日常生活中我們需要一臺(tái)小功率電源裝置，以備在停電或戶外旅行等應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)急使用。小功率電源（戶外電源）架構(gòu)包括了光伏發(fā)電、電池充電管理、USB/Type-C充電接口、逆變單元等部分。整個(gè)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，這里主要談?wù)勀孀儐卧孀儐卧菍?chǔ)存在電池包中的低壓直流電能轉(zhuǎn)換為市電AC220V，為交流負(fù)載供電。通常電池輸出的電壓為12V、24V和48V，這個(gè)根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行選擇，下面所談到的是輸入DC24V輸出AC220V硬件方案。戶外電源結(jié)構(gòu)如圖1所示。
20年在電源網(wǎng)平臺(tái)分享了《兩級(jí)式單相并網(wǎng)逆變器研究與建模》（點(diǎn)擊標(biāo)題即可查閱）專題，內(nèi)容總共分為13節(jié)，詳細(xì)談了推挽諧振變換器和全橋逆變電路組成的逆變器的工作原理和模型搭建方法。
圖1中逆變單元拓?fù)淙鐖D2所示。由于設(shè)計(jì)為小功率逆變器，前級(jí)采用諧振型推挽拓?fù)溥M(jìn)行升壓，將電池包中的低壓轉(zhuǎn)換為可以滿足逆變標(biāo)準(zhǔn)的直流高壓；前級(jí)推挽拓?fù)渥儔浩鞲边呍黾与娙菰?，使高壓?cè)工作在諧振狀態(tài)。其目的：是實(shí)現(xiàn)原邊開關(guān)管零電流（ZCS）關(guān)斷。軟開關(guān)技術(shù)可以提高變換器的工作頻率，減小開關(guān)過程中開關(guān)管的開關(guān)損耗，提高變換器的功率密度，減小變換器體積。后級(jí)采用全橋逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔?，以供交流?fù)載使用。逆變采用SPWM調(diào)制方式，將直流電壓逆變器幅值為311V，頻率為50Hz的正弦波。后級(jí)逆變器采用全橋逆變主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用單極性等效雙極性SPWM調(diào)制方式，提高正弦波的電能質(zhì)量。
控制電路分為兩部分，前級(jí)諧振型推挽變換器采用SG3525型PWM控制器控制，后級(jí)全橋逆變器采用單片機(jī)控制。SG3525脈寬調(diào)制器是利用模擬的方式實(shí)現(xiàn)的一種調(diào)制方式，設(shè)計(jì)中將PWM占空比為0.5，工作頻率固定（與諧振頻率相等）。推挽電路工作在開環(huán)模式，保證在負(fù)載變化的情況下，電源始終工作在最佳工作點(diǎn)。后級(jí)逆變電路采用雙PI調(diào)制，將前級(jí)變換的高壓直流電逆變?yōu)橛秒娖魉璧慕涣麟?。本文中的功率?jí)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，具有高的效率和功率密度，能夠在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。
下面是基于PSIM2021的仿真模型及仿真結(jié)果
Pull-Push Resonant (Open Loop) + Singal Inverter (Double PI Close Loop).rar
根據(jù)工作原理搭建的兩級(jí)式逆變單元仿真模型如圖3所示。模型主要包括四部分：推挽諧振變換器（PPSC）、推挽控制器（SG3525）單相逆變器（SIC）和雙PI閉環(huán)調(diào)節(jié)器（DPI）。
設(shè)置負(fù)載為阻性，輸出功率為200W，仿真步長(zhǎng)設(shè)置1×10e-7，仿真時(shí)間為0.2s。仿真波形如圖4所示。
圖4中，a圖中Vds為Q2漏源電壓、Vgs為Q2門極驅(qū)動(dòng)電壓、Ids為Q2漏源電流。b圖中Vo為推挽變換器輸出電壓、Ir為推挽變換器高壓側(cè)諧振電流。c圖中Vo_ac為逆變器輸出電壓、Io_ac為逆變器輸出電流。
推挽諧振變換器工作在諧振頻率點(diǎn)處，開關(guān)管Q1、Q2均能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，變換器具有較高的變換效率。通過仿真證明所設(shè)置的參數(shù)合理。然后進(jìn)行樣機(jī)的設(shè)計(jì)，圖5為是所設(shè)計(jì)的兩級(jí)式逆變器。
(1) 測(cè)試100W負(fù)載時(shí)，輸入為24V，逆變器工作波形如圖6所示。
圖6中，a圖中，iin為直流輸入電流。b圖中，ids為流過Q2漏源電流、Vds為Q2漏源極電壓。c圖中，ir為推挽變換器諧振電流、Vbus為直流母線電壓。d圖中，io為輸出電流、Vo為輸出電壓。
(2) 測(cè)試200W負(fù)載時(shí)，輸入為24V，逆變器工作波形如圖7所示。
圖7中，a圖中，iin為直流輸入電流。b圖中，ids為流過Q2漏源電流、Vds為Q2漏源極電壓。c圖中，ir為推挽變換器諧振電流。d圖中，Vbus為直流母線電壓、io為輸出電流、Vo為輸出電壓。
