【正文】 變電源的市場前景十分廣闊。 本逆變電源可將電瓶的 12V 直流電轉換為 220V/50Hz 的交流電，供數(shù)碼相機、CD 機、 MD 唱機、 筆記本電腦、小型錄像機、電動剃須刀、手機等便攜式產品使用。因此具有相當強的通用性。 4 第 2 章 逆變電源原理與構成 逆變電源的基本構成和原理 逆變電源的基本構成和原理 以圖 21 的單向橋式逆變電源為例說明其最基本的工作原理。圖中S1S4 是橋式電路的 4 個臂，他們由電力電子器件及其輔助電路組成。當開關 S S4 閉合， S S3 斷開時，負載電壓 u0 為正；帶開關 S S4 斷開，S S3 閉合時 u0 為負，其波形如圖 22 所示，這樣就把直流點變成交流電，改變兩組開關的切換頻率，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。當負載為電阻時，負載電流 i0 和電壓 u0 的波形形狀相同，相位也相同，當負載為阻感時， i0 相位滯后于 u0，兩者波形的形狀也不同，圖 22 給出的就是阻感負載時的 i0 波形。設 t1 時刻以前 S S4導通， u0 和 i0 均為正。在 t1 時刻斷開 S S4，同時合上 S S3，則 u0 的極性立刻變?yōu)樨?，但是，因為負載中有電感，其電流方向不能立刻改變而仍維持原方向，這時負載電流從直流電源負極流出，經(jīng) S負載和 S3 流回正極，負載電感中儲存的能量向直 流電源反饋，負載電流逐漸減小，到 t2 時刻降為零，之后 i0 才反向并逐漸增大。 S S3 斷開， S S4 閉合時的情況類似。上面是 S1 S4 均為理想開關時的分析，實際電路的工作過程要復雜一些。 U dS 1S 2負 載 U 0S 3S 4i 0 圖 21 逆變電路 5 Tu 0t 1t 2i 0 圖 22 逆變電路波形 1. 本設計的基本構成及其原理 該設計電路的 方框圖如圖 23。該電路由 12V 直流輸入、輸入過壓保護電路、過熱保護電路、逆變電路 I、 220V/50KHz 整流濾波、 逆變電路 II、輸出過壓保護電路等組成。逆變電路 I、逆變電路 II 的 框圖 分別見圖 圖 4。逆變電路又包括頻率產生電路（ 50KHz 和 50Hz PWM 脈沖寬度調制電路）、直流變換電路 (DC/DC)將 12V 直流轉換成 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 直流電轉換為 220V/50KHz 的交流電。 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 直流電轉換為 220V/50Hz 的交流電。全橋電路以 50Hz 的頻率交替導通，產生 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)過逆變電路 I 得到 220V/50KHz 的交流電，此交流電再經(jīng)過整流濾波電路得到 220V 高壓直流電，然后經(jīng)過逆變 II 得到 220V/50Hz 交流電。其中輸入過壓保護電路、輸出過壓保護電路、過熱保護電路構成整個電路的保護電路。一旦輸入電壓出現(xiàn)過大或者過小時，保護電路立即啟動，然后停止逆變電路 I 的工作。過熱保護電路是當電路工作溫度過高時， 啟動保護使逆變電路 I 停止工作。輸出過壓保護電路與逆變電路 II 構成反饋回路，一旦電路輸出異常則停止逆變電路 II 的工作。 7 在逆變電路 I 中是用一塊 TL494 芯片產生 50KHz 的脈沖頻率，經(jīng)過變壓器推挽電路將 12V 直流轉換成 220V/50KHz 的交流電。在逆變電路 II 中再用一塊 TL494 芯片產生 50Hz 的脈沖波，全橋電路以 50Hz 的頻率交替導通，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 性能指標及主要特點 1. 輸入： 12V 直流（汽車蓄電池）。 2. 輸出： 220V 交流（非正弦波）。 3. 輸出功率：大于 100W。 4. 具有輸入過壓保護和輸出過壓保護。 5. 有過熱保護功能。 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制電路 [1]，它包含了開關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關電源。TL494 有 SO16 和 PDIP16 兩種封裝形式，以適應不同場合的要求。 1. 主要特征 集成了全部的脈沖寬度調制電路。 TL494 內置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）。 TL494 內置誤差放大器。 TL494 內置 5V 參考基準電壓源。 可調整死區(qū)時間。 TL494 內置功率晶體管，可提供 500mA 的驅動能力。 有推或拉兩種輸出方式。 8 2. 引腳設置及其功能 TL494 的內部電路由基準電壓產生電路、振蕩器、死區(qū)時間比較器、誤差放大器（兩個）、 PWM 比較器以及輸出電路等組成，各引腳功能見表21。 表 21 TL494 引腳功能表 引腳 符號 功能 典型電壓 1 V1(+) 誤差放大器 1 誤差信號輸入端（同相信號端 ） 2 V1() 誤差放大器 1 誤差信號輸入端（反相信號端） 3 VOUTC 誤差放大器 1 和 2 輸出信號補償元件連接段 4 4 CONT 死區(qū)控制信號輸入端，所加控制電壓可調輸出脈沖寬度 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生頻率 f= 6 RT 振蕩器外接振蕩電阻連接端，見 5 腳說明 7 GND 基準 電源電源電路接地線端 0 8 CA 推挽電路輸出信號端 A, 輸出電壓可達 40V, 電流為200mA（反相輸出） 015v 9 EA 推挽電路輸出信號端 A,屬同相信號輸出端 0 10 EB 推挽電路輸出信號端 B,屬同相信號輸出端 0 11 CB 推挽電路輸出信號端 B，輸出電壓可達 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 輸出方式設定信號輸入端。當該腳接基準電壓是，輸出呈推挽型，輸出方波最大占空比為 48％； 當該腳 接地是 內部二 個輸出晶 體管并聯(lián) 工作輸出 電流可達400mA，最大占空比為 96％ 5 14 +5 +5V 基準電源輸出端，可輸出 5V 的基準參考電壓 5 15 V2() 誤差放大器 2 誤差信號輸入端（反相信號端） 16 V2(+) 誤差放大器 2 誤差信號輸入端（同相信號端） 0 9 3. 