毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目: 车载逆变电源设计摘要车载逆变器就是一种能把汽车上 12V 直流电转化为 220V/50Hz 交流电的电 子装置,是常用的车用电子用品。 在日常生活中逆变器的应用也很广泛,比如笔记 本电脑、录像机和一些电动工具等。 本设计主要基于开关电源电路技术等基础知识
，采用二次逆变实现逆变器 的设计。主要思路是：运用 TL494 以及 SG3525A 等芯片,先将 12V 直流电源追 转化为 12v 方波电源再升压为 320V/50Hz 的高频交流电，再经过整流滤波将高 频交流电整流为高压直流电， 然后采用正弦波脉冲调制法，通过输出脉冲控制开 关管的导通。最后经过 LC 工频滤波及相应的输入输出保护电路后，输出稳定的 准正弦波，供负载使用。 本设计具有灵活方便、适用范围广的特点，基本能够满足实践需求。而且本 设计采用高频逆变方式， 具有噪声降低、 反应速度提高以及电路调整灵活的优点。 设计符合逆变电源小型化、轻量化、高频化以及高可靠性、低噪声的发展趋势。关键词 车载逆变器脉冲调宽保护电路正弦波1摘 要.............................................................. 1 第一章 绪论......................................................... 3 1.1 车载逆变电源的发展....................................... 3 1.2 逆变技术及其发展......................................... 3 1.2.1 逆变技术的发展...................................... 5 第二章 总体方案设计与论证.......................................... 6 2.1.设计要求及系统指标....................................... 6 2.2 方案论证与设计 ........................................... 6 第三章 脉宽调制技术及其发展........................................ 11 3.1 3.2 脉宽调制技术........................................... 11 正弦波脉宽调制定义..................................... 123.3 正弦波脉宽调制技术的实现方法 ............................ 13 第四章 逆变电源主要集成芯片及其功能简介........................... 14 4.1 TL494 及其应用 .......................................... 15 4.2 SG3525A 及其应用 ........................................ 16 4.3 ICL8038 简介及其应用 .................................... 22 4.4 IR2110 简介及其应用 .................................... 23第五章 变换电路设计和保护电路..................................... 25 5.1 变换电路 ................................................ 25 5．1.1 DC/DC 变换电路.................................... 25 5.1.2 DC/AC 变换电路..................................... 27 5.2 逆变电源保护电路....................................... 29 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 总 致 输入过压保护电路 ................................. 29 输入欠压保护电路 ................................. 29 过热保护电路 ..................................... 30 输出过压保护电路 ................................. 31 输出过流保护电路 ................................. 32结.................................................... 34 谢..................................................... 35参考文献.................................................... 36 附 录.................................................... 372第一章 绪论 1.1 车载逆变电源的发展电源是电子设备的动力部分 ,是一种通用性很强的电子产品。它在各 个行业及日常生活中得到了广泛的应用，其质量的好坏极大地影响着电子 设 备 的可靠性 ,其转换效率的高低和带负载能力的强弱直接关系着它的应 用范围。 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， 车载电 源一般使用汽车电瓶或者点烟器供电，先将这样的低压直流电转换为 320V 左右 的直流电；然后是真正的转变阶段，它将高压的直流电转变为 220V、50Hz 的交 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。一切电子设备都离不开电源提供能量，随着电子技术的发展， 电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，对电源的要求更 加灵活多样。 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。1.2 逆变技术及其发展逆变器（inveerter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一 般为 220v 或 380v50HZ 正弦波或方波） 。应急电源，一般是把直流电瓶逆变 成 220v 交流的逆变电源。 车载逆变器（电源转换器、Power Inverter ）是一种能够将 DC12V 直流电 转换为和市电相同的 AC220V 交流电，供一般电器使用，是一种方便的车用电源 转换器。 车载电源逆变器在国外市场受到普遍欢迎。 在国外因汽车的普及率较高， 外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。 中国进 入 WTO 后，国内市场私人交通工具越来越多，因此，车载逆变器电源作为在移 动中使用的直流变交流的转换器，会给你的生活带来很多的方便，是一种常备的 车用汽车电子装具用品。 通过点烟器输出的车载逆变器可以是 20W 、 40W 、 80W 、3120W 直到 150W 功率规格的。再大一些功率逆变电源要通过连接线接到电瓶上。 把家用电器连接到电源转换器的输出端就能在汽车内使用各种电器象在家里使 用一样方便。可使用的电器有：手机、笔记本电脑、数码摄像机、照相机、照明 灯、电动剃须刀、 CD 机、游戏机、掌上电脑、电动工具、车载冰箱及各种旅游、 野营、医疗急救。 目前，逆变电源在我国的航空航天，武器装备，邮电通讯，金融，交 通，工业，消防，和新能源的利用等领域已得到广泛的应用。同时，逆变 电源技术近几年夜得到飞速发展，由原来 的工业变频器―滤波器模式，变 为目前的逆变器―高频变压器―滤波器模式，使得效率得到很大提高，体 积和重量也得到大幅减小，这些又极大的促进了逆变电源的应用。 逆 变 器 的 原 理 早 在 1931 年 就 在 文 献 中 提 过 ， 1948 年 ， 美 国 西 屋 （Westinghouse）电气公司用汞弧整流器制成了 3000hz 的感应加热用逆变 器。 