车载逆变电源系统的研究.ppt

目录 车载逆变电源系统设计的研究内容 硬件电路设计 系统软件设计 课题的来源和设计要求 系统原理图 课题来源 随着社会的发展 汽车越来越与人们的生活息息相关 而汽车用的直流电压一般为12V 不能为便携式电子设备直接使用 为此 车载电源 就是把直流12V电压转换成交流220V 50Hz电源 的研制日益引起人们的重视 传统车载电源一般采用逆变器加工频变压器的方案 它存在体积大 效率低等缺陷 随着新型电力电子器件和电力电子技术的发展 本文采用高频链的方案来实现无工频变压器的逆变电路 可以很好地解决传统车载电源存在的问题 同时能保证车载电源的输出电压更稳定 更平滑 题目任务要求和技术参数 题目的任务要求 1 真正的短路保护 无论短路多长时间产品 用电器及汽车安然无恙 2 欠压 过载 过流 高温 高压 短路等多重保护功能 确保产品 用电器及汽车电路安全 3 结构及外形设计新颖 小巧美观 个性突出 4 先进的电路设计 优质的进口元件 发热量低 返修率极低 5 独有的贴片加工工艺 性能更稳定 使用范围更加广泛 技术参数 输入电压 DC10V 14 5V 输出电压 AC200V 220V 10 输出频率 50Hz 5 输出功率 70W 150W 转换效率 大于85 逆变工作频率 30kHz 50kHz 研究意义 目前的逆变器如果直观其电路结构 无一例外地采用开关电源专用双端驱动IC组成它激式逆变电路 此类驱动集成电路都具有几乎相同的功能方框图 只是具体组成有差别 由于设计用于大功率开关电源驱动器 IC内部除设有两路时序不同的驱动输出外 还有死区时间设定电路 PWM稳压电路和开关电流控制电路 由其组成逆变电源 不仅效率 可靠性大为提高 功能也更为完善 总之 人们在正弦波逆变电源技术领域里 边研究低损耗回路技术 边开发新型元器件 两者相互促进并推动着正弦波逆变电源以每年过两位数的市场增长率向小型 薄型 高频 低噪声以及高可靠性方向发展 研究内容 本次逆变电源的设计主要内容包括以下内容 1 控制电路的设计 2 驱动电路的设计 3 全桥逆变电路的设计 4 电压检测电路和电流检测电路的设计 5 检测电路的设计 6 流程图的设计 逆变原理 所谓整流 就是将交流电变成直流电 逆变是它的反过程 也就是将直流电变成交流电 开关T1 T4闭合 T2 T3断开 u0 Ud 开关T1 T4断开 T2 T3闭合 u0 Ud 当以频率fS交替切换开关T1 T4和T2 T3时 则在电阻R上获得如上图所示的交变电压波形 其周期Ts 1 fS 这样 就将直流电压E变成了交流电压u0 H桥驱动电路 如上图中所示为一个典型的直流控制电路 电路得名于 H桥驱动电路 是因为它的形状酷似字母H 4个三极管组成H的4条垂直腿 而负载就是H中的横杠 要使电路运行 必须导通对角线上的一对三极管 根据不同三极管对的导通情况 电流可能会从左至右或从右至左流过电机 从而电路运行正常 SPWM技术及其原理 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脉冲系列中 各脉冲的宽度以及相互间的间隔宽度是由正弦波 基准波或调制波 和等腰三角波 载波 的交点来决定的 SPWM调制原理 PID控制原理 PID是比例积分微分的意思 P表示按偏差进行比例放大得到一个输出 这个无法消除余差 因此再加上积分 积分是按偏差累积的 只要有偏差就有大于 或小于 0的积分值 就是不会为0 仅仅这样还不够 因为偏差变化有快慢之分 因此要用微分 微分就是计算偏差变化的速率 同时使用者三种控制规律来控制被控变量就是PID控制 它并不表示某一个控制规律 而是同时使用三种控制规律的综合 车载逆变电源系统的设计思路 电路流程图如下所示 此设计是采用了比较典型的逆变电路的变换方式将直流电压12V变换成220V的交流电压 即第一级采用直流 交流变换 通过对直流 交流全桥逆变电路各个桥臂MOS管通断的控制 把低压直流逆变为交流电压 再通过工频变压器把交流低压升压变成交流高压 然后通过滤波电路 滤出我们所需要的50Hz的频率交流电压 从而完成12V直流电压逆变成220V 50Hz的交流电压 硬件设计 控制电路的设计 驱动电路 全桥逆变电路 检测和保护电路 控制电路 PICl6F74芯片中的晶振电路的频率是20MHZ 确保芯片能正常工作 电容C35和C36起到滤波作用为了得到稳定的工作频率 在电源上电时 只有当VCC超过4 75V低于5 25V以及晶体振荡器稳定工作时 复位信号才被撤除 控制电路开始正常工作 驱动电路 全桥逆变电路 由集成芯片PIC16F73产生的50Hz正弦波经过整形电路得到正弦波脉冲 SPWM 分别由PIC16F73的高输出端和低输出端输出 传递给驱动电路使全桥逆变电路开始运行 执行将直流电逆变为交流电的操作 检测与保护电路 电压检测电路 从CON1和CON2两端引入输出的220VAC电压 经过TX6降压变压器的降压作用 R44 R45 R48的分压作用 得到一个分压 将得到的电压输入到PIC16F73的引脚3 当电路处于正常情况下 1 3引脚之间的电压作为检测电压的基准电压 如果输出电压高于220V 经过降压变压器后电压也会略高一些 即输入引脚3与引脚1之间的电压高于基准电压输出为高电平 则控制芯片PIC16F73就会停止工作 同理 如果输出的电压低于220V 便会使输出为低电平 控制芯片PIC16F73就会停止工作 同时停止全桥逆变的运行 电流检测电路 电流检测电路监测逆变器的电流状况 如果输出的电流低于预设 保护电路开始工作 使控制器PIC16F73的引脚9 引脚10关断端输出为高电平 停止驱动信号输出 并使继电器动作 断开电路 输出保护电路 在正常运行状态下 继电器串联在输出电压的线路中 三极管的集电极得高电平时 三极管导通 继电器导通 电磁铁得电吸合 常闭触点断开 常开触点闭合 这样输出电路导通 相反 如果三极管集电极呈现为低电平时 则三极管截止 常开触点复位 导致输出电路断开 这样输出电路断开起到过流保护的作用 电源模块 软件设计思路 1 尽量采用结构化程序设计 功能程序实行模块化 便于调试 连接和移植修改 2 合理利用系统资源 3 提高软件的抗干扰能力 车载逆变电源软件系统框图 全数字化逆变电源主程序流程图如图4 1所示 在主程序中主要对各模块进行初始化 系统初始化主要配置头文件和设置系统时钟频率 变量初始化主要给各变量分配地址空间和赋初始值 中断程序设计流程图 结论 本设计采用纯硬件调制的的方法 极大地避免