车载逆变器电源的设计与制作.docx
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车载逆变器电源的设计与制作
车载逆变器电源的设计与制作
现在汽车越来越普及，需要一款经济小巧的车载逆变电源来满足旅游外出时的各种用电需求。
本文中的设计将汽车电瓶输出的12V直流电转化为220V/50HZ的交流电，以满足国内大部分低功率用电器的使用要求。
文中是以PWM脉宽调制技术为基础，用SG3525A和CD4069芯片产生方波信号，以实现直流到交流的转变
关键词：
逆变电源，脉宽调制，SG3525A,CD4069
主电路的设计
1.1设计要求及系统指标
设计车载逆变器的主要目的是满足车上或户外一些主要用电器的用电需求，要求小型、轻便、廉价，不要求大功率和标准的输出波形，所以设计的主要思想是结构简单，小巧轻便，成本较低。
为了不影响汽车的正常工作，应实现输入输出的隔离，还要尽可能提高电源的转化效率。
所以设计要求为将汽车电瓶输出的12V直流电转化为220V/50Hz交流电，电瓶限流15A,所以最大功率180W，用变压器实现电气隔离，输出为准正弦波或方波。
1.2总体方案的选取
1.1.1方案比较
方案一，基于工频变压器的逆变电源。
文氏振荡器产生50Hz震荡，经推动级调制直流电压，并用工频变压器进行电压放大。
方案二，基于升压式（Boost）电路的电压逆变。
用Boost电路将12V升压到510V，再用50Hz信号进行调制成交流输出。
方案三，基于中频逆变的逆变电源。
第一级采用DC/DC变换，将直流低压通过脉宽调制和中频变压器升成直流高压，第二级DC/AC变换，将直流变为50Hz交流。
1.1.2方案选择
方案一的工频变压器笨重，占用体积大，不符合小巧轻便的制作要求。
方案二将12V升为510V的Boost电路制作难度大，对元器件性能要求高，所以舍弃。
方案三基本符合设计要求。
前级采用推挽式升压电路，推挽变换开关管电压是电源电压的两倍，适合低电压电源；后级采用全桥逆变电路，输出电压是半桥电路的两倍，减小了开关管电流应力。
1.3逆变电源原理框图
主电路如图1.1，首先将直流电压经开关调制成中频交流电，经推挽输出变
图1.1逆变电源原理框图
成高压，再整流成直流高压，经全桥逆变电路，变换成220V/50Hz电压，最后可以滤波成准正弦波输出。
1.4前级推挽升压电路
图1.2前级推挽升压电路
前级推挽升压电路如图1.2所示，采用IRF840场效应晶体管，
，符合电路设计要求，电路简单，不用限流电阻，S端可直接接地。
通过推挽升压，将12V升为540V左右，可以通过调节调制信号的占空比控制后级电压，使输出可调。
1.5后级整流及全桥逆变电路
图1.3后级整流及全桥逆变电路原理图
后级电路如图3.3所示，首先采用4个二极管组成的全桥整流电路进行整流，电容滤除高次谐波，将交流电变为直流电，然后用四个MOS管组成的全桥逆变电路将支流变为50Hz交流，最后用滤波电路将方波整成准正弦波。
控制电路设计
2.1
图2.25脚输出波形图
如图2.2为5脚锯齿波，与误差放大器电压比较调节脉宽，可实现稳压作用。
2.1.2基于SG3525A的控制电路
图2.3基于SG3525A的控制电路原理图
如图2.3为基于3525的控制电路，电源接15脚，串联小电阻接13脚，以限流和保护电路，接220uF电容以滤波。
Ct选用0.01uF，Rt用100K滑动变阻器，实现频率在20KHz并可调节。
2端输入16脚分压得到的电压基准信号，与1脚输入的反馈信号进行误差放大，与内部三角波比较实现稳压。
11,14脚输出反相的PWM波控制信号。
2.1.3前级控制电路输出
图2.4前级控制电路输出
11,14脚输出如图2.4所示，为11.8V，20KHz方波，占空比48.6%，上升沿有一点上冲，对后级无影响。
2.2后级控制电路
2.1.1CD4069原理器件参数
CD4069为6反相器集成芯片，管脚图如图2.5所示，电源电压Vdd=5V，
，
。
图2.5CD4069管脚图
2.1.2基于CD4069的控制电路
图2.6基于CD4069的控制电路
如图2.6所示，电路的震荡由电容C6充放电完成，震荡频率
，R7、R8串联共同构成R，是震荡频率在50Hz左右可调。
R9为补偿电阻，改善电源电压改变导致的振荡频率不稳。
8脚接11脚，实现调制信号的双路反相输出。
Q3、Q4对信号进行电压放大，以驱动电源开关电路。
5.1.3后级控制电路输出
图2.7后级控制电路输出波形
如图2.7所示，输出为12V/50Hz方波调制信号，可充分驱动开关电源电路。
剩余部分设计与制作
3.1变压器设计原理
图3.1推挽升压变压器原理
如图3.1，推挽变换电路中，当Q1导通，Q2截止时，电流经变压器初级上部流过，当Q1截止，Q2导通时，电流经变压器初级下部流过，当Q1、Q2交替导通时，初级就产生了方向变化的电流，也就产生了变化的磁场，使次级产生变化的电流。
3.2变压器设计
由于在20KHz进行变压，选用中频变压磁芯EC42，磁通密度计算时取Bm=0.3T，测量铁芯直径13mm，由法拉第定律
，得
，计算得N1为4匝，由
，计算得次级线圈为90匝。
选用直径1mm导线绕制。
3.3变压器绕制
图3.2实验变压器
如图3.2为实验绕制低压变压器，初级为4匝，次级为4匝。
先绕初级4匝后留出抽头，再按原绕制方向绕4匝，引出线头，将初级用绝缘胶带缠牢，再绕次级4匝，留出抽头，用胶带缠牢，最后装入磁芯，用胶带缠牢。
图3.3变压器输出波形
如图3.3为变压器输出波形，由于开关控制信号占空比较小，输出有一段零电平。
由于漏磁，上升沿有上冲。
3.4最终输出
图3.4负载为10欧姆时的波形
如图3.4为低压时带10欧姆电阻波形。
在加入滤波电路后，波形明显变好，电压略有降低，最终输出为220V/50Hz准正弦波。
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