车载逆变电源的设计及仿真毕业设计

车载逆变电源的设计及仿真毕业设计
第1章
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随着社会的发展，我们已步入了一个“移动”的时代，移动通讯、移动办公、休闲和娱乐等在我们的生活中随处可见。汽车已由最初的代步工具逐渐发展到现在集办公娱乐于一体的交通工具，这个“移动的家”给人们的生活带来了更多的乐趣。目前很多车主“车家一体化”想法日益明显，在车上装备DVD音响系统、车载冰箱、车载电视，使用手机、笔记本电脑等电子产品。目前常用的电器产品，除了可用电池或蓄电池供电的低压直流电外，更多的需要220V的交流电供电。车载逆变器将12V或24V低压直流转换成220V/50Hz交流电供一般的电器使用，是一种方便的车用电源转换要求更加苛刻。如果发热严重，散热不佳，轻则影响元件的寿命，重则存在火灾的隐患；此外，蓄电池除了接逆变器外还可能直接给直流负载供电，从人身安全角度考虑，逆变器输入输出需要隔离。
2、带负载能力强，满足各种常见的用电设备对电源的要求。
3、体积小，由于汽车内部空间有限，因此要求车载逆变器体积不能过大而影响汽车的驾驶，故再次对逆变器的效率提出了要求，以减小散热器的体积。
车载逆变器在国外受到了普遍的欢迎，在国外由于汽车普及率较高，将车载逆变器直接与汽车点烟器或蓄电池连接，就可以供一般的电子产品使用，给人们的生活带来很大的便利。自从中国加入WTO，汽车普及率日益提高，车载逆变器作为移动中使用的直流．交流电源转换器，将会成为有车一族的必备品。同样车载逆变器和家用的蓄电池及充电器，就可以组成一套平民化的家庭备用电源方案。此外，车载逆变器不仅适用于车载系统，只要有12V直流电源的场合，都可以使用。例如在远离电网的山区及游牧民族生活区，可以利用太阳能电池板及蓄电池和充电器，再配备相应输入电压等级的车载逆变器就可以组成一个独立的光伏发电系统。白天太阳能电池板通过充电器给蓄电池充电，将太用能转化成化学能存储在蓄电池中，晚上将蓄电池接逆变器，可以用于日常的照明、看视等生活用电。作为车上或家庭使用的电源转换器，其性能十分重要，不仅关系到用电电器和整车线路的安全，还关系到驾驶者和使用者的人身安全。因此，开发一款高性能的车载逆变器具有一定的实用价值和广阔的市场前景。[1]
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目前市场上常见的车载逆变器按功率等级大致可以分为75W、100W、150W、300W、500W、800W、1000W、1500W、2000W、2500W等规格。车载逆变器的输入为汽车点烟器或蓄电池，一般汽车点烟器10A左右的电流，故点烟器输出的功率约为150W。对于功率等级小于150W的车载逆变器可以直接由点烟器供电，大于150W功率等级时需直接从车载蓄电池供电，否则会因过流烧毁汽车配件及保险丝。随着车上使用的电器种类增多，对车载逆变器的容量提出了更高的要求，小功率150W及以下规格的车载逆变器已经不能满足人们需求，中大功率的车载逆变器是今后的发展趋势。车载逆变器所带的负载通常为以下几类：第一类：整流性负载，如笔记本电脑、各种充电器、组合式音响、数码相机、打印机、游戏机、影碟机、移动DVD；第二类：电阻性负载，如小型电热器具，电热杯等；第三类：感性负载，车载冰箱、照明灯、电转等电动机型的电器。车载逆变器按输出电压波形主要可以分为两种：方波和正弦波。方波逆变结构简单，控制方便，但方波逆变输出电压谐波含量高，同时带负载能力较差且对使用电器寿命影响较大。随着负载增大，方波中包含的三次谐波分量使负载电流容性分量增加，严重时会损耗逆变器输出滤波电容。最初采用简易的多谐振荡器制作的车载方波逆变器，输出功率小，带负载能力差，已逐步被市场淘汰。近年来提出了准正弦波逆变(即修正正弦波)，可以带电阻和整流桥负载，满足了日常大部分电子产品的要求，效率较高，最高效率约为90％，价格适中，是当前市场的主流产品。但是准正弦波其本质是带死区时间的方波，仍然不能满足车载冰箱、日光灯、电风等感性负载的要求。一些精密的设备和感性负载类的电器必须要正弦波供电才能工作，否则，轻则电器设备不能正常工作，重则造成损坏用电设备或大大缩短车载逆变器的寿命。正弦波逆变，弥补了方波逆变的不足，适合任何类型的负载，但是控制相对复杂，效率较低，因此高效率正弦波车载逆变器日益成为一种需求。[2]综上所述，作为车载电源转换器，针对其特定的应用场合，必须具有满足以下几个方面的要求：
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第一章，阐述了车载逆变电源的应用背景、研究现状和发展方向。对整个车载逆变电源的系统结构进行了说明。
第二章，分析了车载逆变电源的主电路拓扑结构，采用了前级逆变升压，后级SPWM调制逆变电路，并对其工作原理进行说明。同时也进行了主电路参数的设计，并建立了小信号模型。
第三章，介绍了车载逆变电源的控制策略。前级DC/DC变换器采用SG3525A，后级采用U3988输出高精度的SPWM波对逆变电路进行控制，其中DC/AC变换电路开关管的驱动采用IR2110芯片。通过输出电压检测将信号反馈给SG3525A及U3988以实现输出电压的稳定。
4、为了保证汽车的正常启动，各种仪表指示，确保蓄电池不能过度放电，必须设有相应的欠压保护；此外当逆变器出现异常时能够迅速的切断输出，防止因故障影响蓄电池及逆变器的寿命或火灾的发生。
5、噪声小，不能因其带来的噪声影响了使用的舒适度。
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图1-1车载逆变电源系统框图
图1-1为车载逆变电源的系统框图，直流输入DC12V电压经过高频升压电路并经过整流电路后输出DC 380V。DC 380V再经过逆变输出AC 220V 50Hz。其中高频升压的电路的控制通过芯片SG3525A实现。交流逆变部分的SPWM波的生成通过U3988芯片实现。电路中具有过/欠压等保护电路以及报警电路。其中过/欠压检测电路通过检测汽车蓄电池的电压，并将其反馈给SG3525A实现对电路及蓄电池的保护。过流检测电路检测负载端的电流并将信号反馈给SG3525A实现对电源的保护。直流稳压电路检测直流输出将信号反馈给SG3525A以调节脉冲波得宽度实现稳压功能。交流稳压电路检测输出的正弦波将信号反馈给U3988是输出正弦波幅值稳定。同时U3988还具有报警功能，将其引脚接到LED及蜂鸣器。可以显示逆变器的工作状态及故障信息。