摘 要

伴随着科技的发展，越来越多的场景需要用到逆变器，但是现如今的逆变器大多数都是价格很昂贵的。所以本文研究了针对现如今的逆变器设计了一个价格低廉的应急稳压源。主要参数为DC350V，功率500W，使用24V铅蓄电池。主要内容包括进行了基于国产芯片DK124的AC/DC充电电路的设计，对相关元器件的选择以及相关参数计算。DC/DC升压技术的介绍，推挽式拓扑结构的介绍以及应用，包括推挽式升压电路的设计以及所使用的元器件参数进行了详细计算。本文还包括基于SG3525芯片对控制电路的设计，并且对相关PWM电路的参数进行计算。对高频变压器的具体参数进行推导计算，设计高频变压器的相关外形、绕制的计算以及设计，以及对DC/DC电路整体进行设计。

本文还对两部分电路进行了电气原理图的绘制，以及对应PCB的绘制，包括电磁兼容性的相关设计体现。

关键词：SG3525芯片；AC/DC充电电路；推挽式拓扑结构；高频变压器

Abstract

In this thesis, an emergency voltage regulator is designed for the current inverter. It’s main parameter including DC350 volt. It’s power is 500W. This thesis mainly introduces the working principle of Lead acid battery when charging and discharging. This thesis shows how the mainly schematic of AC/DC charging part and DC/DC boosting part were designed, and describes how to calculated the parameters of components which is based on the chip DK124 and SG3525. Meanwhile, this thesis introduced how to calculate the shape parameters of transformer, and ensure the results are correct. In this thesis, the electrical schematic diagram and PCB of the two parts of the circuit is also drawn. What’s more, EMC related designs are also described.

Key Words：High frequency transformer；Push pull topology；AC/DC charging; SG3525; EMC

目录

第一章 绪论 1

1.1 选题意义及背景 1

1.1.1 选题背景 1

1.1.2 选题目的 2

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文研究内容 3

第二章 AC/DC充电电路的原理及设计 4

2.1 铅酸蓄电池的工作原理和充电方法 4

2.1.1铅酸蓄电池的工作原理 4

2.1.2 铅酸蓄电池的充电方法 4

2.2 AC/DC电路的设计以及国产芯片DK124的选择 5

2.3 稳压源TL431的原理说明以及应用 6

第三章DC/DC升压电路的设计 9

3.1 DC/DC升压技术 9

3.1.1 DC/DC升压电路技术 9

3.1.2 推挽式升压拓扑结构的原理 10

3.1.3 功率开关管的选择 11

3.1.4 整流二极管的选择 12

3.1.5 LC滤波电路的计算 12

3.2 控制电路的设计 13

3.2.1 主控芯片SG3525的原理及应用 13

3.2.2 双PWM调制波的控制电路设计以及计算 14

3.3 高频变压器的设计 17

3.3.1 磁芯的选取 17

3.3.2 最大磁通变化量的选取以及绕组匝数的计算 18

3.3.3 初次级绕组线径的选择 20

3.4 反馈电路的设计 20

3.4.1 PC817光耦的原理 21

3.4.2 反馈电路的设计 21

第四章 电路部分的PCB设计以及电磁兼容性研究 25

第五章 总结 26

参考文献 27

第一章 绪论

选题意义及背景

1.1.1 选题背景

伴随着科学技术的发展，越来越多的工作、实验、生产环境都需要一个稳定可靠的交流电的电源。虽然现在的电网也是发展的越来越稳定，但还是有一些突发情况可能导致设备断电，由于一些设备的特殊性需要连续工作，这时候就需要一种能够在断电以后还可以供电的设备。相较于小型发电机等设备，逆变器是一种很好的选择，逆变器体积更小，更便携，启动快，是很多场景的优先选择。

逆变器是一种把直流电能（电池、光伏发电设备、蓄电瓶）转变成交流电（电压为220V或者380V,频率为50Hz，波形有方波或者正弦波）的电气设备。同时它是一种将低压（通常为12到48伏特之间）直流电转变为220伏交流电的用作升压的电气设备。组成逆变器的部分主要包括控制电路、逆变桥、电源和滤波电路等。广泛适用于不方便直接供电的各种场景例如野外使用电动砂轮、电动工具、应急照明等。

在国内外因为汽车的普及率越来越高，车载逆变器就变成了很重要的仪器，可以方便的为电器提供市电，把用市电的电器连接到逆变器的输出端，就能很方便的直接使用。现如今高速发展的时代，不但需要由蓄电池提供直流电，更多大功率需要的日常环境中，220伏交流电也是需要被大量使用的，逆变器是满足这种需求最好选择^[1]。

随着人类社会的发展，巨量地消耗地球上的化石能源，导致人类可以使用的不可再生能源越来越少，急切需要找到新型的能源来维持人类社会发展，因此，太阳能等新型能源的发展迫在眉睫。太阳能的资源非常丰富，而且属于可再生能源，基本上对环境没有污染,所以这些优势使得光伏发电变成了新能源开发中的主流方向^[2]。在我国,光伏并网发电是新能源战略中的重要一环，这项技术不仅要将太阳能利用光电效应转换为电能，实现能源的转换，还要将生成的电能储存起来并网。但是我们日常使用的是220伏特的正弦波交流电，而不是利用太阳能直接生成的低压直流电，所以需要逆变器将直流转换为交流以供使用。逆变器的参数也是能直接决定电网的瞬态质量^[3]。

1.1.2 选题目的及意义

针对上述情况，许多场景下都需要稳定的电源来维持正常工作，光伏设备也需要一种能够将直流电转换为交流电的一种装置。市面上目前常见的逆变器有许多种类，售价也参差不齐，大部分对于使用场景有着一定的要求。因此需要设计一台逆变器，要求稳定、易用，能够符合大多数工作场景。设计的逆变器要有蓄电池，24V电池供电，可以反复充电使用，输出稳定，额定功率为500W，输出电压达到220V市电要求，体积重量尽可能小，参数符合国家标准。本设计的应急式逆变电源可以给逆变器提供一个模块化的充电和升压电路，使用方便，可以给逆变器的设计一个模块化的解决方案，设计逆变器时将会节省很多时间。

国内外研究现状

一般传统的逆变器工作方式是：将蓄电池中的电能供给逆变器，或者将逆变器的直流端接光伏发电的太阳能板，一般为2V/24V/48/96V这四个档位，然后根据需求转换成需要的220V，50Hz的交流电。此外，中间的过程比较复杂，对于用蓄电池的逆变器而言，需要很多电路比如AC/DC蓄电池充电电路（恒压恒流）、DC/DC升压电路（直流升压）、DC/AC逆变SPWM（脉宽调制）电路（逆变器主电路）、稳压电路、过载过流过压保护和输入输出短路保护等电路。逆变器的逆变部分的主电路拓扑结构通常是由多个开关元件构成的,并且采用PWM阶梯调制，得到阶梯波形的输出，其输出电压波形是由许多的小阶梯组成的，形状可等价近似正弦波的阶梯波^[4]。

在国内，逆变器的生产已经规范化，各种生产厂商的产品用途也不尽相同，基本覆盖了大多数是使用场景。最近几年由于电子产品功率需求的增加，使得大功率逆变器的技术逐渐成为热点。采用阶梯电压调制可提高逆变器的容量及响应速度,因此普遍应用于大功率逆变场合中。刘义芳等人提出了分阶段调制的方案来改善逆变器控制，通过翻转调制部分的方法改进了基于UPS的逆变器的控制部分，这是一种新的逆变器开关管调制策略^[5]。