車載逆變器電源的設(shè)計(jì)與制作

車載逆變器電源的設(shè)計(jì)與制作現(xiàn)在汽車越來(lái)越普及，需要一款經(jīng)濟(jì)小巧的車載逆變電源來(lái)滿足旅游外出時(shí)的各種用電需求。本文中的設(shè)計(jì)將汽車電瓶輸出的12V直流電轉(zhuǎn)化為220V/50HZ的交流電，以滿足國(guó)內(nèi)大部分低功率用電器的使用要求。文中是以PWM脈寬調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)，用SG3525A和CD4069芯片產(chǎn)生方波信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)直流到交流的轉(zhuǎn)變關(guān)鍵詞：逆變電源，脈寬調(diào)制，SG3525A,CD4069主電路的設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)車載逆變器的主要目的是滿足車上或戶外一些主要用電器的用電需求，要求小型、輕便、廉價(jià)，不要求大功率和標(biāo)準(zhǔn)的輸出波形，所以設(shè)計(jì)的主要思想是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，小巧輕便，成本較低。為了不影響汽車的正常工作，應(yīng)實(shí)現(xiàn)輸入輸出的隔離，還要盡可能提高電源的轉(zhuǎn)化效率。所以設(shè)計(jì)要求為將汽車電瓶輸出的12V直流電轉(zhuǎn)化為220V/50HZ交流電，電瓶限流15A,所以最大功率180W，用變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，輸出為準(zhǔn)正弦波或方波。1.2總體方案的選取1.1.1方案比較方案一，基于工頻變壓器的逆變電源。文氏振蕩器產(chǎn)生50Hz震蕩，經(jīng)推動(dòng)級(jí)調(diào)制直流電壓，并用工頻變壓器進(jìn)行電壓放大。方案二，基于升壓式(Boost)電路的電壓逆變。用Boost電路將12V升壓到510V,再用50Hz信號(hào)進(jìn)行調(diào)制成交流輸出。方案三，基于中頻逆變的逆變電源。第一級(jí)采用DC/DC變換，將直流低壓通過(guò)脈寬調(diào)制和中頻變壓器升成直流高壓，第二級(jí)DC/AC變換，將直流變?yōu)?0Hz交流。

1.1.2方案選擇方案一的工頻變壓器笨重，占用體積大，不符合小巧輕便的制作要求。方案二將12V升為510V的Boost電路制作難度大，對(duì)元器件性能要求高,所以舍棄。方案三基本符合設(shè)計(jì)要求。前級(jí)采用推挽式升壓電路，推挽變換開(kāi)關(guān)管電壓是電源電壓的兩倍，適合低電壓電源；后級(jí)采用全橋逆變電路，輸出電壓是半橋電路的兩倍，減小了開(kāi)關(guān)管電流應(yīng)力。1.3逆變電源原理框圖主電路如圖1.1，首先將直流電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)調(diào)制成中頻交流電，經(jīng)推挽輸出變圖1.1逆變電源原理框圖調(diào)制圖1.1逆變電源原理框圖調(diào)制成高壓，再整流成直流高壓，經(jīng)全橋逆變電路，變換成220V/50HZ電壓，最后可以濾波成準(zhǔn)正弦波輸出。1.4前級(jí)推挽升壓電路

vtQLIRJFS4O<4-Tz-l3lLKJ^34PG圖1.2前級(jí)推挽升壓電路前級(jí)推挽升壓電路如圖1.2所示，采用IRF840場(chǎng)效應(yīng)晶體管，VDss=500V，/DM=32A,Rds=0-85Q，符合電路設(shè)計(jì)要求，電路簡(jiǎn)單，不用限流電阻，S端可直接接地。通過(guò)推挽升壓，將12V升為540V左右，可以通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)的占空比控制后級(jí)電壓，使輸出可調(diào)。1.5后級(jí)整流及全橋逆變電路

圖1.3后級(jí)整流及全橋逆變電路原理圖圖1.3后級(jí)整流及全橋逆變電路原理圖后級(jí)電路如圖3.3所示，首先采用4個(gè)二極管組成的全橋整流電路進(jìn)行整流，電容濾除高次諧波，將交流電變?yōu)橹绷麟姡缓笥盟膫€(gè)MOS管組成的全橋逆變電路將支流變?yōu)?0Hz交流，最后用濾波電路將方波整成準(zhǔn)正弦波?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)2.1圖2.15腳輸出波形圖如圖2.2為5腳鋸齒波，與誤差放大器電壓比較調(diào)節(jié)脈寬，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。

