基于KA7500B 的车载逆变电源的测试分析

沈承舒，杨 梅，胡海星

（贵阳学院 电子与通信工程学院，贵州 贵阳 550005）

我国汽车普及程度日渐增高［1］，车载用电器的使用也日趋普遍，目前家用电器多数都以220 V/50 Hz 交流供电为主，但汽车蓄电池输出为12 V或24 V 直流电。车载逆变电源则成为车载系统必不可少的设备［2］。车载逆变电源的设计一般有两种方式，即半桥拓扑DC/DC 升压后逆变输出和全桥逆变后工频变压器升压输出。这两种方式都能实现将车载电瓶的12 V 或24 V 直流逆变成家用电器使用的高压交流，但两个系统都存在一定缺点。本文将对两种方式设计的电路进行测试，得到实际使用时电路参数的变化，便于后期设计参考及电路改进。

1 基于KA7500B 车载逆变电源硬件原理

基于KA7500B 设计的车载逆变电源一般由KA7500B 芯片输出可调制的PWM 信号驱动后级电路进行转换，后级电路包含工频变压器、半桥拓扑DC/DC、Buck-Boost 电路和全桥逆变电路等。整个系统电路一般分为：半桥拓扑DC/DC升压后逆变输出和全桥逆变后工频变压器升压输出。

1.1 半桥拓扑升压-逆变原理

半桥拓扑DC-DC 升压常采用带高频变压器的推挽电路［3］，电路逻辑原理图如图1 所示。

图1 半桥拓扑升压-逆变电路逻辑原理图

该系统中驱动半桥MOSFET 的PWM 信号由KA7500B 产生，电路前后级实现电气隔离，经高频变压器升压整流后，最终由逆变电路模块逆变后输出。整个电路较为简单，元器件数量较少，从经济角度考虑实为高效，但从电路实际输出的电压、电流和功率因素上看却达不到应用需求。

1.2 全桥逆变-升压输出原理

全桥逆变一般采用全桥电路和正激变换电路组合而成，电路逻辑原理图如图2 所示。

图2 全桥逆变-升压电路逻辑原理图

全桥逆变电路核心由4 个独立的MOSFET组成，可以由SPWM 信号驱动实现逆变，典型应用电路如EG8010 逆变电路。也可由KA7500B 产生的PWM 驱动实现逆变，如图2 所示，将汽车电瓶的直流进行逆变后，AC 电压并不能达到市电用电器的使用标准，还必须经过升压处理，为使输出功率达到一定的标准，后级电路一般采用推挽变压器组成的半桥正激电路实现升压。推挽变压器是开关型功率变换器中的关键部件，其作用为磁能转换、电压变换和绝缘隔离［4］。经工频变压器的升压处理后，最终实现高压AC 输出。

2 车载逆变电源的测试

选取市面上应用较为广泛的符合上述两种系统组成原理的实际车载逆变电源进行了测试实验，实验中对驱动信号的占空比、频率、电压伏值，对系统的最终输出等进行了测试。

2.1 半桥拓扑升压-逆变应用电路测试

系统电路逻辑原理图如图1 所示，图中A1和A2 点分别为半桥2 个MOSFET 的G 极，A1、A2 点实测输出波形如图3 所示。

图3 半桥拓扑升压-逆变电路中A1、A2 点波形图

因MOS 管为交替开关工作状态，故该信号为互补输出的两个波形，如图3 所示，A1 点测试数据为：Vpp=10V，频率f=44.96KHz。A2 点测试数据为：Vpp=10.013V，频率f=44.96KHz。驱动信号经MOS 管转换后到达高频变压器，高频变压器两端波形实测如图4 所示。

图4 半桥拓扑升压高频变压器驱动信号波形图

可见，驱动信号依然为互补关系，信号频率为f=44.96KHz，电压幅值为Vpp=8.22V，稍有降低。电能经过逆变模块转换后输出到最终输出端，实测波形如图5 所示。

