日常生活中我們需要一臺小功率電源裝置，以備在停電或戶外旅行等應用場合應急使用。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。整個電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復雜，這里主要談談逆變單元，逆變單元是將儲存在電池包中的低壓直流電能轉(zhuǎn)換為市電AC220V，為交流負載供電。通常電池輸出的電壓為12V、24V和48V，這個根據(jù)設計需求進行選擇，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)平臺分享了《兩級式單相并網(wǎng)逆變器研究與建模》（點擊標題即可查閱）專題，內(nèi)容總共分為13節(jié)，詳細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中逆變單元拓撲如圖2所示。由于設計為小功率逆變器，前級采用諧振型推挽拓撲進行升壓，將電池包中的低壓轉(zhuǎn)換為可以滿足逆變標準的直流高壓；前級推挽拓撲變壓器副邊增加電容元件，使高壓側(cè)工作在諧振狀態(tài)。其目的：是實現(xiàn)原邊開關管零電流（ZCS）關斷。軟開關技術可以提高變換器的工作頻率，減小開關過程中開關管的開關損耗，提高變換器的功率密度，減小變換器體積。后級采用全橋逆變電路拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔?，以供交流負載使用。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。后級逆變器采用全橋逆變主拓撲結(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，前級諧振型推挽變換器采用SG3525型PWM控制器控制，后級全橋逆變器采用單片機控制。SG3525脈寬調(diào)制器是利用模擬的方式實現(xiàn)的一種調(diào)制方式，設計中將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，保證在負載變化的情況下，電源始終工作在最佳工作點。后級逆變電路采用雙PI調(diào)制，將前級變換的高壓直流電逆變?yōu)橛秒娖魉璧慕涣麟姟１疚闹械墓β始壖軜?gòu)實現(xiàn)軟開關，具有高的效率和功率密度，能夠在實際中得到廣泛的應用。

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）。

設置負載為阻性，輸出功率為200W，仿真步長設置1×10e-7，仿真時間為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處，開關管Q1、Q2均能實現(xiàn)軟開關，變換器具有較高的變換效率。通過仿真證明所設置的參數(shù)合理。然后進行樣機的設計，圖5為是所設計的兩級式逆變器。

(1) 測試100W負載時，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) 測試200W負載時，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。