全橋逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，如何實(shí)現(xiàn)直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔?/h1>
生活中需要一臺(tái)小功率電源裝置，以備在停電或戶外旅行等應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)急使用。小功率電源(戶外電源)架構(gòu)包括了光伏發(fā)電、電池充電管理、USB/Type-C充電接口、逆變單元等部分。
整個(gè)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，這里主要談?wù)勀孀儐卧孀儐卧菍?chǔ)存在電池包中的低壓直流電能轉(zhuǎn)換為市電AC220V，為交流負(fù)載供電。通常電池輸出的電壓為12V、24V和48V，這個(gè)根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行選擇，下面所談到的是輸入DC24V輸出AC220V硬件方案。戶外電源結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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圖1中逆變單元拓?fù)淙鐖D2所示。由于設(shè)計(jì)為小功率逆變器，前級(jí)采用諧振型推挽拓?fù)溥M(jìn)行升壓，將電池包中的低壓轉(zhuǎn)換為可以滿足逆變標(biāo)準(zhǔn)的直流高壓;前級(jí)推挽拓?fù)渥儔浩鞲边呍黾与娙菰?，使高壓?cè)工作在諧振狀態(tài)。其目的：是實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)管零電流(ZCS)關(guān)斷。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以提高變換器的工作頻率，減小開(kāi)關(guān)過(guò)程中開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗，提高變換器的功率密度，減小變換器體積。
后級(jí)采用全橋逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔?，以供交流?fù)載使用。逆變采用SPWM調(diào)制方式，將直流電壓逆變器幅值為311V，頻率為50Hz的正弦波。后級(jí)逆變器采用全橋逆變主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用單極性等效雙極性SPWM調(diào)制方式，提高正弦波的電能質(zhì)量。
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控制電路分為兩部分，前級(jí)諧振型推挽變換器采用SG3525型PWM控制器控制，后級(jí)全橋逆變器采用單片機(jī)控制。SG3525脈寬調(diào)制器是利用模擬的方式實(shí)現(xiàn)的一種調(diào)制方式，設(shè)計(jì)中將PWM占空比為0.5，工作頻率固定(與諧振頻率相等)。
推挽電路工作在開(kāi)環(huán)模式，保證在負(fù)載變化的情況下，電源始終工作在最佳工作點(diǎn)。后級(jí)逆變電路采用雙PI調(diào)制，將前級(jí)變換的高壓直流電逆變?yōu)橛秒娖魉璧慕涣麟姟１疚闹械墓β始?jí)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，具有高的效率和功率密度，能夠在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)工作原理搭建的兩級(jí)式逆變單元仿真模型如圖3所示。模型主要包括四部分：推挽諧振變換器(PPSC)、推挽控制器(SG3525)單相逆變器(SIC)和雙PI閉環(huán)調(diào)節(jié)器(DPI)。
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設(shè)置負(fù)載為阻性，輸出功率為200W，仿真步長(zhǎng)設(shè)置1×10e-7，仿真時(shí)間為0.2s。仿真波形如圖4所示。
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圖4中，a圖中Vds為Q2漏源電壓、Vgs為Q2門極驅(qū)動(dòng)電壓、Ids為Q2漏源電流。b圖中Vo為推挽變換器輸出電壓、Ir為推挽變換器高壓側(cè)諧振電流。c圖中Vo_ac為逆變器輸出電壓、Io_ac為逆變器輸出電流。
推挽諧振變換器工作在諧振頻率點(diǎn)處，開(kāi)關(guān)管Q1、Q2均能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，變換器具有較高的變換效率。通過(guò)仿真證明所設(shè)置的參數(shù)合理。然后進(jìn)行樣機(jī)的設(shè)計(jì)，圖5為是所設(shè)計(jì)的兩級(jí)式逆變器。
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(1) 測(cè)試100W負(fù)載時(shí)，輸入為24V，逆變器工作波形如圖6所示。
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圖6中，a圖中，iin為直流輸入電流。b圖中，ids為流過(guò)Q2漏源電流、Vds為Q2漏源極電壓。c圖中，ir為推挽變換器諧振電流、Vbus為直流母線電壓。d圖中，io為輸出電流、Vo為輸出電壓。
(2) 測(cè)試200W負(fù)載時(shí)，輸入為24V，逆變器工作波形如圖7所示。
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圖7中，a圖中，iin為直流輸入電流。b圖中，ids為流過(guò)Q2漏源電流、Vds為Q2漏源極電壓。c圖中，ir為推挽變換器諧振電流。d圖中，Vbus為直流母線電壓、io為輸出電流、Vo為輸出電壓。
感興趣的朋友想自己DIY一臺(tái)戶外電源可以與小編一起交流學(xué)習(xí)，做一臺(tái)屬于自己的電源，可留言。下面是500W戶外電源方案，包括BMS板、逆變單元和DC接口控制板三部分。
基本參數(shù)：2個(gè)USB充電接口，最大均支持18W輸出(5V3.4A,9V2A,12V1.5A) 支持BC1.2,Apple，三星協(xié)議，高通QC2.0,OC3.0，華為FCP，三星AFC
2個(gè)Type-C接口，接口1最大30W輸出(支持5V,9V,12V,15V,20V)支持PD2.0/PD3.0(PPS)輸出協(xié)議，QC2.0，QC3.0，MTK PE，華為FCP，SCP，三星AFC，展訊SFCP;接口2最大60W輸出(20V3A)，支持PD2.0/PD3.0/PPS/QC4+ /QC4/QC3.0/QC2.0/AFC，支持FCP/低壓SCP/高壓SCP/PE2.0/PE1.1/SFCP
DC輸入:18V/3.5A，可以外接太陽(yáng)能充電板(MPPT)，AC輸出500W/220V。
該方案具備完備的保護(hù)功能，比如輸入輸出過(guò)壓、過(guò)流、短路保護(hù);采用軟/硬件多重保護(hù)機(jī)制等，最大限度保證電源安全。
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