中心議題：

• 車載逆變器的係統基本原理
• 車載逆變器的電路設計
• 車載逆變器的保護措施

解決方案：

• 采用分頻分相電路
• 采用輸入欠壓保護電路
• 采用輸出電流過載保護電路
• 利用外殼(機殼)散熱致冷

隨(sui)著(zhe)經(jing)濟(ji)水(shui)平(ping)的(de)提(ti)高(gao)，汽(qi)車(che)正(zheng)逐(zhu)漸(jian)成(cheng)為(wei)人(ren)們(men)的(de)日(ri)常(chang)交(jiao)通(tong)工(gong)具(ju)。然(ran)而(er)，人(ren)們(men)隨(sui)身(shen)攜(xie)帶(dai)的(de)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)，比(bi)如(ru)手(shou)機(ji)
，卻(que)不(bu)能(neng)使(shi)用(yong)汽(qi)車(che)上(shang)的(de)電(dian)源(yuan)。因(yin)此(ci)，開(kai)發(fa)一(yi)款(kuan)經(jing)濟(ji)實(shi)用(yong)的(de)車(che)載(zai)逆(ni)變(bian)器(qi)就(jiu)成(cheng)為(wei)一(yi)種(zhong)需(xu)求(qiu)。我(wo)們(men)采(cai)用(yong)集(ji)成(cheng)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)芯(xin)片(pian)SG3525A為主控芯片，以CD4020B計數器及與非門電路構成分頻分相電路並配以保護電路，實現了逆變器的脈寬調製。其在逆變電源工作時的持續輸出功率為100W，並具有輸出過流保護及輸入欠壓保護等功能
，可實現電源逆變、電壓穩定、欠壓保護及過流保護等功能。
　　
係統基本原理
　　
本逆變器輸入端為汽車蓄電池(+12V，4.5Ah)
，輸出端為工頻方波電壓(50Hz，220V)。其係統主電路和控製電路框圖如圖1所示，采用了典型的二級變換

，即DC/DC變換和DC/AC逆變。12V直流電壓通過推挽式變換逆變為高頻方波，經高頻升壓變壓器升壓，再整流濾波得到一個穩定的約320V直流電壓；然後再由橋式變換以方波逆變的方式，將穩定的直流電壓逆變成有效值稍大於220V的方波電壓，以驅動負載。為保證係統的可靠運行，分別采集了DC高壓側電壓信號
、電流信號及蓄電池電壓信號，送入SG3525A，通過調整驅動脈衝的占空比或關斷脈衝來實現電壓調節、過流保護及欠壓保護等功能。


圖1係統主電路和控製電路框圖
　　
主要技術參數

輸入電壓:DC12V；
輸出電壓:AC220V±5%，50Hz±2%；
額定功率:100W；
保護功能:輸入直流極性接反保護，輸入欠壓保護，輸出過流保護。

電路設計
　　
1主控芯片SG3525A
　　
SG3525A是ST公司生產的脈衝寬度調製器控製集成電路,具有集成基準電壓，振蕩器同步，軟啟動時間控製，輸入欠電壓鎖定等功能。SG3525A的引腳如圖2所示。


