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        基于EG8010的車載正弦波逆變電源設(shè)計(jì)

        2017-10-13 05:49:28鐘宇明李溫泉
        船電技術(shù) 2017年4期
        關(guān)鍵詞:正弦波極性車載

        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

        對設(shè)計(jì)制作的車載逆變電源實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行測試,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. 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)、太陽能光伏發(fā)電。

        E-mail: zhongyuming@szpt.edu.cn

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