1947 年，第一支晶体管诞生，固态电力电子学随之而诞生。1956 年， 第一支晶闸管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入创痛发展时 代。在这个时代，逆变器继整流器之后发展，首先出现的是可控硅 SCR 电 压源型逆变器，1961 年，W.MCMurry 与 B.DBefdford 提出了该机型 SCR 强 迫换向逆变器，为 SCR 逆变器的发展奠定了基础。1962 年，A,Kemick 提出 了“谐波中和消除法” ，为后来的优化发奠定了基础，以实现特定的优化如 谐波最小，效率最优等。 20 世纪 70 年代后期，可关断晶闸管 GTO，电力晶体管 GTR 及模块相继 实用化，80 年代以来，电力电子技术与电视技术相结合，产生了各种高频 化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管，PowerMOSFET，绝缘 栅门极晶体管 IGBT，静电感应晶体管 SIT，静电感应晶闸管 SITH，场控晶 闸管 MCT，以及 MOS 晶体管等，这就使电力电子技术由传统发展时期进入了 高频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不 穷，特别是脉宽调制波形改善技术的到了飞速发展。 1964 年，由 A.SChonunng 和 H.Stmmter 提出的，把通信系统调制技术 因用到逆变技术中的脉宽调制技术(sinusoida_PWM,简称 SPWM)。由于当时4开 关 器 件 的 速 度 慢 而 未 得 到 推 广 ， 直 到 1975 年 才 由 Bristol 大 学 的 S.R.Bowes 等把 SPWM 技术应用到逆变给事中， 是逆变器的性能大大的提高， 并得到广泛应用和发展，也使的 SPWM 技术达到了一个新的高度，此后，各 种不同的 PWM 技术相继出现，例如空间向量调制(SVM)，随即 PWM，电流滞 环 PWM 等，成为高速器件的主导方式，至此，正弦波逆变技术的发展已经 基本完善，一般认为，逆变技术的发展可以分为以下两个阶段：
年为传统发展阶段，这个阶段的特点是，开关器件以低速 器件为主，逆变器件的开关频率较低，波形改善以多重叠加为主，体积重 量级大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现。 1980 年到现在为高频化新技术阶段，这个阶段的特点是，开关器件以 高 速 器 件 为 主 ， 逆 变 器 的 开 关 频 率 较 高 ， 波 形 改 善 PWM(pulse_widthModulation，脉宽调制)为主，体积重量小，逆变效率高， 正弦逆变技术发展日趋完善。1.2.1 逆变技术的发展目前开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用 MOFSET 的开关电源转化频率可达几百一千赫。为提高开关频率，必须采用高速 开关器件。 对于兆赫以上开关频率的电源利用谐振电路，这种工作方式称为谐振 开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这 是提高开关电源工作频率的一种方式。 采用谐振开关方好似的兆赫级变换器已经 实用化。开关电源的技术追求和发展趋势可以概括一下三个方面： A 小型化、轻量化、高频化：开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁 性元件和电容） 决定的， 因此开关电源的小型化实质就是尽可能减小其中储能元 件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效的减小电容、电感及变 压器的尺寸，而且还能够抑制不扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关 电源的主要发展方向。 B 高可靠性：我们知道，在一个系统中，元件数量越多，可靠性越低；开关 电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出 发，点解电容，光拙合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从5设计方面着眼， 尽可能使用较少的元件， 提高集成度。 这样不但解决了电路复杂、 可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。 C 低噪声：开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追去高频化，噪声也会随 之增大。 采用部分谐振转换回路技术， 在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。 所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。第二章总体方案设计与论证2.1.设计要求及系统指标车载逆变器是一种能够将 DC/12V 直流电转换为和市电相同的 AC/220V 交流电，供一般电器使用，是一种方便的车用电源转换器。通常设备工作空间狭 小，环境恶劣，干扰大。因此对电源的设计要求也很高，除了具有良好的电气性 能外，还必须具备体积小，重量轻，成本低，可靠性高，抗干扰强等特点。在保 护上，具有输入过、欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等多重保护功能 电路，增强该电源的可靠性和安全性。 参数要求： (１)环境温度：－２５―４０； (２)海拔高度：＜３０００ｍ； (３)输入１２ＶＤＣ； (４)额定输出电压：Ｖｏ＝２２０ＶＡＣ; (５)额定输出功率：２００Ｗ; (６)输出有过压保护； (７)输入有过压保护和过热保护；2.2 方案论证与设计车载逆变电源（电源转换器、Power Inverter ）是一种能够将 DC12V 直流电转换为和市电相同的 AC220V 交流电，供一般电器使用，是一种方 便的车用电源转换器。车载电源逆变器在国外市场受到普遍欢 迎。在国外6因汽车的普及率较高，外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动 电器及各种工具工作。中国进入 WTO 后，国内市场私人交通工具越来越多， 因此，车载逆变器电源作为在移动中使用的直流变交流的转换器，会给你 的生活带来很多的方便，是一种常备的车用汽车电子装具用品。通过点烟 器输出的车载逆变器可以是 20W 、40W 、80W 、120W 直到 150W 功率规格 的。再大一些功率逆变电源要通过连接线接到电瓶上。把家用电器连接到 电源转换器的输出端就能在汽车内使用各种电器象在家里使用一样方便。 可使用的电器有：手机、笔记本电脑、数码摄像机、照相机、照明灯、电 动剃须刀、 CD 机、游戏机、掌上电脑、电动工具、车载冰箱及各种旅游、 野营、医疗急救。 逆变是对电能进行变换和控制的一种基本形式。 现代逆变技术是综合了现代 电力电子开关器件的应用、现代功率变换、 PWM 技术、频率及相位调制技术、 开关电源技术和控制技术等的一门实用设计技术。 制逆变电路目前的开关电源按其输出的波形可分为三种， 一是纯方波波形方 波逆变器，纯方波逆变器输出的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。 如所带的负载过大，方波电流中包含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。方波逆变器的制作方法采 用简易的多谐振荡器，方波逆变是一种低成本，极为简单的变换方式，它适用 于各种整流负载，但是对于变压器的负载的适应不是很好，有较大的噪声，而且 电源效率一般比较低，且不能带感性负载。 二是纯正弦波， 正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好 的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染，能够带动任何种类的负载， 但是技术要求和成本均高。 