基于SG3525的车载正弦逆变电源设计

随着社会的发展，汽车越来越与人们的生活息息相关，而汽车用的直流电压一般为12V，不能为便携式电子设备直接使用。为此，车载电源(就是把直流12 V电压转换成交流220 V／50 Hz电源)的研制日益引起人们的重视。

传统车载电源一般采用逆变器加工频变压器的方案，它存在体积大、效率低等缺陷。随着新型电力电子器件和电力电子技术的发展，采用高频链的方案来实现无工频变压器的逆变电路，可以很好地解决传统车载电源存在的问题，同时能保证车载电源的输出电压更稳定、更平滑。

1 车载电源电路结构与功能分析

车载电源系统如图1所示。12V直流电压经过高频逆变和高频整流，得到一个符合要求的：350V直流电压，该部分的控制信号由TL494芯片产生。

　　图1车载电源系统结构

再经过全桥DC/AC逆变电路,得到220V/50Hz交流电压输出。为保证系统可靠运行,防止主电路对控制电路的干扰,采用主、控电路完全隔离的方法,即驱动信号用光耦隔离,反馈信号用变压器隔离,辅助电源用变压器隔离等。

对于整个系统而言,逆变电路能否正常工作决定了整个系统能否正常运行。所以,设计的重点在逆变器的控制和检测上。

1.1 SG3525结构框图和引脚功能

系统采用SG3525来实现SPWM控制信号的输出,该芯片其引脚及内部框图如图2所示。

　　图2 SG3525引脚及内部框图

直流电源Vs从脚15接入后分两路,一路加到或非门;另一路送到基准电压稳压器的输入端,产生稳定的＋5V基准电压。＋5V再送到内部（或外部）电路的其它元器件作为电源。

振荡器脚5须外接电容CT,脚6须外接电阻RT。振荡器频率f由外接电阻RT和电容CT决定,f=1.18/RTCT。逆变桥开关频率定为10kHz,取CT=0.22雾,RT=5k佟Ｕ竦雌鞯氖涑龇治?铰

一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门;另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端,比较器的反向输入端接误差放大器的输出。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较,输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲,再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。双稳态触发器的两个输出互补,交替输出高低电平,将PWM脉冲送至三极管V1及V2的基极,锯齿波的作用是加入死区时间,保证V1及V2不同时导通。最后,V1及V2分别输出相位相差180°的PWM波。

1.2 SPWM调制信号的产生

要得到正弦电压的输出,就要使逆变电路的控制信号以SPWM方式控制功率管的开关,所得到的脉冲方波输出再经过滤波就可以得到正弦输出电压。通过SG3525来实现输出正弦电压,首先要得到SPWM的调制信号,而要得到SPWM调制信号,必须得有一个幅值在1～3.5V,按正弦规律变化的馒头波,将它加到SG3525脚2,并与锯齿波比较,就可得到正弦脉宽调制波。

实现SPWM的控制电路框图如图3(a)所示,实际电路各点的波形如图3(b)所示。

　　(a)SPWM控制电路框图

　　(b)SPWM电路主要节点的波形

　　图3 控制电路框图及各点波形

由图3可知,基准50Hz的方波是由555芯片生成的,用来控制输出电压有效值和基准值比较产生的误差信号,使其转换成50Hz的方波,经过低频滤波,得到正弦的控制信号。当电源输出电压发生变化时,会改变正弦信号的幅值,使得SG3525输出脉宽也发生相应的变化,这就构成了一个闭合的反馈回路,能有效稳定输出的波形。

1.3 过电流保护

过电流保护采用电流互感器作为电流检测元件,其具有足够快的响应速度,能够在IGBT允许的过流时间内将其关断,起到保护作用。

如图1所示,过流保护信号取自CT2,经分压、滤波后加至电压比较器的同相输入端,如图4所示。当同相输入端过电流检测信号比反相输入端参考电平高时,比较器输出高电平,使D2从原来的反向偏置状态转变为正向导通,并把同相端电位提升为高电平,使电压比较器一直稳定输出高电平。同时,该过电流信号还送到SG3525的脚10。当SG3525的脚10为高电平时,其脚11及脚14上输出的脉宽调制脉冲就会立即消失而成为零。

　　图4 过电流保护电路

1.4 驱动电路的设计

驱动电路的设计既要考虑在功率管需要导通时,能迅速地建立起驱动电压,又要考虑在需要关断时,能迅速地泄放功率管栅极电容上的电荷,拉低驱动电压。具体驱动电路如图5所示

　　图5 驱动电路

其工作原理是：

1）当光耦原边有控制电路的驱动脉冲电流流过时,光耦导通,使Q1的基极电位迅速上升,导致D2导通,功率管的栅极电压上升,使功率管导通;

2）当光耦原边无控制电路的驱动脉冲电流流过时,光耦不导通,使Q1的基极电位拉低,而功率管栅极上的电压还为高,所以导致Q1导通,功率管的栅极电荷通过Q1及电阻R3迅速泄放,使功率管迅速可靠地关断。

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