单相正弦波变频电源开题报告

本科毕业设计开题报告 题 目： 单相正弦变频电源设计 院 （系）： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 本科毕业设计开题报告题 目单相正弦波变频电源设计来源自拟1、 研究目的和意义任何电子设备都离不开可靠的电源，逆变电源是将直流电能转变成交流电能的变流装置，伴随着现代电力电子技术的飞跃进步，各种逆变电源在众多领域中获得了广泛应用。逆变电源可广泛应用于电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车等诸多领域。同时逆变电源是太阳能、风力等新能源发电系统中的重要设备，在新能源发电领域拥有广阔的应用空间。单相正弦逆变电源也可以构成EPS应急电源系统，市场需求大，具有优良的发展前景，目前市场上存在的正弦逆变电源大都将低压（12V或24V）直流电转变成220V交流电的电子设备，且可将该电源应用于笔记本等电子设备的供电，输出功率较大的逆变器还可以应用于小型的电热器等。逆变电源不适宜应用于感性负载电器的长期供电，但可以选用储备功率较大的正弦波逆变电源。正弦波逆变电源采用功率半导体器件作为开关,通过控制开关的占空比调整输出电压。它的功耗小,效率高,正弦波逆变电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整,然后由开关调整管进行稳压,不需要电源变压器,此外,开关工作频率为几十千赫,滤波电容器、电感器数值较小。因此正弦波逆变电源具有重量轻、体积小等优点。另外,于功耗小,机内温升低,提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高,一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V士10%,而正弦波逆变电源在电网电压在110260V范围变化时,都可获得稳定的输出阻抗电压.正弦波逆变电源的高频化是电源技术发展的创新技术,高频化带来的效益是使正弦波逆变电源装置空前的小型化,并使正弦波逆变电源进入更广泛的领域,特别是在高新技术领域的应用,扒动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外正弦波逆变电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。人们一直坚持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，两者互相促进并推动着正弦波逆变电源向小型、薄型、高频、低噪声以及高可靠性发展。本文意在研究追求结构简单、动静态性能优良和负载适应性强的高频化逆变电源，以适应社会发展的不断需求。2、 国内外发展情况(文献综述）逆变技术的原理早在1931年就有人研究过，从1948年美国西屋电气公司研制出第一台3KHZ 感应加热逆变器至今已有近60年历史了，而晶闸管SCR的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件，到了20世纪70年代，可关断晶闸管(GT0)、 电力开关管(BJT)的问世使得逆变技术得到发展应用。到了20世纪80年代，功率场效应管(MOSFET)、 绝传统的晶体管串联调整正弦波逆变电源是连续控制的线性正弦波逆变电源。这种缘栅极开关管(IGBT)、 MOS 控制晶闸管(MCT) 以及静电感应功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础，因此电力电子器件的发展为逆变技术高频化，大容量化创造了条件。进入80年代后，逆变技术从应用低速器件、低开关频率逐渐向采用高速器件，提高开关频率方向发展。逆变器的体积进一步减小， 逆变效率进一步提高，正弦波逆变器的品质指标也得到很大提高。 传统正弦波逆变电源技术比较成熟,并且已有大量集成化的线性正弦波逆变电源模块,具有稳定性能好、输出纹波电压小,使用可靠等优点、但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都不得和很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态,为了保证输出电压稳定,其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差,导致调整管功耗较大,电源效率很低,一般只有45%左右。另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以需要采用大功率调节器整管并装有体积很大的散热器,很难满足现代电子设备发展的要求。在近半个多世纪的发展过程中,正弦波逆变电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源,并广泛的应用,正弦波逆变电源技术进入快速发展期。今天的逆变电源必须环保无污染,即绿色环保逆变电源。同时随着网络技术的发展,对逆变电源的网络功能也提出了更高的要求。高性能的逆变电源必须满足 高的输入功率因数,低的输出阻抗； 快速的暂态响应，稳态精度高； 稳定性高,效率高,可靠性高； 低的电磁干扰； 智能化； 完善的网络功能等特点。目前市场上正弦波逆变电源中功率管多采用双极型晶体管，追求提高开关频率，这就需要采用高速开关器件，正弦波逆变电源将朝着高频化方向发展。且逆变电源需要适应各种不同类型的负载，各种负载对逆变电源输出电能的性能指标提出了更高的要求。同时电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。3、研究/设计的目标：(1) 结合逆变器的工作原理，进一步明确单相正弦波变频电源的工作原理；并明确提高单相正弦波变频电源的合理方法。详细分析逆变实现过程，阐明了该变换器的优点和价值；(2) 针对这一变换器，利用MATLAB软件进行电路仿真；研究了变换器的控制方式以及死区时间控制方式，并对比仿真结果设置电路参数；(3) 采用SG3525+IR2110对电路进行控制；(4) 利用Altium Designer软件绘制电路板，焊接制作并调试72W样机。