車載逆變器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、車載逆變器摘要車載逆變器就是一種能把汽車上12V直流電轉(zhuǎn)化為220V/50Hz交流電的電子裝置,是常用的車用電子用品。在日常生活中逆變器的應用也很廣泛,比如筆記本電腦、錄像機和一些電動工具等。本文重點對車載逆變器進行研究。將逆變器分為逆變電路，控制系統(tǒng)和濾波電路三個主要部分。逆變橋采用三相全橋逆變電路，為了簡化整個逆變主電路的設(shè)計，逆變電路采用了將IGBT單元；驅(qū)動電路；保護電路等結(jié)合在一起的IPM。控制系統(tǒng)由控制調(diào)節(jié)器，矯正環(huán)節(jié)和時間比例控制及脈沖形成環(huán)節(jié)構(gòu)成。本設(shè)計具有靈活方便、適用范圍廣的特點，基本能夠滿足實踐需求。而且本設(shè)計采用高頻逆變方式，具有噪聲降低、反應速度提高以及電路調(diào)整靈活的

2、優(yōu)點。設(shè)計符合逆變電源小型化、輕量化、高頻化以及高可靠性、低噪聲的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：車載逆變器 脈沖調(diào)寬 保護電路 正弦波 SG3525AAbstract12V 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

3、 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 ca

4、n 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, lo

5、w noise.Keywords: car inverter pulse, width modulated, protection, circuit sine wave, SG3525A目錄摘要IAbstractII目錄III前言51 現(xiàn)代逆變技術(shù)的概念61.1 現(xiàn)代逆變技術(shù)的概念61.2 現(xiàn)代逆變技術(shù)的分類61.3. 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)71.3.1 輸入電路71.3.2 輸出電路71.3.3 控制電路71.3.4 輔助電路和保護電路81.3.5 逆變主電路81.4 逆變電路的優(yōu)勢82 設(shè)計總體目標92.1 設(shè)計要求及系統(tǒng)指標92.2 總體方案的選取93 整體電路設(shè)計113.1 逆變電源整體

6、框圖113.1.1總電路圖113.2 脈寬調(diào)制技術(shù)及其原理123.2.1 PWM控制的基本原理123.2.2 PWM逆變電路133.3 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)方法143.3.1 技術(shù)原理143.3.2 自然采樣法164 逆變電源元器件特性及各部分電路設(shè)計194.1 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)方法194.1.1 場效應管194.1.2 穩(wěn)壓管194.1.3 與門204.1.4 變壓器214.1.5 電流互感器214.2 單相半橋電壓型逆變電路原理及其工作波形224.3 各變換電路設(shè)計224.3.1 DC/DC變換電路224.3.2 DC/AC變換電路244.4 保護電路264.4.1 電源輸入過

7、壓保護電路264.4.2 輸入欠壓保護電路264.4.3 過熱保護電路274.4.4 輸出過壓保護電路284.4.5 輸出過流保護電路295單元電路測試分析及結(jié)果315.1電路測試315.1.1 555多諧振蕩器測試315.1.2D觸發(fā)器測試315.1.3 示波器的測試325.2 測量結(jié)果335.2.1 輸出電壓測量結(jié)果335.2.2 輸出電流測量結(jié)果345.2.3 輸出頻率測量結(jié)果34總結(jié)36致謝37參考文獻38前言逆變電路較為常用的是SPWM控制方式。這種方式較容易用模擬電路實現(xiàn)，但脈沖穩(wěn)定性和抗干擾能力差。市售的用于三相逆變電源的數(shù)字控制集成芯片，如HEF4752等，又存在運算速度受處理

8、器的字長因素影響、價格昂貴等問題。本文介紹了一種用高頻開關(guān)電源代替變壓器升壓和隔離的三相逆變電源系統(tǒng)，提出了一種新型實用的預置相位PWM數(shù)字控制方案，其基本思想是將SPWM對應于開關(guān)管的脈寬通過仿真預先計算出來，轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)后存儲于EPROM內(nèi)。經(jīng)地址掃描、鎖存后，將預置于EPROM內(nèi)的數(shù)值轉(zhuǎn)換成對應的觸發(fā)脈沖，以驅(qū)動逆變器主電路開關(guān)管。逆變控制電路僅采用一片EPROM及幾片集成芯片構(gòu)成，整個控制器硬件結(jié)構(gòu)簡單，降低了成本。1 現(xiàn)代逆變技術(shù)的概念1.1 現(xiàn)代逆變技術(shù)的概念隨著各行各業(yè)對控制技術(shù)的發(fā)展和對操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設(shè)備都不是直接使用通用的交流電網(wǎng)提供的交流電作為電能源

