【正文】 逆變成交流電，本設(shè)計(jì)逆變電源工作是的持續(xù)輸出功率為 150W，并且具有輸出過(guò)壓保護(hù)以及過(guò)熱保護(hù)等功能。該電源的制作成本低，批量生產(chǎn)成本更低，并且當(dāng)印制板尺寸不受限制時(shí)，可以將輸出功率做到 200W 以上，因此該逆變電源的市場(chǎng)前景十分廣闊。 本逆變電源可將電瓶的 12V 直流電轉(zhuǎn)換為 220V/50Hz 的交流電，供數(shù)碼相機(jī)、CD 機(jī)、 MD 唱機(jī)、 筆記本電腦、小型錄像機(jī)、電動(dòng)剃須刀、手機(jī)等便攜式產(chǎn)品使用。因此具有相當(dāng)強(qiáng)的通用性。 洛陽(yáng) 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 逆變電源原理與構(gòu)成 逆變電源的基本構(gòu)成和原理 逆變電源的基本構(gòu)成和原理 以圖 21 的單向橋式逆變電源為例說(shuō)明其最基本的工作原理。圖中S1S4 是橋式電路的 4 個(gè)臂，他們由電力電子器件及其輔助電路組成。當(dāng)開(kāi)關(guān) S S4 閉合， S S3 斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載電壓 u0 為正；帶開(kāi)關(guān) S S4 斷開(kāi)，S S3 閉合時(shí) u0 為負(fù)，其波形如圖 22 所示，這樣就把直流點(diǎn)變成交流電，改變兩組開(kāi)關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。這就是逆變電路的最基本得工作原理。當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，負(fù)載電流 i0 和電壓 u0 的波形形狀相同，相位也相同，當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)， i0 相位滯后于 u0，兩者波形的形狀也不同，圖 22 給出的就是阻感負(fù)載時(shí)的 i0 波形。設(shè) t1 時(shí)刻以前 S S4導(dǎo)通， u0 和 i0 均為正。在 t1 時(shí)刻斷開(kāi) S S4，同時(shí)合上 S S3，則 u0 的極性立刻變?yōu)樨?fù)，但是，因?yàn)樨?fù)載中有電感，其電流方向不能立刻改變而仍維持原方向，這時(shí)負(fù)載電流從直流電源負(fù)極流出，經(jīng) S負(fù)載和 S3 流回正極，負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量向直 流電源反饋，負(fù)載電流逐漸減小，到 t2 時(shí)刻降為零，之后 i0 才反向并逐漸增大。 S S3 斷開(kāi)， S S4 閉合時(shí)的情況類(lèi)似。上面是 S1 S4 均為理想開(kāi)關(guān)時(shí)的分析，實(shí)際電路的工作過(guò)程要復(fù)雜一些。 U dS 1S 2負(fù) 載 U 0S 3S 4i 0 圖 21 逆變電路 洛陽(yáng) 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 Tu 0t 1t 2i 0 圖 22 逆變電路波形 1. 本設(shè)計(jì)的基本構(gòu)成及其原理 該設(shè)計(jì)電路的 方框圖如圖 23。該電路由 12V 直流輸入、輸入過(guò)壓保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路、逆變電路 I、 220V/50KHz 整流濾波、 逆變電路 II、輸出過(guò)壓保護(hù)電路等組成。逆變電路 I、逆變電路 II 的 框圖 分別見(jiàn)圖 圖 4。逆變電路又包括頻率產(chǎn)生電路（ 50KHz 和 50Hz PWM 脈沖寬度調(diào)制電路）、直流變換電路 (DC/DC)將 12V 直流轉(zhuǎn)換成 220V 直流、交流變換電路 (DC/AC)將 12V 直流變換為 220V 交流。 圖 23 整機(jī)原理方框圖 逆變電路 I 原理如圖 24 所示。此電路的主要功能是將 12V 直流電轉(zhuǎn)換為 220V/50KHz 的交流電。 洛陽(yáng) 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 24 逆變 I 電路原理方框圖 逆變電路 II 如圖 25 所示。此電路的主要功能是將 220V 直流電轉(zhuǎn)換為 220V/50Hz 的交流電。