多路輸出車載逆變器設計

作者/ 王立鵬 山東科技大學 電氣與自動化工程學院(山東 青島 266590)

*基金項目：山東省自然科學基金(編號：ZR2009FM017);中國博士后科學基金(編號：20090461254)

王立鵬(1992-)，男，碩士生，研究方向：電力電子與電力傳動。

摘要：為滿足車載逆變器可以同時為多個用電設備充電的需求，設計了一款多路輸出的車載逆變器，該逆變器包括220V交流電輸出和USB雙路輸出結(jié)構。介紹了車載逆變器的工作原理，研究了結(jié)合LM2596進行穩(wěn)壓的方法，提出了使用RH7902結(jié)合該逆變器進行雙路輸出的方案。同時，利用saber仿真軟件對輸出電壓和輸出電流進行仿真，并搭載了實驗模型進行驗證，結(jié)果表明：電源各項指標達到設計要求，有較強的實用性和可靠性。

引言

　　隨著時代的進步和發(fā)展，汽車早已成為人們?nèi)粘Ｉ畹拇焦ぞ摺Ｈ藗冊陂_車工作、學習、旅游的同時，離不開很多實用的電子產(chǎn)品，比如充電寶、平板電腦、相機、迷你音箱、USB臺燈、桌面式風扇、USB暖手寶等等[1]，這些電子產(chǎn)品都需要通過5V的USB接口來充電，而傳統(tǒng)的車載逆變器只有220V交流電輸出，考慮到充電器的充電頭體積大、不環(huán)保、不安全等因素，本文重點研究了車載逆變器的雙USB輸出設計，并進行了仿真和實驗，實驗效果良好。

1 220V交流電輸出

1.1 推挽正激

　　推挽正激式DC/DC升壓電路適合由低壓向高壓直流的變換，具有效率較高，電磁干擾較小，可靠性好等優(yōu)點。推挽式開關電源是所有開關電源中電壓利用率最高的，它在輸入電壓很低的情況下仍能維持足夠大的功率輸出，因此，該設計采用推挽正激直流升壓電路。

　　圖1為推挽正激電路原理圖。變壓器原邊由兩個開關管、兩個原邊繞組和一個嵌位電容組成。線圈兩端接開關管TL494控制兩個開關管交替導通，變壓器副邊由全橋電路和RLC電路組成。變壓器副邊電壓為正半周時，對D1、D4加正向電壓，D1、D4導通;對D2、D3加反向電壓，D2、D3截止，形成上正下負的半波整流電壓;U1為負半周時，對D2、D3加正向電壓，D2、D3導通;對D1、D4加反向電壓，D1、D4截止，形成上正下負的半波整流電壓。兩個開關管在TL494發(fā)出的PWM信號的觸發(fā)下來回導通，在繞組兩端形成相位相反的交流電壓。開關管關斷時，嵌位電容釋放漏感，降低開關管的電壓尖峰。12V直流電壓由變壓器升壓為方波電壓，再經(jīng)過整流濾波得到需要的直流電壓^[2]。

1.2 全橋逆變

　　逆變電路是逆變器的核心。逆變電路結(jié)構形式主要有半橋式和全橋式兩種。半橋式逆變電路結(jié)構簡單，但電壓利用率低，交流輸出的電壓幅值僅為直流輸出電壓的一半，要輸出同等功率大小的電能，主變壓器原邊的電流要加大一倍，彌補電壓利用率不足的缺點。由于全橋式逆變電路有較強的帶負載能力，本設計采用全橋逆變電路。

　　如圖2是單相電壓型全橋逆變電路。它可看作由兩個半橋電路組合而成，四個開關管組成了兩對橋臂，互為對角的兩個開關管同時導通，同一側(cè)半橋上下兩開關管交替導通，當開關Q1、Q4閉合，Q2、Q3斷開：0=Ud;開關Q1、Q4斷開，Q2、Q3閉合：U0=-Ud。這樣，就將直流電壓逆變成交流電壓，選擇PWM控制芯片TL494來控制開關的占空比，從而改變整流電壓的平均值，即改變了輸出電壓^[3]。

2 USB雙路輸出

2.1 12V-5V穩(wěn)壓