9、，而是通過各種形式對其進行變換，從而得到各自所需的電能形式，逆變電路是其中的主要組成部分?，F(xiàn)代逆變技術(shù)是建立在工業(yè)電子技術(shù)、半導體器件技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、半導體交流技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）、磁性材料等學科的基礎(chǔ)上的一門實用技術(shù)?，F(xiàn)代你變技術(shù)主要包括三部分內(nèi)容：半導體功率集成器件機器應用、功率變換電路和逆變控制技術(shù)。1.2 現(xiàn)代逆變技術(shù)的分類現(xiàn)代逆變技術(shù)的種類很多，可以按照不同形式進行分類。其主要分類如下：(1)按逆變器輸出交流的頻率: 可以分為工頻逆變、中頻逆變和高頻逆變。工頻逆變一般指5060Hz的逆變器；中頻逆變的頻率一般為400H到十幾kKz；高頻逆變的頻率則一般為

10、十幾kHz到MHz。(2)按輸出相數(shù)可分為：單相電路和三相電路。(3)當逆變器電路輸出的交流電能直接作用于負載時，稱為無源逆變；凡輸出電能饋向公共交流電網(wǎng)時，則稱有源逆變。(4)按逆變主電路的形式，可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變。(5)按功率器件可分為：半控型器件組成的電路和全控型器件組成的電路。(6)按輸出穩(wěn)定的參量：可分為電壓源和電流源兩類。(7)按輸出電壓或電流的波形：可分為正弦輸出逆變和非正弦輸出逆變。(8)按控制方式，可分為調(diào)頻式（PFM）逆變和調(diào)脈寬式（PWM）逆變。(9)按開關(guān)電路的工作方式，可分為諧振式逆變、定頻硬開關(guān)式逆變和定頻軟開關(guān)式逆變。1.3. 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)基

11、本結(jié)構(gòu)圖1.1 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.3.1 輸入電路逆變主電路輸入為直流電，可以是直流電網(wǎng)、蓄電池儲存的直流電，或者是直流發(fā)電機發(fā)出的直流電，此時輸入電路包括濾波電路和EMI電路；如果是交流電網(wǎng)整流后獲得的直流電，則除了濾波和EMI電路外，首先還要有整流電路1.3.2 輸出電路輸出電路一般都包括輸出濾波電路和EMI電路，對直流負載的逆變系統(tǒng)包括輸出整流電路。對于開環(huán)的逆變系統(tǒng)，輸出量不用反饋到控制電路，而對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，輸出量還要反饋到控制電路。1.3.3 控制電路控制電路的功能是按要求產(chǎn)生和調(diào)節(jié)一系列的控制脈沖來控制逆變器開關(guān)的導通和關(guān)斷，從而配合逆變主電路完成逆變功能。在逆變系統(tǒng)中，

12、控制電路和逆變主電路同樣重要。1.3.4 輔助電路和保護電路輔助電路的功能是將逆變的輸入電壓變換成合適控制電路工作的直流電壓?？梢圆捎霉ゎl降壓、整流、線性穩(wěn)壓的方式，或DC/DC變換器。保護電路主要包括:輸入過壓、欠壓保護；輸出過壓、欠壓保護；過載保護；過流和短路保護；過熱保護。1.3.5 逆變主電路逆變主電路是有開關(guān)器件等組成的變換電路，分為非隔離式和隔離式兩類。1.4 逆變電路的優(yōu)勢高頻化、高性能化、并聯(lián)及模塊化、小型化、高輸入功率因數(shù)化、數(shù)字化和智能化等。2 設(shè)計總體目標2.1 設(shè)計要求及系統(tǒng)指標車載逆變器是一種能夠?qū)?DC/12V 直流電轉(zhuǎn)換為和市電相同的 AC/220V 交流電，供一