工作原理 TL494 是一個固定頻率 PWM 控制電路，其內部結構如圖 26 所示。TL494 適用于設計所有的單端或雙端開關電源電路，其主要性能如下： 圖 26 TL494 內部結構圖 1. 輸入電源電壓為 7~40V， 可用穩(wěn)壓電源作為輸入電源，從而使輔助電源簡化。 TL494 末級的兩只三極管在 7~40V 范圍工作時，最大輸出電流可達 250mA。因此，其帶負載能力較強，即可按推挽方式工作，也可將兩路輸出并聯(lián)工作，小功率時可直接驅動。 2. 內部有 5V 參考電壓，使用方便，當參考電壓短路時，有保護功能，控制很方便。 3. 內部有一對誤差放大器，可做反饋放大及保護功能，控制非常方便。 4. 在高頻開關電源中，輸出方波必須對稱，在其他一些應用中又需要方波人為不對稱，即需控制方波的占空比。通過對 TL494 的 4 腳控制，即可調節(jié)占空比，還可 作輸出軟啟動保護用。 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 芯片構成電壓 10 反饋電路時， 2 腳上通過電阻從內部 5V 基準電壓上取分壓，作為 1 腳比較的基準。 3 腳用于補償校正，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)時間控制端，加在 4 腳上的電壓越高，死區(qū)寬度越大。當 4 腳接地時，死區(qū)寬度為零，即全輸出；當其接 5V 電壓時；死區(qū)寬度最大，無輸出脈沖。利用此特點，在 4 腳和 14 腳之間接一個電容，可達到輸出軟啟動的目的，還可以供短路保護用。 5 腳及 6 腳接振蕩器的接地電容、電阻。 TL494 內置線性鋸齒波振蕩器 ，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節(jié)，其振蕩頻率如 式 21： 1FoscCtRt= (21) 輸出脈沖的寬度是通過電容 Ct 上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較而實現(xiàn)的。三極管 VT1 和 VT2 受控于或非門。當雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號時才會被選通。當控制 信號增大時，輸出脈沖的寬度將減小。 控制信號由集成電路外部輸入，其中一條送至死區(qū)時間比較器，另一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時間比較器具有 120mV 的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時間約等于鋸齒波周期的 4%。當輸出端接地時，最大輸出占空比為 96%，當輸出端接參考電平時，占空比為 48%。在死區(qū)時間控制端上接固定電壓（在 之間）時，即能在輸出脈沖上產生附加的死區(qū)時間。 PWM 比較器為誤差放大器調節(jié)輸出脈沖寬度提供了一個手段：當反饋電壓從 變?yōu)? 時，輸出的脈沖寬度由被死區(qū)確定的最大導通 百分比時間下降到零。兩個誤差放大器具有從 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行 ―或 ‖運算。正是由于這種電路結構，誤差放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。 當 Ct 放電時，一個正脈沖將出現(xiàn)在死區(qū)時間比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行計時，同時停止 VT1 和 VT2 的工作。若輸出控制端連接到參考電壓上，那么調制脈沖交替送至兩個三極管，輸出頻率等于 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 ，則輸出驅動信號可分別從 VT 1 和 VT2 中取得。輸出變壓器為一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當需要更大的驅動電流輸出時，可將 VT1 和 VT2 并聯(lián)使用，這時需將輸出模式控制端接地，以關閉雙穩(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 內置一個 5V 的基準電壓產生電路，使用外置偏置電壓時，可提供高達 10mA 的負載電流。在典型的 0℃ ~70℃ 溫度范圍和 50 mV 電壓的溫漂條件下，該基準電壓產生電路能提供 177。5%的精度。 表 22 TL494 的極限參數(shù) TL494 的極限參數(shù) 名稱 代號 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 ℃ 場效應管 場效應管（ FET）是利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件 [3]，并以此命名。由于它僅靠半導體中的多數(shù)載流子導電，又稱單機型晶體管，場效應管不但具備雙極型晶體管體積小、重量輕、壽 12 命長等優(yōu)點，而且輸入回路的內阻高達 1071012Ω，噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強，且比后者耗電省，這些優(yōu)點使之從 20 世紀 60 年代誕生起就廣泛地應用于各種電子電路之中。它分為結型和絕緣柵型兩種不同的結構 場效應管是一種適應開關電源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。它是利用電場效應來控 制其電流大小的半導體器件 [3]。其代表符號如圖 27。這種器件不僅兼有開關速度快、無存儲時間、體積小、重量輕、耗電省、壽命長等特點，而且還有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單等優(yōu)點，因此大大的擴展了它的應用范圍，特別是在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用。 M