全橋電路以 50Hz 的頻率交替導(dǎo)通，產(chǎn)生 50Hz交流電。 圖 25 逆變 II 電路原理方框圖 2. 電路工作原理 輸入 12V 直流電源電壓，經(jīng)過(guò)逆變電路 I 得到 220V/50KHz 的交流電，此交流電再經(jīng)過(guò)整流濾波電路得到 220V 高壓直流電，然后經(jīng)過(guò)逆變 II 得到 220V/50Hz 交流電。其中輸入過(guò)壓保護(hù)電路、輸出過(guò)壓保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路構(gòu)成整個(gè)電路的保護(hù)電路。一旦輸入電壓出現(xiàn)過(guò)大或者過(guò)小時(shí)，保護(hù)電路立即啟動(dòng)，然后停止逆變電路 I 的工作。過(guò)熱保護(hù)電路是當(dāng)電路工作溫度過(guò)高時(shí)， 啟動(dòng)保護(hù)使逆變電路 I 停止工作。輸出過(guò)壓保護(hù)電路與逆變電路 II 構(gòu)成反饋回路，一旦電路輸出異常則停止逆變電路 II 的工作。洛陽(yáng) 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 在逆變電路 I 中是用一塊 TL494 芯片產(chǎn)生 50KHz 的脈沖頻率，經(jīng)過(guò)變壓器推挽電路將 12V 直流轉(zhuǎn)換成 220V/50KHz 的交流電。在逆變電路 II 中再用一塊 TL494 芯片產(chǎn)生 50Hz 的脈沖波，全橋電路以 50Hz 的頻率交替導(dǎo)通，從而將 220V 直流和 50Hz 脈沖電路整合，然后輸出 220V/50Hz 的交流電。在該電路中都是利用 TL494 的輸出端作為逆變電路工作狀態(tài)的控制端。 逆變電源的技術(shù) 性能指標(biāo)及主要特點(diǎn) 1. 輸入： 12V 直流（汽車(chē)蓄電池）。 2. 輸出： 220V 交流（非正弦波）。 3. 輸出功率：大于 100W。 4. 具有輸入過(guò)壓保護(hù)和輸出過(guò)壓保護(hù)。 5. 有過(guò)熱保護(hù)功能。 6. 可作為多種電器的通用電源。 7. 含有工作正常指示燈。 逆變電源的主要元器件及其特性 TL494 電流模式 PWM 控制器 TL494 是一種固定頻率脈沖寬度調(diào)制電路 [1]，它包含了開(kāi)關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛用于單端正激雙管式、半橋式以及全橋式開(kāi)關(guān)電源。TL494 有 SO16 和 PDIP16 兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。 1. 主要特征 集成了全部的脈沖寬度調(diào)制電路。 TL494 內(nèi)置線(xiàn)性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）。 TL494 內(nèi)置誤差放大器。 TL494 內(nèi)置 5V 參考基準(zhǔn)電壓源。 可調(diào)整死區(qū)時(shí)間。 TL494 內(nèi)置功率晶體管，可提供 500mA 的驅(qū)動(dòng)能力。 有推或拉兩種輸出方式。 洛陽(yáng) 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 2. 引腳設(shè)置及其功能 TL494 的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩器、死區(qū)時(shí)間比較器、誤差放大器（兩個(gè)）、 PWM 比較器以及輸出電路等組成，各引腳功能見(jiàn)表21。 表 21 TL494 引腳功能表 引腳 符號(hào) 功能 典型電壓 1 V1(+) 誤差放大器 1 誤差信號(hào)輸入端（同相信號(hào)端 ） 2 V1() 誤差放大器 1 誤差信號(hào)輸入端（反相信號(hào)端） 3 VOUTC 誤差放大器 1 和 2 輸出信號(hào)補(bǔ)償元件連接段 4 4 CONT 死區(qū)控制信號(hào)輸入端，所加控制電壓可調(diào)輸出脈沖寬度 5 CT 振蕩器外接振蕩電容連接端，與 6 腳外接的電阻一起可產(chǎn)生頻率 f= 6 RT 振蕩器外接振蕩電阻連接端，見(jiàn) 5 腳說(shuō)明 7 GND 基準(zhǔn) 電源電源電路接地線(xiàn)端 0 8 CA 推挽電路輸出信號(hào)端 A, 輸出電壓可達(dá) 40V, 電流為200mA（反相輸出） 015v 9 EA 推挽電路輸出信號(hào)端 A,屬同相信號(hào)輸出端 0 10 EB 推挽電路輸出信號(hào)端 B,屬同相信號(hào)輸出端 0 11 CB 推挽電路輸出信號(hào)端 B，輸出電壓可達(dá) 40V，電流為200mA(反相輸出 ) 與 8 腳等相位差180 度的脈沖波 12 VccIN 工作電源電壓輸入端 25 13 OUT CON 輸出方式設(shè)定信號(hào)輸入端。