车载逆变器的设计与实现

摘要摘要随着经济水平的提高，汽车正逐渐成为人们的日常交通工具。然而人们随身携带的电器例如手提电脑却不能直接使用汽车上的电源。因此开发一款经济实用的车载逆变器是很有必要的。本文简要介绍了现代逆变技术的发展情况，然后描述了车载逆变器的功能实现和参数设计并提供了一种简单易行的大功率稳压逆变电路。本文主要对车载逆变器进行研究，将逆变器分为逆变电路和控制系统。逆变电路采用单相全桥逆变电路，使用MOSFET管完成逆变过程。控制系统采用TL494来产生逆变过程中所需的SPWM（正弦脉冲宽度调制）波形。经试验和仿真证明，该车载逆变器技术性能优良，质量可靠，有较高应用价值。关键词：车载逆变器TL494MOSFETSPWMAbstractAbstractWiththedevelopmentofeconomic,carsarebecomingpeople'sdailytransportation.However,appliancespeoplecarriedsuchaslaptopcomputerscan’tusethepowersourceofcardirectly.Thereforethedevelopmentofaneconomicalandpracticalcarinverterisnecessary.Thispaperdescribesthedevelopmentofmonderninvertertechnologybriefly,andthendescribethefunctionofcarinverterparameterdesignandimplementationandprovidesasimplehigh-powerinvertercircuit.Thispaperstudiescarinverter,theinverterisdividedintoinvertercircuitandthecontrolsystem.Theinverteradoptsinglephasefullbridgeinvertercircuit,invertercompletiontheprocesswithMOSFET.ThecontrolsystemusesTL494togenerateSPWM(sinusoidalpulsewidthmodulation)waveformrequiredbyinverterprocess.Thetestandsimulationshowthatthecarinvertertechnologywithexcellentperformance,reliablequality,ahighervalue.Keywords:carinverterTL494MOSFETSPWM目录i目录第1章绪论.......................................................11.1现代逆变技术概述.........................................11.1.1现代逆变技术的概念.................................11.1.2现代逆变技术的分类.................................11.1.3车载逆变器简介.....................................21.2本文主要研究内容.........................................21.3逆变电源技术性能指标及主要特点...........................3第2章系统主要器件................................................52.1TL494PWM集成控制器.....................错误!未定义书签。2.1.1简介...............................错误!未定义书签。2.1.2主要特性...........................................52.1.3工作原理简述.......................................52.1.4管脚配置...........................................72.1.5回路控制工作原理...................................92.2场效应管（MOSFET）......................................102.2.1功率场效应管结构..................................102.2.2功率场效应管工作原理..............................112.2.3MOSFET的发展状况.................................11第3章控制系统...................................................173.1控制系统的重要性........................................173.2逆变器的SPWM控制.......................................173.2.1正弦脉冲宽度调制..................................173.2.2生成SPWM波的机理.................................183.2.3调制过程特征......................................203.2.4载波比............................................213.2.5样本的频率........................................233.2.6调制形式事件......................................24第4章电路设计与实现.............................................27目录ii4.1逆变器基本结构和原理....................................274.1.1基本结构.........................................274.1.2电路工作原理......................................284.2分支电路设计............................................284.2.1TL494外围电路.....................................284.2.2逆变电路..........................................29第5章总结与展望..................................................335.1全文总结................................................335.2研究展望................................................33参考文献..........................................................35附录整机电路图...................................................37第1章绪论1第1章绪论1.1现代逆变技术概述1.1.1现代逆变技术的概念直流-交流（DC-AC）变换电路，又称逆变器（inverter），是能够将直流电能变换为交流电能的装置。随着各行各业对控制技术的发展和操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通用的电网电源提供的交流电作为能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各取所需的电能形式，逆变电路是其主要组成部分。现代逆变技术是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体交流技术、脉冲宽度调制技术（SPWM）、磁性材料等学科上的一门实用技术。现代逆变技术包括三部分内容：控制技术、半导体功率集成器件及其应用、功率变换技术。1.1.2现代逆变技术的分类[1]逆变技术的分类方式很多，主要分类方式叙述如下。1.按逆变器输出交流的频率分为：工频（50-60Hz）逆变、中频（400-几十kHz）逆变个高频（几十kHz到几十MHz）逆变；2.按逆变器输出交流能量的去向分为：无源逆变和有源逆变；3.按逆变器功率的流动方向分为：单向逆变和双向逆变；4.按逆变器输出电压的波形分为：正弦波逆变和非正弦波逆变；5.按逆变器输出电压的电平分为：二电平逆变和多电平逆变；6.按逆变器输出交流的相数分为：单相逆变、三相逆变和多相逆变；7.按逆变器输入与输出的电气隔离分为：非隔离性逆变、低频连逆变和高频连逆变；8.按逆变器输入直流电源的性质分为：电压源逆变和电流源逆变：9.按逆变器的电路结构分为：单端式逆变、推挽式逆变、半桥式逆变和全逆变电源的设计与实现2桥式逆变；10.按逆变器的功率开关管分为：大功率晶体管（GTO）逆变、晶闸管（SCR）逆变、可关断晶闸管（GTR）逆变。功率场效应管（MOSFET）逆变和绝缘栅双极晶体管（IGBT）逆变。11.按逆变器的功率开关管工作分式分为：硬开关逆变、谐振式逆变、和软开关逆变；12.按逆变器的控制方式分为：脉冲宽度调制(PWM)逆变、脉频调制(PFM)逆变、和数字逆变。1.1.3车载逆变器简介[2]本文对现代逆变技术进行了概述，根据逆变过程的技术指标，设计车载逆变器。车载逆变器（PowerInverter）是一种能够将DC12V直流电转换为和市电相同的AC220V交流电，供一般电器使用，是一种方便的车用电源转换器。车载电源逆变器在国外市场受到普遍欢迎。在国外因汽车的普及率较高，外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。中国进入WTO后，国内市场私人交通工具越来越多，因此，车载逆变器电源作为在移动中使用的直流变交流的转换器，会给你的生活带来很多的方便，是一种常备的车用汽车电子装具用品。通过点烟器输出的车载逆变器可以是20W、40W、80W、120W直到150W功率规格的。再大一些功率逆变电源要通过连接线接到电瓶上。把家用电器连接到电源转换器的输出端就能在汽车内使用各种电器象在家里使用一样方便。1.2本文主要研究内容本文对现代逆变技术进行了概述。根据车载逆变器技术指标，完成车载逆变器的设计。为了缩短整个逆变器的开发过程时间，采用了美国德克萨斯仪器公司开发的数字PWM产生芯片TL494来完成系统的脉冲触发环节。由于车载电源中逆变器作为二次电源使用，其输入脉动直流电流污染了直流电源，这必然要影响到电器的使用，为了使输入电流平稳和谐波降低到允许值，必须设置输入滤波器。逆变器的输出电压波形，除了含基波分量之外，还有各次谐波分量。这将导致总第1章绪论3谐波畸变度（THD）超出允许范围，为了抑制谐波，并且使输出波形基本达到正弦，必须设置输出滤波器。在本文中，主要对逆变过程进行详细阐述。1.3逆变电源技术性能指标及主要特点[3]1.输入：12V直流（汽车蓄电池）2.输出：220V交流3.功率：400W4.具有输入过压保护和输出过压保护，稳定性好5.有过热保护6.可作为多种电器的通用电源，通用性好。第2章系统主要器件5第2章系统主要器件2.1.1主要特性[4]1.集成了全部的脉宽调制电路。2.片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。3.内置误差放大器。4.内止5V参考基准电压源。5.可调整死区时间。6.内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力。7.推