13、般電器使用，是一種方便的車用電源轉(zhuǎn)換器。通常設(shè)備工作空間狹小，環(huán)境惡劣，干擾大。因此對電源的設(shè)計要求也很高，除了具有良好的電氣性能外，還必須具備體積小，重量輕，成本低，可靠性高，抗干擾強等特點。逆變電源質(zhì)量的好壞極大地影響著電子設(shè)備的可靠性，其轉(zhuǎn)換效率的高低和帶負載能力的強弱直接關(guān)系著它的應用范圍，因而本設(shè)計要求輸出電壓波形為準正弦波，以克服方波逆變器不能帶感性負載的特點。本設(shè)計對逆變電源的要求有：（1）環(huán)境溫度：-25- +40（2）海拔高度：3000m（3）輸入 12VDC（4）額定輸出電壓：Vo=220VAC（5）輸出有過壓保護（6）額定輸出功率：200W（7）輸入有過壓保護和過熱保護2

14、.2 總體方案的選取根據(jù)電路輸入電壓低，電流大的實際特點，對比了目前常用的推挽式、半橋式、全橋式的優(yōu)缺點后，升壓電路采用了推挽變換電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。它具有使用功率開關(guān)器件數(shù)量少、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點?？刂萍尚酒捎肨L494，芯片提供了一個內(nèi)部基準電壓(5V1),其內(nèi)部誤差放大器有一個共模電壓范圍，工作電壓范圍寬(840V),最高工作頻率可達300kHz，在CT腳和放電腳之間用單個電阻連接可對死區(qū)時間進行調(diào)整。圖2.1 推挽升壓電路下面是一款較為容易制作的逆變器電路圖，可以將12V直流電源電壓逆變?yōu)?20V市電電壓，電路由BG2和BG3組成的多諧振蕩器推動，再通過BG1和BG2驅(qū)動，

15、來控制BG6和BG7工作。其中振蕩電路由BG5與DW組的穩(wěn)壓電源供電，這樣可以使輸出頻率比較穩(wěn)定。在制作時，變壓器可選有常用雙12V輸出的市電變壓器?？筛鶕?jù)需要，選擇適當?shù)?2V蓄電池容量。如圖2.2所示。圖2.2逆變電路方案電路圖3 整體電路設(shè)計3.1 逆變電源整體框圖圖3.1 逆變電源整體框圖圖3.1給出了本文所提出的三相中頻逆變電源的系統(tǒng)原理框圖。該系統(tǒng)由推挽式開關(guān)電源與三相逆變電源有機地結(jié)合起來，是通過直流交流直流交流的變流方式完成的，逆變電路部分調(diào)制比不變，通過調(diào)節(jié)推挽電路的占空比達到穩(wěn)定交流輸出電壓的目的。其主要組成部分有主電路、檢測保護電路和控制電路3.1.1總電路圖通過對每一部

16、分電路圖的整合，構(gòu)成整體電圖。如圖3.1.1所示。圖3.1.1 總電路圖3.2 脈寬調(diào)制技術(shù)及其原理3.2.1 PWM控制的基本原理PWM控制的基本原理采用了一種新型的預置相位PWM波的數(shù)字控制方案，逆變器六個開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)同某一調(diào)制比的SPWM脈沖相對應（本實驗電路中調(diào)制比為0.98），其出發(fā)點是由一片EPROM來存儲這六個開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，同一橋端開關(guān)管之間相位互差120,同橋臂上下開關(guān)管互補導通且有死區(qū)。其逆變驅(qū)動電路如圖3.2所示圖3.2 三相逆變驅(qū)動電路3.2.2 PWM逆變電路PWM變頻電路具有以下特點：(1)可以得到相當接近正弦波的輸出電壓；(2)整流電路采用二極管，可獲得接近

17、1的功率因數(shù)；(3)電路結(jié)構(gòu)簡單；(4)通過對輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動態(tài)響應現(xiàn)在通用變頻器基本都再用PWM控制方式.。PWM逆變電路可以分成電壓型和電流型兩種，但目前的實際應用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。3.3 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)方法正弦脈寬調(diào)制法（SPWM）：是將每一正弦周期內(nèi)的多個脈沖作自然或規(guī)則的寬度調(diào)制，使其依次調(diào)制出相當于正弦函數(shù)值的相位角和面積等效于正弦波的脈沖序列，形成等幅不等寬的正弦化電流輸出。其中每周基波（正弦調(diào)制波）與所含調(diào)制輸出的脈沖總數(shù)之比即為載波比3.3.1 技術(shù)原理1、PWM技術(shù)原理由于全控型電力半導體器件的出現(xiàn)，不僅使得逆

