車載逆變電源系統(tǒng)的研究課件

課題來源

隨著社會的發(fā)展，汽車越來越與人們的生活息息相關，而汽車用的直流電壓一般為12V，不能為便攜式電子設備直接使用。為此，車載電源(就是把直流12V電壓轉換成交流220V／50Hz電源)的研制日益引起人們的重視。

傳統(tǒng)車載電源一般采用逆變器加工頻變壓器的方案，它存在體積大、效率低等缺陷。隨著新型電力電子器件和電力電子技術的發(fā)展，本文采用高頻鏈的方案來實現(xiàn)無工頻變壓器的逆變電路，可以很好地解決傳統(tǒng)車載電源存在的問題，同時能保證車載電源的輸出電壓更穩(wěn)定、更平滑。課題來源隨著社會的發(fā)展，汽車越來越與人們的生活息息相關，1題目任務要求和技術參數(shù)題目的任務要求：1、真正的短路保護，無論短路多長時間產品、用電器及汽車安然無恙。2、欠壓、過載、過流、高溫、高壓、短路等多重保護功能，確保產品、用電器及汽車電路安全。3、結構及外形設計新穎，小巧美觀，個性突出。4、先進的電路設計，優(yōu)質的進口元件，發(fā)熱量低，返修率極低。5、獨有的貼片加工工藝，性能更穩(wěn)定、使用范圍更加廣泛。技術參數(shù)：輸入電壓：DC

10V～14.5V；輸出電壓：AC

200V～220V±10％；輸出頻率：50Hz±5％；輸出功率：70W～150W；轉換效率：大于85％；逆變工作頻率：30kHz～50kHz。題目任務要求和技術參數(shù)題目的任務要求：技術參數(shù)：2研究意義

目前的逆變器如果直觀其電路結構，無一例外地采用開關電源專用雙端驅動IC組成它激式逆變電路。此類驅動集成電路都具有幾乎相同的功能方框圖，只是具體組成有差別。由于設計用于大功率開關電源驅動器，IC內部除設有兩路時序不同的驅動輸出外，還有死區(qū)時間設定電路，PWM穩(wěn)壓電路和開關電流控制電路，由其組成逆變電源，不僅效率、可靠性大為提高，功能也更為完善。

總之，人們在正弦波逆變電源技術領域里，邊研究低損耗回路技術，邊開發(fā)新型元器件，兩者相互促進并推動著正弦波逆變電源以每年過兩位數(shù)的市場增長率向小型、薄型、高頻、低噪聲以及高可靠性方向發(fā)展。研究意義目前的逆變器如果直觀其電路結構，無一3研究內容本次逆變電源的設計主要內容包括以下內容：1)控制電路的設計；2)驅動電路的設計；3)全橋逆變電路的設計；4)電壓檢測電路和電流檢測電路的設計；5）檢測電路的設計；6）流程圖的設計研究內容本次逆變電源的設計主要內容包括以下內容：4逆變原理

所謂整流，就是將交流電變成直流電；逆變是它的反過程，也就是將直流電變成交流電。開關T1、T4閉合，T2、T3斷開：u0=Ud；開關T1、T4斷開，T2、T3閉合：u0=－Ud;當以頻率fS交替切換開關T1、T4和T2、T3時，則在電阻R上獲得如上圖所示的交變電壓波形，其周期Ts=1/fS，這樣，就將直流電壓E變成了交流電壓u0,逆變原理所謂整流，就是將交流電變成直流電；逆變是它的5H橋驅動電路如上圖中所示為一個典型的直流控制電路。電路得名于“H橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母H；4個三極管組成H的4條垂直腿，而負載就是H中的橫杠。要使電路運行，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而電路運行正常。H橋驅動電路如上圖中所示為一個典型的直流控制電路。電路得名于6SPWM技術及其原理

在進行脈寬調制時，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，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，稱為正弦波脈寬調制。

