鐘宇明，李溫泉

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基于EG8010的車載正弦波逆變電源設(shè)計(jì)

鐘宇明，李溫泉

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，廣東深圳 518055）

本文設(shè)計(jì)了一種基于EG8010的車載正弦波逆變電源。介紹了逆變電源的基本電路結(jié)構(gòu)，蓄電池12 V電壓經(jīng)推挽升壓電路升壓并隔離后，再經(jīng)全橋逆變后得到220 V/50 Hz正弦交流輸出。重點(diǎn)論述了逆變部分中，基于純正弦波逆變控制器芯片EG8010的控制電路，以及IR2110的自舉驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)計(jì)的逆變電源實(shí)驗(yàn)樣機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了設(shè)計(jì)的正確性。

車載逆變電源逆變電路EG8010

0 引言

車載逆變電源是將汽車蓄電池上的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供一般交流電器產(chǎn)品使用，通過(guò)它可以在汽車上使用平時(shí)我們用市電才能工作的電器，比如筆記本電腦、手機(jī)充電器、電視機(jī)、醫(yī)療急救儀器備等，可應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。車載逆變電源按輸出可分為以下幾類：一類是方波逆變器，輸出質(zhì)量較差的方波交流電，其正向最大值到負(fù)向最大值之間是瞬時(shí)切換，這樣對(duì)負(fù)載和逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。同時(shí)，其帶負(fù)載能力差，不能帶感性負(fù)載。第二類是準(zhǔn)正弦波逆變器，其輸出波形從正向最大值到負(fù)向最大值之間有一個(gè)時(shí)間間隔，使用效果有所改善，但準(zhǔn)正弦波的波形仍然是由折線組成，連續(xù)性不好。第三類是正弦波逆變器，輸出高質(zhì)量的正弦交流電，能夠帶動(dòng)任何種類的負(fù)載，但技術(shù)要求和成本均高。

為保證安全，很多車載逆變電源把低壓輸入與高壓輸出進(jìn)行隔離。在車載逆變電源中，有的采用簡(jiǎn)單的工頻變壓器隔離方式，即直流輸入先直接逆變成交流電，然后接工頻升壓變壓器進(jìn)行升壓并隔離。其缺點(diǎn)是變壓器體積龐大。另一種方法就是采用高頻變壓器進(jìn)行隔離，變壓器體積很小。本文設(shè)計(jì)了一種高性能的高頻變壓器隔離型純正弦波車載逆變電源。

1 電路結(jié)構(gòu)

車載正弦波逆變器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，其參數(shù)為：輸入DC12V，輸出220 V/50 Hz，輸出功率200 W。蓄電池12 V經(jīng)推挽升壓電路升壓并隔離后，再經(jīng)全橋逆變及電感電容濾波后得到交流輸出。

DC-DC升壓采用帶高頻變壓器的推挽電路，如圖2所示，把電壓從12 V（圖中Vin）升到315 V，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電氣隔離。推挽電路只用兩個(gè)開關(guān)管就能獲得較大的輸出功率，且兩個(gè)MOSFET管的源極接在一起，其驅(qū)動(dòng)電路共地，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單[1]。PWM控制芯片采用SG3525。

高頻變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算如下[2，3]：

選擇ER35磁芯，磁芯=103.1 mm2,=235.6 mm2。輸入繞組的匝數(shù)按照式(1)計(jì)算：

式中是直流側(cè)的最小輸入電壓，是推挽電路在原邊MOSFET上損失的壓降。=47.5%是每個(gè)開關(guān)管的最大占空比。=100 kHz是開關(guān)頻率，=0.18T是磁通密度的最大變化量。

副邊輸出繞組的匝數(shù)按照式(2)計(jì)算：

式中是原邊輸入繞組的匝數(shù)，是副邊輸出繞組的匝數(shù)，是該輸出繞組對(duì)應(yīng)的電壓,是輸出整流二極管以及濾波電感上損失的電壓。

2 逆變電路

全橋逆變電路如圖3所示。采用基于芯片EG8010的控制電路和基于IR2110的自舉驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。

圖2 推挽升壓電路

圖3全橋逆變電路

EG8010是一款數(shù)字化的、功能很完善的自帶死區(qū)控制的純正弦波逆變控制器芯片，外接12 MHz晶體振蕩器，內(nèi)部集成SPWM正弦發(fā)生器、死區(qū)時(shí)間控制電路、幅度因子乘法器、軟啟動(dòng)電路、保護(hù)電路、RS232串行通訊接口和12832串行液晶驅(qū)動(dòng)模塊等功能。

