【導(dǎo)讀】置,是常用的車用電子用品。在日常生活中逆變器的應(yīng)用也很廣泛,比如筆記本電腦、錄像機(jī)和一些電動(dòng)工具等。主要思路是：運(yùn)用TL494以及SG3525A等芯片,先將12V直流電源升壓為。用正弦波脈沖調(diào)制法，通過(guò)輸出脈沖控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通。最后經(jīng)過(guò)LC工頻濾波及相。應(yīng)的輸入輸出保護(hù)電路后，輸出穩(wěn)定的準(zhǔn)正弦波，供負(fù)載使用。本設(shè)計(jì)具有靈活方便、適用范圍廣的特點(diǎn)，基本能夠滿足實(shí)踐需求。采用高頻逆變方式，具有噪聲降低、反應(yīng)速度提高以及電路調(diào)整靈活的優(yōu)點(diǎn)。合逆變電源小型化、輕量化、高頻化以及高可靠性、低噪聲的發(fā)展趨勢(shì)。

　　

【正文】 。所以 15 腳電壓應(yīng)高于 5V。過(guò)熱保護(hù)的 R42 為 200Ω，則 15 腳的電壓為 大于 16 腳電壓。 14 腳輸出基準(zhǔn)電壓，因?yàn)橥仆祀娐窞殡p端輸出，故將輸出控制端 13 腳 與 14 腳連在一起。 12 腳為電源端，接外部 12V電壓。 11 腳 末級(jí)三極管集電極，此處亦接外接電源。 10 引腳用于輸出 50K 的脈沖控制開(kāi)關(guān)管。 7 腳為接地端， 6 腳外接震蕩電阻和電容用于控制輸出脈沖頻率。 4 腳為死區(qū)控 制端 其上加 電壓時(shí)，可使截止時(shí)間從 2%線性變化到 100%，本設(shè)計(jì)中用于實(shí)現(xiàn)輸入的過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)。 25 SG3525A 外圍電路 圖 413 SG3525A外圍電路圖 PWM 波產(chǎn)生芯片 SG3525A 的外圍電路如上圖所示： 引腳 2 分別為內(nèi)部放大器的反向輸入端和同向輸入端。 1 腳與基準(zhǔn)電壓輸出端 16 腳連接， 使 1 腳為高電平。 2 腳接地。 3 腳為同步端，此處僅一片芯片，故 3腳不用。 4 腳為振蕩器輸出，亦不使用。 5 腳接 震蕩 電容和 6 腳接 震蕩 電阻將確定內(nèi)部鋸齒波的震蕩頻率。 f=).( 1 DTT RRC ? （ 46） 7端的電阻為震蕩電容的放電端。 把充電和放電回路分開(kāi)，有利于通過(guò)死區(qū)電阻來(lái)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，使死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)范圍更寬，放電電阻越大，放電時(shí)間越長(zhǎng) 。反之，則放電時(shí)間短 。 8 腳為軟啟動(dòng)端， 通常外接一個(gè) 5uF 的電容用于軟啟動(dòng)。 9 腳為補(bǔ)償端，此電路中輸入正弦波， 10 腳為封鎖端，引腳電位大于 時(shí)，芯片停止工作，和相應(yīng)的保護(hù)電路相連。 1 14 腳交替輸出相位相反的脈沖波。 12 腳接地端。 115腳 為電源端，接外接電源。 在本次設(shè)計(jì)中震蕩電容為 2200pF，震蕩電阻 R34 和 R35 26 分別為 10K、 1K，則內(nèi)部鋸齒波震蕩頻率為 . IR2110 外圍電路 圖 414 IR2110外圍電路圖 驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110 外圍電路如上圖所示：其中引腳 1和引腳 7交替輸出高低電平，通過(guò)電阻后驅(qū)動(dòng)四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管交替導(dǎo)通， IR2110 驅(qū)動(dòng)半橋的電路如圖所示，其中 C11，D13分別為自舉電容和自舉二極管， C10為 VCC 的濾波電容。假定 7腳輸出低電平期間， C11 已經(jīng)充到足夠的電壓 VC1≈ VCC。 IR2110 工作原理如圖 415所示： 當(dāng) HIN 為高電平時(shí)： VM1 開(kāi)通， VM2關(guān)斷， VC1加到 S1的柵極和源極之間， C1通過(guò) VM1， Rg1 和柵極和源極形成回路放電，這時(shí) C1就相當(dāng)于一個(gè)電壓源，從而使 S1 導(dǎo)通。由于 LIN 與 HIN 是一對(duì)互補(bǔ)輸入信號(hào)，所以此時(shí) LIN 為低電平， VM3 關(guān)斷， VM4 導(dǎo)通，這時(shí)聚集在 S2 柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過(guò) Rg2 迅速對(duì)地放電，由于死區(qū)時(shí)間影響使 S2 在 S1 開(kāi)通之前迅速關(guān)斷。 當(dāng) HIN 為低電平時(shí)： VM1 關(guān)斷， VM2導(dǎo)通，這時(shí)聚集在 S1柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過(guò) Rg1 迅速放電使 S1 關(guān)斷。經(jīng)過(guò)短暫的死區(qū)時(shí)間 LIN 為高電平， VM3 導(dǎo)通， VM4 關(guān)斷使 VCC 經(jīng)過(guò) Rg2 和 S2 的柵極和源極形成回路，使 S2開(kāi)通。在此同時(shí) VCC經(jīng)自舉二極管， C1 和 S2 形成回路，對(duì) C1 進(jìn)行充電，迅速為 C1補(bǔ)充能量，如此循環(huán)反復(fù)。 27 圖 415 IR2110工作原理圖 其 11 引腳（ SD）為芯片 關(guān)斷控制端，當(dāng) SD 為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片關(guān)斷輸出。