500W储能逆变电源设计

生活中需要一台小功率电源装置，以备在停电或户外旅行等应用场合应急使用。小功率电源（户外电源）架构包括了光伏发电、电池充电管理、USB/Type-C充电接口、逆变单元等部分。

整个电源系统结构比较复杂，这里主要谈谈逆变单元，逆变单元是将储存在电池包中的低压直流电能转换为市电AC220V，为交流负载供电。通常电池输出的电压为12V、24V和48V，这个根据设计需求进行选择，下面所谈到的是输入DC24V输出AC220V硬件方案。户外电源结构如图1所示。

图1中逆变单元拓扑如图2所示。由于设计为小功率逆变器，前级采用谐振型推挽拓扑进行升压，将电池包中的低压转换为可以满足逆变标准的直流高压；前级推挽拓扑变压器副边增加电容元件，使高压侧工作在谐振状态。其目的：是实现原边开关管零电流（ZCS）关断。软开关技术可以提高变换器的工作频率，减小开关过程中开关管的开关损耗，提高变换器的功率密度，减小变换器体积。

后级采用全桥逆变电路拓扑结构，实现直流电能逆变为交流电能，以供交流负载使用。逆变采用SPWM调制方式，将直流电压逆变器幅值为311V，频率为50Hz的正弦波。后级逆变器采用全桥逆变主拓扑结构，采用单极性等效双极性SPWM调制方式，提高正弦波的电能质量。

控制电路分为两部分，前级谐振型推挽变换器采用SG3525型PWM控制器控制，后级全桥逆变器采用单片机控制。SG3525脉宽调制器是利用模拟的方式实现的一种调制方式，设计中将PWM占空比为0.5，工作频率固定（与谐振频率相等）。

推挽电路工作在开环模式，保证在负载变化的情况下，电源始终工作在最佳工作点。后级逆变电路采用双PI调制，将前级变换的高压直流电逆变为用电器所需的交流电。本文中的功率级架构实现软开关，具有高的效率和功率密度，能够在实际中得到广泛的应用。

根据工作原理搭建的两级式逆变单元仿真模型如图3所示。模型主要包括四部分：推挽谐振变换器（PPSC）、推挽控制器（SG3525）单相逆变器（SIC）和双PI闭环调节器（DPI）。

设置负载为阻性，输出功率为200W，仿真步长设置1×10e-7，仿真时间为0.2s。仿真波形如图4所示。

图4中，a图中Vds为Q2漏源电压、Vgs为Q2门极驱动电压、Ids为Q2漏源电流。b图中Vo为推挽变换器输出电压、Ir为推挽变换器高压侧谐振电流。c图中Vo_ac为逆变器输出电压、Io_ac为逆变器输出电流。

推挽谐振变换器工作在谐振频率点处，开关管Q1、Q2均能实现软开关，变换器具有较高的变换效率。通过仿真证明所设置的参数合理。然后进行样机的设计，图5为是所设计的两级式逆变器。

(1) 测试100W负载时，输入为24V，逆变器工作波形如图6所示。

图6中，a图中，iin为直流输入电流。b图中，ids为流过Q2漏源电流、Vds为Q2漏源极电压。c图中，ir为推挽变换器谐振电流、Vbus为直流母线电压。d图中，io为输出电流、Vo为输出电压。

(2) 测试200W负载时，输入为24V，逆变器工作波形如图7所示。

图7中，a图中，iin为直流输入电流。b图中，ids为流过Q2漏源电流、Vds为Q2漏源极电压。c图中，ir为推挽变换器谐振电流。d图中，Vbus为直流母线电压、io为输出电流、Vo为输出电压。

感兴趣的朋友想自己DIY一台户外电源可以与小编一起交流学习，做一台属于自己的电源，可留言。下面是500W户外电源方案，包括BMS板、逆变单元和DC接口控制板三部分。

基本参数：2个USB充电接口，最大均支持18W输出(5V3.4A,9V2A,12V1.5A) 支持BC1.2,Apple，三星协议，高通QC2.0,OC3.0，华为FCP，三星AFC

2个Type-C接口，接口1最大30W输出(支持5V,9V,12V,15V,20V)支持PD2.0/PD3.0(PPS)输出协议，QC2.0，QC3.0，MTK PE，华为FCP，SCP，三星AFC，展讯SFCP；接口2最大60W输出(20V3A)，支持PD2.0/PD3.0/PPS/QC4+ /QC4/QC3.0/QC2.0/AFC，支持FCP/低压SCP/高压SCP/PE2.0/PE1.1/SFCP

DC输入:18V/3.5A，可以外接太阳能充电板(MPPT)，AC输出500W/220V。

该方案具备完备的保护功能，比如输入输出过压、过流、短路保护；采用软/硬件多重保护机制等，最大限度保证电源安全。