EG8010芯片的引腳PWMTYP是設(shè)置PWM輸出類型，PWMTYP為“0”是正極性PWM類型輸出，應(yīng)用于高電平有效驅(qū)動(dòng)；PWMTYP為“1”是負(fù)極性PWM類型輸出，應(yīng)用于低電平有效驅(qū)動(dòng)。該逆變電路的開關(guān)管需要正極性PWM類型輸出（即高電平有效驅(qū)動(dòng)，死區(qū)時(shí)間為同時(shí)低電平），故引腳PWMTYP接地。圖5是EG8010引腳SPWMOUT的輸出波形。

EG8010芯片的引腳DT1，DT0是控制死區(qū)時(shí)間，可設(shè)置4種死區(qū)時(shí)間，若DT1，DT0設(shè)置為“00”是300 ns死區(qū)時(shí)間，“01”是500 ns死區(qū)時(shí)間， “10”是1 μs死區(qū)時(shí)間，“11”是1.5 μs死區(qū)時(shí)間，本項(xiàng)目設(shè)置為1 μs。引腳FRQSEL1，F(xiàn)RQSEL0是設(shè)置輸出正弦波的頻率，若FRQSEL1，F(xiàn)RQSEL0 設(shè)置為“00”是50 Hz，“01”是60 Hz，“10”是0-100 Hz由FRQADJ引腳調(diào)節(jié)，“11”是0-400 Hz由FRQADJ引腳調(diào)節(jié)。車載逆變電源一般應(yīng)用于50 Hz固定頻率，故引腳FRQSEL1， FRQSEL0 設(shè)置為“00”。引腳MODSEL是設(shè)置SPWM調(diào)制方式，“0”是單極性調(diào)制方式，“1”是雙極性調(diào)制方式。為提高逆變電源的效率，選擇單極性調(diào)制方式[4]。

圖5 EG8010正極性PWM類型輸出

驅(qū)動(dòng)電路采用基于IR2110的自舉驅(qū)動(dòng)電路，只需要一路電源即可完成上下橋臂兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)，具有驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、所需的驅(qū)動(dòng)電源少的優(yōu)點(diǎn)，大大降低了成本，也提高了可靠性[5]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)設(shè)計(jì)制作的車載逆變電源實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，樣機(jī)工作穩(wěn)定可靠。圖6是控制上、下管Q3、Q4的驅(qū)動(dòng)SPWMOUT3和SPWMOUT4的波形，其死區(qū)時(shí)間為1 μs。圖7是對(duì)管Q1、Q4的驅(qū)動(dòng)SPWMOUT1和SPWMOUT4的波形，采用的單極性SPWM調(diào)制方式，即一個(gè)橋臂是固定50 Hz的方波（SPWMOUT1），另一個(gè)橋臂是占空比變化的高頻SPWM波形（SPWMOUT4）。圖8是輸出正弦波波形，波形正弦度好，畸變小，滿載測(cè)試總諧波系數(shù)THD小于5%。該車載逆變電源獲得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明了設(shè)計(jì)的正確性。

圖6 SPWMOUT3（通道1）和SPWMOUT4（通道2）的波形

圖7 SPWMOUT1（通道1）和SPWMOUT4（通道2）的波形

圖8開關(guān)電源2的開關(guān)管漏源電壓輸出正弦波波形

[1] 浣喜明, 姚為正. 電力電子技術(shù)[M]（第2版）. 北京: 高等教育出版社, 2004.

[2] Marty Brown. 開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南[M] （第2版）.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

[3] 張占松, 蔡宣三. 開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M]（修訂版）. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004.

[4] 陳堅(jiān). 電力電子學(xué): 電力電子變換和控制技術(shù)[M]（第2版）. 北京: 高等教育出版社, 2002.

[5] 馬瑞卿, 劉衛(wèi)國(guó). 自舉式IR2110集成驅(qū)動(dòng)電路的特殊應(yīng)用[J]. 電力電子技術(shù), 2000, (1).

Design of Automotive Inverter Power Supply with EG8010

Zhong Yuming, Li Wenquan

(Mechanical and Electrical Engineering Institute, Shenzhen Polytechnic，Shenzhen 518055, Guangdong, China)

TM464

A

1003-4862（2017）04-0074-03

2016-11-09

鐘宇明（1978-），男，副教授。研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電。

E-mail: zhongyuming@szpt.edu.cn