車載逆變電源的設(shè)計(jì)-wenkub
2023-02-15 04:56:15 本頁(yè)面
【正文】 關(guān)鍵詞： 逆變電源；過熱保護(hù)；過壓保護(hù)；集成電路；振蕩頻率；脈寬調(diào)制 2 1 引言 車載逆變器 (電源轉(zhuǎn)換器、 Power Inverter )是一種能夠?qū)? DC12V 直流電轉(zhuǎn)換為和市電相同的 AC220V 交流電、供一般電器使用的車用電源轉(zhuǎn)換器。該車載逆變器充分運(yùn)用芯片 TL494 的固定頻率脈沖寬度調(diào)制電路及場(chǎng)效應(yīng)管（ N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET）的開關(guān)速度快、無二次擊穿、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)而組合設(shè)計(jì)電路。該逆變電源的主要組成部分為： DC/DC 電路、輸入過壓保護(hù)電路、輸出過壓保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路、 DC/AC 變換電路、振蕩電路、全橋電路。 車載逆變電源就是將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或汽車電瓶上的直流電轉(zhuǎn)換為工頻交流電。前者可提供不間斷的高質(zhì)量交流電，可適應(yīng)任何負(fù)載，但其技術(shù)要求及成本高，電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。如所帶的負(fù)載過大，方波電流中包含的三次諧波成分將使流入負(fù)載中的容性電流增大，嚴(yán)重 時(shí)會(huì)損壞負(fù)載的電源濾波電容 ， 方波逆變器的制作方法采用簡(jiǎn)易的多諧振蕩器，其技術(shù)屬于 50 年代的水平，將逐漸退出市場(chǎng)。本文設(shè)計(jì)的逆變電源即為 準(zhǔn)正弦波逆變器 。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 220V 直流變換為 220V 交流 )。 此電路的主要功能是將 220V 直流電轉(zhuǎn)換為220V/50Hz 的交流電。一旦輸入電壓出現(xiàn)過大或者過小時(shí)，保護(hù)電路立即啟動(dòng)，然后停止逆變電路 I 的工作。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 。因此對(duì)電源的設(shè)計(jì)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(qiáng)等特點(diǎn)。 5 （ 3）輸出功率：大于 100W。 （ 7）含有工作正常指示燈。 TL494 內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）。 TL494 內(nèi)置功率晶體管，可提供 500mA 的驅(qū)動(dòng)能力。在此基礎(chǔ)上，占空比還受反饋信號(hào)控制，四腳還常用作軟啟動(dòng)控制端，使輸出脈沖寬度由零逐漸達(dá)到設(shè)計(jì)值。 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。 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。 在高頻開關(guān)電源中，輸出方波必須對(duì)稱，在其他一些應(yīng)用中又需要方波人為不對(duì)稱， 即需控制方波的占空比。 TL494 的 1 腳及 2 腳為誤差放大器的輸入端。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。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)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%。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) 8 算。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 VT1 和 VT2 中取得。 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。它是利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件 [3]，其代表符號(hào)如圖 5。只有在正的漏極電源的作用下，在柵源之間加上正向 電壓（柵極接正，源極接負(fù)），才能使該場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。三極管的工作狀態(tài)有截止、放大、飽和三種。中心器件變壓器 T1，實(shí)現(xiàn)電壓由 12V 脈沖電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?220V 脈沖電壓。 10 190 0 05? ? ? 即滿足變壓器匝數(shù)比約為 。當(dāng) VT2 導(dǎo)通時(shí)， VT1 截止，場(chǎng)效應(yīng)管 VT4 因?yàn)闁艠O無正偏壓而截止，而此時(shí) VT1 截止，導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管 VT3 柵極有正偏壓而導(dǎo)通。極性電容 C1 濾去 12V 直流中的交流成 分，降低輸入干擾。四只整流二極管 D1~D4 接成電橋的形式，稱單相橋式整流電路 [2]。 10 圖 6 DC/DC 變換電路 輸入過壓保護(hù)電路 電路結(jié)構(gòu)如圖 7 所示，由 DZ電阻 R1 和電阻 R電容 C二極管 VD1 組成。當(dāng) C1 和 R1 充電完成， C1 和 R2 支路開始處于放電狀 態(tài)，當(dāng) C1 放電完成時(shí)， TL494 芯片 I的同相輸入端由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，導(dǎo)致 TL494芯片 I 的 3 腳即反饋輸入端為高電平狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致 TL494 芯片內(nèi)部的 PWM 比較器、或門、或非門的輸出均發(fā)生翻轉(zhuǎn)， TL494 芯片內(nèi)置功率輸出級(jí)三極管 VT1 和 VT2 均轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。穩(wěn)壓管 DZ1 的穩(wěn)壓值決定了該保護(hù)電路的啟動(dòng)門限電壓值。 11 圖 7 輸入過壓保護(hù)電 路 輸出過壓保護(hù)電路 電路結(jié)構(gòu)如圖 8 所示，當(dāng)輸出電壓過高時(shí)將導(dǎo)致穩(wěn)壓管 DZ1 擊穿，使 TL494 芯片II 的 4 腳對(duì)地的電壓升高，啟動(dòng) TL494 芯片 II 的保護(hù)電路，切斷輸出。 圖 8 輸出過壓保護(hù)電路 DC/AC 變換電路 電路結(jié)構(gòu)如圖 9 所示，該變換電路為全橋橋式電路 [6]。選其中一部分作為說明。而 VT4 因?yàn)闁艠O無正偏壓截止，輸出 220V 電壓。因?yàn)?VT3 截止， 220V 電壓無法送至輸出。由于 TL494 芯片為脈沖調(diào)制器，其產(chǎn)生的波形為脈沖波而不是正弦波。 CC2 和 C3 均為平滑輸出的吸收電容。電路正常工作情況下， 15 腳電壓應(yīng)略高于 16 腳電壓才能保證誤差比較器 II 的輸出為低電平，才能使芯片內(nèi)兩個(gè)三極管正常工作。 R1 取 36KΩ ， R2 取 39KΩ
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