基于SG3525的車載正弦逆變電源設計

?隨著社會的發(fā)展，汽車越來越與人們的生活息息相關，而汽車用的直流電壓一般為12V，不能為便攜式電子設備直接使用。為此，車載電源(就是把直流12 V電壓轉(zhuǎn)換成交流220 V／50 Hz電源)的研制日益引起人們的重視。

　　傳統(tǒng)車載電源一般采用逆變器加工頻變壓器的方案，它存在體積大、效率低等缺陷。隨著新型電力電子器件和電力電子技術的發(fā)展，采用高頻鏈的方案來實現(xiàn)無工頻變壓器的逆變電路，可以很好地解決傳統(tǒng)車載電源存在的問題，同時能保證車載電源的輸出電壓更穩(wěn)定、更平滑。

　　1 車載電源電路結(jié)構與功能分析

　　車載電源系統(tǒng)如圖1所示。12V直流電壓經(jīng)過高頻逆變和高頻整流，得到一個符合要求的：350V直流電壓，該部分的控制信號由TL494芯片產(chǎn)生。

　　圖1車載電源系統(tǒng)結(jié)構

　　再經(jīng)過全橋DC/AC逆變電路,得到220V/50Hz交流電壓輸出。為保證系統(tǒng)可靠運行,防止主電路對控制電路的干擾,采用主、控電路完全隔離的方法,即驅(qū)動信號用光耦隔離,反饋信號用變壓器隔離,輔助電源用變壓器隔離等。

　　對于整個系統(tǒng)而言,逆變電路能否正常工作決定了整個系統(tǒng)能否正常運行。所以,設計的重點在逆變器的控制和檢測上。

　　1.1 SG3525結(jié)構框圖和引腳功能

　　系統(tǒng)采用SG3525來實現(xiàn)SPWM控制信號的輸出,該芯片其引腳及內(nèi)部框圖如圖2所示。

　　圖2 SG3525引腳及內(nèi)部框圖

　　直流電源Vs從腳15接入后分兩路,一路加到或非門;另一路送到基準電壓穩(wěn)壓器的輸入端,產(chǎn)生穩(wěn)定的＋5V基準電壓。＋5V再送到內(nèi)部（或外部）電路的其它元器件作為電源。

　　振蕩器腳5須外接電容CT,腳6須外接電阻RT。振蕩器頻率f由外接電阻RT和電容CT決定,f=1.18/RTCT。逆變橋開關頻率定為10kHz,取CT=0.22霧,RT=5k佟Ｕ竦雌韉氖涑齜治?鉸

　　一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門;另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端,比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出。誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進行比較,輸出一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖,再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端?；蚍情T的另兩個輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個輸出互補,交替輸出高低電平,將PWM脈沖送至三極管V1及V2的基極,鋸齒波的作用是加入死區(qū)時間,保證V1及V2不同時導通。最后,V1及V2分別輸出相位相差180°的PWM波。

　　1.2 SPWM調(diào)制信號的產(chǎn)生

　　要得到正弦電壓的輸出,就要使逆變電路的控制信號以SPWM方式控制功率管的開關,所得到的脈沖方波輸出再經(jīng)過濾波就可以得到正弦輸出電壓。通過SG3525來實現(xiàn)輸出正弦電壓,首先要得到SPWM的調(diào)制信號,而要得到SPWM調(diào)制信號,必須得有一個幅值在1～3.5V,按正弦規(guī)律變化的饅頭波,將它加到SG3525腳2,并與鋸齒波比較,就可得到正弦脈寬調(diào)制波。

　　實現(xiàn)SPWM的控制電路框圖如圖3(a)所示,實際電路各點的波形如圖3(b)所示。

　　(a)SPWM控制電路框圖

　　(b)SPWM電路主要節(jié)點的波形

　　圖3 控制電路框圖及各點波形

　　由圖3可知,基準50Hz的方波是由555芯片生成的,用來控制輸出電壓有效值和基準值比較產(chǎn)生的誤差信號,使其轉(zhuǎn)換成50Hz的方波,經(jīng)過低頻濾波,得到正弦的控制信號。當電源輸出電壓發(fā)生變化時,會改變正弦信號的幅值,使得SG3525輸出脈寬也發(fā)生相應的變化,這就構成了一個閉合的反饋回路,能有效穩(wěn)定輸出的波形。

　　1.3 過電流保護

　　過電流保護采用電流互感器作為電流檢測元件,其具有足夠快的響應速度,能夠在IGBT允許的過流時間內(nèi)將其關斷,起到保護作用。

　　如圖1所示,過流保護信號取自CT2,經(jīng)分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端,如圖4所示。當同相輸入端過電流檢測信號比反相輸入端參考電平高時,比較器輸出高電平,使D2從原來的反向偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)?并把同相端電位提升為高電平,使電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平。同時,該過電流信號還送到SG3525的腳10。當SG3525的腳10為高電平時,其腳11及腳14上輸出的脈寬調(diào)制脈沖就會立即消失而成為零。

　　圖4 過電流保護電路