0 引言
在一些交通運載、野外測控、可移動武器裝備、工程修理車等設備中都配有不同規格的電源。通常這些設備工作空間狹小，環境惡劣，干擾大。因此對電源的設計要求也很高．除了具有良好的電氣性能外，還必須具備體積小、重量輕、成本低、可靠性高、抗干擾強等特點。針對某種移動設備的特定要求，研制了一種簡單實用的車載正弦波逆變電源，采用SPWM工作模式，以最簡單的硬件配置和最通用的器件構成整個電路。實驗證明．該電源具有電路簡單、成本低、可靠性高等特點．滿足了實際要求。本文介紹了各部分的工作原理，重點闡述參考正弦發生器及高壓懸浮驅動電路的設計。

1 系統組成
系統組成框圖如圖1所示 由權電阻網絡與集成運算放大器構成的可編程增益放大器產生階梯波參考正弦，UC3637用作正弦脈寬調制器。產生的SPWM波經專用高壓懸浮驅動器IR211O后，送至逆變電路(半橋)上下橋臂功率開關的門極逆變電路的輸出經濾波隔離得到輸出電壓u0，u0經PI調節器后提供參考正弦發生器的控制電壓，調節參考正弦的幅值(即調節ma)達到調節輸出電壓的目的。逆變主電路拓樸結構如圖2所示，這是一常規的半橋電路。

2 控制電路
由SPWM工作模式知，控制電路須產生兩個基本信號，即參考正弦波調制信號和三角波載波信號，并將調制波和載波送到正弦脈寬調制電路產生SPWM脈沖波，由驅動電路控制主電路中相應的功率開關模塊。
2.1 正弦調制波產生電路
正弦調制波產生電路如圖3所示。CD4067為16選1模擬開關。R1～R8為加權電阻(簡稱“權電阻”)，其值與采樣時刻ωti有關，i為采樣序號。

為便于時間量化和數控采樣，以及兼顧功率器件的工作頻率，選擇mf為整數且為偶數。例如mf=30．期望的輸出頻率f8(即調制頻率)為400Hz，則器件的開關頻率f8=12kHz，在IGBT優選的工作頻率之內，鑒于正弦波的對稱性．僅算出T/4(T為調制波的周期)的權電阻即町。不難理解R8是ωti=90時的權電阻值，半周內是以R8為中心兩邊對稱，連接關系如圖3中所示。半周內有15次采樣，CD4016l為可預置4位二進制加計數器。可將其先預置為1，15次記滿自動復位，且同時預置為1。
由以上分析知，U1A為可編程增益放大器，增益Kp=-Rf/Rk，Rk接入的序號不同，Kp的大小不同。在U1A的輸出端可以得一串15階梯的半波正弦，再由極性變換電路U1B(其中R10=Rk12)，可以得到正負半周對稱的完整的正弦調制波ur。
2.2 三角載波及時鐘產生電路
UC3637內含三角波振蕩器。圖4中R20，R21，R22的分壓點+VTH、-VTH是三角波正峰值和負峰值的轉折電壓。三角波的振蕩頻率fs由VTH，CT，RT共同決定，關系如下

UC3637內部有一恒流源為CT提供充放電電流。在腳2產生正負斜率對稱，線性良好的三角波。該三角波送到內部運放的同相端腳15．跟隨以后由腳16，17輸出．再經R23及R24分別送到二正弦脈寬調制器的腳8、10。調節Rp可以調節載波頻率、由于同步調制的原因(mf=30)，同時也在一定范圍內改變了輸出頻率。

由于UC3637無同步信號輸出端．設計了一信號調理電路將三角波載波信號變換為時鐘信號，作為CD4016l的計數時鐘，即參考正弦的采樣脈沖。調理電路的第一級為有源微分電路．由U1D及周邊阻容元件組成。C1及R27為微分電容電阻；R26及C2消除高頻振蕩；R26《R27，C2《C1。U1D輸出一雙極性方波信號，再經U2(比較器)過零比較輸出與后級邏輯電路電平(CD40161)相匹配的時鐘信號。
2.3 正弦脈寬調制器
UC3637中有兩個獨立的比較器，其輸入、輸出端分別都引到片外，應用相當靈活。前已述及三角波載波由R23及R24送到兩個比較器的腳8與腳10。那么，由參考正弦產生電路產生的調制波由R18及R19分別送到二比較器的腳9和腳11。腳9與腳11還由電阻R16及R17分別接到Vs電源上。 由此得到的偏置電平VT，VT的高低決定了上下功率開關器件的死區時間td[見式(3)]，二調制器分別由腳4及腳7輸出SPWM控制信號。

td=[(+VT/2)-(-VT/2)]Ts/2VTH (3)

式中：Ts為開關周期。

3 高壓懸浮驅動電路
IR公司生產的IR2110驅動器，兼有光耦隔離(體積小)和電磁隔離(速度快)的優點，是小功率變換裝置中首選的驅動器件。IR2110驅動半橋逆變器的電路如圖 5所示。

圖中VD1，C1為自舉二極管，自舉電容。VD1必須使用與功率開關相同耐壓等級的快恢復二極管，自舉電容的設計也至關重要，C1的耐壓要比功率器件充分導通時所需的驅動電壓(10V，高壓側欠壓鎖定電壓為8.7V/8.3V)高；若在C1的充電路徑上有1.5V的壓降，且假定有一半的柵壓因泄漏而降低，則自舉電容C1可按式(4)選取。


式中：Qg為IGBT門極電荷。
工程應用時應取C1>2Q/(Vcc-10-1.5)，且應選取容量穩定，耐脈沖電流的無感電容。自舉電容的詳細設計可參考文獻[3]。

4 實驗結果
設計實例：主電路半橋拓樸，SPWM工作模式。輸入Ud=270(110%)V直流電壓；輸出正弦波交流電壓Uo=115V，400Hz．500W，開關頻率12kHz；濾波電感2mH，濾波電容10μF；功率開關選用IGBT單管1MBH5OD-060；控制電路中使用的主要集成電路有UC3637、CD4067、CD40161、TL084各1片：驅動電路1片IR2110。圖6～圖8為實驗波形。THD3%。

5 結語
本文所介紹的車載逆變電源，具有簡單、實用、成本低、可靠性高等特點。而且電源的整體重量輕、體積小，滿足移動設備和車載的需要。已成功地應用到一種頻繁移動的軍事裝備中。