基于 EGS002的车载逆变器设计

李云洋 欧月 杜立涛

西南科技大学

[摘要] 本文用EGS002作为核心器件，设计出了一款以直流电压为12V的电源的车载逆变模块。主要包含BOOST升压模块、单极控制逆变模块、辅助电源模块、滤波模块组成，分别介绍了车用逆变电源各模块的原理及其拓扑结构。根据实验测试结果显示，这款车载逆变器，可以将输入的低压直流电转换为电气设备需要的工频交流电输出，一般是220V、50Hz的交流电压。本模块设计的转化的效率高达95%甚至更高，输出电压的波形比较稳定，总谐波失真较小，工作性能牢靠。此外，本次设计的车载逆变模块还能够防止过压、防止过流、防止过热等问题。

关键词：单相逆变 EGS002 车载逆变器 高效率

目录

引言 3

一、 系统结构与原理介绍 4

1.1系统结构 4

1.2升压电路原理 4

1.3 SPWM调制原理 5

二、 硬件电路设计 6

2.1逆变电路 6

2.2控制电路 6

2.2.1BOOST控制电路 6

2.2.2逆变控制电路 7

2.3辅助电源 7

三、 实验结果 7

四、 结论 8

参考文献 8

引言

由于社会在不断进步，科技在不断发展，我们现如今所进入的“移动互联网”时代，与我们的生活休戚相关。作为原始的步行工具，汽车通过不断的发展和完善，已经能够取代原来的“家”的概念。目前，许多车主的“车与家的融合”概念越来越明显，即“车上装有许多电子产品，常用的有电视、车载冰箱、音箱系统等”。到目前为止，生活中经常用的电器产品，其供电除了用电池、电池供电的低压DC外，还可以用到经转换后得到的220V交流电源。而这款车载逆变器^[1]，就是将你输入的12V直流电压转换为家里的电气设备可以使用的工频交流电，电压、频率的参数分别为220V和50Hz，是一款安全可靠且使用方便的车用电源转换器。

作为一种用于汽车或家用的电源转换器，其性能非常重要。它可能不仅会影响到电器和车辆电路的安全和它的使用寿命，与使用者的人生安全也有着紧密的联系。因此，研制出一款高性能、安全、方便的汽车逆变器，不仅实用价值高而且未来前景广阔。

1. 系统结构与原理介绍

1.1系统结构

本次车载逆变器的设计使用了由BOOST + Full bridge的方法，从而产生出220V、50HZ的电源电压，如下图图1所示。车载逆变器主要由以下这些模块组成的：单极控制的DC/AC逆变主电路，BOOST升压电路模块，LC滤波电路模块，辅助电源模块。

图1车载逆变器电路原理框图

1.2升压电路原理

图2为BOOST升压电路的原理图以及波形,该电路中使用了完全控制装置^[2]。通过原理分析，电感值L1与电容值C1可以假设能达到无限大。当可控开关接通时，L1经过12V直流电源充电，且充电电流恒定，C1向负载R1供电。又由于C1具有无穷大的特性，因此可以保证恒定的电压输出。设闭合状态时间为 ，在这段时间L1积蓄能量。令关闭状态的时间为 ，在此时，C1同时由E1和L1向其充电，并向负载R1供电，从而L释放出能量。由L1的性质，Q1断开前后瞬间通过L1的电流I₁不变，再利用周期内电感储存能量与释放能量相等，即

（1.1）

化简得

（1.2）

上式中， 代表输出电压，E代表提供的电源电压。由于 ，起到升压的结果，因此该电路达到升压效果。

图2 BOOST电路的原理图以及波形

1.3 SPWM调制原理

SPWM调制波一般会使用正弦波，载波一般选用双极性等腰三角波或锯齿波，通常使用等腰三角波^[3]。根据相同的等斜面效应原理，产生一个等幅但是宽度不同的脉冲波，这就是SPWM调制基本等效原理，此原理的逆变电路应用十分广泛。产生SPWM波主要有两种方法，分别是通过计算法产生和调制法产生。通常情况下我们采用后者，即载波与调制波产生交点时，通过这个点来判断开关器件的控制信号。调制法也有两种常用方法，单极调制和双极调制的方法。在通常情况下，采用单极调制，就是在输出波形的二分之一个周期内，逆变器同一桥臂上的两个开关元件不能够处于相同的状态，也就是说1号开关元件如果闭合，2号开关元件则必须断开，相反亦成立。单极性SPWM控制波形如图3所示。