通过实验样机验证实验输出参数；4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：该设计的指标如下表所示：表1 单相正弦波变频电源实验指标输入电压Vin196V-235V额定输出电压Vo36V额定负载电流Io2A额定输出功率Po72W工作频率f50HZ该设计的系统框图如下图所示：图1 不对称半桥反激电路系统框图1. 主电路及主控电路设计：本此设计SPWM产生的主控芯片采用SG3525，实现的方法是将8038芯片产生的正玄波经过精密整流和馒头波处理，由于SG3525的9脚可以发出锯齿波，与馒头波比较形成宽窄不同的SPWM波。由于其幅度为0.9V-3.2V。正弦波经过精密整流之后必须通过加法器将自身幅度调整至0.9V-3.2V之间。本设计使用由运算放大器构成的加法器。本设计采用OP07运放构建出一个加法器，采用TL431的典型应用电路和滑动变阻构成稳定电压为1.8V.将精密整流的馒头波电压抬高的实现原理是：加法器作用是1.8v和馒头两个之路分别单独作用，当叠加到一起时就将馒头波电压抬高0.9V.2. 驱动电路实现方法设计：在本设计的逆变电源中，开关管是必不可少的角色，通常选用的MOS管需要接近12V的开启电压。而本设计中的全桥变换器采用双极性对角开关管交替导通的方式，更是存在电气隔离的难题。于是本设计选择了IR2110，它是一种自举驱动，高通道与低通道之间因为自举二极管和自举电容的存在可以实现电气隔离，同时具有变压器隔离没有的体积小和光耦隔离没有高频特性。能输出最大2A的电流。隔离驱动可分为电磁隔离和光电隔离两种方式。光耦隔离虽然体积小，但是速度慢。虽然方便安全，但是跟不上高频的SPWM信号。变压器隔离虽然速度快，但是体积大，工艺复杂，制作成本高，还会产生电磁干扰，综上所述缺点的限制，本系统设计并没有使用变压器隔离的方式，也没有使用光耦隔离的方式，而是选用了中小功率场合非常实用的IR2110自举驱动的隔离方式。其中我们采用与门和或门来制造延时实现死区，防止主电路的上下两个MOS管直通烧毁。由于SG3525的每路输出占空比最大为50%,我们的设计要求大于50%，因此采用或门将占空比变大。3. 正弦波产生部分设计：根据设计要求输出频率范围为20Hz100Hz，UO=360.1V的单相正弦波交流电。因此频率要可调，同时我们还要考虑到失真度的问题我们采用ICL8038精密芯片，它的失真度低且外围电路简单，只要改变其电阻和电容值就可以改变其输出频率范围，经济又简单。5、 方案的可行性分析：(1) 该方案可以完成设计要求中所规定的各项功能，并且可以保证在实际工作中安全可靠；(2) 该方案简单，灵活性强，设计的产品应用领域比较广；(3) 主功率开关管实现效果明显，实测波形与仿真波形差异对比。6、设计产品的主要用途和应用领域：逆变器是一种可以把直流电能转变为交流电的工具。逆变器的主要构成成分是逆变桥还有控制逻辑，另一个组成部分是滤波电路。逆变器主要用在电器领域，比如大的来说有空调，冰箱，油烟机，小的电器有电脑，电视，风扇等等。通俗的讲，逆变器的作用就是把低压直流的电转变成为220伏的交流电的一种装置。由于通常情况下我们把二百二十伏的交流电的整流电转换成为直流电进行使用。而逆变器恰恰相反，所以被成为逆变器。现在是一个移动的世界，移动的设备无处不在，无论是休闲娱乐还是制造业，工业都会用到。因为移动的状态，人们就会需要一种装置把电池盒电瓶中提供的电量转换为220V的交流电，可让我们随时随地的使用我们需要的电器设备，逆变器就能满足这个移动世界现在的需要。7、时间进程 第 一 周 选择毕业设计题目，搜集相关的资料 第 二 周 图书馆借阅相关书籍 第 三 周 确定毕业设计任务 第 四 周 撰写开题报告并准备答辩 第 五 周 开题答辩 第 六 周 设定总体的设计方案 第 七 周 确定系统各部分设计目标 第 八 周 设计主电路 第 九 周 设计控制电路 第 十 周 设计保护电路 第十一周 硬件结构及相关部分设计 第十二周 拟定说明书初稿 第十三周 撰写说明书 第十四周 修改设计说明书 第十五周 修改设计说明书 第十六周 论文答辩8、参考文献：1刘胜利现代高频开关电源实用技术1北京:电子工业出版社,20012张占松,蔡宣三开关电源的原理与设计1北京:电子工业出版社,19993洪奇，张继红开关电源中的有源功率因数校正技术北京：机械工业出版社2010.4侯振义,侯传教1UC3854功率因数校正IC及其应用设计1西安:电源技术应用,19985PowerInsegration,INC.FlybackDesignMethodologyAplicaionNoleAN-16,13-2241郭小苏基于同步整流技术的反激变换器的研究D华中科技大学硕士论文,20076文助,王志强.基于PWM技术变换器的新型无源无损软开关IP，通信电源技术，2005.7神元昌,开关电源的电医波形及其参数分析D.重庆大学学报203,2:20-24.44)王兆安,黄俊主编电力电子技术(第四版XM4北京机械工业出版社20038周志敏周纪海编著开关电源实用技术设计与应用M.北京人民都电出版社200446刘胜利编著,现代高频开关电源实用技术M.北京:电子工业出版社:20199秦海鸿基于同步整流技术的低压/大电德输出直直变换排的研究D南京航空航天大学硕士学位论文,2002.10李辈,同步整流技术在通信电源模块中的应用D.电子产品世界，2002.211吴金桥.种车载电源双向DCDC变换器的硕究.合肥工业大学硕士论文2006.50阳勇關会光电耦合器在电源技术中的应用(D.国外电子元器件2002.512Yie-ToneChen,DanY.ChenYan-PeiWu.SmallSignalModelingofMultipleOutputForwardConvertersWithCurrent-ModeControl.IEEEPESC,Record1994.13MarkK.ctal.AComparisonofVoltage-ModeSoft-SwitchingMethodsforPWM 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