18、變電路的結(jié)構(gòu)大為簡化，而且在控制策略上與晶閘管類的半控型器件相比，也有著根本的不同，由原來的相位控制技術(shù)改變?yōu)槊}沖寬度控制技術(shù)，簡稱PwM技術(shù)。 PwM技術(shù)可以極其有效地進行諧波抑制，在頻率、效率各方面有著明顯的優(yōu)點使逆變電路的技術(shù)性能與可靠性得到了明顯的提高。采用PwM方式構(gòu)成的逆變器，其輸入為固定不變的直流電壓，可以通過PwM技術(shù)在同一逆變器中既實現(xiàn)調(diào)壓又實現(xiàn)調(diào)頻。由于這種逆變器只有一個可控的功率級，簡化了主回路和控制回路的結(jié)構(gòu)，因而體積小、質(zhì)量輕、可靠性高。又因為集凋壓、調(diào)頻于一身，所以調(diào)節(jié)速度快、系統(tǒng)的動態(tài)響應好。此外，采用PwM技術(shù)不僅能提供較好的逆變器輸出電壓和電流波形，而且提高了

19、逆變器對交流電網(wǎng)的功率因數(shù)。 把每半個周期內(nèi)，輸出電壓的波形分割成若干個脈沖，每個脈沖的寬度為每兩個脈沖間的間隔寬度為t2，則脈沖的占空比為此時，電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時，不改變直流電壓的幅值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，也同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。2、正弦波脈寬調(diào)制(sPwM）(1)sPwM的概念工程實際中應用最多的是正弦PwM法(簡稱sPwM)，它是在每半個周期內(nèi)輸出若干個寬窄不同的矩形脈沖波，每一矩形波的面積近似對應正弦波各相應每一等份的正弦波形下的面積可用一個與該面積相等的矩形來代替，于是正弦波形所包圍的面積可用這N個等幅(Vd)不等寬的矩形脈沖面積之和來等效

20、。各矩形脈沖的寬度自可由理論計算得出，但在實際應用中常由正弦調(diào)制波和三角形載波相比較的方式來確定脈寬：因為等腰三角形波的寬度自上向下是線性變化的，所以當它與某一光滑曲線相交時，可得到一組幅值不變而寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖。若使脈沖寬度與正弦函數(shù)值成比例，則也可生成sPwM波形。在工程應用中感興趣的是基波，假定矩形脈沖的幅值Vd恒定，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)N也不變，通過理論分析可知，其基波的幅值V1m脈寬i有線性關(guān)系在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小。反之，當正弦值較小時，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，如圖所

21、示；這樣的電壓脈沖系列可以使負載電流中的高次諧波成分大為減小，稱為正弦波脈寬調(diào)制。 sPwM方式的控制方法可分為多種。從實現(xiàn)的途徑可分為硬件電路與軟件編程兩種類型；而從工作原理上則可按調(diào)制脈沖的極性關(guān)系和控制波與載波間的頻率關(guān)系來分類。按調(diào)制脈沖極性關(guān)系可分為單極性sPwM和雙極性sPwM兩種。(2)雙極性sPwM法雙極性控制則是指在輸出波形的半周期內(nèi)，逆變器同一橋臂中的兩只元件均處于開關(guān)狀態(tài)，但它們之間的關(guān)系是互補的，即通斷狀態(tài)彼此是相反交替的。這樣輸出波形在任何半周期內(nèi)都會出現(xiàn)正、負極性電壓交替的情況，故稱之為雙極性控制。與單極性控制方式相比，載波和控制波都變成了有正、負半周的交流方式，其

22、輸出矩形波也是任意半周中均出現(xiàn)正負交替的情況(3)sPwM生成方法正弦脈寬調(diào)制波(sPwM)的生成方法可分為硬件電路與軟件編程兩種方式。按照前面講述的PWM逆變電路的基本原理和控制方法，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點，在交點時刻對功率開關(guān)器件的通斷進行控制，就可以生成SPWM波形。但這種模擬電路結(jié)構(gòu)復雜，難以實現(xiàn)精確的控制。微機控制技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成的SPWM波形變得比較容易，因此，目前SPWM波形的生成和控制多用微機來實現(xiàn)。本節(jié)主要介紹用軟件生成SPWM波形的幾種基本算法。3.3.2 自然采樣法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自

