便攜式車載逆變器的設(shè)計(jì)

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，比如手機(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。

　　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、電流信號及蓄電池電壓信號，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

　　主要技術(shù)參數(shù)

　　輸入電壓:DC12V；

　　輸出電壓:AC220V±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)。

　　電路設(shè)計(jì)

　　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2SG3525A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將電壓反饋信號與基準(zhǔn)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(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)。