12kW軍用車載逆變電源設計

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

關鍵詞：軍用汽車;車載逆變電源;MATLAB仿真;雙閉環控制;正弦脈寬調制

車載逆變電源的研究處于不斷發展中，國內崔保春等人就車載逆變電源在充電過程中可能會發生的瞬變過電壓現象，設計了一款基于TVS的小型車載逆變電源[1]。曹保國等人設計了移相控制方式的小功率車載逆變電源[2]。胡曉等人則對逆變電源的雙閉環PID數字控制方式進行了研究[3]。任士康研究設計了一款500W的車載逆變電源[4]。而國外K. Fukushima等人則對逆變電源的電流紋波的消除進行了研究[5]。國內外的研究針對的都是普通的汽車，功率等級小，難以滿足軍用車載電子設備的需求，所以本文針對某型號軍用車輛對功率的實際需求情況，研究設計了一款輸出功率可達到12kW的車載逆變電源。

1 車載逆變電源主電路設計

1.1 DC-DC推挽升壓電路設計

升壓電路采用推挽升壓拓撲結構，通過控制兩個互補導通的MOSFET開關管，將直流輸入電壓48V轉換為360V的高頻脈沖電壓，頻率為開關管頻率的兩倍，最后通過全橋整流電路轉換為360V的直流電壓輸出，這里采用三路輸入一路輸出結構，降低高頻變壓器設計難度。

1.2 DC-AC全橋逆變電路設計

后級全橋逆變電路將前級推挽升壓電路得到的360V直流電壓，經過正弦脈寬調制法（SPWM）和二階低通濾波電路，逆變為220V/50Hz的交流電，在此基礎上，還增加了EMI共模濾波電路以減少電路帶來的共模干擾，降低輸出電壓的總諧波失真度（THD）。

2 電源控制結構設計

電源的控制策略采用電壓電流雙閉環的控制思路，分別對逆變側的電感電流和輸出電壓進行采樣，將采樣電壓與參考電壓Vref進行比較得到電壓誤差信號，經過電壓控制器后與采樣電流進行比較得到電流誤差信號，最后送入電流控制器得到驅動信號，實現對占空比的控制，從而達到控制輸出電壓的目的。

3 電源仿真結果和實驗結果展示

本文搭建了仿真模型和實驗電路。

4 系統實驗總結

本文通過仿真和實際實驗，設計了一款針對某軍用汽車的車載逆變電源，實現了直流48V輸入到交流220V/50Hz輸出的電能轉換，輸出功率為12kW，能夠滿足軍用車載電子設備的用電需求，且能用于其它具有48V直流輸入的場合，具有重要的實際意義。

參考文獻：

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

[2]曹保國，趙芙生.小功率車載逆變電源的設計，[J].南京：南京師范大學，2007.

[3]胡曉.PWM逆變器PIP雙環數字控制技術研究，[D].武漢：華中科技大學，2007.

[4]任士康.500W車載逆變電源的研究與設計[D].蘭州理工大學，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.

作者簡介：

陳永祥（1992— ），碩士生，主研控制工程.