车载逆变电源的研究与设计.doc

1、车载逆变电源的研究与设计摘 要车载逆变电源使有车生活更加方便。随着我国汽车普及程度的不断提高，车载逆变电源的市场会越来越大。文章设计的逆变电源由两部分组成：前一部分把汽车电瓶上 12V 的直流电逆变成 220V、频率10KHz 左右的交流电，后一部分再通过交直交变频得到 50Hz 的 220V 交流电，供普通交流电源供电设备使用。该款逆变电源性能稳定，结构简单，效率高，成本优势明显。 关键词高频逆变；交直交变频；集成控制器；车载电源 DOI10.13939/ki.zgsc.2015.45.071 1 引 言 车载逆变电源作用是把汽车蓄电池 12V 或 24V 的直流电转变为 50Hz的交流电，

2、得到的交流电可以给笔记本电脑、数码摄像机、普通照明灯、平板电脑、电动工具、车载冰箱等使用 220V 交流电源的用电设备供电。车载逆变电源在国外普遍受到欢迎。中国已成为世界上汽车产销量第一大国，随着我国汽车普及程度的逐渐提高，车载逆变电源的市场会越来越巨大。 2 总体设计 车载逆变电源设计主要有两点，一个是把蓄电池电压提升至 220V，另一个就是频率要为 50Hz。把 12V 的电压提到 220V，采用升压斩波电路进行。采用升压斩波电路即 Boost 电路来实现，由于出电压比输入电压高出很多，升压倍数约为 18。由 Boost 电路工作原理易知，占空比约为0.95，理论上可行，但 Boost 电

3、路实际中难以实现1，所以要升压就要借助变压器来实现。变压器如果采用工频变压器，输出同样功率的情况下，体积和重量会比高频变压器大出很多，是人们不能接受的。因此要采用高频变压器，采用高频变换电路。借助高频变压器实现 12V 的电压变为 220V 的电压，输出频率必然也是高频。高频的 220V 交流电，很多我们使用的 220V 市电供电的用电设备不能直接使用。要再进一步变换，把高频直流电源变换成 50Hz 的交流电。从总体结构上来说，设计的电路共有两部分：前一部分借助高频变压器和相就的变换电路把 12V 直流电变为 220V 的高频交流电，后一部分把高频的 220V 交流电变换为 50Hz 的220

4、V 交流电。 输入为 12V 低压输入，输出功率大时输入电流会很大，属低压较大电流输入。全桥式变换电路回路中有两个功率管，而半桥式回路是一半电压对应一个功率管，对推挽式逆变电路回路中功率开关管只有一个，相比较而言，可以减少功耗2。后一部分输入的电压本身比较高，而全桥逆变电路可以实现比较大的功率输出。因此电路设计前一部分采用推挽逆变电路，后一部分采用全桥逆变电路。推挽变换电路输出的高频220V 经高频二极管整流滤波后得到直流电，再经全桥逆变电路得到 50Hz的 220V 的交流电。 3 推挽逆变部分 该部分功能为把蓄电池 12V 直流输出变为高压 220V 输出，频率为10KHz，属高频输出。推

5、挽式变换电路主要由两个开关管 Q1、Q2，变压器T1 构成。开关管 Q1、Q2 正负半周交替通断工作。中心抽头把变器原边对称地分为两半。正半周期开关管 Q1 导通，Q2 关断，12V 蓄电池，变压器原边的一半和 Q1 构成回路；负半周期开关管 Q2 导通，Q1 关断，12V 蓄电池，变压器原边的另一半和 Q2 构成回路。正负半周流过变压器原边的电流方向相反，变压器副边得到交流电3。这里采用的变压器副边匝数等于原边匝数的好多倍，所以输出电压高。逆变输出的交流电频率主要取决于开关管工作频率。如前所叙述，为了减少变压器的重量和体积，采用高频变压器，开关管工作频相对比较高。推挽逆变电路部分如图 1所示

