電氣專業-車載逆變電源的研究與設計-資料下載頁

【導讀】們的生活帶了諸多的不便。因此，開發一款經濟實用車載逆變電源成為一種需求。備的可靠性，其轉換效率的高低和帶負載能力的強弱直接關系著它的應用范圍。配合使用，能夠方便地為這些電器設備提供交流電。DC/AC逆變有SPWM逆變和方波逆變兩種。濾波器體積小，但是控制復雜，整機效率較低；后者輸出電壓低次諧波含量高，輸出濾波器體積較大，控制簡單可靠，效率較高。功率開關把輸入的直流電壓轉。電，再經LC工頻濾波得到有效值為220V的50Hz交流電，以驅動負載。

　　

【正文】 的。電流、電壓通過這些變換 .常做成中頻 (4008000Hz)加熱電源 ,用于熔煉、透熱、淬火、焊 接。現在最的長途高壓直流輸電 ,就是將交流整流成直流輸送 ,然后 ,再將直流逆變成交流供人使用。另一個應用是對交流電機進行調速 ,如海上石油鉆井平臺電網串級調速和變頻調速中使用的各種形式的變頻裝置等。這是目前的技術發展方向 ,國外的交流調違拖動裝置發展非常迅速。 很明顯我設計的電路中可控硅的作用是變頻。 可控硅的主要參數有 ： 1） 斷態重復峰值電壓 DRMU ：在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器器件件上的正向峰值電壓。 2） 通態（峰值）電壓 TU ：晶閘管通以某一規定倍數的額定通態平均電流時的瞬態峰值電壓。 3） 通態平均電流 TI ：在環境溫度為 40?C 和規定的冷卻狀態下，穩定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。標稱其額定電流的參數。 4） 擎住電流 LI ：晶閘管剛從斷態轉入通態并移除觸發信號后， 能維持導通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常 LI 約為 HI 的 24 倍。 驅動 電路 東北石油大學本 科生畢業設計（論文） 22 5100KR4 100KC1 222R2 30KR1103100KR3100KR722R8200R922C3334R1227012345678 910111213141516IC1 SG3525C1322UFC2 圖 35 驅動電路原理圖 由前面的分析我們 已知 ， 主電路的逆變部分的 12 個場效應管是 受 脈寬集成芯片 SG3525 控制觸發的， 其 內部集成了精密基準電源、誤差放大器、振蕩器、 PWM比較器、 PWM 鎖存器、欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路、軟起動電路、輸出電路等，所以它起到了非常重要的作用。 下面就 SG3525 進行詳細的分析。 SG3525 是電流控制型 PWM 控制器，所謂電流控制型脈寬調制器是按照接反饋電流來調節脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比較 ，從而調節占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結構上有電壓環和電流環雙環系統，因此，無論開關電源的電壓調整率 、負載調整率和瞬態響應特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器 ， SG3525 的原理 框圖 和 引腳功能 如圖 （ 36） ， （ 37） 所示 。 東北石油大學本 科生畢業設計（論文） 23 圖 36 SG3525原理 框圖 SG3525 各引腳的功能如下： 1） (引腳 1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環系統中，該引腳接反饋信號。在開環系統中，該端與補償信號輸入端（引腳 9）相連，可構成跟隨器。 2） (引腳 2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環系統和開環系統中， 圖 37 SG3525引腳功能 東北石油大學本 科生畢業設計（論文） 24 該端接給定信號。根據需要，在該端與補償信號輸入端（引腳 9）之間接入不同類型的反饋網絡，可以構成比例、比例積分和積分等類型的調節器。 3） Sync(引腳 3)：振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實現與外電路同步。 4） (引腳 4)：振蕩器輸出端。 5） CT(引腳 5)：振蕩器定時電容接入端。 6） RT（引腳 6）：振蕩器定時電阻接入端。 7） Discharge(引腳 7)：振蕩器放電端。該端與引腳 5 之間外接一只放電電阻，構成放電回路。 8） SoftStart(引腳 8)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只 5 的軟啟動電容。 