多路輸出車載逆變器設(shè)計(jì)

作者/ 王立鵬 山東科技大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院(山東 青島 266590)

*基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金(編號(hào)：ZR2009FM017);中國(guó)博士后科學(xué)基金(編號(hào)：20090461254)

王立鵬(1992-)，男，碩士生，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)。

摘要：為滿足車載逆變器可以同時(shí)為多個(gè)用電設(shè)備充電的需求，設(shè)計(jì)了一款多路輸出的車載逆變器，該逆變器包括220V交流電輸出和USB雙路輸出結(jié)構(gòu)。介紹了車載逆變器的工作原理，研究了結(jié)合LM2596進(jìn)行穩(wěn)壓的方法，提出了使用RH7902結(jié)合該逆變器進(jìn)行雙路輸出的方案。同時(shí)，利用saber仿真軟件對(duì)輸出電壓和輸出電流進(jìn)行仿真，并搭載了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：電源各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有較強(qiáng)的實(shí)用性和可靠性。

引言

　　隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，汽車早已成為人們?nèi)粘Ｉ畹拇焦ぞ?。人們?cè)陂_車工作、學(xué)習(xí)、旅游的同時(shí)，離不開很多實(shí)用的電子產(chǎn)品，比如充電寶、平板電腦、相機(jī)、迷你音箱、USB臺(tái)燈、桌面式風(fēng)扇、USB暖手寶等等[1]，這些電子產(chǎn)品都需要通過(guò)5V的USB接口來(lái)充電，而傳統(tǒng)的車載逆變器只有220V交流電輸出，考慮到充電器的充電頭體積大、不環(huán)保、不安全等因素，本文重點(diǎn)研究了車載逆變器的雙USB輸出設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果良好。

1 220V交流電輸出

1.1 推挽正激

　　推挽正激式DC/DC升壓電路適合由低壓向高壓直流的變換，具有效率較高，電磁干擾較小，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。推挽式開關(guān)電源是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的，它在輸入電壓很低的情況下仍能維持足夠大的功率輸出，因此，該設(shè)計(jì)采用推挽正激直流升壓電路。

　　圖1為推挽正激電路原理圖。變壓器原邊由兩個(gè)開關(guān)管、兩個(gè)原邊繞組和一個(gè)嵌位電容組成。線圈兩端接開關(guān)管TL494控制兩個(gè)開關(guān)管交替導(dǎo)通，變壓器副邊由全橋電路和RLC電路組成。變壓器副邊電壓為正半周時(shí)，對(duì)D1、D4加正向電壓，D1、D4導(dǎo)通;對(duì)D2、D3加反向電壓，D2、D3截止，形成上正下負(fù)的半波整流電壓;U1為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D3加正向電壓，D2、D3導(dǎo)通;對(duì)D1、D4加反向電壓，D1、D4截止，形成上正下負(fù)的半波整流電壓。兩個(gè)開關(guān)管在TL494發(fā)出的PWM信號(hào)的觸發(fā)下來(lái)回導(dǎo)通，在繞組兩端形成相位相反的交流電壓。開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，嵌位電容釋放漏感，降低開關(guān)管的電壓尖峰。12V直流電壓由變壓器升壓為方波電壓，再經(jīng)過(guò)整流濾波得到需要的直流電壓^[2]。

1.2 全橋逆變

　　逆變電路是逆變器的核心。逆變電路結(jié)構(gòu)形式主要有半橋式和全橋式兩種。半橋式逆變電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但電壓利用率低，交流輸出的電壓幅值僅為直流輸出電壓的一半，要輸出同等功率大小的電能，主變壓器原邊的電流要加大一倍，彌補(bǔ)電壓利用率不足的缺點(diǎn)。由于全橋式逆變電路有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，本設(shè)計(jì)采用全橋逆變電路。

　　如圖2是單相電壓型全橋逆變電路。它可看作由兩個(gè)半橋電路組合而成，四個(gè)開關(guān)管組成了兩對(duì)橋臂，互為對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)管交替導(dǎo)通，當(dāng)開關(guān)Q1、Q4閉合，Q2、Q3斷開：0=Ud;開關(guān)Q1、Q4斷開，Q2、Q3閉合：U0=-Ud。這樣，就將直流電壓逆變成交流電壓，選擇PWM控制芯片TL494來(lái)控制開關(guān)的占空比，從而改變整流電壓的平均值，即改變了輸出電壓^[3]。

2 USB雙路輸出

2.1 12V-5V穩(wěn)壓