6、。 推挽逆变的控制驱动以 SG3525 为核心。 SG3525 是专用的集成电压型的 PWM 控制器。图 1 推挽逆变电路中芯片 1 脚，2 脚对应一误放大器同向输入端和反向输入端，两脚电压差比较大，输出 PWM 占空比最大4，同样条件下，逆变电路输出电压也最大。5 脚，6 脚外接电阻电容大小决定了芯片输出 PWM 信号频率也就决定了推挽逆变器工作频率。11 脚和 14脚输出两波形一样而相位相差 180的 PWM 信号，分别通过 R6、R7 驱动Q1 和 Q2。 4 整流与全桥逆变部分 整流与全桥逆变部分也即交直交变频部分。该部分功能为把前一部分 220V 高频输出转变成频率 50Hz 的 2

7、20V 的交流电。电路如图 2 所示。220V 的高频交流电经二极管 VD1-VD4 构成的桥式整流电路整流滤变为直流电后再经过四个功率管 VT1-VT4 逆变后得到 220V，50Hz 交流电。控制以 TL494 为核心。芯片 5 脚 6 脚接的电阻电容决定了其输出 PWM 信号的频率也就决定了逆变电路输出频率，5 脚 6 脚接的电阻电容选择恰当的值就可以让逆变电路输出频率为 50Hz。1 脚、2 脚对应于一误差放大器同向输入端和反向输入端，15 脚、16 脚对应于另一误差放大器。两误差放大器反向输出端接 14 脚获得比较高的电压，而同输入端接地，这样输出的PWM 信号占空比最大。8 脚和

8、11 脚为 PWM 信号输出端，互补输出，即相位相差 180。8 脚的输出控制 VT1 和 VT3，11 脚的输出控制 VT2 和VT4。8 脚和 9 脚分别是芯片内部集成的开关三极管的集电极和射极 8 脚输出是低电位时，VT3 不导通，Q11 也不导通，蓄电池 12V 电压通过VD5，R4 和 R1 让 VT1 导通；8 脚输出高电位时，通过 R7 使 VT3 导通，同时易知 Q11 也导通，把 VT1 栅极电位拉低，VT1 截止。11 脚的输出驱动控制 VT2 和 VT4 工作过程和 8 脚输出驱动控制 VT1 和 VT3 相同，只是 8脚和 11 脚输出的 PWM 相位上相差 180。

9、TL494 也是常用的电压型脉宽调制集成控制器。其内部主要集成了线性锯齿波振荡器，两个误差放大器，死区时间比较器，PWM 比较器，基准电压源，触发器等，共有 16 个引脚。线性锯齿波振荡器的振荡频率由 5脚、6 脚上外接的电阻电容来决定。两个误差放大器在这里地位是一样的，它们的输出分别经过一个二极管送到 PWM 比较器的同向输入端，与加在PWM 比较器反向输入端的线性锯齿波做比较，产生 PWM 信号。3 脚是两误差放大器的输出端，也是 PWM 比较器同向输入端；脉冲宽度的调节可以通过 3 脚上的电压来控制，也可分别通过误差放大器进行调节5。13 端为输出控制端，当其接低电平时，两管子工作情况相

10、同，当其接高电平时两管子推挽输出。TL494 内部还有一个基准电压源，通过 14 脚为其在应用时提供 5.0V 的基准电压。芯片的 4 脚为死区控制引脚，可用来限定芯片输出 PWM 的最大占空比。利用此功能，引入反馈信号至引脚上可以限定全桥逆变电路的最大输出电压，图 2 中未画出该部分。 5 结 论 经实践可知，该款逆变电源性能稳定，结构简单，效率高，成本优势明显，可使有车生活更加方便。不足之处在于它的输出不是正弦波，输出电压会受输入电压影响，在 220V 左右一定范围内波动。 参考文献： 1侯振义，夏峥，柏雪倩，等.直流开关电源技术及应用M.北京：电子工业出版社，2007. 2闫福军，梁永春.一种光伏发电系统中辅助电源设计J.电力电子技术，2010，44（8） ，14-16. 3陈德康.脉宽调制器 UC3842 在开关电源中的应用J.西南科技大学学报，2005，20（2）：27-30. 4付瑶，谭智力，于珊.基于 SG3525 控制的车载逆变电源设计J.中国测试，2015，41（1）：77-80. 5张波.基于 TL494 的直流变换器J.电子与封装，2010，10（12）：23-26.