无源逆变的应用

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1、学生姓名：学 号：院 系：专业班级：指导教师：完成时间：2012年12月18日无源逆变的应用例子摘要无源逆变技术是电力电子技术中的一个重要组成部分，它的作用是把从市电 电网上得到的已经遭受污染的定压定频“粗电能”，或从蓄电池、太阳能电池、 燃料电池等得到的电能质量较差的直流原始电能，变换成电能质量较高、能满足 用户负载对电压和频率要求的交流电能。无源逆变技术主要应用于交流电动机的 传动、步进电机的控制、应急电源（EPS）、不间断电源（UPS）、变频电源、太阳 能光伏发电系统、风力发电系统等所有需要将直流电能变换成交流电能的场合。本次作业主要介绍了无源逆变的主要原理、分类以及应用，在车载电源中的

2、 应用，以此为例介绍无源逆变在实际生活中的应用。1 概述无源逆变是先把工频交流电整流为直流电，然后再由直流电逆变为所需频率 的交流电。在交一直一交变频器中，用于把直流电逆变成交流电的装置称为逆变 器，逆变的交流电不反送到交流电网，而是直接供给负载使用的。无源逆变电路是将直流电转换为频率、幅值固定或可变的交流电并直接供给 负载的逆变电路。所谓“无源”是指逆变电路输出与电网的交流电无关。2基本原理2.1换流方式（1）换流过程：电流在不同支路中的转移，称为换流，又称换相。换流过程就 是器件通态与断态间的转换过程。全控器件开通与关断相对简单，而半控 器件的关断必须利用外部自然条件，或者采取专门的措施。

3、可见，研究换 流问题主要是研究如何使器件有效且可靠的关断。（2）换流种类 器件换流：利用全控器件的自关断能力实现换流。 电网换流：利用交流电网电压的自然变化实现换流。例如可控整流、有 源逆变、交流调压以及交一交变频中使用的晶闸管。 负载换流：当负载电流超前于电压，即可实现半控器 件的换流。显然，此时负载需要呈容性。具体换流过程将在谐振型逆变电路中介绍。 强迫换流：采用附加电路给欲关断的晶闸管施加反向 电压或反向流， 强迫使其关断。通常利用电容储能加以实现，故又称电容换流。具体分直接耦合和电感耦 合两种方式。中使用的晶闸管。2.2逆变器的分类1）按换流方式分：器件换流、电网换流、负载换流和强迫换

4、流2）按直流电源分：电压型、电流型3）按输出相数分：单相、三相、多相4）按电路的结构特点分：半桥式、全桥式、推挽式5）根据负载特点分类谐振式、非谐振式逆变电路3主要实例31主要应用各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。交流电机调速用变频器、不间断电源UPS、感应加热电源、开关电源、逆变 电焊机等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。3.2应用实例（车载逆变电源）常见车载逆变器产品的电路图及工作原理新一代车载逆变器笔记本充电图目前市场上销售量最大、最常见的车载逆变器的输出功率为70W150W, 逆变器电路中主要采用TL494或KA7500芯片为主的脉宽调制电路。车载逆变 器的整个电路大体上

5、可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯 片组成控制电路,其中第一部分电路的作用是将汽车电瓶等提供的12V直流电， 通过高频PWM (脉宽调制)开关电源技术转换成30kHz 50kHz、220V左右 的交流电；第二部分电路的作用则是利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率 输出等技术，将30kHz50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流 电。电路中，由芯片IC1及其外围电路、三极管VT1、VT3、MOS功率管VT2、 VT4以及变压器T1组成12V直流变换为220V/50kHz交流的逆变电路。由芯片 IC2及其外围电路、三极管VT5、VT8、MOS功率管V

6、T6、VT7、VT9、VT10 以及220V/50kHz整流、滤波电路VD5VD8、C12等共同组成220V/50kHz高 频交流电变换为220V/50Hz工频交流电的转换电路，最后通过XAC插座输出 220V/50Hz交流电供各种便携式电器使用。新一代车载逆变器原理图IC1、IC2采用了 TL494CN (或KA7500C )芯片，构成车载逆变器的核 心控制电路。TL494CN是专用的双端式开关电源控制芯片， 其尾缀字母CN 表示芯片的封装外形为双列直插式塑封结构，工作温度范围为0 C -70 C,极限工作电源电压为7V40V，最高工作频率为300kHz。TL494芯片内置 有5V基准源，稳

