基本信息
- 项目名称：
- 高效实用车载电源逆变器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- “高效实用车载电源逆变器”直接接入汽车发动机或电瓶上的DC12V电源，输出220V/50Hz±10％的纯正弦波形电压源，适用于各种负载类型（包括电感性负载）的车载移动电器设备，具有电路简单、整体重量轻、体积小、可靠性高等特点。目前市场上的车载电源逆变器绝大部分为方波或校准正弦波输出，不适用于电感性负载。我们实现的车载逆变电源输出最大功率为200W，转换效率大于85％，成本仅仅为100元左右。
- 详细介绍：
- 车载逆变器在国外是有车族必备的工具之一，而在国内普及程度还不高，随着我国汽车产业的高速发展，在车上使用家用电源的需求非常高，可以说车载电源逆变器有着非常广阔的市场前景。 我们成功设计并制作完成的纯正弦波形输出的车载电源逆变器，性能可靠、高效实用，它最大的特点是适用于各种负载类型（包括电感性负载）的电器用电设备。逆变器系统采用Boost变换器加逆变电路的结构来实现，即DC/DC级+DC/AC级，DC/AC逆变是将DC/DC电路输出的直流逆变为正弦交流，经过滤波后输出到负载。Boost变换器使用UC3854BN控制芯片，采用SPWM控制模式，DC/DC电路把12V直流升压为300V高压、100Hz的正弦半波信号。逆变电路采用全桥逆变电路，其驱动控制信号频率为50Hz，逆变电路由输出滤波器滤掉高频谐波，得到一个220V/50Hz的正弦电压源提供给负载。 我们实现的车载逆变电源输出最大功率为200W，转换效率大于85％，还加入了输入过压保护，输入欠压保护和输入过流保护来保护供电电源和负载用电器，其性能稳定可靠，能满足车载移动电器设备的需要。 本作品已经基本成型，只要稍加工艺设计即可实现产品化生产，具有非常大的经济前景。目前市场上方波或修正正弦波输出的200W车载电源逆变器价格都在300元以上，纯正弦波输出的200W车载逆变电源价格都在500元以上，而此逆变电源的成本仅仅为100元左右，大大低于市场价格，所以此逆变器具有极强的市场竞争力。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 随着汽车电子技术的发展，车上的用电设备越来越多，开发一款实用高效的车载电源逆变器已经成为一种需要。车载逆变电源是将汽车发动机或汽车电瓶上的DC12V直流电转换为工频纯正弦波输出，供车载移动电器设备使用，是一种较方便和高效的车用电源转换设备。 能够适用于各种类型负载，且重量轻、便携、高效是我们所追求的目标。系统采用Boost变换器加逆变电路的结构来实现，用自己产生的50Hz正弦波信号作为逆变控制参考信号。Boost变换器使用UC3854BN控制芯片，采用SPWM控制模式，DC/DC电路把12V直流升压为300V高压、100Hz的正弦半波信号。逆变电路采用全桥逆变电路，其驱动控制信号频率为50Hz，逆变电路由输出滤波器滤掉高频谐波，得到一个220V/50Hz的正弦电压源提供给负载。另外电路中还加入了输入过压保护，输入欠压保护和输入过流保护来保护供电电源和负载用电器。由于没有设计复杂的电路进行干扰的情况，并且输出稳定，可高效地供用电设备使用。我们研制完成的高效实用车载电源逆变器样机装置，成本低、功能完整、性能可靠，输出纯正弦波形，适用于各种负载类型的电子用电设备。主要指标：单路电源12V±3V直流输入；输出电压：AC 220V±10％；输出频率：50Hz±5％；输出最大功率：200W；转换效率：大于85％。本逆变电源具有电路简单、整体重量轻、体积小、可靠性高等特点，满足车载移动电器设备的需要。
科学性、先进性
- 本作品将高效实用车载电源逆变器分为两级，即DC/DC级+DC/AC级。控制电路输出SPWM信号控制Boost电路，以实现将直流电压变换为300V，100Hz的正弦半波；用全桥逆变电路实现将正弦半波逆变成为50Hz正弦波。 效率对逆变电源的应用非常重要，在各种拓扑结构中，Buck和Boost电路效率是最高的。这种DC/DC变换器为逆变系统的前级装置，主要实现输入级直流电压的最大功率跟踪，使得系统控制简单化，效率可以达到96%。 逆变器的稳定性与可靠性成为系统设计首要考虑的目标，半桥式电路虽然比全桥电路成本略低，但是其电路结构对本设计的整体性能会有一定影响。所以本作品采用全桥电路作为后级DC/AC逆变电路。 本作品采用SPWM控制方式，相对于数字实现法的处理时间相对滞后、电流实时跟踪指标不易达到、电流波形的THD不高的缺点，利用UC3854BN芯片模拟实现法实现该控制方案，电流实时跟踪相对容易实现，最后完成的逆变器输出电压波形与正弦基波电压接近。
获奖情况及鉴定结果
- 在2010年12月由北京市石景山区科委和学校联合资助的第九届“科园杯”大学生科技活动中被评为二等奖；在2011年6月第六届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛获特等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 可一次性转让技术成果。
作品可展示的形式
- 实物、产品和现场演示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 我们研制完成的高效实用车载电源逆变器直接接入汽车发动机或汽车电瓶上的DC12V直流电源上，输出220V/50Hz±10％的纯正弦波形电压源，适用于各种负载类型（包括电感性负载）的电器用电设备。输出最大功率为200W，转换效率大于85％。还加入了输入过压保护，输入欠压保护和输入过流保护来保护供电电源和负载用电器。其性能稳定可靠，能满足车载移动电器设备的需要。 车载逆变器在国外是有车族必备的工具之一，而在国内普及程度还不高，随着我国汽车产业的高速发展，在车上使用家用电源的需求非常高，可以说车载电源逆变器有着非常广阔的市场前景。 本作品已经基本成型，只要稍加工艺设计即可实现产品化生产，具有非常大的经济前景。目前市场上纯正弦波输出的200W车载逆变电源价格都在500元以上，而此逆变电源的成本仅仅为100元左右，大大低于市场价格，所以此逆变器具有极强的市场竞争力。
同类课题研究水平概述
- 我们成功设计并制作完成的纯正弦波形输出的车载电源逆变器，性能可靠、高效实用，它最大的特点是适用于各种负载类型（包括电感性负载）的电器用电设备。目前市场上的车载电源逆变器绝大部分为方波或校准正弦波输出，它们对于电感性负载基本上是不适用的。我们实现的车载逆变电源输出最大功率为200W，转换效率大于85％。市场上方波或修正正弦波输出的200W车载电源逆变器价格都在300元以上，纯正弦波输出的200W车载逆变电源价格都在500元以上，而此逆变电源的成本仅仅为100元左右，大大低于市场价格，所以此逆变器具有极强的市场竞争力。为了提高逆变器工作的稳定性，我们还采取了以下几个方面的创新实用性措施： （1）在DC-DC级加入闭环控制回路，使系统输出稳定在220V。 （2）DC-DC控制电路采用过压保护电路，防止输出过高的电压损害用电设备。 （3）适当提高DC-AC控制电路的基准电压，提高输出电压的稳定性。 （4）在电源输入端加滤波电路，大大降低了负载较重时控制系统受输入电压波动大的影响，增强了系统的稳定性。
