逆变电源设计报告

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摘要：
基于门电路、三极管、电源变压器等主要元器件设计并制作一个能够将直流12V/24V电源转变成220V交流市电的逆变电源。逆变电路采用常见的全桥逆变，Mos管的导通关断实现直流到交流。Mos管的控制信号PWM波由多谐振荡电路产生，且波形频率稳定可调。只需三极管、电容和施密特反相器便可控制方波的占空比，采样后的电压反馈控制给电容充电时间从而改变占空比实现反馈调节，有效提高了输出电压的精度和稳定性。

关键词：全桥逆变电路、PWM波、反馈调节

一、引言
本题是为了实现12V/24V到220V市电逆变电路，且在输入电压和负载改变时输出电压能够保持稳定，输出功率大于150W。题目要求只能使用门电路和三极管等器件。答题方案是通过全桥电路实现逆变再经过变压器升到220V。为了实现输出电压能够随负载和输入电压的改变而保持一定的稳定，采用闭环反馈控制。控制电路主要由方波产生电路模块，整流电路模块，延迟电路模块构成。方波产生电路产生固定频率的方波。反馈电压信号改变三极管电流，三极管基本工作在放大区，电流恒定，给电容充电电流大小可调，电压上升时间减慢，施密特反相器输出电压延迟到达高电平，从而改变了占空比。此方法有效的利用题目中所给的器件实现了反馈调节的作用，调节效果良好能够达到题目的要求，结构简单、容易实现、原理易懂。

二、方案设计
方案一：利用正弦波发生电路和三角波发生电路产生正弦波和三角波。采样回来的值与给定值比较输出差值进行PI调节，利用乘法器与正弦波相乘，通过这个来控制正弦波的幅值，在下一级与三角波进行比较输出PWM时就可以改变其占空比，达到闭环控制的效果，框图如图1所示。但该方案需要使用运放和乘法器等元器件，而题目中要求不能使用运放和乘法器等元器件，我们利用三极管搭建一个简单的运放，但搭建的运放效果不好无法达到要求。



方案二：门电路搭建方波电路，整流电路和三极管放大作为反馈电路，通过分压反馈回来的电压，控制三极管输出电流，改变占空比，此电路元器件少，设计简单，操作方便，反馈深度适中。
综上所述，本系统采用方案二，系统总体组成图如图2所示。



三、设计实现
3.1功率电路部分
功率电路主要是由四个MOS管构成的全桥电路构成。
全桥电路中的MOSFET管我们选择FDP047N08，此种型号的MOSFET耐压值和耐流值较大。采用全桥电路相对于半桥电路来说它的电流要小一倍，对于大功率的电路采用全桥电路将更加安全可靠。

3.2方波产生模块
本模块利用三极管、施密特反相器、电容来设计一个频率和占空比均可调的方波。
根据RC振荡电路的公式：
T=2π RC可知，当输出方波的充电时间可以由R4控制，而R2则控制放电时间，这样就可以通过调节R2和R4的阻值，来改变方波的占空比。
根据CMOS多谐振器的公式：
T=RC1n4≈1.4RC可知，改变R2和R4的阻值可以改变方波的频率。

3.3整流反馈模块
通过全波不可控整流电路，将交流信号变成直流信号，经电阻分压后，作为反馈信号输入下一级。

3.4脉宽控制模块
整流反馈回来的电压经过分压后加在三极管基极上，控制三极管电流，这样使得三极管可以等效为一个可调阻值的电阻，这样就可以控制电容的充电时间，从而使方波的占空比变化。电压减小，占空比变大，输出电压回升，反之，则减小，所以可使输出电压稳定。并且施密特反相器具有延时作用可以形成死区时间，防止两对管同时导通。

3.5电源转换模块
电源模块，UAR2412LD芯片和7805稳压芯片串联，如图8所示。其中7805耐压值35V，最大电流1.5A，输入输出压差也不能低于2伏，而实际使用时，主控电路都为5V供电，电流只有0.3A左右，完全符合要求；7805三端稳压IC内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能，这使它的性能很稳定。经过测试12V到24V有0.04V的压差，并且将功率电源和控制电源连在一块时，测试有一定的波动，决定电压先经过一个UAR2412LD转成12V，再由7805转成5V，很明显，电压比较稳定。

3.6过流保护部分
为了防止电路电流过大，我们选择使用保险丝来确保电路在安全环境下工作。

四、测试
4.1测试仪器
直流电源ITECHIT6532A数字式万用表FLUKE 117C示波器HD04034

4.2测试框图



4.3测试方法与结果
（1）接入电源，输入12V直流电压，改变负载，同时观察电压表电压变化，记入表一，并计算电压波动范围。

计算可得，输出电压波动范围为4.32%，小于5%，满足题目的要求。

（2）负载为100W时，电压精度测量，调节输入电压，同时观察电压表电压，记入表二，并计算电压波动范围。

计算可得，输出电压波动范围为9.05%，小于10%，满足题目的要求。

（3）由（1）（2）题可知，输入电流均小于15A，且额定功率大于100W。
经测量负载为150W是，额定功率为171W，满足题目要求

（4）输出交流电压频率：51.33HZ，满足题目的要求。

（5）过流保护测试：经测量，当电流超过20A，电路自动断开。

（6）拨动拨码开关，并将输入电压由12V切换到24V，观察电压表电压变化，记入表四，并计算电压波动范围。



计算可得，输出电压波动范围为4.14%，小于10%，满足题目的要求。

五、总结
由实际调试结果及测试效果可知，该系统能够实现12V直流电源转变成220V交流市电的逆变电源。系统可以产生相对稳定的220V交流市电，并且通过反馈使其在负载变化和输入电压变化时，输出电压波形相对稳定，以及在发挥部分实现了切换24V输入电压，其输出电压波形不大于10%，这些从上述测试表格都可以看出。


参考文献：
[1]李国丽.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2012.7
[2]康华光.电子技术基础（数字部分）.5版.北京：高等教育出版社，2006.1
[3]王兆安，刘进军.电力电子技术.5版.北京：机械工业出版社，2009.5


附录：
1、逆变电路



2、改进的多谐振器



3、整流反馈电路



4、脉宽控制电路



5、电源转换模块



4.电容充电波形



5、互补的PWM波

春风十里

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