500w两级式软开关车载逆变电源的研究
随着国内乘用车市场的快速发展，对车载电子设备提出了大量需求，其中车载逆变电源将汽车的启动电池能量逆变为220V/50Hz交流电为小功率电子设备提供交流电源，提升了乘用车使用的便利性。本课题研究的是基于两级式软开关变换的500W车载逆变器，采取二次逆变的方法完成此次设计。前级将12V直流电升压为380V/50Hz的高频交流电，再经过整流滤波将高频交流电整流为380V高压直流电。后级采用SPWM调制全桥逆变电路将380V高压直流电逆变为220V/50Hz正弦交流电，供负载使用。为了提高系统的变换效率以及整机可靠性，提出了一种基于DC/DC正弦半波变换方案，将12V交流电压升压成100Hz正弦半波，后级逆变电源采用工频开关方式，使其工作于零电压开关方式，该设计具有体积小，携带方便，工作范围广，损耗低等多个优点。关键词 车载逆变电源， 脉冲调宽， 软开关， EG8010
目 录
1 绪论 1
1.1 车载逆变电源研究的背景及意义 1
1.2 近年来国内外逆变电源的研究现状 1
1.3 本课题的主要研究内容 3
2 设计总体目标及设计 4
2.1 设计要求及系统指标 4
2.2 总体方案选择 4
2.3 方案的论证 5
2.4 方案选择 6
2.5 整体电路设计 7
2.6 脉宽调制技术及其原理 8
2.7 正弦波脉宽调制技术实现的方法 10
2.8 主要芯片的电路与应用 10
3 前级升压电路 15
3.1 前级基本原理 15
3.2 变压器的制作 16
3.3 前级过压保护电路 18
3.4 前级欠压保护电路 18
3.5 前级过热保护电路 19
4 后级逆变电路 20
4.1 后级逆变电路基本原理 20
4.2 AC滤波磁环的制作 21
4.3 过压保护电路 22
4.4 过流保护电路 22
5 整个系统测试 23
5.1 前级DCDC升压 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
板的测试 23
5.2 SPWM驱动板的测试 24
5.3 前级升压板的测试 24
5.4 后级逆变板测试 25
6 软开关功能的实现 25
6.1 软开关的发展 25
6.2 零电流和零电压软开关的介绍 26
6.3 零电流PWM电路原理 28
6.4 零电流PWM波形图的模态分析 29
6.5 仿真分析 31
6.6 软开关的优点总结 33
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
附录一：电路原理图 37
附录二：实物测试图 39
附录三：实物成品图 41
1 绪论
1.1 车载逆变电源研究的背景及意义
在现在快速发展的社会 ，信息产业已经高度发展，涉及各行各业，我们越来越离不开信息的更新。汽车的功能已经不再局限于代步的交通工具，更具有一种享乐的功能。拥有一辆多功能的汽车也成为许多人的共同选择。在汽车上可以完成越来越多的工作。许多电子产品如今也可以直接在汽车上方便快捷的使用。但是这些电子产品的并不是直接给汽车生产的，因此也就出现了电源输入的问题。因为汽车上只能提供12V的直流电，然而电子产品正常都是需要220V的交流电。由于车载逆变器方便使用的优点（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），所以在国内都非常受欢迎。由于在国外汽车人均占有率很高，所以车载逆变器在国外几乎是每辆车必须具备的。但在国内由于人均汽车拥有率不高，所以这种转换器的普及率还很低。但是目前国内汽车的销售量正在逐年增加，因此车载逆变电源在国内有很大的市场前景[1]。但是随着车用电器产品的增多，对电能质量以及功率也有更高的要求，而一般的车载用逆变器多为方波逆变器，这就限制了一些电器产品的使用[2]。因而设计一款能够在汽车上方便小巧的，能够实现电源转换的电子装置是很有必要的。
1.2 近年来国内外逆变电源的研究现状
在目前逆变技术主要有三种技术方向：半导体功率集成器件及其应用、功率变换电路和逆变控制技术。所以如果能够在有高性能的开关装置情况下，利用电路拓扑和开关控制，就可以建立性能良好转换器装置。现在主流都是用PWM控制的逆变器。PWM逆变器是让功率晶体管运行在导通和关断的模式，在这两种模式中，加在功率晶体管上的伏安乘积是相对来说比较小的，功率器件上的伏安乘积即功率半导体器件上所发生的耗损。拿来与逆变器作比较，PWM逆变器更为起作用的运行阶段是经过“斩波”，接着可以通过变压器来完成其幅值的升高与降低。目前有如下7个方面趋势。
（1）智能化
为了完成所有的功能，除了一般的变频器，智能逆变电源，而且必须备有以下特点：
1）要监视状态，而为了获得相关参数，各状态信息的处理的计算机的采样点。该电路的各部分的用于监视逆变器电源的操作时，电路是否从分析各部分的工作是正常的。
2）如果逆变器电源的运行问题是，根据监视的数据。诊断指示故障的位置，给定的解决方法。
3）自动监视器件运行的参数，当存在异常或障碍，能够记录下来具体情况。
4）按照在该技术手册中描述了自动地进行，并定期自检的指示，以创建自测试文
（2）数字化
逆变器电源的数字化不是简单地指在统中的数字设备的应用程序。如单个芯片或FPGA，参考整个系统的控制应用的数字设备。增加了在处理器硬件技术的计算速度必然导致数字电源逆变器的发展。
（3）微型化
因为变压器和滤波器的体积都比较大。因此决定这整个逆变电源的体积和质量。因此要想逆变器微型化，有三种方法。
1）为了降低滤波器的尺寸，提高开关频率。
2）这样可以降低滤波器的尺寸。使用一个新的PWM控制模式，即所述逆变器电桥输出PWM波的频谱的优化。