當(dāng)該腳接基準(zhǔn)電壓是，輸出呈推挽型，輸出方波最大占空比為 48％； 當(dāng)該腳 接地是 內(nèi)部二 個(gè)輸出晶 體管并聯(lián) 工作輸出 電流可達(dá)400mA，最大占空比為 96％ 5 14 +5 +5V 基準(zhǔn)電源輸出端，可輸出 5V 的基準(zhǔn)參考電壓 5 15 V2() 誤差放大器 2 誤差信號(hào)輸入端（反相信號(hào)端） 16 V2(+) 誤差放大器 2 誤差信號(hào)輸入端（同相信號(hào)端） 0 洛陽(yáng) 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 3. 工作原理 TL494 是一個(gè)固定頻率 PWM 控制電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 26 所示。TL494 適用于設(shè)計(jì)所有的單端或雙端開(kāi)關(guān)電源電路，其主要性能如下： 圖 26 TL494 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 1. 輸入電源電壓為 7~40V， 可用穩(wěn)壓電源作為輸入電源，從而使輔助電源簡(jiǎn)化。 TL494 末級(jí)的兩只三極管在 7~40V 范圍工作時(shí)，最大輸出電流可達(dá) 250mA。因此，其帶負(fù)載能力較強(qiáng)，即可按推挽方式工作，也可將兩路輸出并聯(lián)工作，小功率時(shí)可直接驅(qū)動(dòng)。 2. 內(nèi)部有 5V 參考電壓，使用方便，當(dāng)參考電壓短路時(shí)，有保護(hù)功能，控制很方便。 3. 內(nèi)部有一對(duì)誤差放大器，可做反饋放大及保護(hù)功能，控制非常方便。 4. 在高頻開(kāi)關(guān)電源中，輸出方波必須對(duì)稱(chēng)，在其他一些應(yīng)用中又需要方波人為不對(duì)稱(chēng)，即需控制方波的占空比。通過(guò)對(duì) TL494 的 4 腳控制，即可調(diào)節(jié)占空比，還可 作輸出軟啟動(dòng)保護(hù)用。 5. 可以選擇單端、并聯(lián)及交替三種輸出方式。 TL494 的 1 腳及 2 腳為誤差放大器的輸入端。由 TL494 芯片構(gòu)成電壓洛陽(yáng) 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 反饋電路時(shí)， 2 腳上通過(guò)電阻從內(nèi)部 5V 基準(zhǔn)電壓上取分壓，作為 1 腳比較的基準(zhǔn)。 3 腳用于補(bǔ)償校正，為 PWM 比較器的輸入端，接入電阻和電容后可以抑制振蕩， 4 腳為死區(qū)時(shí)間控制端，加在 4 腳上的電壓越高，死區(qū)寬度越大。當(dāng) 4 腳接地時(shí)，死區(qū)寬度為零，即全輸出；當(dāng)其接 5V 電壓時(shí)；死區(qū)寬度最大，無(wú)輸出脈沖。利用此特點(diǎn)，在 4 腳和 14 腳之間接一個(gè)電容，可達(dá)到輸出軟啟動(dòng)的目的，還可以供短路保護(hù)用。 5 腳及 6 腳接振蕩器的接地電容、電阻。 TL494 內(nèi)置線(xiàn)性鋸齒波振蕩器 ，振蕩頻率可通過(guò)外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如 式 21： 1FoscCtRt= (21) 輸出脈沖的寬度是通過(guò)電容 Ct 上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較而實(shí)現(xiàn)的。三極管 VT1 和 VT2 受控于或非門(mén)。當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)時(shí)才會(huì)被選通。當(dāng)控制 信號(hào)增大時(shí)，輸出脈沖的寬度將減小。 控制信號(hào)由集成電路外部輸入，其中一條送至死區(qū)時(shí)間比較器，另一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時(shí)間比較器具有 120mV 的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的 4%。