系统框图分为两个大的部分即DC/DC变换部分和DC/AC逆变部分。在DC/DC部分对直流24V进行升压。通过反激式变换器实现升压功能，其中的PWM调制芯片及完成对直流信号进行100kHz的调制，使其成为100kHz的脉冲信号，提高频率以减小变压器的体积，还通过反馈回路，构建一个完整的闭环系统，以保证整个系统的输出电压的稳定性。DC/DC环节送出的高压直流信号通过整流二极管和送入DC/AC逆变部分。DC/AC逆变结构采用半桥式逆变结构。通过SPWM正弦脉宽调制生成正弦波信号。其生成的220V正弦波信号具
11、有谐波分量小和输出波形接近正弦波的优点。框图中的24V/5V电路部分用于生成SPWM的单片机和看门狗电路的供电。第二章 DC/DC 电路的设计2.1 DC/DC电路的相关理论 2.1.1 DC/DC变换器的拓扑类型1、六种基本拓扑结构 DC/DC变换器包括六种基本的拓扑结构：降压Buck和升压Boost是DC/DC变换器的两种最基本的拓扑。其他形式还包括Buck-Boost型、Boost-Buck型、Zeta型变换器由Buck-Boost 和Buck组合而成、Sepic型变换器由Boost和Buck-Boost组合而成。2、电气隔离型DC/DC由基本的Buck型变换电路和基本的Boost型变换
12、电路可以拓展为电器隔离型的DC/DC变换器。包括单管正激式、并联交错正激式、推挽式、推挽正激式、双管正激式。2.1.2单管反激式变换器1介绍反激变换器拓扑在5W到150W的小功率场合中得到广泛的应用。这个拓扑的重要优点是在变换器的输出端不需要滤波电感，从而节约了成本，减小了体积。在以往一些中文参考资料的叙述中，由于同时涉及电路和磁路的设计，容易造成设计过程中的混乱，反激变换器电路本身的一些特性却没有得到应有的体现。2不连续模式反激变换器的基本原理反激式电路的基本结构如图1所示。反激变换器在开关管导通期间，变压器储能，负载电流由输出滤波电容提供。在开关管关断期间，储存在变压器中的能量转换到负载，
13、提供负载电流，同时给输出滤波电容充电，并补偿开关管导通期间损失的能量。图2-1 反激式电路的基本拓扑结构电路的工作过程如下：当M1导通，所有线圈的同名端（带）相对于非同名端（不带）是负极性。输出整流二极管VD反向偏置，输出负载电流由输出滤波电容C提供。在M1导通期间，原边上施加了一个固定的电压(Vdc-1)（这里假设开关管的导通压降是1V），并且流过以斜率dI/dt=(Vdc-1)Lp线性上升的电流，这里Lp是原边的磁化电感。在导通时间的最后，原边电流上升到Ip=(Vdc-1)Ton/Lp。当M1关断，磁性电感上的电流强制使所有线圈上的极性反向。假设这时没有从次级绕组，只有主次级绕组，由于电感
14、中的电流不能瞬时改变，在关断的瞬时，原边电流转换到次级，幅值为IsIp（Np/Nm）。经过几个周期以后，次级DC电压已经建立。随着M1关断，Ns上的同名端为正极性，电流从同名端流出，并且线性地下降，斜率为dIs/dt=Vom/Ls,其中Ls是次级电感。如果次级电流在下一个导通时间之前下降到0，则储存在原边电感的能量全部释放到负载，称这个电路工作于不连续模式。连续模式与不连续模式的工作特性不同，由于不连续的情况出现了电流的断流，所以输出的波形会受到一定的影响。但由于连续工作模式下需要非常的电容元件，成本较高。所以在对输出波形要求不高的场合完全可以采用不连续工作模式。图2-2 不连续工作模式下的波形3.单管反激式电路的基本形式反激式电路的基本形式非常简单，基本电路包含反激式变压器、MOSFET功率管、整流二极管、大的滤波电容和原边的保护结构。本设计实现的电路的设计如图2-3所示： 图2-3 反激式升压电路本设计电路中元件的选择：MOSFET选用的是IRF456N，它的、，开启电压是4V。变压器两端所加的消耗电路中的二极管是UF4005，当原边储存较大电压时，为了保护MOSFET不被反向激起的电压激坏，所以构建消耗回路以保护MOSFET；同时串联两个15V的快速关断稳压二极管，把反激电压稳定在一定的范围之内。
