便攜式車載逆變器的設計 - 全文

　　隨著經濟水平的提高，汽車正逐漸成為人們的日常交通工具。然而，人們隨身攜帶的電子產品，比如手機，卻不能使用汽車上的電源。因此，開發一款經濟實用的車載逆變器就成為一種需求。我們采用集成脈寬調制芯片SG3525A為主控芯片，以CD4020B計數器及與非門電路構成分頻分相電路并配以保護電路，實現了逆變器的脈寬調制。其在逆變電源工作時的持續輸出功率為100W，并具有輸出過流保護及輸入欠壓保護等功能，可實現電源逆變、電壓穩定、欠壓保護及過流保護等功能。

　　系統基本原理

　　本逆變器輸入端為汽車蓄電池(+12V，4.5Ah)，輸出端為工頻方波電壓(50Hz，220V)。其系統主電路和控制電路框圖如圖1所示，采用了典型的二級變換，即DC/DC變換和DC/AC逆變。12V直流電壓通過推挽式變換逆變為高頻方波，經高頻升壓變壓器升壓，再整流濾波得到一個穩定的約320V直流電壓；然后再由橋式變換以方波逆變的方式，將穩定的直流電壓逆變成有效值稍大于220V的方波電壓，以驅動負載。為保證系統的可靠運行，分別采集了DC高壓側電壓信號、電流信號及蓄電池電壓信號，送入SG3525A，通過調整驅動脈沖的占空比或關斷脈沖來實現電壓調節、過流保護及欠壓保護等功能。

? 系統主電路和控制電路框圖

圖1系統主電路和控制電路框圖

　　主要技術參數

　　輸入電壓:DC12V；

　　輸出電壓:AC220V±5%，50Hz±2%；

　　額定功率:100W；

　　保護功能:輸入直流極性接反保護，輸入欠壓保護，輸出過流保護。

　　電路設計

　　1主控芯片SG3525A

　　SG3525A是ST公司生產的脈沖寬度調制器控制集成電路,具有集成基準電壓，振蕩器同步，軟啟動時間控制，輸入欠電壓鎖定等功能。SG3525A的引腳如圖2所示。

? SG3525A引腳分布

圖2SG3525A引腳分布

　　振蕩頻率的確定：振蕩頻率由三個外部元件RT、CT和RD設置，分別接在6、5、7引腳上。振蕩頻率為fOSC=1/CT(0.7RT+3RD)，其中，0.7RTCT為定時電容充電時間，3RDCT為定時電容放電時間。為了使分頻分相電路取得50Hz振蕩頻率，本設計設定振蕩頻率為51.2kHz，取CT＝2000pF,RT="10k"Ω，RD=922Ω。

　　輸出脈寬的調整：PWM脈沖寬度由引腳9和引腳8中電平較低的一端控制。芯片內部的誤差放大器U1將電壓反饋信號與基準電壓信號偏差放大后送入比較器U2的反向輸入端，比較器正向輸入端的輸入則來自電容器CT上的鋸齒波，兩者做比較后輸出方波脈沖來控制SG3525A內部輸出功放管的占空比（見圖3）。本設計中將8引腳經電容接地，9引腳接DC/DC高壓直流電壓的反饋電壓，由此調整輸出直流電壓的穩定。圖3中，U1為SG3525A中的誤差放大器，1、2、9分別為芯片管腳，R1～R7、C1、C2均為外接電阻電容。SG3525A的16引腳輸出5V參考電壓。電阻R3、R4及U1構成反比例運算器，R4/R3為其靜態放大倍數，其值越大控制精度越高。但放大倍數太大將引起振蕩，因此引入C1和R5使誤差放大器成為不完全比例積分控制器，此時靜態誤差放大倍數不變，動態誤差放大倍數減小，既不影響控制精度，又避免過沖引起振蕩。

? 輸出直流高壓調節原理圖

圖3輸出直流高壓調節原理圖

　　脈沖的關斷：當10引腳加上高電平時，實現對輸出脈沖的封鎖。本設計使用該項功能實現輸出過流過壓、輸入欠壓的保護。

　　2分頻分相電路

　　由14級串行二進制計數/分配器CD4020B構成分頻電路，分頻信號來自SG3525A的振蕩器輸出端引腳4。圖4中的A、B、C分別代表振蕩器脈沖經8、9、10級分頻后的波形，其頻率分別為fA=fOSC/28,fB="fOSC/29",fC="fOSC/210"。分相電路由單片兩輸入端四與非門CD4011BC及外圍器件組成，將信號ABC邏輯組合成逆變橋所需要的驅動脈沖(A+B)C與(A+B)C信號。該驅動信號具有共同死區，信號頻率約為50Hz。

圖4分頻分相波形圖

　　3保護電路

　　①輸入欠壓保護

　　如圖5所示，D1為蓄電池極性反接保護。SG3525A的引腳16輸出參考電壓5V,取R3＝R4=10kΩ。在正常情況下，U1的反相輸入端電壓大于正向輸入端電壓，U1輸出低電平，二極管D1、D2截止。當蓄電池電壓低于10V時，比較器U1開始工作，輸出由低電平變為高電平，D2、D3導通，并把同相輸入端電位提升為高電平，使得U1一直穩定輸出高電平，向SG3525A的引腳10輸出關斷信號。

? 輸入欠壓保護電路