车载逆变电源设计

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1、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，控制局部采用SPWM 正弦脉冲调制技术，利用逆变元件电力 MOSFET驱动脉冲调制， 使输出获得交流正弦波的稳压电源。1.2.2方案论证与比拟1. DC-DC实现变换器的方案论证与选择方案一：推

2、挽式DC-DC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 MOSFETf,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换器。开关的开通和关断受外部PWM!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PW帐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

3、比拟高。方案比拟：方案一和方案一都适用于升压电路，推挽式DC-DCgg换器可由高 频变压器将电压升至任何值。Boost升压式DC-DC换器不使用高电 频变压器，由12V升至320V , PW晰号的占空比比拟低，会使得Boost 升压式DC-DCS换器的损耗比拟大。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换器。方案比拟：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，使得本钱较高稳定性较差。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

4、.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。输出电压反应米用调节 spwMW号脉宽方式。该系统米 用两组相互隔离的辅助电源供电，一组供应 SPWMH号控制器使用， 另一组供应输出电压、电流测量电路使用，这样防止了交流输出的浮 地和蓄电池的地不能共地的问题。因为SPWitt制器输出的SPwMt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

5、 护的采样点。图 1.2.12单元硬件电路设计2. 1 DC-DC升压模块DC-DC升压电路的根本原理：DC-DC升压驱动板，采用的是很常 见的线路，用一片SG352弦现PWM勺输出，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为限压反应 输入端。原理图如图2-1-1所示。图2-1-1 DC-DC升压电路图2.1.1开关板的设计控制系统的开关板设计如图2-1-2所示：开机、关机由具有白锁功能的继电器进行控制，这里的 805

6、0三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2-1-22.1.2 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定频率是由SG3525芯片产生。SG3525芯片引脚图如图2-1-4所示，SG352眦片资料见如下：U11反向输入端1 162 15RI 4VREF !同向输入端vS同步端B管E振荡器输出QJ. T4 135 126 1 17 10A. B管CCTbh RT管E

7、放电端闭锁控制软启动端补偿OSO3525|管脚说明：引脚1:误差放大反向输入 引脚9: PWM比拟补偿信号输入端 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:信号地 引脚5:振荡器定时电容接入端 引脚13:输出级偏置电压接入端 引脚6:振荡器定时电阻接入端 引脚14:输出端B 引脚7:振荡器放电端 引脚15:偏置电源输入端 引脚8:软启动电容接入端 引脚16:基准电源输出端图中11与14脚输出两路互补的PW成，其频率由与5、6管脚 所连的R, C决定。PW濒率计算式如下：f=1/C5(0.7R15+3

8、R16), 调 节6端的电阻即可改变PW晰出频率。同时，芯片内部16脚的基准 电压为5.1 V采用了温度补偿，设有过流保护电路，5.1V反应到2 端同向输入端，当反向输入端也为 5.1V时，芯片稳定，正常工作。 假设两端电压不相等，芯片内部结构白动调整将其保持稳定。在脉宽比较起的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放人器输出信 号进行比拟，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变 化而变化，由于结构上有电压环河电流环双环系统，因此，无论开关 电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，日前比拟理想的新型控制器。R和C设定了 PWM?片的工作频率，计算公式为 T= (0.67

9、*RT+1.3*RD)*CT。再通过R13和C3反应回路。构成频率补 偿网络。C6为软启动时间设定电容。2.1.3增加驱动用一片SG352弦现PWM勺输出，后级用二组图腾输出，增加驱 动，驱动后级的RUI190N8该电路中由一对二极管 8050 (NPN)和8550 (P1P)组成图腾电路，用于功率放大器和稳压电源中用于功率放大器 和稳压放大器。本系统中用于功率放大，驱动后级电路。2.2 PWM驱动模块2.2.1 TDS2285 产生 PWMSPWIffi核心局部采用了 TDS228弹片机芯片，用其产生为功率主 板产生占空比变化的矩形波，通过 H桥产生所需的正弦波。U3 , U4 组成时序和死

10、区电路，末级输出用了 4个250光藕，H桥的二个上管 用了白举式供电方式，这样做的目的是简化电路，可以不用隔离电源， 该模块原理图如图2-2-1所示：#图2-2-1 PWM驱动电路图1.该模块采用的是TDS228融片，其管脚如图2-2-2所示图2-2-2 TDS2285芯片管脚图2.该模块 TDS2285芯片工作原理图如图2-2-3 所示图2-2-3 TDS2285芯片工作原理图该芯片的6、7管脚生成交流电正、负半周调制波输出引脚，输出SPWB冲，其频率有接在2、3管脚间的晶振来决定。9脚为故障 报警输出端，通常驱动一蜂鸣器，同时配合 5脚LED的状态，当蓄电 池电压输入出现过压或低压时，该蜂

