郭志成 任晓芳 朱东山

（兰州工业学院电气工程学院，甘肃 兰州 730070）

0 引言

随着私家汽车的普及和现代科技的进步，大量电子产品，例如车载音响、电视、冰箱、平板电脑、医疗急救电器等的投入使用，使人们出行更加舒适和方便。但这些电子产品均需交流供电，而汽车上大多为直流12V电源，因此需要车载逆变电源，要将直流12V转换为220V、50Hz的正弦交流电，以便在车内可以使用一些通用电器。传统的逆变电源采用全桥逆变+工频变压器的方案输出所需交流电，工频变压器较为笨重，使电源的体积、成本增加，且噪声较大，不能很好的满足人们的需求[1-2]。针对上述问题，本文采用具有中间直流环节的高频链逆变电源系统结构，有效减小逆变电源体积，系统具有输出电压稳定、成本低、转换效率高的优点。

1 系统硬件设计

逆变电源主电路采用两级变换，即前级DC/DC升压变换和后级DC/AC变换，系统硬件结构图如图1所示，前级的推挽电路采用2组对称的推挽电路作为主拓扑[3-4]，高频变压器采用双变压器形式，它们的一次侧绕组并联分别接一组推挽电路，并采用相同的时序控制方式，两个变压器的二次侧绕组与单变压器电路相比，绕组匝数减少一半，相互串联。采用这种结构后与常用推挽电路相比，输入电流减小一半，则变压器一次侧铜损耗和开关损耗减小为原来的1/4，提高了转换效率，降低了变压器设计难度。前级DC/DC电路以SG3525为主控核心，推挽电路开关管Q1和Q3为1组，Q2和Q4为1组，两组开关管在SG3525输出的PWM驱动下交替导通，高频变压器输出高频方波采用全桥整流，经LC滤波后得到直流310V，为确保直流母线电压在设定范围内，还需采集母线上的电压，反馈至SG3525，以此调节SG3525的脉宽输出。

图1 系统硬件结构

后级DC/AC变换采用全桥逆变电路，以PIC单片机为控制核心，完成后级全桥逆变电路的SPWM控制任务，得到正弦交流输出，同时电池电压、输出电压、输出电流、变压器温度实时采样信号也被送入单片机处理，实现对蓄电池电压检测及系统的过流、过欠压、过载和过热等故障监控。

1.1 SG3525控制电路

SG3525是由美国硅通用半导体公司推出的一款性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片[5]，它具有双通道输出，可产生两路反向方波来控制开关管的导通与关闭，适用于推挽式电路，可以大大简化PWM控制电路，完全满足DC/DC升压变换电路的设计需求。其内部原理框图如图2所示，SG3525内部集成了误差放大器、PWM比较器、同步功能的振荡器、5.1V精密基准电源、同步触发器等电路，输出驱动为推挽形式，增加了驱动能力，最大驱动电流为500mA，可以直接驱动开关管。

为稳定直流母线电压，采用基准源TL431和光耦PC817组成电压反馈电路，其电路原理如图3所示，通过电阻分压获得母线电压采样值，TL431内部有2.5V基准源与其比较，当母线电压波动时，会在TL431的阴极产生误差电压，导致光耦PC817中发光二极管电流变化，经过光电隔离将电压取样反馈电阻反馈给SG3525的引脚1，送入SG3525中误差放大器，控制脉冲调制器的输出占空比，以调节输出电压。

图3 电压反馈电路

1.2 逆变驱动控制电路

逆变驱动控制电路是以PIC16F877A为核心，输出SPWM信号作为全桥逆变器的四个功率管的控制信号，功率管是由芯片IR2110驱动的，它具有欠电压锁定功能，可有效防止桥臂的直通，很适合桥式电路。为保证在负载波动的情况下，输出电压依然要保持稳定，实时监控负载电压电流，对欠压、过流等异常现象进行处理，发生故障可封锁SPWM信号使输出电压下降为零，保护逆变电源。

2 软件设计

系统软件编程是在PIC单片机综合开发环境MPLAB下进行，采用模块化的方式，包括主程序和各个子程序，子程序包括括初始化程序、过热检测程序、电池电压和输出电流检测程序、SPWM波形产生程序等，主程序调用子程序流程如图4所示。系统上电后先进行初始化，主要完成中断屏蔽寄存器设置、通用串口设置、I/O口的分配与设置等， 然后检测电池电压是否正常、过流、过热等情况，当出现异常封锁SPWM信号关闭输出，当输出电压低于或高于设定值时，实时调节脉冲波形占空比，来维持输出电压恒定。

图4 主程序流程图

3 结语

本文设计了一种车载逆变电源，以PWM芯片SG3525和单片机PIC16F877A为控制核心，采用两级变换结构，先利用推挽电路控制升压，再通过全桥逆变得到需要的交流。设计结构简单、成本低廉，能够克服传统车载逆变电源存在的问题，提高了电源的适用性。