三是准正弦波输出，准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正 弦波等）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，但准正弦波的波形任然是由曲线组成，属于方 波范畴，连续性不好。这是一种较接近正弦波的输出波形，可以满足我们大部7分的用电需求，除了转换效率高之外，结构简单，成本也低，性能稳定、适用于 各种整流负载，并且控制简单、可靠性较高。本文即输出准正弦波。 而实现输出波形为准正弦波的方法其关键在于如何产生调宽脉冲， 从广义上 来分可以有两种方法， 一是使用单片机编程即软硬件相结合的方法，二是采用硬 件调制法，即完全由硬件电路来完成。 如果使用单片机来编程实现的话，必须实时地计算调制波(正弦波)和载波 (三角波)的所有交点的时间坐标，根据计算结果，有序地向逆变桥中各逆变器件 发出“通”和“断”的动作指令。而且调节频率时，一方面，调制波与载波的周 期要同时改变(改变的规律本文不作介绍)；另一方面，调制波的振幅要随频率而 变，而载波的振幅则不变，所以，每次调节后，所有交点的时间坐标都必须重新 计算。计算量太大又容易出错，加之，已经有能够产生满足要求的 SPWM 波形的 专用集成电路了。因而在综合比较各种方法之后，本文最终采取硬件调制法。直流 电压直流/ 直流直流/ 交流滤波 输出交流 电压驱动电路控制电路图 2-1 车载准正弦脉宽调框图方案一：通过斩波器 ―逆变器的技术方案，其原理如下：直接输入的 12V 直流经过 SPWM 输入 IR2110 电路产生交流电压再通过变压器升压。 斩波 器变换为稳定的 220V 交流，再利用斩波器稳压控制功能，使得输出电压非 常稳定。输出正弦波滤波器主要是滤波器滤除逆变器输出的大部分谐波使 得最终输出波形为正弦波，以减小对外的谐波干扰，同时也起到对电源自 身的保护作用。能够达到题目要求。 方案二：通过逆变器――升压变压器，其原理如下：输入的直流 12V 电 压经过逆变器变换为 SPWM 形式的 220V 交流，由于逆变器的稳压作用，该 电压是稳定的，再经过 220V 的升压变压器变成为稳定的但仍然是 SPWM 形 式的 220V 交流输出正弦波滤波器主要是滤除逆变器输出的大部分谐波，使8最终输出波形为正弦波。以减小对外的谐波干扰。此方案中 SPWM 波形产生 及传输控制电路可以大大简化， 本电路采用功率场效应管的驱动电路简单，采用 推挽逆变电路能够保证在任何时刻导通的开关不会多于 1 个， 即不会造成短路事 故，因此，该电路结构比较简单，具有较高的可靠性，由于输出可以隔离，利用 变压器漏感使得输出正弦波的滤波器体积有所减小，电压比较稳定。所以采有方 案二更可靠，更稳定。从价格上 TL494 更有优势。此方案的设计如下： 逆变电源整体框图 本设计的整体电路框图如图 1 所示。该电路由 12v 直流输入以及过压 保护电路、输入欠压保护电路、电源过热保护电路、输出 过压保护电路、 输出过流保护电路、逆变电路 I、320v/50hz 整流滤波、逆变电路 II、滤波 电路等组成。逆变电路 I 又包括频率产生电路、直流变换电路（DC/DC）将 12v 直流转换为 320v 直流、 交流变换电路 （DC/AC） 320v 直流变换为 220v 将 交流。其中输入过压、欠压保护电路、输出过压、过流保护电路、过热保 护电路构成整个电路的保护电路。一旦输入电压出现过大或过小时，保护 电路立即启动，然后停止停止逆变电路 I 的工作。过热保护电路是当电路 温度过高时，启动电路使逆变电路 I 停止工作。输出过压保护电路和输出 过流保护电路与逆变电路构成反馈回路。一旦电路输出异常则停止逆变电 路 II 的工作。输入过压保护、 过热保护输出过压保护12v/DC逆变 I整流滤波逆变 II输出输入欠压保护输出过流保护图 2-2 系统框图逆变电路 II 的框图如图 2 所示。此电路的功能主要是将 320v 直流电转换 为 220v/50hz 交流电。912v/DC推挽电路变压器320v/50k50khz 脉冲电路图 2-3 逆变 I 电路原理方框图320v/50k整流滤波全桥电路LC 滤波50hz 正弦波 电路脉冲调宽芯 片 ICL8038驱动芯片 IR2110220v/50hz图 2-4 逆变电路 II 原理图电路工作原理：在逆变电路 II 中 320v/50hz 的高压交流电经过整流桥 的整流滤波整流成 320v 的高压直流电。该高压加在由四个场效应管结成的 全桥电路两端，场效应管的导通或截止由栅极 的状态控制。为了使逆变电 源输出准正弦波，本设计采用正弦波脉宽调制（SPWM） ，脉冲波的产生主要 由脉冲调宽芯片 SG3525A 来完成。根据芯片 SG3525A 的使用原理，先由集 成函数发生芯片 ICL8038 产生 50hz 的正弦波信号，该正弦波分两路输出。 因为 SG3525A 内部的锯齿波幅度位于 1v 至 3.3v 之间，因而产生的正弦波 一路经相应的处理后将其幅值调整至 1v 至 3v 之间，然后输入以 SG3525A， 在芯片内部通过与锯齿波比较产生高频正弦波调宽脉冲。锯齿波的频率由 芯片外接的震荡电阻和震荡电容决定，通常设置为几十千赫兹。 而另一路 正弦波则经过处理转化为 50hz 的方波作为基波信号， 该基波信号与 SG3525A10产生的高频正弦波调宽脉冲输入与芯片，最后将与门的输出信号输入两片 场效应管专用驱动芯片 IR2110， 在由 IR2110 输出高频的调宽脉冲以控制四 个场效应管的交替导通，输出的电压在经过 LC 工频滤波后便可输出稳定的 准正弦波供负载使用。 SG3525 是由美国硅通公司生产的双端输出式脉宽调制器（PWM） ，国产型号是 CW3524。 它属于双极型工艺制车的模拟与数字混合式集成电路，内部包含了双端 输出所必须得各种基本电路，具有输出限流,开关频率可调,误差放大,脉宽调制 比较器和关断电路,其产生 PWM 方波所需的外围线路很简单。当脚 11 与脚 14 并 联使用时,输出脉冲的占空比为 0～95％,脉冲频率等于振荡器频率的 1/2。当脚 10（关断端）加高电平时,可实现对输出脉冲的封锁,与外电路适当连接,则可以 实现欠压、过流保护功能。利用 SG3525 内部自带的运算放大器调节其输出的驱 动波形的占空比 D，使 D&50％，然后经过 CD4011 反向后，得到对管的驱动波形 的 D&50％，这样可以保证两组开关管驱动时，有共同的死区时间。由它组成的 逆变电源稳压精度高，可靠性好，线路简单，调试方便。第三章 脉宽调制技术及其发展3.1 脉宽调制技术PWM (Pulse Width Modulation) 就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲 的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。目前中小功率 的逆变电路几乎都采用 PWM 技术。 逆变电路是 PWM 控制技术最为重要的应用场合。 PWM 逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的 PWM 逆变电路几乎都是 电压型电路。根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算 PWM 波各脉冲宽 度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需 PWM 波形。计算法 较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。 PWM 的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模 转换。 让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻 辑 1 改变为逻辑 0 或将逻辑 0 改变为逻辑 1 时，也才能对数字信号产生影响。11对噪声抵抗能力的增强是 PWM 相对于模拟控制的另外一个优点， 而且这也是 在某些时候将 PWM 用于通信的主要原因。 从模拟信号转向 PWM 可以极大地延长通 信距离。 在接收端， 通过适当的 RC 或 LC 网络可滤除调制高频方波并将信号还原 为模拟形式。 总之，PWM 既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多 设计应用中使用的有效技术。