車載逆變電源文獻綜述

1、文獻綜述題 目12V/220V車載逆變電源 學(xué)生姓名專業(yè)班級電子信息工程07-2 學(xué) 號200701030248 院 （系）電氣與信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師杜海明 完成時間2011年 4月 20日文獻綜述車載逆變電源及其發(fā)展車載電源又叫電源逆變器，是一種能夠?qū)C12V 直流電轉(zhuǎn)換為和市電相同的AC220V 交流電，供一般電器使用，是一種方便的電源轉(zhuǎn)換器，由于常用于汽車而得名。車載電源一般使用汽車電瓶或者點煙器供電，先將這樣的低壓直流電轉(zhuǎn)換為320V 左右的直流電；然后是真正的轉(zhuǎn)變階段，它將高壓的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20V 、50Hz 的交流電。有了車載電源，您就可以把家里所有的小家電搬到車上使用，如手

2、機、筆記本電腦、數(shù)碼相機、車用冰箱、攝像機、DVD 等，從而使人在車里有一種置身家中的感覺。自它面世以后，那些在車里使用電器的諸多局限將不復(fù)存在，可以使人真正享受“與家同行，與世界相通”的感覺。一切電子設(shè)備都離不開電源提供能量，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，對電源的要求更加靈活多樣。逆變是對電能進行變換和控制的一種基本形式?，F(xiàn)代逆變技術(shù)是綜合了現(xiàn)代電力電子開關(guān)器件的應(yīng)用、現(xiàn)代功率變換、 PWM技術(shù)、頻率及相位調(diào)制技術(shù)、開關(guān)電源技術(shù)和控制技術(shù)等的一門實用設(shè)計技術(shù)。經(jīng)過20多年的不斷發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)有了重大的突破和進步。新型功率器件的開發(fā)促進了開關(guān)電

3、源的高頻化，功率MOSFET 和IGBT 可使中小型開關(guān)電源工作頻率達到400KHZ ，軟開關(guān)技術(shù)使高頻開關(guān)電源的實現(xiàn)有了可能，它不僅可以減少電源的體積和重量，而且提高了電源的效率；控制技術(shù)的發(fā)展以及專用控制芯片的生產(chǎn)，不僅使電源電路大幅度簡化，而且使開關(guān)電源的動態(tài)性能和可靠性大大提高1。開關(guān)電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，高頻化帶來的效益是使開關(guān)電源裝置空前的小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新領(lǐng)域的應(yīng)用，推動到了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化，另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源與保護環(huán)境方面都具有深遠的意義3。21世紀開關(guān)電源的發(fā)展技術(shù)追求和發(fā)展趨勢可以概括為以下四個方面

4、：小型化、輕量化、高頻化；高可靠性；低噪聲；采用計算機輔助設(shè)計和控制4。正弦波逆變電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。它的功耗小，效率高，正弦波逆變電源直接對電網(wǎng)電壓進行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器，此外，開關(guān)工作頻率為幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此正弦波逆變電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點。另外，于功耗小，機內(nèi)溫升低，提高了整機的穩(wěn)定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動范圍為220V ±10%,而正弦波逆變電源在電網(wǎng)電壓在110260V 范圍變化時, 都可獲得穩(wěn)定的輸出阻

5、抗電壓。正弦波逆變電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù), 高頻化帶來的效益是使正弦波逆變電源裝置空前的小型化, 并使正弦波逆變電源進入更廣泛的領(lǐng)域, 特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用, 扒動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外正弦波逆變電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有深遠的意義。總之，人們在正弦波逆變電源技術(shù)領(lǐng)域里，邊研究低損耗回路技術(shù)，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。設(shè)計方案的選取目前的開關(guān)電源按其輸出的波形可分為三種，一是純方波波形方波逆變器的制作采用簡易的多諧振蕩器方波逆變是一種低成本，

6、極為簡單的變換方式，它適用于各種整流負載，但是對于變壓器的負載的適應(yīng)不是很好，有較大的噪聲，而且電源效率一般比較低，且不能帶感性負載。二是純正弦波，正弦波逆變器輸出的是同我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娋W(wǎng)一樣甚至更好的正弦波交流電，因為它不存在電網(wǎng)中的電磁污染，能夠帶動任何種類的負載，但是技術(shù)要求和成本均高。三是準(zhǔn)正弦波輸出，這是一種較接近正弦波的輸出波形，可以滿足我們大部分的用電需求，除了轉(zhuǎn)換效率高之外，結(jié)構(gòu)簡單，成本也低，性能穩(wěn)定、適用于各種整流負載，并且控制簡單、可靠性較高. 本文即輸出準(zhǔn)正弦波。而實現(xiàn)輸出波形為準(zhǔn)正弦波的方法其關(guān)鍵在于如何產(chǎn)生調(diào)寬脈沖，從廣義上來分可以有兩種方法，一是使用單片機編程即軟