SPWM脈沖系列中，各脈沖的寬度以及相互間的間隔寬度是由正弦波(基準波或調制波)和等腰三角波(載波)的交點來決定的。SPWM調制原理SPWM技術及其原理在進行脈寬調制時，使脈沖系列7PID控制原理PID是比例積分微分的意思。P表示按偏差進行比例放大得到一個輸出，這個無法消除余差，因此再加上積分，積分是按偏差累積的，只要有偏差就有大于（或小于）0的積分值（就是不會為0）。僅僅這樣還不夠，因為偏差變化有快慢之分，因此要用微分，微分就是計算偏差變化的速率。同時使用者三種控制規(guī)律來控制被控變量就是PID控制。它并不表示某一個控制規(guī)律,而是同時使用三種控制規(guī)律的綜合。PID控制原理PID是比例積分微分的意思。P表示按偏8車載逆變電源系統(tǒng)的設計思路電路流程圖如下所示：直流電壓脈寬調制芯片全橋逆變電路交流電壓工頻變壓器此設計是采用了比較典型的逆變電路的變換方式將直流電壓12V變換成220V的交流電壓，即第一級采用直流/交流變換，通過對直流/交流全橋逆變電路各個橋臂MOS管通斷的控制，把低壓直流逆變?yōu)榻涣麟妷?，再通過工頻變壓器把交流低壓升壓變成交流高壓，然后通過濾波電路，濾出我們所需要的50Hz的頻率交流電壓，從而完成12V直流電壓逆變成220V/50Hz的交流電壓；車載逆變電源系統(tǒng)的設計思路電路流程圖如下所示：直流脈寬調制9硬件設計控制電路的設計驅動電路全橋逆變電路檢測和保護電路硬件設計控制電路的設計驅動電路全橋逆變電路檢測和保護電路10控制電路PICl6F74芯片中的晶振電路的頻率是20MHZ，確保芯片能正常工作。電容C35和C36起到濾波作用為了得到穩(wěn)定的工作頻率。

在電源上電時，只有當VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，控制電路開始正常工作。控制電路PICl6F74芯片中的晶振電路的頻率11驅動電路驅動電路12全橋逆變電路

由集成芯片PIC16F73產生的50Hz正弦波經過整形電路得到正弦波脈沖（SPWM）分別由PIC16F73的高輸出端和低輸出端輸出。傳遞給驅動電路使全橋逆變電路開始運行，執(zhí)行將直流電逆變?yōu)榻涣麟姷牟僮?。全橋逆變電路由集成芯片PIC16F73產生的50Hz正13檢測與保護電路檢測與保護電路14電壓檢測電路

從CON1和CON2兩端引入輸出的220VAC電壓，經過TX6降壓變壓器的降壓作用、R44、R45、R48的分壓作用，得到一個分壓，將得到的電壓輸入到PIC16F73的引腳3,；當電路處于正常情況下，1、3引腳之間的電壓作為檢測電壓的基準電壓，如果輸出電壓高于220V，經過降壓變壓器后電壓也會略高一些，即輸入引腳3與引腳1之間的電壓高于基準電壓輸出為高電平，則控制芯片PIC16F73就會停止工作。同理，如果輸出的電壓低于220V，便會使輸出為低電平，控制芯片PIC16F73就會停止工作，同時停止全橋逆變的運行。電壓檢測電路從CON1和CON2兩端引入輸出的15電流檢測電路

電流檢測電路監(jiān)測逆變器的電流狀況，如果輸出的電流低于預設，保護電路開始工作，使控制器PIC16F73的引腳9、引腳10關斷端輸出為高電平，停止驅動信號輸出。并使繼電器動作，斷開電路。電流檢測電路電流檢測電路監(jiān)測逆變器的電流狀況，16輸出保護電路在正常運行狀態(tài)下，繼電器串聯(lián)在輸出電壓的線路中，三極管的集電極得高電平時，三極管導通，繼電器導通，電磁鐵得電吸合；常閉觸點斷開，常開觸點閉合，這樣輸出電路導通；相反，如果三極管集電極呈現(xiàn)為低電平時，則三極管截止；常開觸點復位，導致輸出電路斷開，這樣輸出電路斷開起到過流保護的作用。輸出保護電路在正常運行狀態(tài)下，繼電器串聯(lián)在輸出電壓的線路中，17電源模塊電源模塊18軟件設計思路1)盡量采用結構化程序設計，功能程序實行模塊化，便于調試、連接和移植修改。2)合理利用系統(tǒng)資源。3)提高軟件的抗干擾能力。軟件設計思路1)盡量采用結構化程序設計，功能程序實行模塊化，19車載逆變電源軟件系統(tǒng)框圖

