车载逆变电源的研究

车载逆变电源的研究

刘华 李俊霖

国网山东省电力公司威海供电公司 山东 威海 264200

摘要：目前随着国内汽车的广泛应用，车载逆变电源在汽车上的应用有着更大的市场。该文章所看到的车载逆变电源主要是由两部分组成的，第1部分能够把汽车电源的直流电逆变成交流电，直流电的电压为12V，交流电的电压是220V，频率是10 KHz左右的交流电，第2部分能够把交直交变电流逆变为交流电，其参数是50Hz，220V。本文探讨的逆变器是一种性能稳定、结构简单、效率高、性价比高的逆变器。

关键词：高频逆变；交直交变频；集成控制器；车载电源

引言

车载逆变电源的功能是把汽车蓄电池12 V或24 V的直流电转换为50 Hz的交流电。目前，汽车上的逆变器在国外已经得到了广泛的应用。中国已经是全球最大的汽车生产和销售国家，随着汽车在国内的普及率逐步提升，其车用逆变器的市场将会日益庞大。

1车载逆变电源的总体设计

车载逆变电源的设计主要有两个方面，一是把蓄电池电压提高到220 V，二是频率为50 Hz。将12伏电压提升至220伏，是通过一个升压的斩波器来完成的。它是通过一个升压的斩波器电路，也就是 Boost电路来实现的。从 Boost电路的工作原理可以很容易地知道，其占空率大约是0.95，但是 Boost电路在实践中很难实现，因此需要用到电压提升的变压器。若使用工频变送器，在相同的输出功率条件下，其体积、重量将远远大于高频变送器，不为人们所接受。220伏的交流电压是高频的，所以我们现在用的220伏的电网供电的许多用电设备都不能直接用。更进一步的转换，就是将一个高频率的直流电源转换为50赫兹的交流电流。从总体上看，此电路包括两个主要部件：前一部分利用高频变压器和相位的变换电路，把12 V直流电变成220 V的高频交流电，后者将220伏的高频交流电流转换成50赫兹的220伏交流电流。

输入电流会随着输出功率的增大而增加，此时输入的低电压为12 V，该种情况属于低压大电流输入。在全桥转换回路中，采用两个电源管，而在半桥回路中，则采用一个电源管，从而降低了系统的功耗，提高了系统的可靠性。由于后者的输入电压是相对较高的，所以采用全桥逆变器可以获得相对较高的输出功率。在此基础上，本文提出了一种新型的全桥型逆变电路，并对其进行了改进。由推拉转换电路输出的220 V的高频电压，经过高频二极管整流和滤波，产生一个直流电压，然后通过一个全桥逆变器，产生一个50 Hz的220 V的交流电压。

2推挽逆变部分

这一部分的作用是将蓄电池的12 V的直流输出变成高压220 V的输出，并且是10 KHz的，属于高频的输出。该推挽转换电路是以两个开关管Q1,Q2和一个变压器T1为主体的。切换管Q1,Q2在正负两个周期中交替导通和断开。在负半周期间，切换器Q2接通，Q1断开，12 V的蓄电池，与原来的另一端与Q2形成一个环路。在正、负两个周期中，变压器能够产生反向电流，最终是另外一侧的电流为交流电，此时变压器一端的副边匝数高于另外一端，输出电压是比较高的。开关管的工作频率一般情况下与逆变器的输出交流电压有一定的联系。正如前面所说，为了减轻变压器的重量和体积，使用了高频变压器，开关管的工作频率是相当高的。在图1中显示了推挽逆变电路部分。

图1推挽逆变部分

采用SG3525作为逆变器的控制和驱动系统。SG3525为一种特殊的 PWM整流器。图1所示的推挽逆变器的1脚、2脚分别对应着一个误差放大器同向、反向输入端，由于两脚之间的电压差比较大，所以其输出的 PWM占空比也是最大的。在相同的情况下，逆变器的输出电压达到最大值。5、6脚的外部电阻器的容量，将会影响到 PWM信号的输出，从而影响到推挽式逆变器的工作频率。11和14脚输出两个 PWM信号，其波形相同，但相位不同，它们通过R6,R7来驱动Q1,Q2。

3整流与全桥逆变部分

整流-全桥逆变电路也就是交直交变转换电路。这个部件的作用是将前面一个部件的220伏的高频输出转换为220伏的50赫兹的交流电。该线路显示在图2中。

图2整流、全桥逆变及TL494控制部分

220伏的交流电经二极管VD1~VD4形成的桥型整流电路进行整流滤化，变成直流，然后通过四个电源管VT1~VT4进行反向变换，获得220伏、50赫兹的交流电。控制系统采用TL494作为系统的核心。芯片5脚6脚的输出，pwm信号的频率一般情况下是取决于其电阻电容，同时与逆变电路的输出频率也是有关系的。5脚6脚连接的电阻器电容器选取合适的值，即可使逆变电路输出50 Hz。1脚和2脚，15脚和16脚分别对应两个误差放大器，两个误差放大器的相反的输出端子14脚得到一个相对高的电压，并且共用一个输入端子接地，因此， PWM信号的占空率是最大的。8和11是具有180度的相位差的互补输出的 PWM信号的输出。8脚为VT1、VT3，以及11脚为VT2、VT4。8脚为芯片内集成的三极管的集电极，9脚为射极，当8脚为低电势时，VT3、Q11均为不导通，而蓄电池的12 V电压经由VD5、R4、R1使VT1为导通；当8脚的高电压被输出时，VT3经由R7被接通，而很容易导通，Q11也被接通，从而降低VT1的门电势，并且VT1被断开。除了8、11脚所输出的 PWM相位不同之外，11脚的输出驱动装置VT2、VT4的工作方式与8脚的输出驱动装置VT1、VT3的工作方式一样。

同时，TL494也是一种广泛使用的电压源 PWM整合控制器。它的内部主要是由两个误差放大器组成的，该电路由16根管脚组成，包括 PWM比较器、参考电压、触发电路等 电阻电容如果是连接在5脚和6脚上，那么可以确定相应的震动频率。在此过程中，他们的误差位置是相同的，能够在二极管的作用下被送到pwm的同向输入端。将该脉冲与加到 PWM比较电路的反输入端上的一条直线之字形波形相比较，便可得到一个 PWM脉冲。3脚为两个错误放大电路的输出和 PWM比较电路的同向输入；脉宽的调整可由三个端点的电压或由三个端点的误差放大来完成。末端13是一个输出控制端口，在它与一个低电位连接时，这两个管道的动作是一样的。另外，TL494也有一个参考电源，它的14脚为它提供了一个5.0伏的参考电压。该方法通过在管脚中加入一个反馈讯号，就可以确定全桥逆变器的最高输出电压。

结束语

通过使用可以看出，这种逆变器是一种性能稳定、结构简单、效率高、性价比高的新型逆变器，可以让拥有一辆汽车的人的生活更便捷。缺点是其输出为非正弦波，且其输出电压会受到输入电压的影响，在220 V的某一特定范围内起伏。

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