圖2SG3525A引腳分布
　　
振蕩頻率的確定：振蕩頻率由三個外部元件RT、CT和RD設置，分別接在6
、5
、7引腳上。振蕩頻率為fOSC=1/CT(0.7RT+3RD)，其中，0.7RTCT為定時電容充電時間，3RDCT為定時電容放電時間。為了使分頻分相電路取得50Hz振蕩頻率，本設計設定振蕩頻率為51.2kHz
，取CT＝2000pF,RT="10k"Ω
，RD=922Ω。
　　
輸出脈寬的調整：PWM脈衝寬度由引腳9和引腳8中電平較低的一端控製。芯片內部的誤差放大器U1將電壓反饋信號與基準電壓信號偏差放大後送入比較器U2的反向輸入端
，比較器正向輸入端的輸入則來自電容器CT上的鋸齒波
，兩者做比較後輸出方波脈衝來控製SG3525A內部輸出功放管的占空比（見圖3）。本設計中將8引腳經電容接地，9引腳接DC/DC高壓直流電壓的反饋電壓，由此調整輸出直流電壓的穩定。圖3中，U1為SG3525A中的誤差放大器，1、2、9分別為芯片管腳，R1～R7、C1
、C2均為外接電阻電容。SG3525A的16引腳輸出5V參考電壓。電阻R3、R4及U1構成反比例運算器，R4/R3為其靜態放大倍數，其值越大控製精度越高。但放大倍數太大將引起振蕩，因此引入C1和R5使shi誤wu差cha放fang大da器qi成cheng為wei不bu完wan全quan比bi例li積ji分fen控kong製zhi器qi，此ci時shi靜jing態tai誤wu差cha放fang大da倍bei數shu不bu變bian，動dong態tai誤wu差cha放fang大da倍bei數shu減jian小xiao，既ji不bu影ying響xiang控kong製zhi精jing度du，又you避bi免mian過guo衝chong引yin起qi振zhen蕩dang。


圖3輸出直流高壓調節原理圖[page]
　　
脈衝的關斷：當10引腳加上高電平時，實現對輸出脈衝的封鎖。本設計使用該項功能實現輸出過流過壓
、輸入欠壓的保護。
　　
2分頻分相電路
　　
由14級串行二進製計數/分配器CD4020B構成分頻電路
，分頻信號來自SG3525A的振蕩器輸出端引腳4。圖4中的A
、B、C分別代表振蕩器脈衝經8、9、10級分頻後的波形，其頻率分別為fA=fOSC/28,fB="fOSC/29",fC="fOSC/210"。分相電路由單片兩輸入端四與非門CD4011BC及外圍器件組成，將信號ABC邏輯組合成逆變橋所需要的驅動脈衝(A+B)C與(A+B)C信號。該驅動信號具有共同死區
，信號頻率約為50Hz。


圖4分頻分相波形圖
　　
3保護電路
　　
①輸入欠壓保護
　　
如圖5所示，D1為蓄電池極性反接保護。SG3525A的引腳16輸出參考電壓5V,取R3＝R4=10kΩ。在正常情況下

，U1的反相輸入端電壓大於正向輸入端電壓
，U1輸出低電平，二極管D1、D2截止。當蓄電池電壓低於10V時，比較器U1開始工作，輸出由低電平變為高電平，D2、D3導通，並把同相輸入端電位提升為高電平，使得U1一直穩定輸出高電平，向SG3525A的引腳10輸出關斷信號。


圖5輸入欠壓保護電路
　　
②輸出電流過載保護

如圖6所示，運放U2及外圍電阻構成反比例放大器，運放U3及外圍電路構成比較器。圖1中的R3為取樣電阻，取2.2Ω，2W。當負載電流增大時
，該電阻的壓降△U增大。


圖6輸出電流過載保護電路
　　
運放U3正向輸入端輸入電壓為：U＋=(1+R2/R1)×(R3/R4)×△U
　　
合理的調整R1、R2、R3
、R4的取值
，使得當負載電流超過1.5A後，U3的正向輸入端電位高於反向輸入端，輸出高電位，二極管D2
、D3導通
，並把同相輸入端電位提升為高電平，使得U1一直穩定輸出高電平，向SG3525A的10引腳輸出關斷信號。
　　
散熱設計
　　
為了進一步減小體積，減輕重量，采取了利用外殼(機殼)散熱致冷辦法，既解決了散熱，又使整機體積變小
，重量減輕。
　　
逆變器試驗輸出波形
　　
DC／DC變換輸出電壓穩定在320V，逆變橋開關頻率為50Hz，接500Ω電阻負載。實驗的電路波形如圖7所示。


圖7試驗電路輸出波形
　　
本文設計的車載逆變電源電路主要采用集成化芯片，使得電路結構簡單
、性能穩定
、成本較低。經實際應用證明，該逆變電源工作穩定可靠，能夠持續輸出功率100W。