多路输出车载逆变器设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 多路输出车载逆变器设计 摘要：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。 中国论文网 /8/view-13008399.htm 关键词：车载逆变器； LM2596；RH7902；saber -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 DOI： 10.3969/j.issn.1005- 5517.2017.8.013 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”，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 父流电输出 l.l 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 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 I2） 。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 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。它可看作由筛霭肭诺缏纷楹隙 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：O=Ud； 开关 Q1、Q4 断开，Q2、Q3 闭合： UO=-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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 2.1 12V-5V 稳压 LM2596 开关电压调节器是降压 型电源管理单片集成电路，能够输出 3A 的驱动电流，同时具有很好的线性 和负载调节特性，可固定输出 3.3V、5V、12V 三种电压，也可实现在 1.2-37V 之间的可调输出。该器件内部 集成频率补偿和固定频率发生器，开关 频率为 150KHz，与低频开关调节器相 比较，可以使用更小规格的滤波元件。 由于该器件只需 4 个外接元件，可以使 用通用的标准电感，这更简化了 LM2596 的使用，极大地简化了电路的 设计。在特定的输入电压和输出负载的 条件下，输出电压的误差可以保证在4%的 范围内，振荡频率误差在1 5%的范围 内；可以用仅 80 vA 的待机电流实现外 部断电，同时具有自我保护电路 I4） 。 12V 转 5V 的方式常见的有三种： 第一种，用两个电阻分压。但是 如果用电阻分压的话，需要考虑负载端 的等效电阻对分压值的影响。这种方法 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 常见于电压采集，不用于能量提供： 第二种，也是普遍使用的方法， 使用三端稳压器（如 LM7805 芯片）来 实现线性稳压： 第三种，通过使用 LM2596 这种 开关稳压芯片来实现稳压。这种方法常 用于一些对能耗管理比较严格的场合， 如手持设备等。本设计采用第三种方法。 如图 3 是应用开关电压调节器 LM2596 的典型电路图。输入电容 CIN 的作用是 防止在输入端出现大的瞬态电压；前馈 电容 CFF 的作用是来对反馈环路进行补 偿和增加相位裕量以提高环路的稳定度； 输出电容 COUT 作用是提高环路的稳定 性；R1 、R2 分压反馈输出比较，用于 输出稳压。在 LM2596 的应用中，需要 一个吸纳二极管来为电感电流提供通路， 由于肖特基二极管开关速度快、正向压 降小，特别适合在输出电压低的场合下 应用。因此，本设计采用 1N5824，最 大正向连续电流是 5A，反向耐压 30V，符合设计要求。当通电时，电流 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 正常流过，当关闭时，电感里储存的电 连接二极管放电，保证了电路永不断电。 2.1.1 主要参数设计 2.2 双 USB 智能识别 如图 4 所示为双 USB 智能识别 电路。RH7902 是 USB 充电协议端口控 制 IC，工作电压范围在 4.5-5.5V 之间， 可自动识别充电设备类型，并通过对应 的 USB 充电协议与设备握手，使之获 得最大充电电流，在保护充电设备的前 提下节省充电时间。同时支持多种 USB 充电协议，各充电协议自动切换。图 4 中电阻 R 的主要作用是限流，防止前级 供电的输出电压过冲到 5V 以上造成芯 片的损坏，建议取值 R=750 左右：电 容 C 的主要作用是补偿 R 对电源纹波 的影响。如定义为 5W 充电器，将 DP 与 USB 接口的 D-端、DM 与 USB 接口 的 D+端连接：如定义为 10W 充电器， 将 DP 与 USB 接口的 D+端、DM 与 USB 接口的 D-端连接。5W 的 USB 输 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 出接口适用于手机等用电设备充电， 10W 的 USB 输出接口适用于平板电脑 等用电设备充电。本设计很好的兼容了 不同规格的用电设备，使充电安全、高 效、便捷。 3 仿真与实验 依据上述方案利用 saber 仿真软 件进行了仿真6，如图 5、图 6。制作 了车载逆变器，并利用数字示波器测量 了 220V 输出电压的波形和 USB 输出电 压波形。如图 7、图 8、图 9。 图 5、图 6 所示为带负载充电情 况下两路 USB 输出的电压电流波形图。 5W 接口输出 5V-1A 的电压和电流： 10W 接口输出 5V 2.4A 的电压和电流。 图 7 所示为逆变器实物模型，图 8 所示 为逆变器 220V 正弦交流电压输出实验， 频率为 50Hz 左右，电压波形平滑，谐 波失真小，抗干扰能力强，有较强的应 用稳定性和可靠性。 4 结论 本文设计了一款多路输出的车载 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 逆变器，由于采用了 RH7902 智能识别 芯片，大大简化了电路的设计，并且很 好的兼容了许多不同规格的用电设备， 使充电稳定，响应速度快。经实际运行 测试，该款车载逆变器可同时给三个用 电设备充电，解决了普通车载逆变器一 次只能给一个用电设备充电的难题，有 较强的应用价值。 嘉南祝 1邱进红车载逆变电源系统研究 与设计D武汉：武汉轻工大学，20T3 2魏巍单相车载逆变电源的设计 D成都：电子科技大学，2013 3夏兴国，项萌，宁平华一种单 片机控制的车载逆变电源设计与研究J 齐齐哈尔大学学报.2016，32（3）：27- 29 4潘传勇，丁