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便携式车载逆变器的设计

2010-08-09 15:26
孤身万里游
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        随着经济水平的提高,汽车正逐渐成为人们的日常交通工具。然而,人们随身携带的电子产品,比如手机,却不能使用汽车上的电源。因此,开发一款经济实用的车载逆变器就成为一种需求。我们采用集成脉宽调制芯片SG3525A为主控芯片,以CD4020B计数器及与非门电路构成分频分相电路并配以保护电路,实现了逆变器的脉宽调制。其在逆变电源工作时的持续输出功率为100W,并具有输出过流保护及输入欠压保护等功能,可实现电源逆变、电压稳定、欠压保护及过流保护等功能。
  
系统基本原理
  
        本逆变器输入端为汽车蓄电池(+12V,4.5Ah),输出端为工频方波电压(50Hz,220V)。其系统主电路和控制电路框图如图1所示,采用了典型的二级变换,即DC/DC变换和DC/AC逆变。12V直流电压通过推挽式变换逆变为高频方波,经高频升压变压器升压,再整流滤波得到一个稳定的约320V直流电压;然后再由桥式变换以方波逆变的方式,将稳定的直流电压逆变成有效值稍大于220V的方波电压,以驱动负载。为保证系统的可靠运行,分别采集了DC高压侧电压信号、电流信号及蓄电池电压信号,送入SG3525A,通过调整驱动脉冲的占空比或关断脉冲来实现电压调节、过流保护及欠压保护等功能。
 


图1系统主电路和控制电路框图


主要技术参数

输入电压:DC12V;

输出电压:AC220V±5%,50Hz±2%;

额定功率:100W;

保护功能:输入直流极性接反保护,输入欠压保护,输出过流保护。

电路设计
  
1主控芯片SG3525A
  
        SG3525A是ST公司生产的脉冲宽度调制器控制集成电路,具有集成基准电压,振荡器同步,软启动时间控制,输入欠电压锁定等功能。SG3525A的引脚如图2所示。
 


图2SG3525A引脚分布


        振荡频率的确定:振荡频率由三个外部元件RT、CT和RD设置,分别接在6、5、7引脚上。振荡频率为fOSC=1/CT(0.7RT+3RD),其中,0.7RTCT为定时电容充电时间,3RDCT为定时电容放电时间。为了使分频分相电路取得50Hz振荡频率,本设计设定振荡频率为51.2kHz,取CT=2000pF,RT="10k"Ω,RD=922Ω。
  
        输出脉宽的调整:PWM脉冲宽度由引脚9和引脚8中电平较低的一端控制。芯片内部的误差放大器U1将电压反馈信号与基准电压信号偏差放大后送入比较器U2的反向输入端,比较器正向输入端的输入则来自电容器CT上的锯齿波,两者做比较后输出方波脉冲来控制SG3525A内部输出功放管的占空比(见图3)。本设计中将8引脚经电容接地,9引脚接DC/DC高压直流电压的反馈电压,由此调整输出直流电压的稳定。图3中,U1为SG3525A中的误差放大器,1、2、9分别为芯片管脚,R1~R7、C1、C2均为外接电阻电容。SG3525A的16引脚输出5V参考电压。电阻R3、R4及U1构成反比例运算器,R4/R3为其静态放大倍数,其值越大控制精度越高。但放大倍数太大将引起振荡,因此引入C1和R5使误差放大器成为不完全比例积分控制器,此时静态误差放大倍数不变,动态误差放大倍数减小,既不影响控制精度,又避免过冲引起振荡。
 


图3输出直流高压调节原理图


        脉冲的关断:当10引脚加上高电平时,实现对输出脉冲的封锁。本设计使用该项功能实现输出过流过压、输入欠压的保护。

 

 

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