第1章 概述
电子设备离开电源电源求越越高电子设备型化低成化电源轻薄高效率发展方传统晶体串联调整正弦波逆变电源连续控制线性正弦波逆变电源 种传统正弦波逆变电源技术较成熟已量集成化线性正弦波逆变电源模块具稳定性输出纹波电压等优点通常需体积笨重工频变压器体积重量滤波器调整工作线性放状态保证输出电压稳定集电极发射极间必须承受较电压差导致调整功耗较电源效率低般45左右外调整消耗较功率需采功率调节器整装体积散热器难满足现代电子设备发展求半世纪发展程中正弦波逆变电源具体积重量轻效率高发热量低性稳定等优点逐渐取代传统技术制造连续工作电源广泛应正弦波逆变电源技术进入快速发展期
正弦波逆变电源采功率半导体器件作开关通控制开关占空调整输出电压功耗效率高正弦波逆变电源直接电网电压进行整流滤波调整然开关调整进行稳压需电源变压器外开关工作频率十千赫滤波电容器电感器数值较正弦波逆变电源具重量轻体积等优点外功耗机温升低提高整机稳定性性电网适应力较提高般串联稳压电源允许电网波动范围220V±10正弦波逆变电源电网电压110~260V范围变化时获稳定输出阻抗电压正弦波逆变电源高频化电源技术发展创新技术高频化带效益正弦波逆变电源装置空前型化正弦波逆变电源进入更广泛领域特高新技术领域应扒动高新技术产品型化轻便化外正弦波逆变电源发展应节约资源保护环境方面具深远意义
目前市场正弦波逆变电源中功率采双极型晶体开关频率达十千赫采MOSFET正弦波逆变电源转抽象频率达百千赫提高开关频率必须采高速开关器件定范围开关频率提高仅效减电容电感变压器尺寸够抑制干扰改善系统动态性高频化正弦波逆变电源发展方高性——正弦波逆变电源元器件连续工作电源少数十倍提高性寿命角度出发电解电容光耦合器排风扇等器件寿命决定着电源寿命设计方面着眼较少器件提高集成度样解决电路复杂性差问题增加保护等功简化电路提高均障时间正弦波逆变电源发展半导体器件磁性元件等发展休戚相关高频化实现需相应高速半导体器件性优良高频电磁元件发展功率MOSFETIGBT等新型高速器件开发高频低损磁性材料改进磁元件结构设计方法提高滤波电容介电常数降低等串联电阻等正弦波逆变电源型化始终产生着巨推动作
总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推动着正弦波逆变电源年两位数市场增长率型薄型高频低噪声高性方发展
第2章 设计总思路
21总体框架图
滤波电路
逆变电路
输入315V直流电
驱动电路
UC3842脉宽调制电路
输出220V交流电
误差较
图1 总体框图
次课程设计求输入315V直流输出220V交流电路采单相桥式逆变电路高频开关器件常PWM波控制产生正弦波采SPWM控制方法通控制电力电子器件MOSFET关断控制产生交变正弦波电压控制电路实现产生SPWM波设计求选UC3842电流控制型PWM控制器产生控制脉UC3842实质通输入两路波进行较输出较形成脉波鉴UC3842特征通输入正弦漫头波锯齿波进行较需正弦波控制脉正弦波产生器设计种方法次课程设计采555定时器谐振电路产生方波滤波产生正弦波方法作正弦波产生器整流成正弦漫头波锯齿波产生电路较简单直接利UC3842部提供谐振器加入外围电阻电容产生外电路求输出正弦波幅度调时需加入正弦波漫头波幅值调通加法器设置电压相叠加产生电压变正弦电压
电路控制电路中间环节需滤波产SPWM控制电路谐波成分较少通简单RC源滤波控制电路中方波变成较标准正弦波滤谐波成分采源滤波通积分环节方波变成较正弦波
设计出电路作电源电源电流电压检测显非常必通电源负载取出电流信号作UC3842关断信号实现电路限流作实现电流电压稳定通取出电流电压信号控制电路构成闭环控制实现电路结构复杂设计简单电压反馈环电压基定维持恒定
22设计原理思路
图2 正弦波逆变电源组成框图
该电路采励式2双推动输出脉宽调制方式输出电压220V输出电流2A欠压压流等重保护功
第3章 电路设计
31 SPWM波实现
311 PWM固定频率产生
PWM波形产生原理图图311示
图311 PWM波产生电路图
PWM固定频率SG3525芯片产生SG3525芯片资料见:
脚说明:
引脚1:误差放反输入 脚9:PWM较补偿信号输入端
引脚2:误差放输入 引脚10:外关断信号输入端
引脚3:振荡器外接步信号输入端 引脚11:输出A