3.2正弦波脉宽调制定义在进行脉宽调制时， 使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小，反之，当正弦值较小时， 脉冲的宽度也小， 而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流 中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的、目前使用较广泛的 PWM 法。采 样控制理论中的一个重要结论： 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环 节上时，其效果基本相同。SPWM 法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正 弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆变电路中开关器件的 通断， 使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相 等， 通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。用 PWM 波代替正弦波的波形图如图 3-1 所示。图 3-1 用ＰＷＭ波代替正弦半波SPWM 控制方案有两种： 即单极性调制和双极性调制法。 单极性法所得的 SPWM12信号有正、负和 0 三种电平，而双极性得到的只有正、负两种电平。比较二者生 成的 SPWM 波可知： 在相同载波比情况下， 生成的双极性 SPWM 波所含谐波量较大； 并且在正弦逆变电源控制中，双极性 SPWM 波控制较复杂。因此一般采用单极性 SPWM 波控制的形式。在本次设计中也采用单极性 SPWM 波控制的形式。3.3 正弦波脉宽调制技术的实现方法方案一：软件生成法 由于微机技术的发展使得用软件生成 SPWM 波形变得比较容易，因此，软件 生成法也就应运而生。 软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种 基本算法，即自然采样法和规则采样法。 方案一；自然采样法。自然采样法是以正弦波为调制波，等腰三角波为载波 进行比较， 在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断， 这就是自然采样法。 其优点是所得 SPWM 波形最接近正弦波，但由于三角波与正弦波交点有任意性， 脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难 以实时控制。 方案二：规则采样法。规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，一般采 用三角波作为载波。 其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶 梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现 SPWM 法。当三角波只 在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时， 由阶梯波与三角波的交点所确定的 脉宽， 在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的，这种方法称为对称规则 采样。 当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角 波的交点所确定的脉宽， 在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般 并不对称，这种方法称为非对称规则采样[7]。 规则采样法是对自然采样法的改进，其主要优点就是是计算简单，便于在线 实时运算， 其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦。其缺点是直流电压利 用率较低，线性控制范围较小。 除上述两种方法外，还有一种方法叫做等面积法。该方案实际上就是 SPWM 法原理的直接阐释， 用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然 后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成13PWM 信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。由于此方法是以 SPWM 控制 的基本原理为出发点， 可以准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的的波 形很接近正弦波，但其存在计算繁琐，数据占用内存大，不能实时控制的缺点。 方案二：硬件调制法 硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的， 其原理就是把所希 望的波形作为调制信号， 把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所 期望的 PWM 波形。通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所 得到的就是 SPWM 波形。其实现方法简单，可以用模拟电路构成三角波载波和正 弦调制波发生电路， 用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断 进行控制，就可以生成 SPWM 波[8]。而且随着电力电子技术的发展，现在已经产 生了多种可以产生 SPWM 波的芯片，如 TL494、SG3525A 等，这些集成芯片的出现 使得电路的设计大大简化，而且功能更加齐全。本次设计就采用硬件调制法，通 过使用脉冲调制芯片来产生所需要的正弦脉冲调宽波。图 3-2 单极性 SPWM 波波形示意图第四章逆变电源主要集成芯片及其功能 简介144.1 TL494 及其应用图 4-1TL494 管脚图TL494 各引脚功能简介： TL494 的内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个 误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。 1.IN1+(引脚 1)：误差放大器同向输入端。 2.IN1-(引脚 2)：误差放大器反向输入端。 3.FEEDBACK(引脚 3)：相位校正和增益控制端。 4.DTC(引脚 4)： 死区控制端, 其上加 0～3.3V 电压时可使截止时间从 2%线怀变 化到 100%。该端与外围电路相配合可以控制输出脉冲，从而实现电路的保护功 能。 5.Ct(引脚 5)：外接震荡电容。 6.Rt(引脚 6)：外接震荡电阻,则输出脉冲的振荡频率为： f= 7.GND(引脚 7)：接地端。 8.C1(引脚 8)、E1(引脚 9)、C2(引脚 11)、E2(引脚 10)分别为末级输出三极管的 集电极和发射极。151.1 RT CT(4-1)9.VCC(引脚 12)：电源供电端。 10.OTC(引脚 13)：输出控制端,该脚接地时为并联单端输出方式，接 14 脚时为 推挽输出方式。 11.REF(引脚 14)：5V 基准电压输出端，最大输出电流 10mA。 12.IN2-(引脚 15)：误差放大器Ⅱ反向输入端。 13.IN2+引脚(引脚 16)：误差放大器Ⅱ同向输入端。4.2 SG3525A 及其应用随着电力电子技术的发展，各种大功率全控型器件相继推出，其中 MOS 型 功率晶体管发展非常迅速，由于它具有高耐压 、低驱动功率、良好的频率响应 特性和开关时间短等优点， 在许多方面可替代双极型晶体管，其工作频率可提高 到 200kHz 以上，常常在开关稳压电源和直流斩波电路中用作开关管。开关管的 控制方式采用脉冲宽度调制(PWM) 方式。 集成脉宽调制器 SG3525A 是美国硅通用公司（Silicon General）生产的双 端输出式脉宽调制器，工作频率高于 100kHz,工作温度为 0℃～70℃,适宜构成 100W～500W 中功率推挽输出式开关电源。它是美国硅通用公司的第 2 代产品， 它是一种性能优良功能齐全，通用性强的单片集成 PWM 控制器。