全桥车载逆变电源的设计

全桥车载逆变电源的设计

李萍

（黑龙江工程学院黑龙江哈尔滨150051）

目前，汽车行业正在迅速发展。如果消费者想在汽车上使用电器，他们必须购买与汽车合适的电源电器，以防浪费。车载逆变电源可将汽车电池的12V/24V直流电转换为大多数电器所需的220V交流电。电源开关将输入的直流电压转换为脉宽调制的交流电压，然后使用推挽逆变器和高频变压器来增加交流电压。然后使用全波整流将交流电压转换为直流电，最后全桥转换器将高压直流电逆变为期望的交流电。车载逆变器电源可以用作车辆和船舶中的移动交流电源，也适用于太阳能电池，并且可以容易地为这些电器提供交流电源。

车内有12伏直流输出，一般设备使用220伏交流电，所以车载逆变器电源必须是直流l2V（卡车为24V）转换为220V交流电。由于逆变器电源直接用于汽车，因此要求车辆在任何情况下都具有保护作用，即车载逆变器电源的输入和输出必须电隔离。同时，电池不能倒塌，要求车辆电源应具有输入欠压保护和输入极性反接保护。此外还有输出过流保护，短路保护和过温保护。

系统主电路模块分为前级逆变电路，升压整流滤波电路和后级逆变输出电路。前级逆变器采用推挽式逆变器，中间环节采用高频变压器，高频整流，高频滤波，最终输出采用全桥逆变器。控制电路模块实现主电路的驱动和反馈控制。保护电路模块保护主电路和控制电路。

综上所述，汽车逆变器电源系统的整体框图设计如图1所示。

图1汽车逆变电源整体框图

汽车逆变电源的主电路如图2所示。

图2汽车逆变电源主电路

推挽式转换器在左侧具有推挽式逆变器，并且逆变器由具有中心抽头的变压器T和两个开关晶体管Q1和Q2组成。Q1和Q2是完全对称的结构，Q1和Q2的漏极连接到负电源。不需要分隔开，易于驱动。输入二极管D1是直流输入反极性保护二极管。在正常工作期间，D1是反向偏置的，不起作用。D2~D5为高频整流二极管。

工作原理如下：当Q2导通时，电源电压通过初级绕组和Q2开关回到电源的负端。电源电压感应的电位等于绕组上的电源电压，而*端子为负。当Q1导通时，电源电压加在绕组上，并且同名的结尾为正，所以次级绕组W2中的电位是180波方波交变电位。通过幅度可以看出，推挽式DC-DC转换器是两个正激转换器的组合。因此，变压器铁芯是一种交变磁通量。

式中：Ap——磁芯面积乘积，单位cm；

Kf——波形系数，方波为4.0；

f——开关工作频率，本设计取50KHz；

Kw——窗口填充系数，与导线厚度，绕线过程和分布电容要求有关，此设计需要0.3；

Kj——电流密度系数与绕组铜损和允许温升有关。

对于常见的C型芯，当温升需要25时Kj=323。

将以上数值代入，计算得Ap=0.4569cm4。因此，应选择适合或接近Ap的磁性材料，结构形式和磁芯规格也应考虑到一定的裕度。所以选取C型铁心型号CL-45铁心，其参数为Ap=0.75cm4，MLT=3.9cm，Ae=0.27cm2，Aw=2.77cm2，As=44.4cm2，MPL=10.4cm，Wfe=0.021kg

输出逆变电路选用全桥变换器，全桥逆变器有三种控制方式：双极性控制，有限双极性控制和相移控制。这种控制方式是Q3和Q4导通，每个导通180个电角度。Q5和Q6也是如此，但Q3和Q6不能同时打开。从图中可以看出，当开关关闭时，施加在四个管上的电压就是电源电压。与推挽式变换器相比，其电压应力减半，与半桥变换器相比，可以减少次级绕组的匝数。结果，初级电流减小，从而降低了开关的电流应力。

全桥变换器也存在直流偏置问题，但这个问题相对比较容易解决，比如将一个非极化电容串联到变压器的初级侧。全桥变换器的一个主要缺点是需要使用四个开关，并且控制电路也更加复杂，这无疑增加了电源的成本和设计难度。全桥转换器适用于输出功率较大的应用。

参考文献：

[1].《开关电源的原理与设计》张占松、蔡宣三编著

[2].《智能型高频开关电源系统的原理使用与维护》王家庆主编人民邮电出版社

[3].《通信用高频开关电源》人民邮电出版社

[4].《电力电子技术》丁道宏主编航空工业出版社

[5].《开关电源实用技术设计与应用》周志敏、周纪海等著

作者简介：

李萍黑龙江工程学院副教授

课题来源：黑龙江工程学院教育教学改革项目；项目编号：JG2017035