引脚4:振荡器输出端 引脚12信号
引脚5振荡器定时电容接入端 引脚13:输出级偏置电压接入端
引脚6:振荡器定时电祖接入端 引脚14:输出端B
引脚7振荡器放电端 引脚15:偏置电源输入端
引脚8软启动电容接入端 引脚16:基准电源输出端
图中1114脚输出两路互补PWM波频率56脚连RC决定PWM频率计算式:f1[C5(07R15+3R16)]调节6端电阻改变PWM输出频率时芯片部16脚基准电压51V采温度补偿设流保护电路51V反馈2端输入端反输入端51V时芯片稳定正常工作两端电压相等芯片部结构动调整保持稳定
脉宽较起输入端直接流输出电感线圈信号误差放器输出信号进行较调节占空输出电感峰值电流误差电压变化变化结构电压环河电流环双环系统开关电源电压调整率负载调整率瞬态响应特性提高目前较理想新型控制器RC设定PWM芯片工作频率计算公式T(067*RT+13*RD)*CT 通R13C3反馈回路构成频率补偿网络C6软启动时间设定电容
312 SPWM波原理
进行脉宽调制时脉系列占空正弦规律安排正弦值值时脉宽度脉间隔反正弦值较时脉宽度脉间间隔较样电压脉系列负载电流中高次谐波成分减少成正弦波脉宽调制
313 SPWM调制信号产生
正弦电压输出逆变电路控制信号SPWM方式控制功率开关脉方波输出滤波正弦输出电压通SG3525实现输出正弦电压首先SPWM调制信号SPWM调制信号必须幅值l~3 5V正弦规律变化馒头波加SG3525脚2锯齿波较正弦脉宽调制波实现SPWM控制电路框图图313(a)示实际电路点波形图313(b)示
误差信号
基准电压
加法器
整流电路
滤波电路
调制电路
基准方 波
SG3525
时序电路
图313(a) SPWM波控制电路框图
图313(b) SPWM电路节点波形
图313(a) 图313(b)知基准50Hz方波555芯片生成控制输出电压效值基准值较产生误差信号转换成50Hz方波低频滤波正弦控制信号
32 保护电路模块
该系统直流边交流弱点变强电系统进行必安全保护必须系统进行调试时必须注意安全系统芯片身具保护措施外系统进行专门保护具体
321电流保护
电流保护采电流互感器作电流检测元件具足够快响应速度够IGBT允许流时间关断起保护作
图321示流保护信号取CT2分压滤波加电压较器相输入端图24示相输入端电流检测信号反相输入端参考电高时较器输出高电D2原反偏置状态转变正导通相端电位提升高电电压较器直稳定输出高电时该电流信号送SG3525脚10SG3525脚10高电时脚11脚14输出脉宽调制脉会立消失成零
图321 电流保护电路
322空载保护电路设计
空载检测电路图322示电流互感器检测电流输出没电流输出时三极Q8截止RSCK高电停止输出SPWM波8s输出组SPWM波空载继续述程电流输出Q8导通RSCK低电连续输出SPWM波形逆变电路正常工作
图322 空载检测电路图
323浪涌短路保护电路设计
浪涌电路保护电路原理图图323电路图短路保护01欧电阻电压进行采样通470千欧电阻电流电流通光电耦合器电流高时SPWM波输出关闭IGBT形成保护障排光电耦合器输出关断逆变器正常工作
图323 浪涌短路保护电路原理图
第4章 单元控制电路设计
41 DCAC电路设计
前面证已明确采全控桥式逆变电路中桥臂通断SPWM波控制IGBT完成 系统采SG3525实现SPWM控制信号输出该芯片引脚部框图图41示
图41 SG3525引脚部框图
直流电源Vs脚15接入分两路路加非门路送基准电压稳压器输入端产生稳定+5 V基准电压+5 V送部(外部)电路元器件作电源
振荡器脚5须外接电容GT脚6须外接电阻RTo振荡器频率f外接电阻RT电容CT决定f1.1 8/RCTo逆变桥开关频率定l0kHz取GTO.22μFRT5 kΩ振荡器输出分两路路时钟脉形式送双稳态触发器两非门路锯齿波形式送较器相输入端较器反输入端接误差放器输出误差放器输出锯齿波电压较器中进行较输出误差放器输出电压高低改变宽度方波脉方波脉送非门输入端非门两输入端分双稳态触发器振荡器锯齿波双稳态触发器两输出互补交输出高低电PWM脉送三极V1V2基极锯齿波作加入死区时间保证V1V2时导通V1V2分输出相位相差180°PWM波
42 PWM驱动模块
421 驱动电路设计