2.1.2基于SG3525A的控制電路V(X?Hij1￡4|—LLl47{IK-IK.亠***■■■■■V5■￡——T叩<r~ R R亠A-8<1:仔ST—叩 4—4—|IN:EC1酥門101214S1L51115lj--1'?j- Mo——4H— UUL1516r~I]1-1plSG.—■PTf111+C2]uEYc-ut>CT■就pFIo.qiuF百dGNE圖2.2基于SG3525A的控制電路原理圖如圖2.3為基于3525的控制電路，電源接15腳，串聯(lián)小電阻接13腳，以限流和保護(hù)電路，接220uF電容以濾波。Ct選用O.OluF,Rt用100K滑動(dòng)變阻器，實(shí)現(xiàn)頻率在20KHz并可調(diào)節(jié)。2端輸入16腳分壓得到的電壓基準(zhǔn)信號(hào)，與1腳輸入的反饋信號(hào)進(jìn)行誤差放大，與內(nèi)部三角波比較實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。11,14腳輸出反相的PWM波控制信號(hào)。

2.1.3前級(jí)控制電路輸出圖2.3前級(jí)控制電路輸出11,14腳輸出如圖2.4所示，為11.8V,20KHz方波，占空比48.6%,上升沿有一點(diǎn)上沖，對(duì)后級(jí)無(wú)影響。2.2后級(jí)控制電路2.1.1CD4069原理器件參數(shù)CD4069為6反相器集成芯片，管腳圖如圖2.5所示，電源電壓Vdd=5V,VIH二4V,VIL二1V，VOH二4.95V,Vol二0.05V，tpmaF90ns。RHHFl冋悶同Id圄對(duì)囲固因圖2.4CD4069管腳圖2.1.2基于CD4069的控制電路圖2.5基于CD4069的控制電路如圖2.6所示，電路的震蕩由電容C6充放電完成，震蕩頻率f=1/2.2(R-C),R7、R8串聯(lián)共同構(gòu)成R,是震蕩頻率在50Hz左右可調(diào)。R9為補(bǔ)償電阻，改善電源電壓改變導(dǎo)致的振蕩頻率不穩(wěn)。8腳接11腳，實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的雙路反相輸出。Q3、Q4對(duì)信號(hào)進(jìn)行電壓放大，以驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)電路。5.1.3后級(jí)控制電路輸出圖2.6后級(jí)控制電路輸出波形如圖2.7所示,輸出為12V/50HZ方波調(diào)制信號(hào)，可充分驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源電路。剩余部分設(shè)計(jì)與制作3.1變壓器設(shè)計(jì)原理圖3.1推挽升壓變壓器原理如圖3.1,推挽變換電路中，當(dāng)Q1導(dǎo)通，Q2截止時(shí)，電流經(jīng)變壓器初級(jí)上部流過(guò)，當(dāng)Q1截止，Q2導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)變壓器初級(jí)下部流過(guò)，當(dāng)Q1、Q2交替導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)就產(chǎn)生了方向變化的電流，也就產(chǎn)生了變化的磁場(chǎng)，使次級(jí)產(chǎn)生變化的電流。3.2變壓器設(shè)計(jì)由于在20KHz進(jìn)行變壓，選用中頻變壓磁芯EC42，磁通密度計(jì)算時(shí)取Bm=0.3T，測(cè)量鐵芯直徑13mm，由法拉第定律V1二KffN1BmAe，得N1=V1/KfBmAe，計(jì)算得N1為4匝，由N2=V2NJV1，計(jì)算得次級(jí)線圈為90匝。選用直徑1mm導(dǎo)線繞制。

3.3變壓器繞制圖3.2實(shí)驗(yàn)變壓器如圖3.2為實(shí)驗(yàn)繞制低壓變壓器，初級(jí)為4匝，次級(jí)為4匝。先繞初級(jí)4匝后留出抽頭，再按原繞制方向繞4匝，引出線頭，將初級(jí)用絕緣膠帶纏牢,再繞次級(jí)4匝，留出抽頭，用膠帶纏牢，最后裝入磁芯，用膠帶纏牢。圖3.3變壓器輸