可用于驱动 N 沟道的高频功率 MOS 管， 由于它简单可靠及使用方便灵活大大减化了脉宽调制器 的设计及调试。 SG3525A 是电流控制型 PWM 控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反 馈电流来调节脉宽的。 在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与 误差放大器输出信号进行比较， 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和电流环双环系统，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，是目前比较理想的新型控 制器。16图 4-2 SG3525A 各引脚名称及功能：SG3525A 管脚图1.Inv.input(引脚 1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈 信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚 9）相连，可构成跟随器。 2.Noninv.input(引脚 2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中， 该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚 9）之间接入不同 类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 3.Sync(引脚 3)： 振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现 与外电路同步。 4.OSC.Output(引脚 4)：振荡器输出端。 5.CT(引脚 5)：振荡器定时电容接入端。 6.RT（引脚 6） ：振荡器定时电阻接入端。 7.Discharge(引脚 7)：振荡器放电端。该端与引脚 5 之间外接一只放电电阻RD，构成放电回路。片内锯齿波振荡器的振荡频率为。f=1 CT (0.67 RT ? 1.3RD )（4-2） 8.Soft-Start(引脚 8)：软启动电容接入端。该端通常接一只 5pF 的软启动电 容。 9.Compensation(引脚 9)：PWM 比较器补偿信号输入端。在该端与引脚 2 之间接17入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10.Shutdown(引脚 10)： 外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁 止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。 11.Output A（引脚 11） ：输出端 A。引脚 11 和引脚 14 是两路互补输出端。 12.Ground(引脚 12)：信号地。 13.Vc(引脚 13)：输出级偏置电压接入端。 14.Output B（引脚 14） ：输出端 B。引脚 14 和引脚 11 是两路互补输出端。 15.Vcc（引脚 15） ：偏置电源接入端。 16.Vref(引脚 16)：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的 5V 基准 电压。 SG3525A 工作特点: (1) 工作电压范围宽：8―35V。 (2) 5.1（1.0%）V 微调基准电源。 (3) 振荡器工作频率范围宽：100Hz-400KHz. (4) 具有振荡器外部同步功能。 (5) 死区时间可调。 (6) 内置软启动电路。 (7) 具有输入欠电压锁定功能。 (8) 具有 PWM 琐存功能，禁止多脉冲。 (9) 逐个脉冲关断。 SG3525 型脉宽调制器的工作原理 SG3525 采用 DIP-16 封装，其内部框图如图 2 所示，主要包含一下几部分： （1） +5V 稳压器和基准电源； （2）振荡器； （3）误差放大器； （4）PWM 比较器； （5） 限流比较器； （6）二分频触发器； （7）或非门； （8）输出驱动管； （9）关断电路。 各引脚功能如下：第 1、2 脚分别为误差放大器的反相输入端与同相输入端。第 3 脚是振荡器输出端。第 4、5 脚依次是限流比较器检测端。第 6、7 脚分别接定 时电阻（Rr）和定时电容（Cr） 。第 8 脚为接地端。第 9 脚为误差放大器的频率 补偿端。 10 脚为关断电路控制端， 第 改变此脚电位就可控制 PWM 的通断。 11、 第 14 脚为输出管 VA、VB 的发射极。第 12、13 脚为输出管的集电极。第 15 脚为电18源输入端，接+5～+30V。第 16 脚为 5V 基准电压引出端。 稳压器与基准电压源实质上是一个小功率串联调整式稳压器，输出电压为 +5V，向芯片内各单元供电，也对外提供基准电压，最大输出电流为 20mA。振荡 器一方面产生幅度为 0.6～3.6V 的连续锯齿波电压 U1、直接输入到脉宽调制器 的同相输入端，另一方面又向触发器和或非门提供一个同步方波 U2，并从 3 脚 输出。震荡频率 f 由下式决定：f=1.18 RCT T取样电压和基准电压分别接入管脚 1 和 2，经误差放大器放大后，输出电压 U1， 接入 PWM 调制器反相输入端， 与其同相输入端的锯齿波电压进行比较，输出一个 宽度受控制电压 U3 调制的方波脉冲 U4，送至两个或非门的输入端，同时来自振 荡器的同步方波脉冲 U2 经二分频触发器输出两路相位互差 的方波脉冲也送至 两或非门的输入端。因触发器由二分频作用，故开关频率 。或非门为三路输入 信号，它们分别是触发器、振荡器和 PWM 比较器的输出信号，其特点是：只有三 路输入信号均为低电平时，输出才为高电平，工作波形如图 3 所示。由波形图可 见，触发器的两路输出脉冲互补，但在两路输入脉冲间至少存在有宽度为 0.5~5 微秒的同步方脉冲 U2，从而保证两个或非门脉冲错开一定角度，不会造成输出 管“类同导通”现象，双管输出时每路占空比的调节范围是 0~45%，当电源出于 异常或出于某种需要， 在第 10 脚加大于 0.7V 的电压，就能使关断电路中的晶体 管饱和，所 U3 拉成低电平使 PWM 输出高电平，VA、VB 因没有输出脉冲而截止。 第 10 脚为低电平时，PWM 恢复正常工作。 SG3525 的 内 部 结 构 框 图 （ 图 4-3 ） 和 工 作 波 形 图 （ 图 4-4 ）19图 4-3 SG3525 内部结构框图U1 U30 U2ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωtU4UQUQ’UAUB图 SG3524的工作波形图 图54-4 SG3525 的工作波形图SG3525A 的工作原理20SG3525A 内置了 5.1V 精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入 电压范围内，无须外接分压电组。SG3525A 还增加了同步功能，可以工作在主从 模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在 CT 引 脚和 Discharge 引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由 于 SG3525 内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。入一个电阻 就可以实现对死区时间的调节功能。由于 SG3525A 内部集成了软启动电路，因此 只需要一个外接定时电容。 SG3525A 的软启动接入端（引脚 8）上通常接一个 5pF 的软启动电容。上电 过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的 PWM 比较器反向输入端处于低电平，PWM 比较器输出高电平。此时，PWM 琐存器的输 出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只 有软启动电容充电至其上的电压使引脚 8 处于高电平时，SG3525A 才开始工作。 由于实际中， 基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采 样电压则加在误差放大器的反相输入端上。 