7、压精度为5 V5%，负载能力为10mA，并通过其14脚进行输出供外部电路使用。TL494芯片还内置2只NPN功率输出管，可提 供500mA的驱动能力。TL494芯片的内部电路。电路中IC1的15脚外围电 路的R1、C1组成上电软启动电路。上电时电容 C1两端的电压由0V逐步 升高，只有当C1两端电压达到5V以上时，才允许IC1内部的脉宽调制电 路开始工作。当电源断电后，C1通过电阻R2放电，保证下次上电时的软 启动电路正常工作。IC1的15脚外围电路的R1、Rt、R2组成过热保护电 路，Rt为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在 150 Q3000范围内任选， 适当选大些可提高过热保护电路启动的灵

8、敏度。热敏电阻Rt安装时要紧贴于MOS功率开关管VT2或VT4的金属散热片上，这样才能保证电路的过 热保护功能有效。IC1的15脚的对地电压值U是一个比较重要的参数，图 1电路中U=VccxR2一(R1+Rt+R2 ) V，常温下的计算值为 U-6.2V。结合原 理图可知，正常工作情况下要求 IC1的15脚电压应略高于16脚电压(与 芯片14脚相连为5V)，其常温下6.2V的电压值大小正好满足要求，并略留 有一定的余量。当电路工作异常，MOS功率管VT2或VT4的温升大幅提高，热敏电阻Rt的阻值超过约4kQ时，IC1内部比较器1的输出将由低电 平翻转为高电平，IC1的3脚也随即翻转为高电平状态

9、，致使芯片内部的PWM比较器、或门以及或非门的输出均发生翻转，输出级三极管 VT1 和三极管VT2均转为截止状态。新一代车载逆变器新一代车载逆变器工作状态当IC1内的两只功率输出管截止时，电路中的 VT1、VT3将因基极为 低电平而饱和导通，VT1、VT3导通后，功率管VT2和VT4将因栅极无正 偏压而处于截止状态，逆变电源电路停止工作。IC1的1脚外围电路的VDZ1、R5、VD1、C2、R6构成12V输入电源过压保护电路，稳压管 VDZ1的稳压 值决定了保护电路的启动门限电压值，VD1、C2、R6还组成保护状态维持电路，只要发生瞬间的输入电源过压现象，保护电路就会启动并维持一段 时间，以确保

10、后级功率输出管的安全。考虑到汽车行驶过程中电瓶电压的 正常变化幅度大小，通常将稳压管 VDZ1的稳压值选为15V或16V较为合 适。IC1的3脚外围电路的C3、R5是构成上电软启动时间维持以及电路保 护状态维持的关键性电路，实际上不管是电路软启动的控制还是保护电路 的启动控制，其最终结果均反映在 IC1的3脚电平状态上。电路上电或保 护电路启动时，IC1的3脚为高电平。当IC1的3脚为高电平时，将对电容 C3充电。这导致保护电路启动的诱因消失后，C3通过R5放电，因放电所需时间较长，使得电路的保护状态仍得以维持一段时间。当IC1的3脚为高电平时，还将沿R8、VD4对电容C7进行充电，同时将电容

11、C7两端的电 压提供给IC2的4脚，使IC2的4脚保持为高电平状态。当4脚为高电平 时，将抬高芯片内死区时间比较器同相输入端的电位，使该比较器输出保 持为恒定的高电平，经或门、或非门后使内置的三极管 VT1和三极管 VT2均截止。电路中的VT5和VT8处于饱和导通状态，其后级的 MOS管 VT6和VT9将因栅极无正偏压而都处于截止状态，逆变电源电路停止工作。 IC1的5脚外接电容C4（472 ）和6脚外接电阻R7（4k3 ）为脉宽调制器的 定时元件，所决定的脉宽调制频率为fosc=1.1m （0.0047x4.3）kHz=50kHz。即电路中的三极管 VT1、VT2、VT3、VT4、变压器T1

12、的工作频率均为50kHz 左右，因此T1应选用高频铁氧体磁芯变压器，变压器 T1的作用是将12V 脉冲升压为220V的脉冲，其初级匝数为20x2，次级匝数为380。 IC2的 5脚外接电容C8（ 104 ）和6脚外接电阻R14（220k）为脉宽调制器的定时 元件，所决定的脉宽调制频率为fosc=1.1m （C8xR14）=1.1m（ 0.1x220）kHz50Hz。R29、R30、R27、C11、VDZ2 组成 XAC 插座 220V 输出端的 过压保护电路，当输出电压过高时将导致稳压管VDZ2击穿，使IC2的4脚对地电压上升，芯片IC2内的保护电路动作，切断输出。车载逆变器电 路中的MOS管VT2、VT4有一定的功耗，必须加装散热片，其他器件均不 需要安装散热片。4参考文献1 黄俊，王兆安电力电子变流技术M.（第3版）北京:机械工业出版社，2011.2 刘凤军.现代逆变技术及应用M.北京：电子工业出版社，2006.丁道宏.电力电子技术M.北京：航天工业出版社，1992.4高凤友.无源逆变电源的原理与应用M.北京：化学工业出版社，2011.