3）减小体积不局限于滤波器，还可以减小变压器。用高频变压器隔离和匹配。
（4）高输入功率因数
用于逆变器电源的AC输入端，通过二极管整流器通常获得的直流电源的中间部分。所述输入电流是脉冲的形状。输入功率因数不高。为了能够减少产生的谐波污染，本处可以采用如下方法。增加整流器侧的输入功率因数不仅大大提高逆变器电源的输入功率的利用率。
目 录
1 绪论 1
1.1 车载逆变电源研究的背景及意义 1
1.2 近年来国内外逆变电源的研究现状 1
1.3 本课题的主要研究内容 3
2 设计总体目标及设计 4
2.1 设计要求及系统指标 4
2.2 总体方案选择 4
2.3 方案的论证 5
2.4 方案选择 6
2.5 整体电路设计 7
2.6 脉宽调制技术及其原理 8
2.7 正弦波脉宽调制技术实现的方法 10
2.8 主要芯片的电路与应用 10
3 前级升压电路 15
3.1 前级基本原理 15
3.2 变压器的制作 16
3.3 前级过压保护电路 18
3.4 前级欠压保护电路 18
3.5 前级过热保护电路 19
4 后级逆变电路 20
4.1 后级逆变电路基本原理 20
4.2 AC滤波磁环的制作 21
4.3 过压保护电路 22
4.4 过流保护电路 22
5 整个系统测试 23
5.1 前级DCDC升压 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
板的测试 23
5.2 SPWM驱动板的测试 24
5.3 前级升压板的测试 24
5.4 后级逆变板测试 25
6 软开关功能的实现 25
6.1 软开关的发展 25
6.2 零电流和零电压软开关的介绍 26
6.3 零电流PWM电路原理 28
6.4 零电流PWM波形图的模态分析 29
6.5 仿真分析 31
6.6 软开关的优点总结 33
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
附录一：电路原理图 37
附录二：实物测试图 39
附录三：实物成品图 41
1 绪论
1.1 车载逆变电源研究的背景及意义
在现在快速发展的社会 ，信息产业已经高度发展，涉及各行各业，我们越来越离不开信息的更新。汽车的功能已经不再局限于代步的交通工具，更具有一种享乐的功能。拥有一辆多功能的汽车也成为许多人的共同选择。在汽车上可以完成越来越多的工作。许多电子产品如今也可以直接在汽车上方便快捷的使用。但是这些电子产品的并不是直接给汽车生产的，因此也就出现了电源输入的问题。因为汽车上只能提供12V的直流电，然而电子产品正常都是需要220V的交流电。由于车载逆变器方便使用的优点（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），所以在国内都非常受欢迎。由于在国外汽车人均占有率很高，所以车载逆变器在国外几乎是每辆车必须具备的。但在国内由于人均汽车拥有率不高，所以这种转换器的普及率还很低。但是目前国内汽车的销售量正在逐年增加，因此车载逆变电源在国内有很大的市场前景[1]。但是随着车用电器产品的增多，对电能质量以及功率也有更高的要求，而一般的车载用逆变器多为方波逆变器，这就限制了一些电器产品的使用[2]。因而设计一款能够在汽车上方便小巧的，能够实现电源转换的电子装置是很有必要的。
1.2 近年来国内外逆变电源的研究现状
在目前逆变技术主要有三种技术方向：半导体功率集成器件及其应用、功率变换电路和逆变控制技术。所以如果能够在有高性能的开关装置情况下，利用电路拓扑和开关控制，就可以建立性能良好转换器装置。现在主流都是用PWM控制的逆变器。PWM逆变器是让功率晶体管运行在导通和关断的模式，在这两种模式中，加在功率晶体管上的伏安乘积是相对来说比较小的，功率器件上的伏安乘积即功率半导体器件上所发生的耗损。拿来与逆变器作比较，PWM逆变器更为起作用的运行阶段是经过“斩波”，接着可以通过变压器来完成其幅值的升高与降低。目前有如下7个方面趋势。
（1）智能化
为了完成所有的功能，除了一般的变频器，智能逆变电源，而且必须备有以下特点：
1）要监视状态，而为了获得相关参数，各状态信息的处理的计算机的采样点。该电路的各部分的用于监视逆变器电源的操作时，电路是否从分析各部分的工作是正常的。
2）如果逆变器电源的运行问题是，根据监视的数据。诊断指示故障的位置，给定的解决方法。
3）自动监视器件运行的参数，当存在异常或障碍，能够记录下来具体情况。
4）按照在该技术手册中描述了自动地进行，并定期自检的指示，以创建自测试文
（2）数字化
逆变器电源的数字化不是简单地指在统中的数字设备的应用程序。如单个芯片或FPGA，参考整个系统的控制应用的数字设备。增加了在处理器硬件技术的计算速度必然导致数字电源逆变器的发展。
（3）微型化
因为变压器和滤波器的体积都比较大。因此决定这整个逆变电源的体积和质量。因此要想逆变器微型化，有三种方法。
1）为了降低滤波器的尺寸，提高开关频率。
2）这样可以降低滤波器的尺寸。使用一个新的PWM控制模式，即所述逆变器电桥输出PWM波的频谱的优化。
3）减小体积不局限于滤波器，还可以减小变压器。用高频变压器隔离和匹配。
（4）高输入功率因数
用于逆变器电源的AC输入端，通过二极管整流器通常获得的直流电源的中间部分。所述输入电流是脉冲的形状。输入功率因数不高。为了能够减少产生的谐波污染，本处可以采用如下方法。增加整流器侧的输入功率因数不仅大大提高逆变器电源的输入功率的利用率。
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