隨著經(jīng)濟(jì)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(chǎn)品,，例如手機(jī)，卻不能使用汽車上的電源,，因此開發(fā)一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的車載逆變器就成為一種需求,。
我們采用集成脈寬調(diào)制芯片SG3525A為主控芯片,，以CD4020B計(jì)數(shù)器及與非門電路構(gòu)成分頻分相電路并配以保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)了逆變器的脈寬調(diào)制其在逆變電源工作時(shí)的持續(xù)輸出功率為100W,，并具有輸出過流保護(hù)及輸入欠壓保護(hù)等功能,，可實(shí)現(xiàn)電源逆變、電壓穩(wěn)定,、欠壓保護(hù)及過流保護(hù)等功能,。
1 系統(tǒng)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(tǒng)主電路和控制電路框圖如圖1所示，采用了典型的二級(jí)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?yōu)楦哳l方波,，經(jīng)高頻升壓變壓器升壓，再整流濾波得到一個(gè)穩(wěn)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(wěn)定的直流電壓逆變成有效值稍大于220V的方波電壓，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載為保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,，分別采集了DC高壓側(cè)電壓信號(hào),、電流信號(hào)及蓄電池電壓信號(hào)，送入SG3525A,，通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比或關(guān)斷脈沖來實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié),、過流保護(hù)及欠壓保護(hù)等功能。
圖1 系統(tǒng)主電路和控制電路框圖
2 主要技術(shù)參數(shù)
輸入電壓：DC 12V,；
輸出電壓：AC 220V±5%,，50Hz±2%；
額定功率：100W,；
保護(hù)功能：輸入直流極性接反保護(hù),，輸入欠壓保護(hù)，輸出過流保護(hù)
3 電路設(shè)計(jì)
3.1 主控芯片SG3525A
SG3525A是ST公司生產(chǎn)的脈沖寬度調(diào)制器控制集成電路具有集成基準(zhǔn)電壓,，振蕩器同步,，軟啟動(dòng)時(shí)間控制，輸入欠電壓鎖定等功能SG3525A的引腳如圖2所示,。
圖2 SG3525A引腳分布
振蕩頻率的確定：振蕩頻率由三個(gè)外部元件RT,、CT和RD設(shè)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(shí)電容充電時(shí)間,，3RDCT為定時(shí)電容放電時(shí)間為了使分頻分相電路取得50Hz振蕩頻率,，本設(shè)計(jì)設(shè)定振蕩頻率為 51.2kHz，取CT＝2000pF RT=10kΩ,，RD=922Ω,。
輸出脈寬的調(diào)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(nèi)部的誤差放大器U1將電壓反饋信號(hào)與基準(zhǔn)電壓信號(hào)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(nèi)部輸出功放管的占空比（見圖3）本設(shè)計(jì)中將8引腳經(jīng)電容接地,，9引腳接DC/DC高壓直流電壓的反饋電壓，由此調(diào)整輸出直流電壓的穩(wěn)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(gòu)成反比例運(yùn)算器,，R4/R3為其靜態(tài)放大倍數(shù),，其值越大控制精度越高但放大倍數(shù)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(shí)靜態(tài)誤差放大倍數(shù)不變,，動(dòng)態(tài)誤差放大倍數(shù)減小，既不影響控制精度,，又避免過沖引起振蕩,。
圖3 輸出直流高壓調(diào)節(jié)原理圖
脈沖的關(guān)斷：當(dāng)10引腳加上高電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖的封鎖本設(shè)計(jì)使用該項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)輸出過流過壓,、輸入欠壓的保護(hù),。
3.2 分頻分相電路
由14級(jí)串行二進(jìn)制計(jì)數(shù)/分配器CD4020B構(gòu)成分頻電路，分頻信號(hào)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(jīng)8、9,、10級(jí)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(hào)ABC邏輯組合成逆變橋所需要的驅(qū)動(dòng)脈沖（A+B）C與（A+B）C信號(hào)該驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有共同死區(qū),，信號(hào)頻率約為50Hz,。
圖4 分頻分相波形圖
3.3 保護(hù)電路
① 輸入欠壓保護(hù)
如圖5所示，D1為蓄電池極性反接保護(hù)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(dāng)蓄電池電壓低于10V時(shí),，比較器U1開始工作,，輸出由低電平變?yōu)楦唠娖剑珼2,、D3導(dǎo)通,，并把同相輸入端電位提升為高電平，使得U1一直穩(wěn)定輸出高電平,，向SG3525A的引腳10輸出關(guān)斷信號(hào),。
圖5 輸入欠壓保護(hù)電路
② 輸出電流過載保護(hù)
如圖6所示，運(yùn)放U2及外圍電阻構(gòu)成反比例放大器,，運(yùn)放U3及外圍電路構(gòu)成比較器圖1中的R3為取樣電阻,，取2.2Ω，2W當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí),，該電阻的壓降△U增大,。
圖6 輸出電流過載保護(hù)電路
運(yùn)放U3正向輸入端輸入電壓為： U＋=（1+R2/R1）×（R3/R4）×△U。
合適的調(diào)整R1,、R2,、R3、R4的取值,，使得當(dāng)負(fù)載電流超過1.5A后,，U3的正向輸入端電位高于反向輸入端，輸出高電位,，二極管D2,、D3導(dǎo)通，并把同相輸入端電位提升為高電平,，使得U1一直穩(wěn)定輸出高電平,，向SG3525A的10引腳輸出關(guān)斷信號(hào)。
4 散熱設(shè)計(jì)
為了進(jìn)一步減小體積,，減輕重量,，采取了利用外殼（機(jī)殼）散熱致冷辦法，既解決了散熱,，又使整機(jī)體積變小,，重量減輕。
逆變器試驗(yàn)輸出波形
DC／DC變換輸出電壓穩(wěn)定在320V,，逆變橋開關(guān)頻率為50Hz,，接500Ω電阻負(fù)載實(shí)驗(yàn)的電路波形如圖7所示。
圖7 試驗(yàn)電路輸出波形
5 結(jié)語
本文設(shè)計(jì)的車載逆變電源電路主要采用集成化芯片，使得電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、性能穩(wěn)定,、成本較低經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明，該逆變電源工作穩(wěn)定可靠,，能夠持續(xù)輸出功率100W,。