摘要：介绍了一种新型的单相正弦车载电源，该电源由单芯片产生正弦脉宽调制信号，以实现由直流12V到交流220V/50Hz的转换。给出了电源的系统结构图，详细分析了其主要部分的功能，并给出了实验结果。

关键词：正弦脉宽调制；逆变器；车载电源

0    引言

    随着社会的发展，汽车越来越与人们的生活息息相关，而汽车用的直流电压一般为12V，不能为便携式电子设备直接使用。为此，车载电源(就是把直流12V电压转换成交流220V/50Hz电源)的研制日益引起人们的重视。

    传统车载电源一般采用逆变器加工频变压器的方案，它存在体积大、效率低等缺陷。随着新型电力电子器件和电力电子技术的发展，采用高频链的方案来实现无工频变压器的逆变电路，可以很好地解决传统车载电源存在的问题，同时能保证车载电源的输出电压更稳定、更平滑[1]。

1    车载电源电路结构与功能分析

图2    SG3525引脚及内部框图

    直流电源V_s从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的＋5V基准电压。＋5V再送到内部（或外部）电路的其它元器件作为电源。

    振荡器脚5须外接电容C_T，脚6须外接电阻R_T。振荡器频率f由外接电阻R_T和电容C_T决定，f=1.18/R_TC_T。逆变桥开关频率定为10kHz，取C_T=0.22μF，R_T=5kΩ。振荡器的输出分为两路，

    一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器的反向输入端接误差放大器的输出。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。双稳态触发器的两个输出互补，交替输出高低电平，将PWM脉冲送至三极管V1及V2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证V1及V2不同时导通。最后，V1及V2分别输出相位相差180°的PWM波。

1.2    SPWM调制信号的产生

    要得到正弦电压的输出，就要使逆变电路的控制信号以SPWM方式控制功率管的开关，所得到的脉冲方波输出再经过滤波就可以得到正弦输出电压。通过SG3525来实现输出正弦电压，首先要得到SPWM的调制信号，而要得到SPWM调制信号，必须得有一个幅值在1～3.5V，按正弦规律变化的馒头波，将它加到SG3525脚2，并与锯齿波比较，就可得到正弦脉宽调制波。

(b)    SPWM电路主要节点的波形

图3    控制电路框图及各点波形

    由图3可知，基准50Hz的方波是由555芯片生成的，用来控制输出电压有效值和基准值比较产生的误差信号，使其转换成50Hz的方波，经过低频滤波，得到正弦的控制信号。当电源输出电压发生变化时，会改变正弦信号的幅值，使得SG3525输出脉宽也发生相应的变化，这就构成了一个闭合的反馈回路，能有效稳定输出的波形。

1.3    过电流保护

    过电流保护采用电流互感器作为电流检测元件，其具有足够快的响应速度，能够在IGBT允许的过流时间内将其关断，起到保护作用。

图4    过电流保护电路

1.4    驱动电路的设计

图5    驱动电路

    其工作原理是：

    1）当光耦原边有控制电路的驱动脉冲电流流过时，光耦导通，使Q₁的基极电位迅速上升，导致D₂导通，功率管的栅极电压上升，使功率管导通；

    2）当光耦原边无控制电路的驱动脉冲电流流过时，光耦不导通，使Q₁的基极电位拉低，而功率管栅极上的电压还为高，所以导致Q₁导通，功率管的栅极电荷通过Q₁及电阻R₃迅速泄放，使功率管迅速可*地关断。

    当然，对于功率管的保护同样重要，所以在功率管源极和漏极之间要加一个缓冲电路避免功率管被过高的正、反向电压所损坏。

2    实验结果