当输出电压因输入电压的升高或负载 的变化而升高时， 误差放大器的输出将减小，这将导致 PWM 比较器输出为正的时 间变长，PWM 琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最 终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。 外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当 Shutdown（引脚 10）上 的信号为高电平时，PWM 琐存器将立即动作，禁止 SG3525A 的输出，同时，软启 动电容将开始放电。 如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进 入软启动过程。注意，Shutdown 引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以 防止外部干扰信号耦合而影响 SG3525A 的正常工作。欠电压锁定功能同样作用 于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在 SG3525A 的输出被关断同时， 软启动电容将开始放电。 此外，SG3525A 还具有以下功能，即无论因为什么原因造成 PWM 脉冲中止， 输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM 琐存器才被复位。214.3 ICL8038 简介及其应用ICL8038 精密函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片 集成电路芯片，电源电压范围宽、稳定度高、精度高、易于用等优点，外部只需 接入很少的元件即可工作，可同时产生方波、三角波和正弦波，其函数波形的频 率受内部或外电压控制，可被应用于压控振荡和 FSK 调制器。图 4-5 ICL8038 各引脚名称及功能：ICL8038 管脚图1.ADJ1(引脚 1)：正弦波失真调节端。 2.SW(引脚 2)：正弦波输出端。 3.TRI(引脚 3)：三角波/锯齿波输出端。 4.DR1(引脚 4)：恒流源调节（4 脚和 5 脚外接电阻，以实现方波占空比的调节） 。 5.DR2(引脚 5)：恒流源调节（外接电阻端） 。 6.VCC(引脚 6)：正电源±10V～±18V。 7.FM-B(引脚 7)：内部频率调节偏置电压输出端。 8.FM-IN(引脚 8)：调频控制输入端。 9.SW(引脚 9)：方波/矩形波输出端（集电极开路输出） 。 10.C(引脚 10)：外接电容震荡 C。 11.GND(引脚 11)：负电源或接地端。 12.ADJ2(引脚 12)：正弦波失真调节。 13．NC(引脚 13、14)空置端。 ICL8038 的工作特点:22(1) 可同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等。 (2) 频率范围: 0.001HZ～300kHz。 (3) 占空比范围: 2%～ 98%。 (4) 低失真正弦波: 1%。 (5) 低温度漂移: 50ppm/℃。 (6) 三角波输出线性度: 0.1%。 (7) 工作电源: ±5V～±12V 或者+12V～+25V。4.4IR2110 简介及其应用IR2110 是 IR 公司生产的大功率 MOSFET 和 IGBT 专用驱动集成电路，可以实现对 MOSFET 和 IGBT 的最优驱动，同时还具有快速完整的保护功能，因而它可 以提高控制系统的可靠性，减少电路的复杂程度。IR2110 是一种双通道高压、 高速电压型功率开关器件栅极驱动器 在功率变换装置中， 根据主电路的结构，其功率开关器件一般采用直接驱动 和隔离驱动两种方式。采用隔离驱动方式时需要将多路驱动电路、控制电路、主 电路互相隔离， 以免引起灾难性的后果。隔离驱动可分为电磁隔离和光电隔离两 种方式[13]。 光电隔离具有体积小，结构简单等优点，但存在共模抑制能力差，传输速度 慢的缺点。 快速光耦的速度也仅几十 kHz。 电磁隔离用脉冲变压器作为隔离元件， 具有响应速度快（脉冲的前沿和后沿） ，原副边的绝缘强度高，dv/dt 共模干扰 抑制能力强。 但信号的最大传输宽度受磁饱和特性的限制，因而信号的顶部不易 传输。而且最大占空比被限制在 50％。而且信号的最小宽度又受磁化电流所限。 脉冲变压器体积大，笨重，加工复杂。 凡是隔离驱动方式，每路驱动都要一组 辅助电源，若是三相桥式变换器，则需要六组，而且还要互相悬浮，增加了电路 的复杂性。随着驱动技术的不断成熟，已有多种集成厚膜驱动器推出。如 EXB840/841、EXB850/851、M57959L/AL、M57962L/AL、HR065 等等，它们均采用 的是光耦隔离，仍受上述缺点的限制。美国 IR 公司生产的 IR2110 驱动器,它兼 有光耦隔离（体积小）和电磁隔离（速度快）的优点，是中小功率变换装置中驱 动器件的首选品种。23IR2110 采用 HVIC 和闩锁抗干扰 CMOS 制造工艺，DIP14 脚封装。具有独立的 低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达 500V， dv/dt=±50V/ns，15V 下静态功耗仅 116mW；输出的电源端（脚 3,即功率器件的 栅极驱动电压）电压范围 10～20V；逻辑电源电压范围（脚 9）5～15V，可方便 地与 TTL，CMOS 电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V 的偏移 量；工作频率高，可达 500kHz；开通、关断延迟小，分别为 120ns 和 94ns；图 腾柱输出峰值电流为 2A。图 4-6 IR2110 各引脚名称及功能： 1.LO（引脚 1）:低端输出。 2.COM（引脚 2）:公共端。 3.Vcc（引脚 3）:低端固定电源电压。 4.Nc（引脚 4）: 空端。IR2110 管脚图5.Vs（引脚 5）:高端浮置电源偏移电压。 6.VB (引脚 6):高端浮置电源电压。 7.HO（引脚 7）:高端输出。 8.Nc（引脚 8）: 空端。 9.VDD（引脚 9）:逻辑电源电压。 10.HIN（引脚 10）: 逻辑高端输入。2411.SD（引脚 11）:关断控制端，当该端输入高电平时，IR2110 停止输出驱动脉 冲。 12.LIN（引脚 12）:逻辑低端输入。 13.Vss（引脚 13）:逻辑电路地电位端，其值可以为 0V。 14.Nc（引脚 14）:空端。 IR2110 工作特点： (1) 具有独立的低端和高端输入通道。 (2) 悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达 500V。 (3) 输出的电源端（脚 3）的电压范围为 10―20V。 (4) 逻辑电源的输入范围（脚 9）5―15V，可方便的与 TTL，CMOS 电平相匹配， 而且逻辑电源地和功率电源地之间允许有 5V 的便移量。 (5) 工作频率高，可达 500KHz。 (6) 开通、关断延迟小，分别为 120ns 和 94ns。 (7) 图腾柱输出峰值电流 2A。第五章5.1 变换电路变换电路设计和保护电路5．1.1 DC/DC 变换电路直流变换电路由 DC/AC 和整流滤波电路组成。电路结构如图 5-1，Q1 和 Q2 的基极分别接 TL494 的两个内置晶体管的发射极。中心器件变压器变压器 T1， 实现电压由 12V 脉冲电压转变为 320V 脉冲电压。此脉冲电压经过整流滤波电路 变成 320V 高压直流电压。变压器 T1 的工作频率选为 50KHz 左右。电路正常时， TL494 的两个内置晶体管交替导通，导致图中晶体管 Q1、Q2 的基极也因此而交 替导通，Q3 和 Q4 也交替导通，这样使变压器工作在推挽状态，Q3 和 Q4 以频率 为 50KHz 交替导通，使变压器的初级输入端有 50KHz 的交流电。当 Q1 导通时， 场效应管 Q3 因为栅极无正偏压而截止，而此时 Q2 截止，导致场效应管 Q4 栅极 有正偏压而导通。当 Q1 导通时，Q2 截止，场效应管 Q3 因为栅极无正偏压而截25止，而此时 Q2 截止，导致场效应管 Q4 栅极有正偏压而导通。且交替导通时其峰 值电压为 12V，即产生了 12V/50KHz 的交流电。