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车载便携式SPWM逆变器设计
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2017-11-27
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目前，汽车普及率日益升高，车载逆变器将汽车点烟器输出12 V DC转换成220 V/50 Hz交流电，供一般的电器产品使用。车载逆变器作为一种移动中使用的电源转换器，为人们外出工作或旅游提供了很大的便利，具有广阔的市场前景。汽车上使用的电器多为商用或一般生活用，如车用冰箱、笔记本电脑、手机充电器、汽车DVD等，有些设备方波逆变不能满足其供电要求，如车用冰箱，必须要50 Hz的正弦波才能正常工作，因此车载正弦波逆变电源成为一种趋势。
本文介绍的基于LM25037的高效便携式车载逆变电源的主要参数为：输入电压9.6～16.2 V DC；输出电压220 V（±10 V）50 Hz（±0.5%） AC；输出功率500 W。
系统基本原理
系统输入为12 V DC蓄电池，输出为220 V/50 Hz。采用如图1所示的典型二级结构DC/DC高频升压和DC/AC低频逆变。首先，DC/DC变换器将蓄电池12 V DC升高至360 V；然后全桥SPWM逆变将直流电转转换成有效值为220 V/50 Hz方波，供负载使用。
DC/DC电路设计
对于高压输出场合，从安全角度考虑，一般采用变压器隔离型结构。推挽正激变换器具有推挽变换器和正激变换器的优点， 变压器双向励磁，磁芯利用率高，加入箝位电容后能够有效地抑制开关管的电压尖峰及变压器偏磁问题，并且无需磁复位电路，在输入低压大电流的场合具有一定的应用价值［1，2］。本系统输入电压9.6～16 V DC，满载时输入电流50 A左右，单个推挽正激变换器难以实现较高的效率。因此，本系统采用了如图2所示的组合式推挽正激变换器，即输入侧并联输出侧串联IPOS。IPOS结构有如下几方面的优点：原边开关电流应力减小；2个变换器采用交错并联控制方式，减小输入电流纹波；输出侧串联结构减小了输出整流二极管电压应力［3］。输出侧加入参考文献［1］提出的双CDD吸收电路有效的抑制了整流二极管反向恢复引起的电压尖峰，便于选取额定电压较低的二极管，减小导通损耗。
DC/DC控制电路采用美国国家半导体公司针对车载电源系统设计的芯片LM25037，该芯片具有以下几个方面的特点：（1）宽范围输入工作电压5.5 V～75 V；（2）可采用电压前馈模式或峰值电流模式控制；（3）内部集成前馈PWM锯齿波发生器；（4）具有可编程的迟滞欠压保护和死区时间功能；（5）带有延时的定时器双重模式的过流保护功能；（6）可编程的最大占空比和软启动；（7）内部集成了高精度的误差放大器和过流比较器，具有外同步等功能；（8）2路交替输出的驱动信号，适合于推挽、全桥和半桥等拓扑结构［4］。
DC/DC变换器采用Common-duty ratio控制，通过闭环调节系统控制模块2的输出电压稳定在180 V。利用十进制的CD4017分频器对1 MHz的输入信号分频，得到相差1/4T s的2个时钟信号作为2片LM25037的外同步信号，模块2输出电压误差PI调节后信号作为2片控制芯片COMP端给定，实现2个模块的交错并联。
本文介绍的基于LM25037的高效便携式车载逆变电源的主要参数为：输入电压9.6～16.2 V DC；输出电压220 V（±10 V）50 Hz（±0.5%） AC；输出功率500 W。
系统基本原理
系统输入为12 V DC蓄电池，输出为220 V/50 Hz。采用如图1所示的典型二级结构DC/DC高频升压和DC/AC低频逆变。首先，DC/DC变换器将蓄电池12 V DC升高至360 V；然后全桥SPWM逆变将直流电转转换成有效值为220 V/50 Hz方波，供负载使用。
DC/DC电路设计
对于高压输出场合，从安全角度考虑，一般采用变压器隔离型结构。推挽正激变换器具有推挽变换器和正激变换器的优点， 变压器双向励磁，磁芯利用率高，加入箝位电容后能够有效地抑制开关管的电压尖峰及变压器偏磁问题，并且无需磁复位电路，在输入低压大电流的场合具有一定的应用价值［1，2］。本系统输入电压9.6～16 V DC，满载时输入电流50 A左右，单个推挽正激变换器难以实现较高的效率。因此，本系统采用了如图2所示的组合式推挽正激变换器，即输入侧并联输出侧串联IPOS。IPOS结构有如下几方面的优点：原边开关电流应力减小；2个变换器采用交错并联控制方式，减小输入电流纹波；输出侧串联结构减小了输出整流二极管电压应力［3］。输出侧加入参考文献［1］提出的双CDD吸收电路有效的抑制了整流二极管反向恢复引起的电压尖峰，便于选取额定电压较低的二极管，减小导通损耗。
DC/DC控制电路采用美国国家半导体公司针对车载电源系统设计的芯片LM25037，该芯片具有以下几个方面的特点：（1）宽范围输入工作电压5.5 V～75 V；（2）可采用电压前馈模式或峰值电流模式控制；（3）内部集成前馈PWM锯齿波发生器；（4）具有可编程的迟滞欠压保护和死区时间功能；（5）带有延时的定时器双重模式的过流保护功能；（6）可编程的最大占空比和软启动；（7）内部集成了高精度的误差放大器和过流比较器，具有外同步等功能；（8）2路交替输出的驱动信号，适合于推挽、全桥和半桥等拓扑结构［4］。
DC/DC变换器采用Common-duty ratio控制，通过闭环调节系统控制模块2的输出电压稳定在180 V。利用十进制的CD4017分频器对1 MHz的输入信号分频，得到相差1/4T s的2个时钟信号作为2片LM25037的外同步信号，模块2输出电压误差PI调节后信号作为2片控制芯片COMP端给定，实现2个模块的交错并联。
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