全數(shù)字化逆變電源主程序流程圖如圖4-1所示，在主程序中主要對各模塊進行初始化，系統(tǒng)初始化主要配置頭文件和設置系統(tǒng)時鐘頻率，變量初始化主要給各變量分配地址空間和賦初始值，車載逆變電源軟件系統(tǒng)框圖全數(shù)字化逆變電源主程序流程圖如20中斷程序設計流程圖中斷程序設計流程圖21結論

本設計采用純硬件調制的的方法，極大地避免了使用單片機而需要的大量計算以及編程的麻煩，充分運用集成脈沖調寬芯片使電路大大簡化，而且使電路的調試更加簡單。然后根據(jù)設計目標從系統(tǒng)總體的設計方案和結構框圖入手，再根據(jù)各模塊的功能進行電路原理圖的設計和主要器件的選擇，設計出來的產品具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。結論本設計采用純硬件調制的的方法，極大地避22系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖23課題來源

隨著社會的發(fā)展，汽車越來越與人們的生活息息相關，而汽車用的直流電壓一般為12V，不能為便攜式電子設備直接使用。為此，車載電源(就是把直流12V電壓轉換成交流220V／50Hz電源)的研制日益引起人們的重視。

傳統(tǒng)車載電源一般采用逆變器加工頻變壓器的方案，它存在體積大、效率低等缺陷。隨著新型電力電子器件和電力電子技術的發(fā)展，本文采用高頻鏈的方案來實現(xiàn)無工頻變壓器的逆變電路，可以很好地解決傳統(tǒng)車載電源存在的問題，同時能保證車載電源的輸出電壓更穩(wěn)定、更平滑。課題來源隨著社會的發(fā)展，汽車越來越與人們的生活息息相關，24題目任務要求和技術參數(shù)題目的任務要求：1、真正的短路保護，無論短路多長時間產品、用電器及汽車安然無恙。2、欠壓、過載、過流、高溫、高壓、短路等多重保護功能，確保產品、用電器及汽車電路安全。3、結構及外形設計新穎，小巧美觀，個性突出。4、先進的電路設計，優(yōu)質的進口元件，發(fā)熱量低，返修率極低。5、獨有的貼片加工工藝，性能更穩(wěn)定、使用范圍更加廣泛。技術參數(shù)：輸入電壓：DC

10V～14.5V；輸出電壓：AC

200V～220V±10％；輸出頻率：50Hz±5％；輸出功率：70W～150W；轉換效率：大于85％；逆變工作頻率：30kHz～50kHz。題目任務要求和技術參數(shù)題目的任務要求：技術參數(shù)：25研究意義

目前的逆變器如果直觀其電路結構，無一例外地采用開關電源專用雙端驅動IC組成它激式逆變電路。此類驅動集成電路都具有幾乎相同的功能方框圖，只是具體組成有差別。由于設計用于大功率開關電源驅動器，IC內部除設有兩路時序不同的驅動輸出外，還有死區(qū)時間設定電路，PWM穩(wěn)壓電路和開關電流控制電路，由其組成逆變電源，不僅效率、可靠性大為提高，功能也更為完善。

總之，人們在正弦波逆變電源技術領域里，邊研究低損耗回路技術，邊開發(fā)新型元器件，兩者相互促進并推動著正弦波逆變電源以每年過兩位數(shù)的市場增長率向小型、薄型、高頻、低噪聲以及高可靠性方向發(fā)展。研究意義目前的逆變器如果直觀其電路結構，無一26研究內容本次逆變電源的設計主要內容包括以下內容：1)控制電路的設計；2)驅動電路的設計；3)全橋逆變電路的設計；4)電壓檢測電路和電流檢測電路的設計；5）檢測電路的設計；6）流程圖的設計研究內容本次逆變電源的設計主要內容包括以下內容：27逆變原理