7、硬件相結(jié)合的方法，而是采用硬件調(diào)制法，即完全由硬件電路來完成。如果使用單片機來編程實現(xiàn)的話，必須實時地計算調(diào)制波(正弦波 和載波(三角波 的所有交點的時間坐標(biāo)，根據(jù)計算結(jié)果，有序地向逆變橋中各逆變器件發(fā)出“通”和“斷”的動作指令。而且調(diào)節(jié)頻率時，一方面，調(diào)制波與載波的周期要同時改變(改變的規(guī)律本文不作介紹 ；另一方面，調(diào)制波的振幅要隨頻率而變，而載波的振幅則不變，所以，每次調(diào)節(jié)后，所有交點的時間坐標(biāo)都必須重新計算。要滿足上述要求，只有在計算機技術(shù)取得長足進步的20世紀80年代才有可能，同時，又由于大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，迄今，已經(jīng)有能夠產(chǎn)生滿足要求的SPWM 波形的專用集成電路了。因而在綜合

8、比較各種方法之后，本文最終采取硬件調(diào)制法。 圖1 車載準(zhǔn)正弦脈寬調(diào)制逆變電路框圖具體方案的實現(xiàn)所謂的SPWM 波形就是與正弦波形等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形如圖1 所示，等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。如圖把一個正弦波分作幾等分，然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點與正弦波每一等分的中點相重合，這樣由幾個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波等效，稱作SPWM 波形。同樣，正弦波的負半周也用同樣的方法與一系列負脈沖波等效。 圖2 單極性PWM 控制方式波形硬件調(diào)制法是為編程法計算繁瑣的缺點而提出的，其原理就

9、是把所希望的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制得到所期望的PWM 波形。通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號波為正弦波時，所得到的就是SPWM 波形。其實現(xiàn)方法簡單，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，在交點時刻對開關(guān)器件的通斷進行控制，就可以生成SPWM 波。脈寬調(diào)制信號由專用集成芯片SG3525A 產(chǎn)生。SG3525A 芯片不僅能產(chǎn)生頻率靈活可變的方波，而且可輸出正弦PWM （SPWM ）信號，以提高后接變壓器的工作頻率。為了使SG3525A 產(chǎn)生一個SPWM 信號，可在芯片的9腳處加入一個幅度可變的50Hz 正弦波（我們

10、這里僅需得到頻率固定的50Hz 可變電源，若需獲得頻率也可變的交變電源，則只需在9腳處加入一個幅值與頻率均可變的正弦波即可），與5腳處的鋸齒波信號進行比較，從而獲得SPWM 控制信號，改變正弦波的幅值，即改變調(diào)制度M （調(diào)制度定義為正弦波調(diào)制波峰Urm 與鋸齒波載波峰值Utm 之比，即M=Urm/Utm）就可以改變輸出電壓的幅值，正常M1。5腳處的鋸齒波的頂點UH 約為3.3V ，谷點UL 約為0.9V 。因而電路中的正弦波也應(yīng)當(dāng)先將其幅值調(diào)至1V 至3.3V之間。 圖3 SG3525A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖除了脈沖調(diào)寬波的產(chǎn)生，驅(qū)動電路也是本次設(shè)計中重要的一部分。因為用來直流-交流變換的全橋電路一般由

11、大功率的場效應(yīng)管或者絕緣柵雙極性管構(gòu)成，而由控制部分產(chǎn)生的調(diào)寬脈沖一般不能直接控制全橋電路，需要有一個電平的轉(zhuǎn)換及電流驅(qū)動，因而必須通過一定的驅(qū)動芯片來完成。對于驅(qū)動電路而言，功率管的柵極即為負載，一般的功率管柵源之間有一個寄生電容，故驅(qū)動電路的負載是一個容性負載，若驅(qū)動電流不夠，或提高頻率，方波會產(chǎn)生畸變，無法達到設(shè)計目的。因此功率電子的驅(qū)動是整個設(shè)計的重點，也是難點。IR2110 是 IR 公司生產(chǎn)的大功率 MOSFET 和 IGBT 專用驅(qū)動集成電路，可以實現(xiàn)對 MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅(qū)動，同時還具有快速完整的保護功能，因而它可以提高控制系 統(tǒng)的可靠性，減少電路的復(fù)雜程度。I

12、R2110 是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開關(guān)器 件柵極驅(qū)動器。 同時，IR2110 具有很多優(yōu)點：自舉懸浮驅(qū)動電源可同時驅(qū)動同一橋臂的上、下兩個 開關(guān)器件，可驅(qū)動 500V 主電路系統(tǒng)，工作頻率高，可以達到 500kHz；具有電源欠壓保 護相關(guān)斷邏輯；輸出用圖騰柱結(jié)構(gòu)，驅(qū)動峰值電流為 2A；兩通道設(shè)有低壓延時封鎖(50 ns。 芯片還有一個封鎖兩路輸出的保護端 SD， SD 輸入高電平時， 在 兩路輸出均被封鎖。 因而 IR2110 與相應(yīng)外圍電路相結(jié)合可實現(xiàn)電路的保護功能。IR2110 的優(yōu)點，給實際系 統(tǒng)設(shè)計帶來了極大方便，特別是自舉懸浮驅(qū)動電源大大簡化了驅(qū)動電源設(shè)計，只用一路 電源即可完成上下橋臂兩個功率開關(guān)器件的驅(qū)動。 總結(jié) 本設(shè)計采用純硬件調(diào)制的的方法，極大地避免了使用