23、然交點時刻控制功率開關(guān)器件的通斷，這種生成SPWM波形的方法稱為自然采樣法。正弦波在不同相位角時其值不同，因而與三角波相交所得到的脈沖寬度也不同。另外，當正弦波頻率變化或幅值變化時，各脈沖的寬度也相應變化。要準確生成SPWM波形，就應準確地算出正弦波和三角波的交點，如圖3.3。圖3.3 規(guī)則采樣法（1）圖3.3給出了用自然采樣法生成SPWM波形的方法。交點A是發(fā)出脈沖的時刻tA，交點B是結(jié)束脈沖的時刻tB，t2為脈寬，t1+t3為脈寬間歇時間，Tc=t1+t2+t3。為載波周期，M=Urm/Utm為調(diào)制度，Urm為調(diào)制波幅值，Utm為載波幅值.。設(shè)Utm=1，則Urm=M，正弦調(diào)制波為ur=M

24、sin1t，1為調(diào)制頻率，也是逆變器輸出頻率。由幾何相似三角形關(guān)系可得脈寬計算式t2=Tc/21+M/2(sin1tA+sin1tB)這是一個超越方程，tA、tB與載波比N和調(diào)制度M都有關(guān)系，求解困難，并且tlt3，計算更增加困難，這種采樣法不適宜微機實時控制。自然采樣法的主要問題是SPWM波形每個脈沖的起始和終了時刻tA和tB對三角波的中心線不對稱，使求解困難。如果設(shè)法使SPWM波形的每一個脈沖都與三角載波的中心線對稱，于是式(6.1)就可以簡化，而且兩側(cè)的間隙時間相等，即t1=t3，從而使計算工作量大為減輕。規(guī)則采樣法有兩種，圖3.3為規(guī)則采樣法（1）。其特點是：它固定在三角載波每一周期的

25、正峰值時找到正弦調(diào)制波上的對應點，即圖中E點，求得電壓值Urd。用此電壓值對三角波進行采樣，得A、B兩點，就認為它們是SPWM波形中脈沖的生成時刻，A、B之間就是脈寬時間t2。規(guī)則采樣法（1）的計算顯然比自然采樣法簡單，但從圖中可以看出，所得的脈沖寬度將明顯地偏小，從而造成不小的控制誤差。這是由于采樣電壓水平線與三角載波的交點都處于正弦調(diào)制波的同一側(cè)造成的。圖3.4 規(guī)則采樣法（2）圖3.4為規(guī)則采樣法（2）。圖中仍在三角載波的固定時刻找到正弦調(diào)制波上的采樣電壓值，但所取的不是三角載波的正峰值，而是其負峰值，得圖中E點，采樣電壓為Ure。在三角載波上由Urt水平線截得A、B兩點，從而確定了脈寬

26、時間t2。這時，由于A、B兩點坐落在正弦調(diào)制波的兩側(cè)，因此減少了脈寬生成誤差，所得的SPWM波形也就更準確了。規(guī)則采樣法的實質(zhì)是用階梯波來代替正弦波，使算法簡化。在規(guī)則法中，三角波每個周期的采樣時刻都是確定的，不作圖就可算出相應時刻的正弦波值。以規(guī)則采樣法為例，采樣時刻的正弦波值依次為Msin1te、Msin (1te+Tc)、Msin (1te+2Tc)，由幾何相似三角形關(guān)系可得脈寬計算公式t2=Tc/2(1+Msin1te)間歇時間t1=t3=1/2(Tc-t2)實用的逆變器多是三相的，因此還應形成三相的SPWM波形。三相的SPWM波形。三相正弦調(diào)制波互差120，三角波是公用的。這時A相和