极性电容 C3 滤去 12V 直流中的 交流成分，降低输入干扰[14]。滤波电容 C1 可取为 2200uF。整流滤波电路由四只 整流二极管和一个滤波电容组成。四只整流二极管 D3～D6 接成电桥的形式，称 单相桥式整流电路。在桥式整流电路中，电容 C4 滤去了电路中的交流成分，此 处滤波取值为 10uF。 图中的推挽场效应管 Q3， 在工作时会通过大电流， Q4 经过计算电流约为 19A， 故场效应管的型号选择 IRF650A.其最大耐压值为 200V，电流为 32A，满足要求。图 5-1直流变换电路图265.1.2 DC/AC 变换电路图 5-2DC/AC 转换电路图DC/AC 电路结构如图 5-2 所示，该变换电路为全桥桥式电路。电路中各输入 输出波形如图 5-3 所示：由集成芯片 ICL8038 产生的 50Hz 正弦波一路输入 SG3525A 内部与锯齿波比较产生两路互补的正弦波调宽脉冲分别由 SG3525A 的高 输出端和低输出端输出。其高端和低端输出的两列波形图 5-3（a）中的V AN 和VBN。如果将此脉冲直接输入驱动芯片来驱动全桥电路，如在正弦波的前半个周期， 驱动脉冲会使电路中的 Q5 和 Q8 两个场效应管在前半个周期内的绝大多数时 间处于导通。经过滤波后输出为 220V 的工频正弦波的前半个周期。但是在 Q5 和 Q8 关断的很短时间内，另一路会输入一系列时间极短的电平脉冲，这些脉冲 会使 Q6 和 Q7 瞬间导通， 这样可能会在输出端输出一列相位相反的尖峰脉冲，会 影响输出的正弦波。因而在本次设计中，SG3525A 输出的调宽脉冲并不直接用来 驱动全桥电路。 而是分别输入两个与门的一个输入端。由 ICL8038 产生的正弦波 经相应处理后转化为两列相位互补的 50Hz 方波，如图 5-3（b）所示这两列方波 信号分别输入两个与门电路的另一个输入端， 经过相与后可以去掉 SG3525A 输出 的调宽波的半个周期的瞬间方波脉冲，如图 5-3（c）所示，这样可以使避免输 出的正弦波形中的杂波干扰， 使得输出波形更加完。同时这种方式可以减少开关 管的损耗，增加开关管的可靠性，提高逆变电源的效率。 在逆变电源中，场效应管应当能承受 320V 的直流高压电，考虑到电压波动27以及一定的裕量，场效应管的电压参数应大于 400V,参照场效应管的参数表，故 选用型号为 IRF820A 的场效应管。其耐压值为 500V,最大电流为 2.5A。足以满足 逆变电源 320V 以及最大电流 1A 的要求。（a）FB1FB2（b）HOLO（c）285.25.2.1逆变电源保护电路输入过压保护电路图 5-4输入过压保护电路电源输入过压保护电路如图 4-19 所示：VCC 为电源电压，VCC 通过 R1 和 R2 产生一个分压，该分压加到脉冲产生芯片 TL494 的引脚 1，即误差放大器同向输 入端， 引脚 2 为反相输入端， 电路正常情况下 2 脚电压应略高于 1 脚电压才能保 证误差比较器 I 的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。由于引脚 2 与基准电压输出端 14 脚相连，则引脚 2 的电压为基准电压 5V。但是当输入电 压过高超过 15V 时，1 脚处的电压则会高于 5V，即高于 2 脚的电压，则误差放大 器Ⅰ输出高电平，则 TL494 停止工作，从而实现过压保护。5.2.2输入欠压保护电路欠压保护电路如图 4-20 所示，它监测蓄电池的电压状况，如果蓄电池电压 低于预设的 10.8V，保护电路开始工作，使控制器 SG3525A 的脚 10 关断端输出 高电平，停止驱动信号输出。 图 4-20 中运算放大器的正向输入端的电压由 R1 和 R3 分压得到，而反向输 入端的电压由稳压管箝位在＋9V，正常工作的时候，由三极管 V 导通，IR2110 输出驱动信号，驱动晶闸管正常工作，实现逆变电源的设计[16]。当蓄电池的电压 下降超过预定值后，运算放大器开始工作，输出跳转为负，同时三级管 V 截止， 向 SG3525A 的 SD 端输出高电平，封锁 IR2110 的输出驱动信号，此时没有逆变电29压的输出。 由于设置的稳压值为 9V，对照常用稳压管的参数表，用于欠压保护的稳压 管型号为 1N5239A,其稳压值为 9.1V， 最大耗散功率 0.5W,最大工作电流为 50mA。图 5-5 欠压保护电路图5.2.3过热保护电路因为逆变电源频率很高， 当接大功率负载时逆变器会发热，处于过热状态会 影响一部分元器件的性能， 会影响逆变器的使用寿命。因而在电路中加入过热保 护电路，当温度高于某一个设定值时，逆变器立刻停止工作，使温度降低，从而 实现对逆变器的过热保护。30图 5-6过热保护电路电路结构如图 4-21。15 脚为芯片 TL494 的反相输入端，16 为同相输入端， 电路正常情况下 15 脚电压应略高于 16 脚电压才能保证误差比较器 II 的输出为 低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。因为芯片内置 5V 基准电压源，负 载能力为 10mA。所以 15 脚电压应高于 5V。15 脚电压 U 计算式为： U=12×R5÷(R3+R4+R5) (5-1)这里 R4 为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在 150～300 ? 范围内任选，适 当选大写可提高过热保护电路启动的灵敏度[17]。这里取 200 ? 。R3 取 36 KΩ ， R5 取 39 KΩ ，C1 为滤波电容，取值为 100pF.则 15 脚电压为 6.22V，符合要求。5.2.4输出过压保护电路输出过压保护电路结构如图 4-22，电阻 R41 和 R42 对输出电压进行采样， 当输出电压过高时将导致稳压管 D15 击穿，使 SG3525A 芯片的 10 脚对地的电压 升高，使芯片 SG3525A 停止输出驱动脉冲，切断输出[18]。设允许输出的最高电压 为 230v。稳压管的稳压值一般规定为输出电压的 130%～150%。后继电路为 220V/50Hz 输出， 其中电阻 R41 为 100 KΩ ， 可取为 4.7 KΩ ， 根据电路分压知识， 则 R2 上的电压为： 230×4.7÷104.7=10V 稳压管的稳压值为 10V.电容 C16 为 0.1uF,用来滤波。 对照常用稳压管的参数表，用于输出过压保护的稳压管型号为 1N5240A,其 稳压值为 10V,最大耗散功率为 0.5W，最大工作电流为 45mA，满足电路要求。 （5-2）31图 5-7输出过压保护电路图5.2.5输出过流保护电路图 5-8 输出过流保护电路图 输出电流保护电路如图 5-8 所示：电流采样由电流互感器 T2 完成，电流互 感器的原边直接串联在逆变电源的输出端， 原边的工频电流会在副边感生出感应 电流。 该感生电流经过整流滤波之后通过分压电阻 R20 转化为电压信号，然后将 该电压信号输入到电压比较器 U2A 的反向端， 通过与正向端的基准电压比较来输 出相应的电平信号， 该电平信号输入驱动芯片 IR2110 的控制端 SD 实现对电路的 保护功能。 此处设定输出最大电流为 1A,电流互感器的原副边匝数比为 1：100.则当输 出电流达到 1A 时， 在副边会感生出 10mA 的电流，经过整流桥和滤波电容的整流 滤波之后转换为稳定的直流电流， 经过可变电阻 R20 后在运放的反向端输入一个 电压，取 R20 为 1K,则反向端电压为 5V。调整 R19，使得正向端的电压也为 5V,32则当电流大于 1A 时，运放输出低电平，则 Q10 集电极向 IR2110 的 SD 脚输出高 电平，逆变器停止工作，从而实现过流保护。33总结本文设计了一款高性能的车载逆变电源。 该电源采用的是比较经典的两级变换的方式， 即第一级是运用直流/直流的变换方式，第二级是运用直流/交流的变 换方式。 在该高性能车载逆变器中采用中间直流环节的高频变压器式逆变电源系 统结构，它由高频变压器升压、整流滤波、高频 SPWM 逆变和高频滤波输出组成。 因它工作在高频情况下，可使变压器、滤波电容、电容的体积及重量减小，噪声 降低，反应速度提高。其中的高频 SPWM 由集成芯片构成的纯硬件电路来产生， 避免了使用单片机而需要大量计算和编程的麻烦。 该逆变器的主要功能是把汽车 上的蓄电瓶提供的 12V 直流电压变换成电器所需要的 220V/50Hz 的交流电， 来对 我们车上的一些用电设备进行供电，方便我们的出行。