所謂整流，就是將交流電變成直流電；逆變是它的反過程，也就是將直流電變成交流電。開關T1、T4閉合，T2、T3斷開：u0=Ud；開關T1、T4斷開，T2、T3閉合：u0=－Ud;當以頻率fS交替切換開關T1、T4和T2、T3時，則在電阻R上獲得如上圖所示的交變電壓波形，其周期Ts=1/fS，這樣，就將直流電壓E變成了交流電壓u0,逆變原理所謂整流，就是將交流電變成直流電；逆變是它的28H橋驅動電路如上圖中所示為一個典型的直流控制電路。電路得名于“H橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母H；4個三極管組成H的4條垂直腿，而負載就是H中的橫杠。要使電路運行，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而電路運行正常。H橋驅動電路如上圖中所示為一個典型的直流控制電路。電路得名于29SPWM技術及其原理

在進行脈寬調制時，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，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，稱為正弦波脈寬調制。

SPWM脈沖系列中，各脈沖的寬度以及相互間的間隔寬度是由正弦波(基準波或調制波)和等腰三角波(載波)的交點來決定的。SPWM調制原理SPWM技術及其原理在進行脈寬調制時，使脈沖系列30PID控制原理PID是比例積分微分的意思。P表示按偏差進行比例放大得到一個輸出，這個無法消除余差，因此再加上積分，積分是按偏差累積的，只要有偏差就有大于（或小于）0的積分值（就是不會為0）。僅僅這樣還不夠，因為偏差變化有快慢之分，因此要用微分，微分就是計算偏差變化的速率。同時使用者三種控制規(guī)律來控制被控變量就是PID控制。它并不表示某一個控制規(guī)律,而是同時使用三種控制規(guī)律的綜合。PID控制原理PID是比例積分微分的意思。P表示按偏31車載逆變電源系統(tǒng)的設計思路電路流程圖如下所示：直流電壓脈寬調制芯片全橋逆變電路交流電壓工頻變壓器此設計是采用了比較典型的逆變電路的變換方式將直流電壓12V變換成220V的交流電壓，即第一級采用直流/交流變換，通過對直流/交流全橋逆變電路各個橋臂MOS管通斷的控制，把低壓直流逆變?yōu)榻涣麟妷海偻ㄟ^工頻變壓器把交流低壓升壓變成交流高壓，然后通過濾波電路，濾出我們所需要的50Hz的頻率交流電壓，從而完成12V直流電壓逆變成220V/50Hz的交流電壓；車載逆變電源系統(tǒng)的設計思路電路流程圖如下所示：直流脈寬調制32硬件設計控制電路的設計驅動電路全橋逆變電路檢測和保護電路硬件設計控制電路的設計驅動電路全橋逆變電路檢測和保護電路33控制電路PICl6F74芯片中的晶振電路的頻率是20MHZ，確保芯片能正常工作。電容C35和C36起到濾波作用為了得到穩(wěn)定的工作頻率。

在電源上電時，只有當VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，控制電路開始正常工作。控制電路PICl6F74芯片中的晶振電路的頻率34驅動電路驅動電路35全橋逆變電路

由集成芯片PIC16F73產生的50Hz正弦波經過整形電路得到正弦波脈沖（SPWM）分別由PIC16F73的高輸出端和低輸出端輸出。傳遞給驅動電路使全橋逆變電路開始運行，執(zhí)行將直流電逆變?yōu)榻涣麟姷牟僮鳌Ｈ珮蚰孀冸娐酚杉尚酒琍IC16F73產生的50Hz正36檢測與保護電路檢測與保護電路37電壓檢測電路

從CON1和CON2兩端引入輸出的220VAC電壓，經過TX6降壓變壓器的降壓作用、R44、R45、R48的分壓作用，得到一個分壓，將得到的電壓輸入到PIC16F73的引腳3,；當電路處于正常情況下，1、3引腳之間的電壓作為檢測電壓的基準電壓，如果輸出電壓高于220V，經過降壓變壓器后電壓也會略高一些，即輸入引腳3與引腳1之間的電壓高于基準電壓輸出為高電平，則控制芯片PIC16F73就會停止工作。同理，如果輸出的電壓低于220V，便會使輸出為低電平，控制芯片PIC16F73就會停止工作，同時停止全橋逆變的運行。電壓檢測電路從CON1和CON2兩端引入輸出的38電流檢測電路

電流檢測電路監(jiān)測逆變器的電流狀況，如果輸出的電流低于