27、B相脈沖波形相同，每相的脈寬時間ta2、tb2、tc2均可用式(6.2)計算。三相脈寬時間總和為ta2 +tb2+tc2一(3/2)Tc三相間隙時間總和為3Tc-(3/2)Tc一(3/2)Tc脈沖兩側(cè)間隙時間相等，ta1+tb1+tc1=ta3+tb3+tc3一(3/4)Tc。4 逆變電源元器件特性及各部分電路設(shè)計4.1 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)方法4.1.1 場效應管圖4.1 MOSFET代表符號圖場效應管是一種適應開關(guān)電源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件，如圖4.1所示。4.1.2 穩(wěn)壓管圖4.2 穩(wěn)壓管代表符號穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，是一種用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導體二極管，其代

28、表符號如圖4.2所示。正向特性反向特性i/mAu/VIzUzUz圖4.3 穩(wěn)壓管的V-I特性4.1.3 與門在逆變電源電路中采用的與門芯片型號為74LS08，其電源電壓范圍為4.5V至5.5V，典型值為5V。在本電路中，其電源可以由TL494芯片的基準電壓輸出端提供。其輸出高電平最低為2V，其輸出低電平最高為0.8V。圖4.4 與門代表符號輸入輸出ABY=ABLLLLHLHLLHHH表4-1 74LS08功能表4.1.4 變壓器圖4.5 變壓器代表符號開關(guān)電源變壓器是加入了開關(guān)管的電源變壓器，在電路中，除了普通變壓器的電壓變換功能，開關(guān)電源變壓器還兼具絕緣隔離與功率傳送功能。開關(guān)電源變壓器一般

29、用在開關(guān)電源等涉及高頻電路的場合。4.1.5 電流互感器圖4.6 電流互感器原理圖在供電用電的線路中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬安都有。為便于二次儀表測量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流，另外線路上的電壓都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器與采樣之間的橋梁作用。微型電流互感器稱之為“儀用電流互感器”。4.2 單相半橋電壓型逆變電路原理及其工作波形圖4.7 單相半橋電壓型逆變電路原理及其工作波形工作原理：1. 直流電可以通過震蕩電路變?yōu)榻涣麟?2.得到的交流電再通過線圈升壓（這時得到的是方形波的交流電） 3.對得到的交

30、流電進行整流得到正弦波 AC-DC就比較簡單了 我們知道二極管有單向?qū)щ娦?可以用二極管的這一特性連成一個電橋 讓一端始終是流入的 另一端始終是流出的這就得到了電壓正弦變化的直流電 如果需要平滑的直流電還需要進行整流 簡單的方法就是連接一個電容。4.3 各變換電路設(shè)計4.3.1 DC/DC變換電路直流變換電路由DC/AC和整流濾波電路組成。電路結(jié)構(gòu)如圖4.8，Q1和Q2的基極分別接TL494的兩個內(nèi)置晶體管的發(fā)射極。中心器件變壓器變壓器T1，實現(xiàn)電壓由12V脈沖電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?20V脈沖電壓。此脈沖電壓經(jīng)過整流濾波電路變成320V高壓直流電壓。變壓器T1的工作頻率選為50KHz左右。電路正常時，

31、TL494的兩個內(nèi)置晶體管交替導通，導致圖中晶體管Q1、Q2的基極也因此而交替導通，Q3和Q4 也交替導通，這樣使變壓器工作在推挽狀態(tài)，Q3和Q4以頻率為50KHz交替導通，使變壓器的初級輸入端有50KHz的交流電。當Q1導通時，場效應管Q3因為柵極無正偏壓而截止，而此時Q2截止，導致場效應管Q4柵極有正偏壓而導通。當Q1導通時，Q2截止，場效應管Q3因為柵極無正偏壓而截止，而此時Q2截止，導致場效應管Q4柵極有正偏壓而導通。且交替導通時其峰值電壓為12V，即產(chǎn)生了12V/50KHz的交流電。極性電容C3濾去12V直流中的交流成分，降低輸入干擾14。濾波電容C1可取為2200uF。整流濾波電路

32、由四只整流二極管和一個濾波電容組成。四只整流二極管D3D6接成電橋的形式，稱單相橋式整流電路。在橋式整流電路中，電容C4濾去了電路中的交流成分，此處濾波取值為10uF。圖中的推挽場效應管Q3，Q4在工作時會通過大電流，經(jīng)過計算電流約為19A，故場效應管的型號選擇IRF650A.其最大耐壓值為200V，電流為32A，滿足要求。圖4.8 直流變換電路圖4.3.2 DC/AC變換電路圖4.9 DC/AC轉(zhuǎn)換電路圖DC/AC電路結(jié)構(gòu)如圖4.9所示，該變換電路為全橋橋式電路。電路中各輸入輸出波形如圖4-18所示：由集成芯片ICL8038產(chǎn)生的50Hz正弦波一路輸入SG3525A內(nèi)部與鋸齒波比較產(chǎn)生兩路互

