1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 车载逆变电源设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要 汽车由最原始的代步方式转变为生活必需品，现在又开始由生活必需品向享受生活的层面过渡了，人们在车子里听音乐、看电视、手机充电、车用影响、 手提电脑，如此种种，则车载逆变电源的性能的要求就变得越来越高了。逆变电源指通过开通和关断半导体功率开关器件，把直流电能转化成交流电能的一种电力电子变换器，它是电源系统的重要组成部分。在逆变电源中综合了电力电子技术，数字电子技术，单片机技术， PWM 控制技术等学科。这里通过汽车蓄电池 12V 经过二次
2、变换，即通过 DC/DC 的升压 Boost 电路和 DC/AC 的单相全桥逆变电路 ， 最后经 LC 滤波输出为 220V 的 50HZ 交流电驱动负载。在此过程中通过集成芯片 UC3524来实现 PWM 的控制，有效的对 MOS 管的通断控制，使得电路 更简单，可靠性更高，噪声更小。 关键词： DC/DC 升压； DC/AC 逆变； PWM 控制； UC3524 芯片 Abstract Car travel by the most primitive way into necessities of life, and now start to enjoy the necessities o
3、f life Transition by the level of life, people in the car listening to music, watching TV, mobile phone charger, vehicle impact, portable computers, so many, the cars performance requirements inverter becomes higher and higher. Power inverter on and off by means of semiconductor power switching devi
4、ce, the DC power into AC power of a power electronic converter, which is an important part of power system. In the integrated inverter power electronic technology, digital electronics, microcontroller technology, PWM control technology disciplines. This 12V car battery through the second through the
5、 transformation, namely through the DC / DC Boost circuit and DC / AC single-phase full-bridge inverter circuit, and finally by the LC filter output is 220V, 50HZ AC drive load. In this process, to achieve integrated chip UC3524 PWM control and effective management of the MOS-off control, making the
6、 circuit easier, more reliable, less noise Keywords: DC / DC step-up; DC / AC inverter; PWM control; UC3524 目 录 1 绪论 .- 1 - 1.1 课题背景 .- 1 - 1.2 逆变技术的现状与发展 .- 1 - 1.2.1 逆变技术的概述 .- 1 - 1.2.2 逆变技术发展趋势 .- 2 - 2 PWM 控制原理 .- 3 - 2.1 PWM 波形的基本原理 .- 3 - 2.2 PWM 逆变电路及其控制方法 .- 4 - 2.3 PWM 型逆变电路的控制方式 .- 5 - 2.
7、4 SPWM 波形的生成方法 .- 6 - 3 总体方案 .- 7 - 4 系统硬件电路设计 .- 8 - 4.1 主电路 .- 8 - 4.1.1 DC/DC .- 8 - 4.1.2 DC/AC .- 10 - 4.2 控制电路 .- 10 - 4.2.1 控制电路框图 .- 10 - 4.2.2 UC3524 芯片介绍 .- 11 - 4.2.3 控制电路参数设计 .- 13 - 4.2.4 MOSFET IRF740 介绍 .- 14 - 4.2.5 驱动电路 .- 15 - 4.2.6 过流保护电路 .- 16 - 结 论 .- 18 - 致 谢 . 错误 !未定义书签。 产考文献
8、.- 19 - 1 绪论 1.1 课题背景 在现代汽车中，越来越多的生活、娱乐电器设备和通信设备在汽车中运用，充实人们的生活。这些设备要求汽车里能有一个逆变装置，能将汽车电池产生的12V 蓄电池直流电转换成能使这些电器设备运行的 220V/50Hz 的交流电。这个装置就是车载逆变电源，又叫车载逆变器。有了车载逆变器便能把家里所有的小电器搬到车上使用，如笔记本电脑、 DVD 、手机充电器、 MP3 等，从而使人们在车里就有一种置身在家中的惬意感觉 。重而体现出汽车的人性化设计，使人们更多的享受到娱乐新生活。另外作为电源，它是各种电子设备的核心，它有如人体的心脏，是所有电类设备的动力，是一种通用性
9、很强的电子产品，在日常生活和各个行业里都得到广泛应用，其质量、可靠性、转换率和带负载能力直接决定它的应用范围和前景。因此，高性能的车载逆变器具有广阔的市场需求，正受到越来越广泛的重视。基于这样的背景，开发一种体积小、重量轻、效率高、可靠性好的车载逆变电源是有必要的。 1.2 逆变技术的现状与发展 1.2.1 逆变技术的概述 DC-AC 逆变器是将直流电能变换成 交流电能的装置。逆变技术的种类繁多，大致可按照交流输出能量的去向、功率流动的方向、功率变换的多少、输出与输入的电气隔、功率拓扑结构、组成功率电路的器件、占空比的控制方式、控制技术等分类。 现代逆变技术是建立在工业电子技术、半导体器件技术