图5 半桥拓扑升压-逆变电路最终输出波形图

该波形实测数据为：频率f=44.973KHz，电压幅值Vpp=119.5V，正占空比为49.52%。若为该系统接入不同负载，实测结果为：（1）对于宽电压低功率用电器，用电器能正常工作。（2）对于电压要求超过AC120 V 的用电器，则用电器不能正常工作，逆变电源工作不正常。

2.2 全桥逆变-升压应用电路测试

系统电路逻辑原理图如图2 所示，该系统中存在两片KA7500B 芯片，第1 片负责驱动全桥逆变电路，实测PWM1～4 波形如图6 所示。

图6 全桥逆变逆变桥PWM 驱动实测波形图

逆变全桥中的4 个MOS 管呈对向交替打开，故波形也为互补关系，PWM1、PWM4 波形实测数据为：频率f=50.412Hz，振幅Vpp=10.316V，正占空比为62.225%。PWM2、PWM3 波形实测数据为：频率f=50.409Hz，振幅Vpp=10.387V，正占空比为37.775%。

如图2 所示，第2 片KA7500B 芯片产生正激变换的驱动信号，PWM5、PWM6 实测波形如图7所示。

图7 全桥逆变-升压正激变换驱动信号波形图

正激变换中2 个MOS 管成交替打开状态，故波形互补，PWM5 实测数据为：频率f=55.13KHz，振幅Vpp=10.593V，正占空比为44.795%。PWM6实测数据为：频率f=55.25KHz，振幅Vpp=10.593V，正占空比为44.791%。经正激变换后最终系统输出空载时实测波形如图8 所示。

图8 全桥逆变-升压应用电路空载时最终输出波形图

最终输出实测数据为：频率f=50.55Hz，振幅Vpp=260.87V，正占空比为30.692%。在该系统中接入不同负载，系统输出及负载工作状态如表1 所示。

表1 不同负载下全桥逆变-升压电路工作状态数据表

可见，当接入60W 负载时，电源已开始出现过载情况，轻过载时电源输出波形如图9 所示。

图9 全桥逆变-升压应用电路轻过载时输出波形图

当电源重过载时，已不能正常工作，此时输出已紊乱，波形如图10 所示。

图10 全桥逆变-升压应用电路重过载时输出波形图

3 系统分析

3.1 半桥拓扑升压-逆变应用电路测试的分析

加入使系统能正常工作的不同负载，半桥拓扑升压-逆变应用电路的转换效率如表2 所示。

表2 半桥拓扑升压-逆变应用电路系统转换效率数据表

在该表中计算输出功率时，忽略了功率因素的影响，记功率因素为100%。根据输入与输出对比，转换效率为80%～85%，这在同类电源中转换效率并不高。在对系统的测试中，系统输出AC电压的频率为44.96 KHz，电压幅值为119.50 V，输出波形并不是正弦波，在转换效率的计算中若考虑功率因素，则转换效率会更低。所以使用此方案设计的车载逆变电源几乎不能满足家用电器的使用。

3.2 全桥逆变-升压应用电路测试的分析

同理，在该系统中加入使系统能正常工作的不同负载，全桥逆变-升压应用电路的转换效率如表3 所示。

表3 全桥逆变-升压应用电路系统转换效率数据表

该系统计算输出功率时，忽略功率因素的影响，同理，记功率因素为100%。该系统的转换效率稍高，为83%～90%，在同类电源中转换效率适中，在接入负载时输出电压为241.5 V，满足家用电器的用电电压需求，但根据图8 所示的测试结果得出，该系统输出交流电也非正弦波，且输出电压偏高，对比标准的220 V 电压值，误差较大，若遇用电电压需求较为苛刻的用电器，该电源则不能满足需求。

4 结论

对基于KA7500B 设计的车载逆变电源进行了测试分析，首先给出了两种设计方案，根据两种设计方案给出了逻辑原理图，在原理图中给出重要的测试点，并对两种设计方案的输入电能参数和输出电能参数进行测试，对测试数据进行分析，得到两种方案所设计的车载逆变电源的缺点，为车载逆变电源的设计提供一定的数据支持，为后续设计工作奠定一定的基础。