12kW軍用車載逆變電源設(shè)計(jì)

摘要：目前適用于普通汽車的車載逆變電源產(chǎn)品種類繁多，而針對(duì)軍用汽車的車載逆變電源的研究成果比較匱乏。本文針對(duì)軍用汽車的特殊性，通過(guò)MATLAB的simulink仿真平臺(tái)，搭建了DC-DC升壓電路和全橋逆變電路的兩級(jí)電路結(jié)構(gòu)仿真模型;最后搭建實(shí)際電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)DSP實(shí)現(xiàn)電源電壓電流雙閉環(huán)控制，完成了由48V直流輸入到220V/50Hz交流輸出，輸出功率為12kW。

關(guān)鍵詞：軍用汽車;車載逆變電源;MATLAB仿真;雙閉環(huán)控制;正弦脈寬調(diào)制

車載逆變電源的研究處于不斷發(fā)展中，國(guó)內(nèi)崔保春等人就車載逆變電源在充電過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生的瞬變過(guò)電壓現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一款基于TVS的小型車載逆變電源[1]。曹保國(guó)等人設(shè)計(jì)了移相控制方式的小功率車載逆變電源[2]。胡曉等人則對(duì)逆變電源的雙閉環(huán)PID數(shù)字控制方式進(jìn)行了研究[3]。任士康研究設(shè)計(jì)了一款500W的車載逆變電源[4]。而國(guó)外K. Fukushima等人則對(duì)逆變電源的電流紋波的消除進(jìn)行了研究[5]。國(guó)內(nèi)外的研究針對(duì)的都是普通的汽車，功率等級(jí)小，難以滿足軍用車載電子設(shè)備的需求，所以本文針對(duì)某型號(hào)軍用車輛對(duì)功率的實(shí)際需求情況，研究設(shè)計(jì)了一款輸出功率可達(dá)到12kW的車載逆變電源。

1 車載逆變電源主電路設(shè)計(jì)

1.1 DC-DC推挽升壓電路設(shè)計(jì)

升壓電路采用推挽升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)控制兩個(gè)互補(bǔ)導(dǎo)通的MOSFET開(kāi)關(guān)管，將直流輸入電壓48V轉(zhuǎn)換為360V的高頻脈沖電壓，頻率為開(kāi)關(guān)管頻率的兩倍，最后通過(guò)全橋整流電路轉(zhuǎn)換為360V的直流電壓輸出，這里采用三路輸入一路輸出結(jié)構(gòu)，降低高頻變壓器設(shè)計(jì)難度。

1.2 DC-AC全橋逆變電路設(shè)計(jì)

后級(jí)全橋逆變電路將前級(jí)推挽升壓電路得到的360V直流電壓，經(jīng)過(guò)正弦脈寬調(diào)制法（SPWM）和二階低通濾波電路，逆變?yōu)?20V/50Hz的交流電，在此基礎(chǔ)上，還增加了EMI共模濾波電路以減少電路帶來(lái)的共模干擾，降低輸出電壓的總諧波失真度（THD）。

2 電源控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電源的控制策略采用電壓電流雙閉環(huán)的控制思路，分別對(duì)逆變側(cè)的電感電流和輸出電壓進(jìn)行采樣，將采樣電壓與參考電壓Vref進(jìn)行比較得到電壓誤差信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓控制器后與采樣電流進(jìn)行比較得到電流誤差信號(hào)，最后送入電流控制器得到驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)占空比的控制，從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。

3 電源仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示

本文搭建了仿真模型和實(shí)驗(yàn)電路。

4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)總結(jié)

本文通過(guò)仿真和實(shí)際實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一款針對(duì)某軍用汽車的車載逆變電源，實(shí)現(xiàn)了直流48V輸入到交流220V/50Hz輸出的電能轉(zhuǎn)換，輸出功率為12kW，能夠滿足軍用車載電子設(shè)備的用電需求，且能用于其它具有48V直流輸入的場(chǎng)合，具有重要的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔保春，王立鵬等.一種基于TVS管的車載逆變電源設(shè)計(jì)[J].山東：山東科技大學(xué)，2018.1.

[2]曹保國(guó)，趙芙生.小功率車載逆變電源的設(shè)計(jì)，[J].南京：南京師范大學(xué)，2007.

[3]胡曉.PWM逆變器PIP雙環(huán)數(shù)字控制技術(shù)研究，[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007.

[4]任士康.500W車載逆變電源的研究與設(shè)計(jì)[D].蘭州理工大學(xué)，2014.

[5] K. Fukushima， I. Norigoe， M. Shoyama， et al. Input current-ripple consideration for the pulse-link DC-AC converter for fuel cells by small series LC circuit. in Proc. IEEE APEC，Washington， DC， U.S.A， 2009： 447～451.

作者簡(jiǎn)介：

陳永祥（1992— ），碩士生，主研控制工程.