10、、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体交流技术、脉宽调制技术（ PWM）、磁性材料等学科基础之上的一门实用性技术。 1.2.2 逆变技术发展趋势 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 VTOSFFT 的开关电源转化频率可达几百千赫。为提高开关频率 ，必须采用高速开关器件。对于几百千赫以上开关频率的电源。可利用谐振电路，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。 开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下四个方面： 1 小型化、轻量化、高频化。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效
11、地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，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。 2 高可靠性。我们知道，在一个系统中，元件数量越多，可靠性就越低 ;开关电源使用的 元器件比连续工作电源少，因此提高了可靠性。电源的寿命由电解电容，光耦合器及排风扇等器件的寿命决定。所以，要从设计方面着眼，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，提高了电器设备的寿命。 3 低噪声。开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地去追求高频化，噪声也因此会随之增大。所以，尽可能地降低噪声影响也是开关电源的又一发展方向。 4 采用计算机
12、辅助设计。采用 MATLAB, PSPICE 和 SABER 等软件设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具 有最简洁结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监测系统，可以实时检测、记录并自动报警等。通过计算机软件的防震和模拟可以避免因自身设计问题，和元件参数的错误选择而使设计目的和设计要求没法达到而带来的麻烦，模拟和仿真让你更准确的把握电路的设计和应该考虑的方面，更直观的变现出设计的效果，使设计方便和更有效率。 2 PWM 控制原理 2.1 PWM 波形的基本原理 在采样控制理论中有一个很重要的结论 :冲量（冲量指窄脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其
13、效果基本相同。是指具有惯性 环节的输出响应波形基本相同（低频段非常接近，仅在高频段略有差异）例如图 2-la、b、 c 所示的三个窄脉冲形状不同，图 2-1a 为矩形脉冲，图 2-1b 为三角形脉冲，图 2-1c 为正弦半波脉冲，但它们的面积 (即冲量 )都等于 l，那么，当他们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。脉冲越窄，其输出的差异就越小。当窄脉冲变为图 2-1d 的单位脉冲函数 (t) 时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数 1。 图 2-1 形状不同但冲量相同的各种脉冲 2.2 PWM 逆变电路及其控制方法 图 2-2 用 PWM 控制原 理生成的正弦半波 目前中小功
14、率的逆变电路几乎都采用 PWM 技术， PWM 逆变电路也可以分为电压型和电流型两种。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，就可得所需 PWM波形，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，其结果都要变化。 通常采用等腰三角形波或锯齿波作为 PWM 波的载波，等腰三角波用用最多，其任任一点水平高度饿宽度成线性关系且左右对称，任一平缓变化的调制信号波相交，交点控制器件的通断，就可以的宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合 PWM的要求。当调制 信号波为正弦波时，得到的就是 SPWM 波。如图就是用 PWM 波代替正弦波的图形 2。 一般根
15、据三角波载波在半个周期内方向的变化，可以分为两种情况。三角波载波在半个周期内的方向只在一个方向上变化，所得到的 PWM 波形也只在一个方向变化的控制方式称为单极性 PWM 控制方式，如图 2-3 所示。如果三角波载波在半个周期内的方向是在正负两个方向变化的，所得到的 PWM 波形也是在两个方向变化的，这时称为双极性 PWM 控制方式，如图 2-4 所示。 图 2-3 单极性 PWM 控制方式原理 图 2-4 双 极性 PWM 控制方式原理 2.3 PWM 型逆变电路的控制方式 在 PWM 逆变电路中，载波频率 FC。与调制信号频率 FR之比 N=FC/FR。根据载波和信号波是否同步及载波比的变
16、化情况， PWM 逆变电路可以有异步调制和同步调制两种控制方式。 1、异步指载波信号和调制信号不同步，通常保持载波频率不变，信号频率变化时， N 变化，半个周期内， PWM 脉冲个数不定。相位不定，不对称。 2、同步即 N 为定值，半个周期内， PWM 脉 冲个 数一定。相位一定，对称。 2.4 SPWM 波形的生成方法 根据前面讲述的 PWM 逆变电路的基本原理和控制方法，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，在交点时刻对功率开关器件的通断加以控制，就可以生成 SPWM 波形。但是这种模拟电路存在结构复杂，难以实现精确的控制的问题。随着大规模集成电路芯技术的飞速发展，越拉越多的芯片在 SPWM 波形的产生上得以运用，例如， UC3524、 UC3525、 HEF4752和 SLE4520 等这些集成芯片做适当的连接均可以产生 SPWM 波形，采用集成芯片可以简化硬件电路，降低成本，提高可靠性。