本设计具有灵活方便、适 用范围广的特点，基本能够满足实践需求。而且本设计采用高频逆变方式，具有 噪声降低、反应速度提高以及电路调整灵活的优点。设计符合逆变电源小型化、 轻量化、高频化以及高可靠性、低噪声的发展趋势。34致谢大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业论 文的时候有一种如释重负的感觉，感慨良多。在论文完成之际，我的心情万分激 动。从论文的选题、资料的收集到论文的撰写编排整个过程中，我得到了许多的 热情帮助。 首先诚挚的感谢我的论文指导老师王老师。 她在忙碌的教学工作中挤出时间 来指导我的毕业设计。同时，王老师渊博的学识、严谨的治学态度也令我十分敬 佩， 是我以后学习和工作的榜样, 在此表示对王老师最诚挚的谢意。同时还要感 谢我的同学们，我们一起查找资料，一起讨论遇到的问题，这使我的思路更加明 朗， 在老师和同学们的帮助下我明朗课题整理资料使设计简单化。在此真诚的感 谢我的老师和同学们。 还有教过我的所有老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、 学习中的榜样； 他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢 三年中陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有 了他们的支持、鼓励和帮助，我才能充实的度过了三年的学习生活。 三年的大学让我学到了很多，也成长了很多，在未来的日子里，我会更加努 力的学习和工作，不辜负父母、老师以及同学对我的殷殷期望！35参考文献[1] 康华光.电子技术基础数字部分(第五版)[M].北京：高等教育出版社，
[2] 胡宴如,耿苏燕.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社， [3] 李小坚,赵山林,冯小君,龙怀冰.Protel DXP 电路设计与制版实用教程（第 2 版）[M].北京:人民邮电出版社, [4] 周志敏,周纪海,纪爱华.现代开关电源控制电路设计及应用[M].北京:人民 邮电出版社, [5] 康华光,陈大钦.电子技术基础（模拟部分） （第四版）[M].北京:高等教育出 版社, [6] 邱关源.电路（第五版）[M].高等教育出版社, [7] 王 志 良 . 电 力 电 子 新 器 件 及 其 应 用 技 术 [M]. 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社, [8] 李爱文,张承慧.现代逆变技术及其应用[M].北京:科学出版社, [9] 丁 浩 华 . 带 电 流 和 短 路 保 护 的 IGBT 驱 动 电 路 研 究 [J]. 电 力 电 子 技 术 [J],). [10] 周志敏,周纪海.开关电源实用技术设计与应用[M].北京:人民邮电出版社， -46 [11] 张占松等． 开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社， [12] 王英剑.新型开关电源实用技术[M].北京:电子工业出版社， [13] 李锃,胡敏,邓焰. 一种修正正弦波输出逆变电源的设计[J].机电工程， ）：220-223. [14] 李政,单庆晓， 一种低成本的车载逆变电源.电源技术应用[J]. 2004， 7 （7） ： 431-435 [15] 都永超， 朱汉林. 12V/220V 车载逆变电源实用制作技术[J].无线电，2005， （11） ：14-18.36附录型号/数值 20K 10K 36K 200 39K 4.3K 100 1k 4K 100 10K 10K 100K 1K 100K 4.7K 100pF 4700PF 2200UF 10UF 220pF 100pF 0.67UF 2200pF 5pF 10uF 0.1uF 1N 1N0A 2N3904 IRF650A IRF820A TL-022C TL494 ICL8038 SG3525A IR2110 数量 1 7 1 1 1 1 1 10 2 2 3 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 6 1 9 4 1 1 4 2 4 5 1 1 1 2附录 1 元器件清单 元件名称 R1 R2 R7 R8 R13 R18 R29 R30 R3 R4 R5 R6 R10 R11 R12 R37 R28 R35 R36 R37 R38 R39 R40 R14 R16 R15 R17 R21 R33 R34 R22 R23 R24 R31 R32 R41 R42 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D12 D13 D14 D7 D8 D9 D10 D11 D15 Q1 Q2 Q9 Q10 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 U1A U2A U3A U4A U5A IC1 IC2 IC3 IC4 IC537VCCVCCL1qyUC3R12200uFQ5D9Q7470uH附录 220KC21N54011-HO1-LOT1R6D D 7 1N9143D54700pF1N54011N914IRF820AIRF820AJ1R2VCCTL494-44.3K110K2D1C4C512345678R3IC1Q 2 2 0 p F CON23IRF650A10uFTTT136KC Q 6RCN1N5401IN1-CTTransIN1+DTCGFEED 1N914 D10 Q 8Q1D4D6TL4941N54011N5401D82-LO2-HOR4R710KIRF820A1N914IRF820AIinIoutIC42R3721D 1 1-LO2qyUIN2+IN2-REFOUT-CTRLVccCEELOC 1 41R5Q41439KIRF650A 2 1 K10uFR4165432109COM11111111 1 3 C1200pF1N5401100KVssVCCVCCIC5R39Q212312-LOLINVccLOR814R42141K11421K4.7KC16R36SD4COMVCC10KIR21101310uFC140.1uFVss1 D130uF10uF105VCCHINVsIC3C10 123LINVcc9C11 1N5401VDD1166114IN-VrefVbSD48IR21108 R38VCCVCCR3321571-HO105D14IN+VIHOHINVs10KC13 10uF1N54011N5240A314LPWM1K10uF9C15R27R29SyncOUTBVDD384 1 3 VCC OSC VCC C 8 2 2 0 0 p F 5 1 2 C T G N D IR-SD R34 6 SG HPWM R T OUTA R35 1 0 K 1 K 7 1 0 Dis-charge S D C 9 8 9 Soft-start COMP 5 p F U 8 LPWM 1 4 K 1 3 2 74LS08 U 7 HPWM 1 R16 3 2 74LS08 IR-SD VCC R18 1 K 4 K Q10 1 1 0 0 R10 R12 R14 1 0 K 1 0 0 2N3904 U1A TL494-4 R17 4 3 D12 R13 1 Q 9 2 2N3904 TL-022C 1N K 9 V 8 1 K R11 D11 R15 1N 0R256D15VbR2288 R4010KR2310K72-HO31K HO10K6TL-022CR2611KR28A7U3A7654321IC21K10KVCC2WR301TRISIinIoutDR2DR1Vcc+R21FM-BADJ1ICL8038810KD2VCCT2VCCQNCCR31TransFM-INSCGADJ2NN3890123411111VCC1KU4ATL-022CU2A44VCC3Bridge14C7R243U5AR200.67uFR3212C6100K2100pF1KR19TL-022CTL-022C88
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