9） Compensation(引腳 9)： PWM 比較器補償信號輸入端。在該端與引腳 2 之間接入不同類型的反饋網絡，可以構成比例、比例積分和積分等類型調節器。 10） Shutdown(引腳 10)：外部關斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護電路相連，以實現故障保護。 11） Output A（引腳 11）：輸出端 A。引腳 11 和引腳 14 是兩路互補輸出端。 12） Ground(引腳 12)：信號地。 13） Vc(引腳 13)：輸出級偏置電壓接入端。 14） Output B（引腳 14）：輸出端 B。引腳 14 和引腳 11 是兩路互補輸出端。 15） Vcc（引腳 15）：偏置電源接入端。 16） Vref(引腳 16)：基準電源輸出端。該端可輸出一溫度穩定性極好的基準電壓。 SG3525 特點如下： 1）工作電壓范圍寬： 835V。 2） （ %） V微調基準電源。 3）振蕩器工作頻率范圍寬： 100Hz400KHz。 4）具有振蕩器外部同步功能。 5）死區時間可調。 6）內置軟啟動電路。 7）具有輸入欠電壓鎖定功能。 8）具有 PWM 瑣存功能，禁止多脈沖。 9）逐個脈沖關斷。 10）雙路輸出（灌電流 /拉電流）： mA (峰值 )。 SG3525內置了 ，微調至 %，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內，無須外接分壓電組。 SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統時鐘信號同步，為設計提供了極大 的靈活性。在 CT引腳和Discharge引腳之間加入一個電阻就可以實現對死區時間的調節功能。由于 SG3525東北石油大學本 科生畢業設計（論文） 25 內部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。 SG3525的軟啟動接入端（引腳 8）上通常接一個 5 的軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容接入端相連的 PWM比較器反向輸入端處于低電平， PWM比較器輸出高電平。此時， PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導通。只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳 8處于高電平時， SG3525才開始工作。由于實際中，基準電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當輸出電壓因輸入電壓的升高或負載的變化而升高時，誤差放大器的輸出將減小，這將導致 PWM比較器輸出為正的時間變長， PWM瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現了穩態。反之亦然。 外接關斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當 Shutdown（引腳 10）上的信號為高電平時， PWM瑣存器將立即動作，禁止 SG3525的輸出，同 時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續，軟啟動電容將充分放電，直到關斷信號結束，才重新進入軟啟動過程。注意， Shutdown引腳不能懸空，應通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響 SG3525的正常工作。 欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關斷同時，軟啟動電容將開始放電。 此外， SG3525還具有以下功能，即無論因為什么原因造成 PWM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來， PWM瑣存器才被復位。 SG3525的應用非常 廣泛，我們再看看主要電路中的應用。在單端變換器應用中， SG3525的兩個輸出端應接地。 當輸出晶體管開通時， R1上會有電流流過， R1上的壓降將使 VT1導通。因此VT1是在 SG3525內部的輸出晶體管導通時間內導通的，因此其開關頻率等于SG3525內部振蕩器的頻率， 如圖 （ 38） 所示。 圖 38 單端變換器輸出結構示 意圖 東北石油大學本 科生畢業設計（論文） 26 當采用推挽式輸出時，應采用如下結構，如圖 （ 39） 所示。 VT1 和 VT2 分別由 SG3525 的輸出端 A 和輸出端 B輸出的正向驅動電流驅動。電阻 R2 和 R3 是限流電阻，是為了防止注入 VT1 和 VT2 的正向基極電流超出控制器所允許的輸出電流。 