图3单极性SPWM控制波形

50Hz作为正弦波频率固定不变，且调制波频率远低于载波频率，经LC滤波电路后，SPWM调制的输出波形可以得到我们想要的理想正弦波。

2. 硬件电路设计

2.1逆变电路

车载逆变器的核心电路，那就是逆变主电路。DC/AC逆变电路主要有这几部分：功率MOS管

，二极管，电阻，LC滤波电路，车载逆变器逆变电路如图4所示。 是用以控制MOS管开、关的速率， 则是电流采样电阻。 用来防止在电压过高的情况下，烧毁MOS管，R3、R4、R6、R8用来释放能量。换一句话说就是，在MOS管被大电流流过烧毁之前，二极管先反向击穿，使大电流直接流向地面。最后在输出端上加个变压器，一来可以实现隔离输出的效果，二来可以得到我们所需电压的交流电。

图4车载逆变器逆变电路

2.2控制电路

2.2.1BOOST控制电路

作为本次设计升压电路的核心芯片，UC 3843属于一种电流模式脉宽调制集成电路。UC 3843通常情况下，用作电流模式以此来控制DC/DC升压高功率输出电路^[4]。用12V电压输入，联合BOOST拓扑结构，获得24V DC的输出电压。利用UC 3843作为DC/DC升压电路的核心部分，不仅电路结构简单易懂，而且可以灵活掌控，节约成本。除此以外，该芯片还可以迟滞欠压锁定、可控输出死区等，以此保护内部。

2.2.2逆变控制电路

选用EGS002模块作为逆变控制电路的主要组成部分。该电路模块，是屹晶微电子公司生产的专门用于单相纯正弦波逆变器的控制和驱动。控制芯片是EG8010，驱动芯片是IR2110S，模块集成了防高电压、防大电流以及防过热等功能，并可以通过跳线确定是50 Hz还是60 Hz输出。

2.3辅助电源

LM7805三端稳压器件作为辅助电源部分，这部分电路的功能，主要是将12V直流电压，通过该部分电路转换为较稳定的5V直流电压输出，然后能够给逆变控制电路中的EGS002模块供电合适的电源。电路如图5所示。

图5 DC/DC降压电路

3. 实验结果

通过上面的方案，设计了此款车载逆变器，在额定负载下的转换效率高达95%甚至更高，输出220 V电压， 50 Hz频率的较稳定的交流电，总谐波失真THD可以达到小于2.32%。

4. 结论

本文首先通过引言，讲述了本课题的背景，从而引出车载逆变器。开篇就车载逆变器的系统结构和原理介绍进行了详尽的描述，包括三部分：系统结构、升压电路原理、SPWM调制原理。在第二部分具体介绍了硬件电路部分的设计：逆变电路的结构情况和正常工作时的要求，控制电路中的升压控制电路的工作特性、使用优点和逆变控制电路的优点、作用，辅助电源的主要功能。根据实验结果，该逆变器能够输出电压为220V，频率为50Hz的工频交流电。转换效率可高达95%及以上，输出的正弦波质量高，谐波失真小，达到了车辆逆变器所需性能参数的要求，车辆需要交流供电的场合皆可使用。

参考文献

1. 范玲莉. 500VA车载正弦波逆变电源设计[D].浙江大学,2010.

2. 曹子林,陈戈珩,李文秀.一种优化逆变电源直流变压电路[J].长春工业大学学报(自然科学版),2012,33(02):155-158.

3. 童学军,张鹰峰,邱建军.一种采用单片机获得SPWM波形的设计方法[J].科技信息,2012(09):111-112.

4. 陈俊梁.一种实用的Boost电路[J].电源技术应用,2005(08):46-50.