33、補的正弦波調(diào)寬脈沖分別由SG3525A的高輸出端和低輸出端輸出。其高端和低端輸出的兩列波形圖4-18（a）中的和。如果將此脈沖直接輸入驅(qū)動芯片來驅(qū)動全橋電路，如在正弦波的前半個周期，驅(qū)動脈沖會使電路中的Q5和Q8兩個場效應管在前半個周期內(nèi)的絕大多數(shù)時間處于導通。經(jīng)過濾波后輸出為220V的工頻正弦波的前半個周期15。但是在Q5和Q8關(guān)斷的很短時間內(nèi)，另一路會輸入一系列時間極短的電平脈沖，這些脈沖會使Q6和Q7瞬間導通，這樣可能會在輸出端輸出一列相位相反的尖峰脈沖，會影響輸出的正弦波。因而在本次設(shè)計中，SG3525A輸出的調(diào)寬脈沖并不直接用來驅(qū)動全橋電路。而是分別輸入兩個與門的一個輸入端。由ICL

34、8038產(chǎn)生的正弦波經(jīng)相應處理后轉(zhuǎn)化為兩列相位互補的50Hz方波，如圖4-18（b）所示這兩列方波信號分別輸入兩個與門電路的另一個輸入端，經(jīng)過相與后可以去掉SG3525A輸出的調(diào)寬波的半個周期的瞬間方波脈沖，如圖4-18（c）所示，這樣可以使避免輸出的正弦波形中的雜波干擾，使得輸出波形更加完。同時這種方式可以減少開關(guān)管的損耗，增加開關(guān)管的可靠性，提高逆變電源的效率。在逆變電源中，場效應管應當能承受320V的直流高壓電，考慮到電壓波動以及一定的裕量，場效應管的電壓參數(shù)應大于400V,參照場效應管的參數(shù)表，故選用型號為IRF820A的場效應管。其耐壓值為500V,最大電流為2.5A。足以滿足逆變電

35、源320V以及最大電流1A的要求。圖4.10 正弦波脈沖調(diào)寬波形圖(a)(b)(c)4.4 保護電路4.4.1 電源輸入過壓保護電路圖4.11 輸入過壓保護電路電源輸入過壓保護電路如圖4-19所示：VCC為電源電壓，VCC通過R1和R2產(chǎn)生一個分壓，該分壓加到脈沖產(chǎn)生芯片TL494的引腳1，即誤差放大器同向輸入端，引腳2為反相輸入端，電路正常情況下2腳電壓應略高于1腳電壓才能保證誤差比較器I的輸出為低電平，才能使芯片內(nèi)兩個三極管正常工作。由于引腳2與基準電壓輸出端14腳相連，則引腳2的電壓為基準電壓5V。但是當輸入電壓過高超過15V時，1腳處的電壓則會高于5V，即高于2腳的電壓，則誤差放大器輸

36、出高電平，則TL494停止工作，從而實現(xiàn)過壓保護。4.4.2 輸入欠壓保護電路欠壓保護電路如圖4-20所示，它監(jiān)測蓄電池的電壓狀況，如果蓄電池電壓低于預設(shè)的10.8V，保護電路開始工作，使控制器SG3525A的腳10關(guān)斷端輸出高電平，停止驅(qū)動信號輸出。圖4.12中運算放大器的正向輸入端的電壓由R1和R3分壓得到，而反向輸入端的電壓由穩(wěn)壓管箝位在9V，正常工作的時候，由三極管V導通，IR2110輸出驅(qū)動信號，驅(qū)動晶閘管正常工作，實現(xiàn)逆變電源的設(shè)計16。當蓄電池的電壓下降超過預定值后，運算放大器開始工作，輸出跳轉(zhuǎn)為負，同時三級管V截止，向SG3525A的SD端輸出高電平，封鎖IR2110的輸出驅(qū)動