11、鸣器随LED指示灯每隔1秒报警 一次，当出现交流过流或者短路时，该蜂鸣器随LED指示灯每隔0. 5 秒报警一次。13脚为检测蓄电池电压，当13脚的电压超过3V或低 于1V时，逆变停止工作，并进入欠压或过压故障状态。通过外接蓄 电池上分压来实现。10脚为交流电压稳压反应输入，实时检测功率 主板输出的交流正弦波输出电压变动范围， 并作调整输出到达稳定输 出电压的目的。2.2.2 H桥驱动电路设计H桥驱动电路接在死区电路后级，由四个高速光电耦合TLP250芯片构成，其原理图如图2-2-4所示2.2.3驱动电源的产生由于光电耦合TPL250工作电压为15V,而系统只提供12V的电压, 要经过升压模块。

12、该系统采用 MC3406芯片，专用于三端稳压78L15 作为输出。其原理如图2-2-5所示。图2-2-5 15V电源产生电路图2.3功率主板模块功率主板是产生320V, 50Hz正弦波的关键局部所在。主板包括了 DC-DC隹挽升压和H桥逆变两局部。1号板送过来的两路PW废送 至变压器两端，电平电压经过滤波电容后送至变压器的抽头处， 经过 变压器后输出其电路如图2-3-1所示。3三3A王二一三图2-3-1功率主板电路图2.3.1脉冲升压、滤波1 号板送过来的两路PWM送至变压器两端，电瓶电压经过滤波 电容后送至变压器的抽头处，经过变压器后输出，经过电桥整流，RC滤波后输出约为453V的直流电压。

13、直流电压电路反应到一号板芯片 的SG3525勺1脚，一路输出到H桥逆变电路。2.3.2单相桥式PWM：变电路H桥式逆变电路由四个IRFP460场效应管构成的桥，由经变压器 升压后的453直流电压与3号板产生的PW醵同时经过H桥逆变，再 经过RC滤波，即可得到320V, 50Hz的正弦波。其原理如图2-3-2所 示。2.4保护电路模块该系统是由直流变交流，弱电变为强电。故对系统进行必要的安 全保护是必须的，在对系统进行调试时必须要注意平安。系统除了芯 片本身具有的保护措施外，还对系统进行了专门的保护，具体如下。2.4.1过载保护电路慢保护慢保护是对输出线的一路电流进行测试，并进行保护。采用 5A

14、/5MA的电流互感器进行慢保护。从电流互感器出来的交流电经 DB10础行整流，后经采样，与LM393的比拟器根本电压0.45V进行 比拟，假设大于基准电压，进行报警，并反应到前级，发出报警。系统 经过白动调整对其进行保护。慢保护电路如图2-4-1所示。图2-4-1慢保护电路2.4.2短路保护电路快保护短路保护即防止功率主板中 H桥的两个COMS同时导通，当其 同时导通时，输出453的电压，经过分压，与LM393的基准电压1. 45V 进行比拟，假设大于基准电压，那么输出报警，并通知前级进行保护措施。 导通电压经过加在0.1/5W的采样电阻上接地，使输出平安。其电路 如图2-4-2所示。图2-4

15、-2短路保护电路参考文献1. 刘风君.实用电源技术丛书-正弦波逆变器第一版.科学出版社， 2002, 1-3.2. 英Marty Brown.开关电源设计指南，徐德鸿、沈旭、杨成林、周 邓燕等译第 二版.机械工业出版社，2004, 230.3. 王兆安，黄俊等.电力电子技术第4版.机械工业出版社，2021,132-1404. 陈国呈.PWM变频调速及软开关电力变换技术第一版.机械工业 出版社，2001, 25-270.5. 曾毅，王效良，吴皓，张朝平.变频调速控制系统的设计与维护第 二版.山东 科学出版社，2002, 54-61.6. 赵修科.实用电源技术手册-磁性元器件分册第一版.辽宁科学技 术出版社，2002, 36-62.7. 张占松，蔡宣三.开关电源的原理勺设计修订版.电子工业出版 社，2004, 306-310.8. 周志敏，周纪海.开关电源实用技术设计与应 W 第一版.人民 邮电出版社，2003, 34