基于EG8010的车载正弦波逆变电源设计

钟宇明，李温泉



基于EG8010的车载正弦波逆变电源设计

钟宇明，李温泉

（深圳职业技术学院机电学院，广东深圳 518055）

本文设计了一种基于EG8010的车载正弦波逆变电源。介绍了逆变电源的基本电路结构，蓄电池12 V电压经推挽升压电路升压并隔离后，再经全桥逆变后得到220 V/50 Hz正弦交流输出。重点论述了逆变部分中，基于纯正弦波逆变控制器芯片EG8010的控制电路，以及IR2110的自举驱动电路。设计的逆变电源实验样机运行稳定可靠，良好的实验结果证明了设计的正确性。

车载逆变电源逆变电路EG8010

0 引言

车载逆变电源是将汽车蓄电池上的直流电转换为交流电，供一般交流电器产品使用，通过它可以在汽车上使用平时我们用市电才能工作的电器，比如笔记本电脑、手机充电器、电视机、医疗急救仪器备等，可应用于各个行业领域。车载逆变电源按输出可分为以下几类：一类是方波逆变器，输出质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值之间是瞬时切换，这样对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其带负载能力差，不能带感性负载。第二类是准正弦波逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，连续性不好。第三类是正弦波逆变器，输出高质量的正弦交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。

为保证安全，很多车载逆变电源把低压输入与高压输出进行隔离。在车载逆变电源中，有的采用简单的工频变压器隔离方式，即直流输入先直接逆变成交流电，然后接工频升压变压器进行升压并隔离。其缺点是变压器体积庞大。另一种方法就是采用高频变压器进行隔离，变压器体积很小。本文设计了一种高性能的高频变压器隔离型纯正弦波车载逆变电源。

1 电路结构

车载正弦波逆变器的结构框图如图1所示，其参数为：输入DC12V，输出220 V/50 Hz，输出功率200 W。蓄电池12 V经推挽升压电路升压并隔离后，再经全桥逆变及电感电容滤波后得到交流输出。

DC-DC升压采用带高频变压器的推挽电路，如图2所示，把电压从12 V（图中Vin）升到315 V，同时实现电气隔离。推挽电路只用两个开关管就能获得较大的输出功率，且两个MOSFET管的源极接在一起，其驱动电路共地，驱动电路设计简单[1]。PWM控制芯片采用SG3525。

高频变压器的设计计算如下[2，3]：

选择ER35磁芯，磁芯=103.1 mm2,=235.6 mm2。输入绕组的匝数按照式(1)计算：

式中是直流侧的最小输入电压，是推挽电路在原边MOSFET上损失的压降。=47.5%是每个开关管的最大占空比。=100 kHz是开关频率，=0.18T是磁通密度的最大变化量。

副边输出绕组的匝数按照式(2)计算：

式中是原边输入绕组的匝数，是副边输出绕组的匝数，是该输出绕组对应的电压,是输出整流二极管以及滤波电感上损失的电压。

2 逆变电路

全桥逆变电路如图3所示。采用基于芯片EG8010的控制电路和基于IR2110的自举驱动电路如图4所示。

图2 推挽升压电路

图3全桥逆变电路

EG8010是一款数字化的、功能很完善的自带死区控制的纯正弦波逆变控制器芯片，外接12 MHz晶体振荡器，内部集成SPWM正弦发生器、死区时间控制电路、幅度因子乘法器、软启动电路、保护电路、RS232串行通讯接口和12832串行液晶驱动模块等功能。

EG8010芯片的引脚PWMTYP是设置PWM输出类型，PWMTYP为“0”是正极性PWM类型输出，应用于高电平有效驱动；PWMTYP为“1”是负极性PWM类型输出，应用于低电平有效驱动。该逆变电路的开关管需要正极性PWM类型输出（即高电平有效驱动，死区时间为同时低电平），故引脚PWMTYP接地。图5是EG8010引脚SPWMOUT的输出波形。

EG8010芯片的引脚DT1，DT0是控制死区时间，可设置4种死区时间，若DT1，DT0设置为“00”是300 ns死区时间，“01”是500 ns死区时间， “10”是1 μs死区时间，“11”是1.5 μs死区时间，本项目设置为1 μs。引脚FRQSEL1，FRQSEL0是设置输出正弦波的频率，若FRQSEL1，FRQSEL0 设置为“00”是50 Hz，“01”是60 Hz，“10”是0-100 Hz由FRQADJ引脚调节，“11”是0-400 Hz由FRQADJ引脚调节。车载逆变电源一般应用于50 Hz固定频率，故引脚FRQSEL1， FRQSEL0 设置为“00”。引脚MODSEL是设置SPWM调制方式，“0”是单极性调制方式，“1”是双极性调制方式。为提高逆变电源的效率，选择单极性调制方式[4]。

图5 EG8010正极性PWM类型输出

驱动电路采用基于IR2110的自举驱动电路，只需要一路电源即可完成上下桥臂两个开关管的驱动，具有驱动简单、所需的驱动电源少的优点，大大降低了成本，也提高了可靠性[5]。

3 实验结果

对设计制作的车载逆变电源实验样机进行测试，样机工作稳定可靠。图6是控制上、下管Q3、Q4的驱动SPWMOUT3和SPWMOUT4的波形，其死区时间为1 μs。图7是对管Q1、Q4的驱动SPWMOUT1和SPWMOUT4的波形，采用的单极性SPWM调制方式，即一个桥臂是固定50 Hz的方波（SPWMOUT1），另一个桥臂是占空比变化的高频SPWM波形（SPWMOUT4）。图8是输出正弦波波形，波形正弦度好，畸变小，满载测试总谐波系数THD小于5%。该车载逆变电源获得了较好的实验结果，证明了设计的正确性。

图6 SPWMOUT3（通道1）和SPWMOUT4（通道2）的波形

图7 SPWMOUT1（通道1）和SPWMOUT4（通道2）的波形

图8开关电源2的开关管漏源电压输出正弦波波形

[1] 浣喜明, 姚为正. 电力电子技术[M]（第2版）. 北京: 高等教育出版社, 2004.

[2] Marty Brown. 开关电源设计指南[M] （第2版）.北京: 机械工业出版社, 2004.

[3] 张占松, 蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M]（修订版）. 北京: 电子工业出版社, 2004.

[4] 陈坚. 电力电子学: 电力电子变换和控制技术[M]（第2版）. 北京: 高等教育出版社, 2002.

[5] 马瑞卿, 刘卫国. 自举式IR2110集成驱动电路的特殊应用[J]. 电力电子技术, 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

钟宇明（1978-），男，副教授。研究方向：电力电子与电力传动、太阳能光伏发电。

E-mail: zhongyuming@szpt.edu.cn