37、信號，此時沒有逆變電壓的輸出。由于設(shè)置的穩(wěn)壓值為9V，對照常用穩(wěn)壓管的參數(shù)表，用于欠壓保護的穩(wěn)壓管型號為1N5239A,其穩(wěn)壓值為9.1V，最大耗散功率0.5W,最大工作電流為50mA。圖4.12 欠壓保護電路圖4.4.3 過熱保護電路因為逆變電源頻率很高，當接大功率負載時逆變器會發(fā)熱，處于過熱狀態(tài)會影響一部分元器件的性能，會影響逆變器的使用壽命。因而在電路中加入過熱保護電路，當溫度高于某一個設(shè)定值時，逆變器立刻停止工作，使溫度降低，從而實現(xiàn)對逆變器的過熱保護。圖4.13 過熱保護電路電路結(jié)構(gòu)如圖4,13。15腳為芯片TL494的反相輸入端，16為同相輸入端，電路正常情況下15腳電壓應略高于1

38、6腳電壓才能保證誤差比較器II的輸出為低電平，才能使芯片內(nèi)兩個三極管正常工作。因為芯片內(nèi)置5V基準電壓源，負載能力為10mA。所以15腳電壓應高于5V。15腳電壓U計算式為：U=12R5(R3+R4+R5)這里R4為正溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫阻值可在150300范圍內(nèi)任選，適當選大寫可提高過熱保護電路啟動的靈敏度17。這里取200。R3取36，R5取39，C1為濾波電容，取值為100pF.則15腳電壓為6.22V，符合要求。4.4.4 輸出過壓保護電路輸出過壓保護電路結(jié)構(gòu)如圖4.14，電阻R41和R42對輸出電壓進行采樣，當輸出電壓過高時將導致穩(wěn)壓管D15擊穿，使SG3525A芯片的10腳對地的

39、電壓升高，使芯片SG3525A停止輸出驅(qū)動脈沖，切斷輸出18。設(shè)允許輸出的最高電壓為230v。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值一般規(guī)定為輸出電壓的130%150%。后繼電路為220V/50Hz輸出，其中電阻R41為100，可取為4.7，根據(jù)電路分壓知識，則R2上的電壓為：2304.7104.7=10V故穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為10V.電容C16為0.1uF,用來濾波。對照常用穩(wěn)壓管的參數(shù)表，用于輸出過壓保護的穩(wěn)壓管型號為1N5240A,其穩(wěn)壓值為10V,最大耗散功率為0.5W，最大工作電流為45mA，滿足電路要求。圖4.14 輸出過壓保護電路圖4.4.5 輸出過流保護電路輸出電流保護電路如圖4.15所示：電流采樣由電流

40、互感器T2完成，電流互感器的原邊直接串聯(lián)在逆變電源的輸出端，原邊的工頻電流會在副邊感生出感應電流。該感生電流經(jīng)過整流濾波之后通過分壓電阻R20轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后將該電壓信號輸入到電壓比較器U2A的反向端，通過與正向端的基準電壓比較來輸出相應的電平信號，該電平信號輸入驅(qū)動芯片IR2110的控制端SD實現(xiàn)對電路的保護功能19。此處設(shè)定輸出最大電流為1.2A,電流互感器的原副邊匝數(shù)比為1：120.則當輸出電流達到1.2A時，在副邊會感生出10mA的電流，經(jīng)過整流橋和濾波電容的整流濾波之后轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電流，經(jīng)過可變電阻R20后在運放的反向端輸入一個電壓，取R20為1K,則反向端電壓為5V。調(diào)整R19，使得正向端的電壓也為5V,則當電流大于1.2A時，運放輸出低電平，則Q10集電極向IR2110的SD腳輸出高電平，逆變器停止工作，從而實現(xiàn)過流保護。圖4.15 輸出過流保護電路圖5單元電路測試分析及結(jié)果5.1電路測試5.1.1 555多諧振蕩器測試圖5.1.1 555電路輸出波形圖5.1.2D觸發(fā)器測試通過電路仿真，D觸發(fā)器電路能夠輸出不失真方波，起到二分頻的作用，改變555電路的輸出頻率，使之達到任務要求的50Hz。如圖5.2所示。圖5.1.2 D觸發(fā)器電路輸出波形圖 5.1.3 示波器的測試通過電路仿真，該逆變器輸出方波穩(wěn)定，圖中上方的波形為5