車(chē)載逆變電源系統(tǒng)的研究課件

課題來(lái)源

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

傳統(tǒng)車(chē)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(shù)的發(fā)展，本文采用高頻鏈的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)工頻變壓器的逆變電路，可以很好地解決傳統(tǒng)車(chē)載電源存在的問(wèn)題，同時(shí)能保證車(chē)載電源的輸出電壓更穩(wěn)定、更平滑。課題來(lái)源隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車(chē)越來(lái)越與人們的生活息息相關(guān)，1題目任務(wù)要求和技術(shù)參數(shù)題目的任務(wù)要求：1、真正的短路保護(hù)，無(wú)論短路多長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)品、用電器及汽車(chē)安然無(wú)恙。2、欠壓、過(guò)載、過(guò)流、高溫、高壓、短路等多重保護(hù)功能，確保產(chǎn)品、用電器及汽車(chē)電路安全。3、結(jié)構(gòu)及外形設(shè)計(jì)新穎，小巧美觀，個(gè)性突出。4、先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)，優(yōu)質(zhì)的進(jìn)口元件，發(fā)熱量低，返修率極低。5、獨(dú)有的貼片加工工藝，性能更穩(wěn)定、使用范圍更加廣泛。技術(shù)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(zhuǎn)換效率：大于85％；逆變工作頻率：30kHz～50kHz。題目任務(wù)要求和技術(shù)參數(shù)題目的任務(wù)要求：技術(shù)參數(shù)：2研究意義

目前的逆變器如果直觀其電路結(jié)構(gòu)，無(wú)一例外地采用開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用雙端驅(qū)動(dòng)IC組成它激式逆變電路。此類(lèi)驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)用于大功率開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)器，IC內(nèi)部除設(shè)有兩路時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)輸出外，還有死區(qū)時(shí)間設(shè)定電路，PWM穩(wěn)壓電路和開(kāi)關(guān)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?cè)谡也孀冸娫醇夹g(shù)領(lǐng)域里，邊研究低損耗回路技術(shù)，邊開(kāi)發(fā)新型元器件，兩者相互促進(jìn)并推動(dòng)著正弦波逆變電源以每年過(guò)兩位數(shù)的市場(chǎng)增長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，無(wú)一3研究?jī)?nèi)容本次逆變電源的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下內(nèi)容：1)控制電路的設(shè)計(jì)；2)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；3)全橋逆變電路的設(shè)計(jì)；4)電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)；5）檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)；6）流程圖的設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容本次逆變電源的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下內(nèi)容：4逆變?cè)?/p>

所謂整流，就是將交流電變成直流電；逆變是它的反過(guò)程，也就是將直流電變成交流電。開(kāi)關(guān)T1、T4閉合，T2、T3斷開(kāi)：u0=Ud；開(kāi)關(guān)T1、T4斷開(kāi)，T2、T3閉合：u0=－Ud;當(dāng)以頻率fS交替切換開(kāi)關(guān)T1、T4和T2、T3時(shí)，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?cè)硭^整流，就是將交流電變成直流電；逆變是它的5H橋驅(qū)動(dòng)電路如上圖中所示為一個(gè)典型的直流控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰；4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而負(fù)載就是H中的橫杠。要使電路運(yùn)行，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而電路運(yùn)行正常。H橋驅(qū)動(dòng)電路如上圖中所示為一個(gè)典型的直流控制電路。電路得名于6SPWM技術(shù)及其原理

在進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來(lái)安排。當(dāng)正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小，反之，當(dāng)正弦值較小時(shí)，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(fù)載電流中的高次諧波成分大為減小，稱(chēng)為正弦波脈寬調(diào)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(zhǔn)波或調(diào)制波)和等腰三角波(載波)的交點(diǎn)來(lái)決定的。SPWM調(diào)制原理SPWM技術(shù)及其原理在進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，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(jìn)行比例放大得到一個(gè)輸出，這個(gè)無(wú)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(huì)為0）。僅僅這樣還不夠，因?yàn)槠钭兓锌炻?，因此要用微分，微分就是?jì)算偏差變化的速率。同時(shí)使用者三種控制規(guī)律來(lái)控制被控變量就是PID控制。它并不表示某一個(gè)控制規(guī)律,而是同時(shí)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(chē)載逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路電路流程圖如下所示：直流電壓脈寬調(diào)制芯片全橋逆變電路交流電壓工頻變壓器此設(shè)計(jì)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(jí)采用直流/交流變換，通過(guò)對(duì)直流/交流全橋逆變電路各個(gè)橋臂MOS管通斷的控制，把低壓直流逆變?yōu)榻涣麟妷?，再通過(guò)工頻變壓器把交流低壓升壓變成交流高壓，然后通過(guò)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(chē)載逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路電路流程圖如下所示：直流脈寬調(diào)制9硬件設(shè)計(jì)控制電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路全橋逆變電路檢測(cè)和保護(hù)電路硬件設(shè)計(jì)控制電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路全橋逆變電路檢測(cè)和保護(hù)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(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，控制電路開(kāi)始正常工作?？刂齐娐稰ICl6F74芯片中的晶振電路的頻率11驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路12全橋逆變電路

由集成芯片PIC16F73產(chǎn)生的50Hz正弦波經(jīng)過(guò)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(qū)動(dòng)電路使全橋逆變電路開(kāi)始運(yùn)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(chǎn)生的50Hz正13檢測(cè)與保護(hù)電路檢測(cè)與保護(hù)電路14電壓檢測(cè)電路

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

電流檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)逆變器的電流狀況，如果輸出的電流低于預(yù)設(shè)，保護(hù)電路開(kāi)始工作，使控制器PIC16F73的引腳9、引腳10關(guān)斷端輸出為高電平，停止驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。并使繼電器動(dòng)作，斷開(kāi)電路。電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)逆變器的電流狀況，16輸出保護(hù)電路在正常運(yùn)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(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器導(dǎo)通，電磁鐵得電吸合；常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，這樣輸出電路導(dǎo)通；相反，如果三極管集電極呈現(xiàn)為低電平時(shí)，則三極管截止；常開(kāi)觸點(diǎn)復(fù)位，導(dǎo)致輸出電路斷開(kāi)，這樣輸出電路斷開(kāi)起到過(guò)流保護(hù)的作用。輸出保護(hù)電路在正常運(yùn)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(shè)計(jì)思路1)盡量采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，功能程序?qū)嵭心K化，便于調(diào)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(shè)計(jì)思路1)盡量采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，功能程序?qū)嵭心K化，19車(chē)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(duì)各模塊進(jìn)行初始化，系統(tǒng)初始化主要配置頭文件和設(shè)置系統(tǒng)時(shí)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(chē)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(shè)計(jì)流程圖中斷程序設(shè)計(jì)流程圖21結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用純硬件調(diào)制的的方法