C1 和 C2 是加速電容，起到加速 VT1 和 VT2 導通的作用。 圖 39 推挽輸出結構示意圖 由于 SG3525 的輸出驅動電路是低阻抗的，而功率 MOSFET 的輸入阻抗很高，因此輸出端 A和輸出端 B與 VT1 和 VT2 柵極之間無須串接限流電阻和加速電容，就可以直接推動功率 MOSFET，如圖 （ 310）所示。 圖 310 直接驅動 MOSFET 另外， SG3525 還能夠直接驅動半橋變換器中的小功率變壓器。如果變壓器一東北石油大學本 科生畢業設計（論文） 27 次繞組的兩端分別直接接到 SG3525 的兩個輸出端上，則在死區時間內可以實現變壓器的自動復位，如圖 （ 311） 所示。 圖 311 直接驅動小功率變壓器 保護電路 我設計的保護電路主要由兩個芯片組成， PC817和 LM358。電路圖的左上端引出的線接到電源的正極上，如果是電流錯誤的話，電流進入到保護電路之后，會經過放大芯片 LM358，因為 LM358內部有 2個放大器，引腳 2和 3放大的是電源端的信號，引腳 5和 6放大的是輸出端的信號。如果電源端或是輸出端出現錯誤或是短路，則 2個輸出引腳 1和 7就會把錯誤信息傳送 到燈 LED2中去，這樣紅色的 LED燈就會亮，從而起到了保護電路的作用 ， 電路原理圖如圖 （ 312） 所示。 D9LED2R30680R2551KR2610KBG17C8050R46270R271K1 2 3 45678IC3LM358R24100R2310KR451KR22R19C12C11D64148IC2P817 圖 312 保護 電路原理圖 東北石油大學本 科生畢業設計（論文） 28 下面對 LM358 和 PC817 進行具體的分析。 LM358 芯片 LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與 電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組 ,音頻放大器、工業控制、 DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 圖 313 功能框圖和管腳排列圖 主要特點： 1） 可單電源或雙電源工作 ； 2） 在一個封裝內的兩個經內部補償的運算放大器 ； 3） 功耗小 ； 4） 頻率范圍寬 ； 5） 內部頻率補償 ； 6） 直流電壓增益高 (約 100dB)； 7） 單位增益頻帶寬 (約 1MHz)； 8） 電源電壓范圍寬：單電源 (3— 30V)；雙電源 (177。 — 177。15V) ； 9） 低功耗電流，適合于電池供電 ； 10） 低輸入偏流 ； 11） 低輸入失調電壓和失調電流 ； 12） 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 ； 13） 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 ； 14） 輸出電壓 擺幅大（ 0至 )。 東北石油大學本 科生畢業設計（論文） 29 圖 314 內部電路原理圖 主要 參數 ： 1） 輸入偏置電流 45 nA ； 2） 輸入失調電流 50 nA ； 3） 輸入失調電壓 mV； 4） 輸入共模電壓最大值 V； 5） 共模抑制比 80dB； 6） 電源抑制比 100dB。 PC817 芯片 通用光電耦合器 PC817 光電耦合器是一種把紅外光發射器件和紅外光接受器件以及信號處理電路等封裝在同一管座內的器件。當輸入電信號 加到輸入端發光器件 LED上， LED發光，光接受器件接受光信號并轉換成電信號，然后將電信號直接輸出，或者將電信號放大處理成標準數字電平輸出，這樣就實現了 “電－光－電 ”的轉換及傳輸，光是傳輸的媒介，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。 PC817的引腳功能及外形圖如圖 （ 315） 所示。 東北石油大學本 科生畢業設計（論文） 30 圖 315 PC817引腳功能及外形圖 主要特點： : 1) 能夠有效抑制接地回路的噪聲，消除地干擾，使信號現場與主控制端在電氣上完全隔離，避免了主控制系統受到意外損壞 ； 2) 可以在不同電位和不同阻抗之間傳輸電信號，且對信號具有放大和整形等功能，使得實際電路設計大為簡化 ； 3) 開關速度快，高速光電耦合器的響應速度到達 ns數量級，極大的拓展了光電耦合器在數字信號處理中的應用 ； 4) 體積小，器件多采用雙列直插封裝，具有單通道、雙通道以及多達八通道等多種結構，使用十分方便 ； 5) 可替代變壓器隔 離，不會因觸點跳動而產生尖峰噪聲，且抗震動和抗沖擊能力強 ； 6) 高線性型光電耦合器除了用于電源監測等，還被用于醫用設備，能有效地保護病人的人生安全。 主要作用：