驱动电路设计考虑功率需导通时迅速建立起驱动电压考虑需关断时迅速泄放功率栅极电容电荷拉低驱动电压具体驱动电路图27示
图421 驱动电路
工作原理:
(1)光耦原边控制电路驱动脉电流流时光耦导通Q1基极电位迅速升导致D2导通功率栅极电压升功率导通
(2)光耦原边控制电路驱动脉电流流时光耦导通Q1基极电位拉低功率栅极电压高导致Q1导通功率栅极电荷通Q1电阻R3速泄放功率迅速关断
然功率保护样重功率源极漏极间加缓电路避免功率高正反电压损坏
422 TDS2285产生PWN波
SPWM核心部分采张工TDS2285单片机芯片产生功率板产生占空变化矩形波通H桥产生需正弦波U3U4组成时序死区电路末级输出4250光藕H桥二举式供电方式样做目简化电路隔离电源该模块原理图图422(a)示:
图221
221 PWN波产生
(1)该模块中TDS2285芯片产生PWM波TDS2285芯片脚资料图222:
图422(a) PWM驱动电路图
1该模块采TDS2285芯片脚图422(b)示
图422(b) TDS2285脚图
2该模块中TDS2285芯片工作原理图422(c):
图422(c) TDS2285产生PWM波
该芯片67脚生成交流电正负半周调制波输出引脚输出SPWM脉频率接23脚间晶振决定9脚障报警输出端通常驱动蜂鸣器时配合5脚LED状态蓄电池电压输入出现压低压时该蜂鸣器LED指示灯隔1秒报警次出现交流流者短路时该蜂鸣器LED指示灯隔05秒报警次13脚检测蓄电池电压13脚电压超3V低1V时逆变停止工作进入欠压压障状态通外接蓄电池分压实现10脚交流电压稳压反馈输入实时检测功率板输出交流正弦波输出电压变动范围作调整输出达稳定输出电压目
第5章 系统调试
51 测试仪器
序号
名称型号规格
数量
1
数字示波器
1
2
UT70A数字万表
1
3
函数信号发生器
1
52 输出功率效率测试
输出功率定义:电源输入功率转换效输出功率力
测试框图图示
先图布置测试电路进行步骤调试:
1电路输出电压电流测量时进行
2开启设备记录输入功率数值点输出电压电流值
3计算输入功率PiUi*Ii输出功率值PoUo*Io
4效率nPoPi*100Pi输入
53 流保护测试
定义:输出电流设定保护值时系统动关闭输出形成流保护输出电流设定保护值时系统动恢复正常工作状态
测试方法:图18示输出端接入3串联10欧电阻作负载通短路中两模拟流情况发生观察系统否进行流保护
图18 流保护测试框图
测试结果分析:逆变程中流保护装置电流设定保护值时关闭输出恢复正常时开输出流保护装置正常工作
54 空载机功测试
(1) 定义:负载接入时系统关闭输出进入机模式负载接入时系统进入正常工作状态
(2) 测试方法:接入负载断开负载观察系统输出状态
(3) 结果分析:输出端负载断开5s系统进入机状态时输出次接入负载系统开始进入逆变工作状态
55 输出电压范围测试
(1) 定义输出电压值值
(2) 测试方法:调节电压反馈贿赂参数观察输出电压
(3) 测试结果:接入300欧电阻调节Rp3输出电压8~12V间
结果分析
测试题目基求已完成项性指标较实现输出功率稳定时效率达93时该电路具短路保护空载保护流保护功
第6章 总结
刚刚课程设计题目时真知道里开始动手课题名称里芯片根没听说通网查找资料弄清楚功真正开始设计东西包括部分定握整体设计思路框架部分单元电路进行分析设计电路修改参数确定部分连接起形成总电路图
课程设计然家课题完全样家间团队合作重方明白通学间讨终弄明白趣程相信通次课程设计家间电力电子学取更加进步
次实学摸索该设计电路实现需功程中培养设计思维增加实际操作力体会设计艰辛时更体会成功喜悦快乐
通两星期课程设计开始务查找资料设计电路图实际接线程中学课堂学知识课时总觉学知识太抽象没什途现终认识重性时课老师讲容感觉听明白真正时候会次课程设计知道真正学门课程章容搞懂行章容联系起融会贯通够应实践中通次课程设计学少新知识新方法新观点次设计锻炼学力分析问题解决问题力时锻炼克服困难勇气决心
次课程设计重加强动手力时学时候片面认识搬书知识书知识实际应时候会出现偏差理联系实际真正学道实际运时候结合实际环境具体分析解决问题次课程设计重意义
附录
总电路图
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