車載便攜式SPWM逆變器設計

　目前，汽車普及率日益升高，車載逆變器將汽車點煙器輸出12 V DC轉(zhuǎn)換成220 V/50 Hz交流電，供一般的電器產(chǎn)品使用。車載逆變器作為一種移動中使用的電源轉(zhuǎn)換器，為人們外出工作或旅游提供了很大的便利，具有廣闊的市場前景。汽車上使用的電器多為商用或一般生活用，如車用冰箱、筆記本電腦、手機充電器、汽車DVD等，有些設備方波逆變不能滿足其供電要求，如車用冰箱，必須要50 Hz的正弦波才能正常工作，因此車載正弦波逆變電源成為一種趨勢。
　　本文介紹的基于LM25037的高效便攜式車載逆變電源的主要參數(shù)為：輸入電壓9.6～16.2 V DC；輸出電壓220 V（±10 V）50 Hz（±0.5%） AC；輸出功率500 W。
　　系統(tǒng)基本原理
　　系統(tǒng)輸入為12 V DC蓄電池，輸出為220 V/50 Hz。采用如圖1所示的典型二級結(jié)構(gòu)DC/DC高頻升壓和DC/AC低頻逆變。首先，DC/DC變換器將蓄電池12 V DC升高至360 V；然后全橋SPWM逆變將直流電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成有效值為220 V/50 Hz方波，供負載使用。
　　
　　DC/DC電路設計
　　對于高壓輸出場合，從安全角度考慮，一般采用變壓器隔離型結(jié)構(gòu)。推挽正激變換器具有推挽變換器和正激變換器的優(yōu)點， 變壓器雙向勵磁，磁芯利用率高，加入箝位電容后能夠有效地抑制開關管的電壓尖峰及變壓器偏磁問題，并且無需磁復位電路，在輸入低壓大電流的場合具有一定的應用價值［1，2］。本系統(tǒng)輸入電壓9.6～16 V DC，滿載時輸入電流50 A左右，單個推挽正激變換器難以實現(xiàn)較高的效率。因此，本系統(tǒng)采用了如圖2所示的組合式推挽正激變換器，即輸入側(cè)并聯(lián)輸出側(cè)串聯(lián)IPOS。IPOS結(jié)構(gòu)有如下幾方面的優(yōu)點：原邊開關電流應力減?。?個變換器采用交錯并聯(lián)控制方式，減小輸入電流紋波；輸出側(cè)串聯(lián)結(jié)構(gòu)減小了輸出整流二極管電壓應力［3］。輸出側(cè)加入?yún)⒖嘉墨I［1］提出的雙CDD吸收電路有效的抑制了整流二極管反向恢復引起的電壓尖峰，便于選取額定電壓較低的二極管，減小導通損耗。
　　
　　DC/DC控制電路采用美國國家半導體公司針對車載電源系統(tǒng)設計的芯片LM25037，該芯片具有以下幾個方面的特點：（1）寬范圍輸入工作電壓5.5 V～75 V；（2）可采用電壓前饋模式或峰值電流模式控制；（3）內(nèi)部集成前饋PWM鋸齒波發(fā)生器；（4）具有可編程的遲滯欠壓保護和死區(qū)時間功能；（5）帶有延時的定時器雙重模式的過流保護功能；（6）可編程的最大占空比和軟啟動；（7）內(nèi)部集成了高精度的誤差放大器和過流比較器，具有外同步等功能；（8）2路交替輸出的驅(qū)動信號，適合于推挽、全橋和半橋等拓撲結(jié)構(gòu)［4］。
　　DC/DC變換器采用Common-duty ratio控制，通過閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制模塊2的輸出電壓穩(wěn)定在180 V。利用十進制的CD4017分頻器對1 MHz的輸入信號分頻，得到相差1/4T s的2個時鐘信號作為2片LM25037的外同步信號，模塊2輸出電壓誤差PI調(diào)節(jié)后信號作為2片控制芯片COMP端給定，實現(xiàn)2個模塊的交錯并聯(lián)。