逆变电源设计报告

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单晶硅锭

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查看: 114回复: 2 发表于 2019-9-23 10:04:49   只看该作者
摘要:
本设计以“互补MOS管推挽”为核心电路,实现12V/24V直流向220V/50llz交流逆变。首先通过分立元件产生50lz的互补PaM波,然后将PWM波输入“互补MOS管推挽”的驱动电路,用以控制M0S管的开启与关断,实现C-DC的逆变。接着再将推挽电路输出端产生的50Hz方波交流电通过工频变压器实现升压,最后通过合适的低通滤波器实现方波到正弦波的转换。
关键词:逆变、PWM、推挽、分立元件、低通滤波器

1引言
1.1设计要求
通过使用简单的门电路、三极管、0S管、变压器等器件,实现由12V/24V直流电压到220V市电的逆变。

1.2整体设计思路
本设计由“互补MOS管推挽”电路、PWM波产生电路和变压器升压电路构成。为保证逆变后可输出较大功率,输入逆变推挽电路的电流应较大,所以AC-DC逆变部分应使用耐流值较高的大功率MOS管。用非门构成震荡电路产生两路互补的PWM波分别控制两路MOS管的开启与关断,从而产生交流电压,该交流电压经工频变压器升至220V。为满足12V升220V和24V升220V两种情况,另外产生两路占空比25%且相位相差180°的PIWl波信号。最后通过滤波器将方波转换成正弦波。

01.png

2方案设计
2.1整体设计方案
当输入直流电压为12V的时候,通过产生频率为50Hz占空比为50%互补的两路PWM波,控制“互补MOS管推挽电路”的开启与关断,用以实现逆变。当输入为24V的时候,将上述PIM波占空比调整为25%。然后通过升压变压器升压并滤波得到市电电压。
PWM波的产生由数字芯片产生,数字电路芯片供电电压由7805稳压模块提供。

2.2方案论证
2.2.1逆变电路的选择
方案一:使用全桥电路,通过PIM波控制NMOS的导通与截止实现逆变,NIOS采用光祸驱动,全桥逆变电路开关管电压较低,输出功率大。
方案二;使用两对CQIOS推挽输出,MOS管通过三极管上拉电压驱动。推挽输出的带负载能力较强。
方案二的互补WOS管导通电阻小,带负载能力强,且方案一上下桥臂不共地,需浮地驱动,且电路较复杂,因此采用方案二。

2.2.2PM波产生电路
方案一:给三极管加适当偏置,使其工作在放大区,利用三极管的开关特性和电容的充放电特性,产生方波。该电路简单易操作,但对电源稳定性有较高要求,输出
电压的频率会随输入电压的改变而发生变化,并且三极管工作在放大区,会产生一定的功耗。
方案二:用非门的反相特性和电容两端电压不能突变的特性,产生方波。非门内部M0S管的功耗较小,利于提高电路的效率,且数字芯片稳定性较好,但数字芯片的供电电压为5V,需另做模块降压供电。
考虑该设计对效率要求不高,但需较好的稳定性,故选用方案二。

2.2.3分频电路
方案一:用74LS161构成分频电路。74LS161计数器使用简单方便,能够将PIM波进行分频,但是实现占空比的改变较困难。
方案二:用D触发器及门电路构成分频电路。该方案可同时实现频率和占空比的改变,且可输出多路不同占空比的信号,但设计电路上较为复杂,且电路成本高。
考虑本次设计需要不同占空比的PM波,故选用方案二。

2.3电路模块
2.3.1推挽电路模块(互补MOS管)设计逆变电源的主电路采用典型的桥式结构,输入的直流电压直接进入逆变推挽结构,变压后经过滤波输出。互补MOS管的上管为PMOS管,下管为NMOS管,输入低电平会使上管导通,输入高电平会使下管导通。互补M0S管的全桥电路可以很好的利用PM波使上下管来回导通。采用互补MOS管,避免了全部使用MOS管需要自举电路的弊端。在互补MOS管前端增加一级三极管驱动电路,利用三极管将震荡信号放大至12V,可以充分驱动MOS管开通。

2.3.2数字芯片供电模块
数字电路的供电电压为直流5V,使用7805稳压芯片,可以直接将12V直流电压稳压至5V,为数字电路芯片提供供电电压。

2.3.3PmM波产生模块
该模块通过门电路和D触发器实现。本设计需要两路不同占空比的PWM波,一个是50Hz占空比为50%的两路互补方波,另一个是50Hz占空比为25%且相位差为180度的两路方波。本设计采用先产生一路200Hz占空比50%的方波,再利用触发器配合门电路产生所需PM波。

3.1设计过程中遇到的问题
(1)产生的PM波不稳定,无法使MOS管正常工作。
(2)选择的MOS管型号不合适,导致OS管被击穿。
(3)得到的方波交流电电压峰峰值小于24V,有时候出现严重衰减的状况。
(4)变压器接入,带负载后发现前端电流过大,发热严重。

3.2解决办法(针对上述几点)
(1)由于电路板是分模块制作的,每个模块间通过杜邦线连接,大量的杜邦线的使用导致连接不稳定,故输出波形不稳定。改进办法:将各个模块集中制板,减少杜邦线的连接。
(2)检查PCB背面走线镀锡部分是否短路,并更换耐流值、耐压值高的MO5管,避免功率管被过高的尖峰电压击穿。
(3)检查电路板各模块是否工作正常,选用损耗较小的元器件。
(4)逆变电路MOS管增大散热片面积,PCB底层加宽镀锡,防止板子或元件烧坏。
在直流电源与MOS管漏极之间加入15A保险丝作为过流保护。

3.3方案确定
推挽电路M0S管更换成大功率互补MOS管,加大散热片,在PaM波电路与全桥电路中间增加光耦,PCB底部大电流通过部分导线再加粗,设计好PCB后底层镀锡。前全桥电路自举电路用三极管驱动电路取代。加入保险丝作为过流保护。

四、测试
4.1测试方法
将本设计作品接入12V直流稳压电源,在输出端用万用表测出电压值并且测量频率;分别输入电压11V和13V,测输出的电压:接入负载后调整负载的值,测试输出电压的变化,计算负载调整率;然后将功率计和100W白炽灯接入负载,测出功率,电压和电流的值。

4.2测试仪表及工具
万用表:功率计:示波器

4.3测试结果分析

4.3.1推挽逆变测试数据:
02.png

4.4测试结果分析
本设计逆变的功率可以达到要求,因为是开环设计,输出随输入波动而变化。

五、结论
此次设计完成了12V直流向220V交流电压逆变,可以使100W的白炽灯工作,但负载变化率有些大,通过切换可以使电路从24V向220V逆变,由于分立元件产生SPWM波困难,所以滤波输出波形不是严格的正弦波。因为分立器件实现闭环反馈困难,所以本设计为开环逆变电源,负载调整率会随负载增大而增加,经过对电路的调整,情况有所改善。综上所述,题目基础部分基本完成,发挥部分完成了一部分。这次比赛将数电基础知识用在了逆变电源中,与其他学习过的逆变电源设计相比,具有一定的创新成分。通过此次比赛,知道了基础知识要打牢,我们小组各成员以后学习的东西还有很多,逐渐发掘自己的潜力,希望在以后学习过程中,每天都能进步。


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发表于 2019-9-23 10:20:12   只看该作者
谢谢分享

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发表于 2019-9-23 10:52:37   只看该作者
谢谢 大佬分享
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