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多路输出车载逆变器设计

作者:王立鹏时间:2017-08-29来源:电子产品世界
编者按:为满足车载逆变器可以同时为多个用电设备充电的需求,设计了一款多路输出的车载逆变器,该逆变器包括220V交流电输出和USB双路输出结构。介绍了车载逆变器的工作原理,研究了结合LM2596进行稳压的方法,提出了使用RH7902结合该逆变器进行双路输出的方案。同时,利用saber仿真软件对输出电压和输出电流进行仿真,并搭载了实验模型进行验证,结果表明:电源各项指标达到设计要求,有较强的实用性和可靠性。

作者/ 王立鹏 山东科技大学 电气与自动化工程学院(山东 青岛 266590)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201708/363623.htm

*基金项目:山东省自然科学基金(编号:ZR2009FM017);中国博士后科学基金(编号:20090461254)

王立鹏(1992-),男,硕士生,研究方向:电力电子与电力传动。

摘要:为满足可以同时为多个用电设备充电的需求,设计了一款多路输出的,该逆变器包括220V交流电输出和USB双路输出结构。介绍了的工作原理,研究了结合进行稳压的方法,提出了使用结合该逆变器进行双路输出的方案。同时,利用仿真软件对输出电压和输出电流进行仿真,并搭载了实验模型进行验证,结果表明:电源各项指标达到设计要求,有较强的实用性和可靠性。

引言

  随着时代的进步和发展,汽车早已成为人们日常生活的代步工具。人们在开车工作、学习、旅游的同时,离不开很多实用的电子产品,比如充电宝、平板电脑、相机、迷你音箱、USB台灯、桌面式风扇、USB暖手宝等等[1],这些电子产品都需要通过5V的USB接口来充电,而传统的车载逆变器只有220V交流电输出,考虑到充电器的充电头体积大、不环保、不安全等因素,本文重点研究了车载逆变器的双USB输出设计,并进行了仿真和实验,实验效果良好。

1 220V交流电输出

1.1 推挽正激

  推挽正激式DC/DC升压电路适合由低压向高压直流的变换,具有效率较高,电磁干扰较小,可靠性好等优点。推挽式开关电源是所有开关电源中电压利用率最高的,它在输入电压很低的情况下仍能维持足够大的功率输出,因此,该设计采用推挽正激直流升压电路。

  图1为推挽正激电路原理图。变压器原边由两个开关管、两个原边绕组和一个嵌位电容组成。线圈两端接开关管TL494控制两个开关管交替导通,变压器副边由全桥电路和RLC电路组成。变压器副边电压为正半周时,对D1、D4加正向电压,D1、D4导通;对D2、D3加反向电压,D2、D3截止,形成上正下负的半波整流电压;U1为负半周时,对D2、D3加正向电压,D2、D3导通;对D1、D4加反向电压,D1、D4截止,形成上正下负的半波整流电压。两个开关管在TL494发出的PWM信号的触发下来回导通,在绕组两端形成相位相反的交流电压。开关管关断时,嵌位电容释放漏感,降低开关管的电压尖峰。12V直流电压由变压器升压为方波电压,再经过整流滤波得到需要的直流电压[2]

1.2 全桥逆变

  逆变电路是逆变器的核心。逆变电路结构形式主要有半桥式和全桥式两种。半桥式逆变电路结构简单,但电压利用率低,交流输出的电压幅值仅为直流输出电压的一半,要输出同等功率大小的电能,主变压器原边的电流要加大一倍,弥补电压利用率不足的缺点。由于全桥式逆变电路有较强的带负载能力,本设计采用全桥逆变电路。

  如图2是单相电压型全桥逆变电路。它可看作由两个半桥电路组合而成,四个开关管组成了两对桥臂,互为对角的两个开关管同时导通,同一侧半桥上下两开关管交替导通,当开关Q1、Q4闭合,Q2、Q3断开:0=Ud;开关Q1、Q4断开,Q2、Q3闭合:U0=-Ud。这样,就将直流电压逆变成交流电压,选择PWM控制芯片TL494来控制开关的占空比,从而改变整流电压的平均值,即改变了输出电压[3]

2 USB双路输出

2.1 12V-5V稳压



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