當(dāng)輸出端接地時(shí)，最大輸出占空比為 96%，當(dāng)輸出端接參考電平時(shí)，占空比為 48%。在死區(qū)時(shí)間控制端上接固定電壓（在 之間）時(shí)，即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。 PWM 比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度提供了一個(gè)手段：當(dāng)反饋電壓從 變?yōu)? 時(shí)，輸出的脈沖寬度由被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通 百分比時(shí)間下降到零。兩個(gè)誤差放大器具有從 到 的共模輸入范圍，這可從電源的輸出電壓和電流中察覺(jué)到。誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與 PWM 比較器反相輸入端進(jìn)行 ―或 ‖運(yùn)算。正是由于這種電路結(jié)構(gòu)，誤差放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。 當(dāng) Ct 放電時(shí)，一個(gè)正脈沖將出現(xiàn)在死區(qū)時(shí)間比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)停止 VT1 和 VT2 的工作。若輸出控制端連接到參考電壓上，那么調(diào)制脈沖交替送至兩個(gè)三極管，輸出頻率等于洛陽(yáng) 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且占空比小于 50%時(shí) ，則輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)可分別從 VT 1 和 VT2 中取得。輸出變壓器為一個(gè)反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當(dāng)需要更大的驅(qū)動(dòng)電流輸出時(shí)，可將 VT1 和 VT2 并聯(lián)使用，這時(shí)需將輸出模式控制端接地，以關(guān)閉雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在這種狀態(tài)下，輸出脈沖的頻率將等于振蕩器的頻率。 TL494 內(nèi)置一個(gè) 5V 的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，使用外置偏置電壓時(shí)，可提供高達(dá) 10mA 的負(fù)載電流。在典型的 0℃ ~70℃ 溫度范圍和 50 mV 電壓的溫漂條件下，該基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路能提供 177。5%的精度。 表 22 TL494 的極限參數(shù) TL494 的極限參數(shù) 名稱(chēng) 代號(hào) 極限值 單位 工作電壓 Vcc 42 V 集電極輸出電壓 Vc1,Vc2 42 V 集電極輸出電流 Ic1,Ic2 500 mA 放大器輸入電壓范圍 Vir + V 功耗 Pd 1000 mW 熱阻 Rbja 80 ℃ 工作結(jié)溫 Tj 125 ℃ 工作環(huán)境溫度 TL494B TL494C TL494I NCV494B Ta 40 +125 0 +70 40 +85 40 +125 ℃ 額定環(huán)境溫度 Ta 40 ℃ 場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管（ FET）是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件 [3]，并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱(chēng)單機(jī)型晶體管，場(chǎng)效應(yīng)管不但具備雙極型晶體管體積小、重量輕、壽洛陽(yáng) 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，而且輸入回路的內(nèi)阻高達(dá) 1071012Ω，噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)，且比后者耗電省，這些優(yōu)點(diǎn)使之從 20