特种车辆单相隔离型软开关逆变电源系统研究与设计

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普通车载逆变电源经过几十年发展已然技术十分成熟,将蓄电池输出的12V直流转化为220V/50Hz交流,功率等级为100~500VA,为家用电子产品供电,但特种车辆逆变电源由1500马力发动机供能,一般能量经过整流后供逆变电源输出给各种负载。特种车辆逆变电源输入电压为900±10%,输出为220V/50Hz,功率为5000VA,由于其工作工作环境,输入电压等级安全性与可靠性等方面远异于普通车载逆变电源,针对这一实际问题推出一种特种车辆逆变电源系统迫在眉睫。针对特种车辆逆变电源在实际运行中输入电压纹波较大(母线电压±10%),电压等级较高,导致开关管耐压等级较高,开关管损耗较大,输出与负载电气隔离的设计要求,采用了输入并联母线平波电容组和全桥SPWM(Sine Pulse width modulation)输出并联隔离变压器,SPWM全桥并联辅助谐振软开关电路ARCPSSCs(Auxiliary Resonant Commutated Soft Switch Circuits)的单级逆变电源结构,实现了高稳定性,低损耗,高效率的能量变换。本文首先介绍了全桥SPWM的工作原理和数学模型分析,并对辅助谐振电路进行调制策略分析。阐述了主回路部分功率器件参数设计原则和过程,并通过Simulink仿真分析了不同参数差异对电路影响,验证了逆变电源能够在高压输入时采用软开关动作,能够有效降低开关管损耗。为了保证系统动态和稳态性能,建立了基于模糊自适应PID控制的单闭环控制模型,采用输出电压反馈调节方式,利用DSP28335实现了高效控制,并设计了 Labview人机交互界面,能够实时监控逆变系统运行,同时通过现场LCD12864观测各数据。为了保证系统安全运行设计过压、欠压、过流、短路和过热保护措施,以保护系统安全运行。最后利用 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)搭建了一台 5000VA/5kHz 的样机。
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