車載逆變電源的設(shè)計方案

　　本文車載逆變電源的設(shè)計主要分兩級，前級使用直流升壓電路，將12 VDC升高到350 VDC左右，后級將高壓直流進行逆變，得到220 V，50 Hz的交流電。前級利用高頻變壓器將直流升壓，這樣可以減小變壓器體積，提高系統(tǒng)的功率密度。前級采用推挽電路設(shè)計，只需2個功率開關(guān)器件。變壓器副邊使用橋式整流電路，得到高壓直流。橋式電路后面是一個三階π型低通濾波器，得到平滑直流，減小紋波。后級逆變電路采用全橋逆變，可以控制諧波含量。最后通過一個巴特沃斯低通濾波器，獲取工頻交流。

　　 車載逆變電源的硬件設(shè)計

　　車載逆變電源主要的硬件在于功率開關(guān)器件的選取。在Saber仿真環(huán)境中，前級DC升壓主電路應(yīng)選取低壓大電流的開關(guān)器件，耐壓要大于2．6倍的蓄電池電壓，選取IRF1010EZ，其額定電流84 A，最大耐壓60 V。逆變電路則相反，應(yīng)選取高壓小電流的功率開關(guān)管，本文選擇IRFP460，500 V耐壓，額定電流20 A。高頻變壓器選擇TDK PC40EER42-Z磁芯，初級2匝，次級80匝，工作頻率50 kHz。由于變壓器工作在高開關(guān)頻率下，副邊整流二極管需要使用快恢復(fù)二極管MUR1660CT，其額定電流8 A，需幾十納秒的反向恢復(fù)時間。交流濾波電路選擇巴特沃斯低通濾波器，截止頻率是基波頻率的2倍，為100 Hz，則由巴特沃斯濾波器設(shè)計特性可以計算出L=225 mH，C=22．5μF。

　　高壓直流端需要進行低通濾波處理，在此選擇三階π型低通濾波器。對于高壓直流端濾波，首先將頻率進行歸一化處理，取的電感L=91.9 mH，C=1．1μF；此外直流高壓端的電容選取要符合一定的要求，即在前級電路不工作時，電容上的電壓仍然能維持12 ms的交流輸出，同時大電容可以維持高壓直流，使其不會出現(xiàn)大的波動。因此需要加上一個大電容，作為前級DC／DC升壓電路斷電后的電源。由電容能量公式公式，功率P為500W，并且在12 ms內(nèi)電壓降為穩(wěn)定電壓的90％，計算出C=850μF，取標準電容值820μF。

　 ? 車載逆變電源的仿真實驗

　　該設(shè)計的原理圖中前級使用推挽電路，連接到變壓器上，再通過整流，濾波，逆變得到交流電。反饋回路上通過接口模塊voltage to var，將輸出的電壓反饋回去。而MOS管的驅(qū)動則是使用var to voltage接口模塊，將變量轉(zhuǎn)換成電氣量，應(yīng)用到電路中去作為控制脈沖。

　　仿真原理圖是在Saber中搭建的。其中模塊Inverter_cosim是Saber與Simulink接口模塊，負責(zé)Saber與Simulink之間的數(shù)據(jù)傳輸。該模塊共有6個輸出接口，1個輸入接口。輸入接口為負載實時電壓，檢測電壓進行實時反饋。輸出接口中，2個用于控制推挽電路的開關(guān)管的導(dǎo)通，調(diào)整占空比；其余4個用于控制逆變電路的功率管的導(dǎo)通，實現(xiàn)逆變。

　　Inverter_cosim模塊中即是實現(xiàn)Matlab／Simulink控制功能的，相當(dāng)于“子系統(tǒng)”一樣，將控制模塊封裝起來，然后留出輸入／輸出接口，用于與整個系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。Inverter_cosim模塊按如下方法得到：

　　（1）打開Saber軟件主界面的SaberSimulink Cosimulation Tool；

　　（2）選擇File→Import Simulink，選擇控制系統(tǒng)的Model文件即．mdl文件；

　　（3）選擇Model文件之后，Cosim Tool自動檢測并留出聯(lián)合仿真模塊的輸入／輸出；

　　（4）本例設(shè)置聯(lián)合仿真步長為1μs，系統(tǒng)自動生成symbol文件即．ai_sym文件；

　　（5）將symbol文件放入仿真原理圖中，連接好即可進行仿真。

　　在原理圖連接好以后，即可進行暫態(tài)分析，仿真調(diào)用Inverter_cosim模塊的過程如下：首先Saber進行網(wǎng)絡(luò)表生成，然后進行暫態(tài)仿真，此時Saber會打開Matlab／Simulink，并將Simulink中的模型文件打開，調(diào)用Simulink，最后整個系統(tǒng)進行仿真，通過Inverter_cosim模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)兩者的聯(lián)合仿真。