場(chǎng)效應(yīng)管無(wú)輸入信號(hào)，逆變電源停止輸出。在該電路中用于電池的輸入過(guò)壓保護(hù)。當(dāng)電池電壓高于設(shè)定值時(shí)， 保護(hù)電路 輸出高電平，使逆變電路停止工作，因?yàn)檩敵鲭妷汉洼斎腚妷阂彩敲芮邢嚓P(guān)的，對(duì)輸入的過(guò)壓保護(hù)在一定程度上也是輸出的過(guò)壓保護(hù)。 各 變換 電路設(shè)計(jì) DC/DC 變換電路 直流變換電路 由 DC/AC 和整流濾波電路組成。電路結(jié)構(gòu)如圖 416， Q1和 Q2 的基極分別接 TL494 的兩個(gè)內(nèi)置晶體管的發(fā)射極。中心器件變壓器 變壓器 T1，實(shí)現(xiàn)電壓由 12V 脈沖電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?320V 脈沖電壓。此脈沖電壓經(jīng)過(guò)整流濾波電路變成 320V 高壓直流電壓。變壓器 T1的工作頻率選為 50KHz 左右。 電路正常時(shí)， TL494 的兩個(gè)內(nèi)置晶體管交替導(dǎo)通，導(dǎo)致圖中晶體管 Q Q2 的基極也因此而交替導(dǎo)通， Q3 和 Q4 也 交替導(dǎo)通，這樣使變壓器工作在推挽狀態(tài)， Q3和 Q4以頻率為 50KHz 交替導(dǎo)通，使變壓器的初級(jí)輸入端有 50KHz 的交流電。當(dāng) Q1 導(dǎo)通時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管 Q3因?yàn)闁艠O無(wú)正偏壓而截止，而此時(shí) Q2截止，導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管 Q4柵極有正偏壓而導(dǎo)通。當(dāng) Q1 導(dǎo)通時(shí)， Q2截止，場(chǎng)效應(yīng)管 Q3因?yàn)闁艠O無(wú)正偏壓而截止，而此時(shí) Q2截止，導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管 Q4 柵極有正偏壓而導(dǎo)通。且交替導(dǎo)通時(shí)其峰值電壓為 12V，即產(chǎn)生了 12V/50KHz 的交流電。極性電容 C3 濾去 12V 直流中的交流成分，降低輸入干擾 [14]。濾波電容 C1 可取為2200uF。整流濾波電路由四只整流二極管和一個(gè)濾波電容組成。四只整流二極管 D3～D6接成電橋的形式，稱單相橋式整流電路。在橋式整流電路中，電容 C4濾去了電路 28 中的交流成分， 此處濾波取值為 10uF。 圖中的推挽場(chǎng)效應(yīng)管 Q3， Q4 在工作時(shí)會(huì)通過(guò)大電流，經(jīng)過(guò)計(jì)算電流 約 為 19A，故場(chǎng)效應(yīng)管的型號(hào)選擇 200V，電流為 32A，滿足要求。 圖 416 直流變換電路圖 DC/AC 變換電路 圖 417 DC/AC轉(zhuǎn)換電路圖 DC/AC 電路結(jié)構(gòu)如 圖 417 所示 ，該變換電路為全橋橋式電路。 電路中各輸入 輸出 波形如 圖 418 所示： 由集成芯片 ICL8038 產(chǎn)生的 50Hz 正弦波 一路輸入 SG3525A 29 內(nèi)部與鋸齒波比較產(chǎn)生 兩路互補(bǔ)的 正弦波調(diào)寬脈沖 分別 由 SG3525A 的 高輸出端和低輸出端輸出。其高端和低端輸出的兩列波形圖 418（ a） 中的 VAN和 VBN。 如果將此脈沖直接輸入驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)全橋電路 ，如在正弦波的前半個(gè)周期， 驅(qū)動(dòng)脈沖會(huì)使電路中的 Q5 和 Q8 兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管在前半個(gè)周期內(nèi)的 絕大多數(shù)時(shí)間處于導(dǎo)通。經(jīng)過(guò)濾波后輸出為 220V 的工頻正弦波的前半個(gè)周期 [15]。但是 在 Q5和 Q8 關(guān)斷的很短時(shí)間內(nèi)， 另一路會(huì)輸入一系列時(shí)間極 短 的電平脈沖，這些脈沖會(huì)使 Q6 和 Q7瞬間導(dǎo)通，這樣可能會(huì)在輸出端輸出一列相位相反的尖峰脈沖，會(huì)影響輸出的正弦波。因而 在本次設(shè)計(jì)中，SG3525A 輸出的調(diào)寬脈沖并不直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)全橋電路。 而是分別 輸入兩個(gè)與門的一個(gè)輸入端。由 ICL8038 產(chǎn)生的正弦波經(jīng)相應(yīng)處理后轉(zhuǎn)化為兩列相位互補(bǔ)的 50Hz 方波，如圖 418（ b） 所示 這兩列方波信號(hào)分別輸入兩個(gè)與門電路的另一個(gè)輸入端， 經(jīng)過(guò)相與后可以去掉 SG3525A 輸出的調(diào)寬波的半個(gè)周期的瞬間方波脈沖， 如圖 418（ c） 所示，這樣可以使 避免 輸出的正弦波形 中的雜波干擾 ，使得輸出波形 更加完。 同時(shí) 這種方式可以減少開(kāi)關(guān)管的損耗，增加開(kāi)關(guān)管的可靠性，提高逆變電源的效率。 在逆變電源中，場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)當(dāng)能承受 320V 的直流高壓電，考慮到電壓波動(dòng)以及一定的裕量，場(chǎng)效應(yīng)管的電壓參 數(shù)應(yīng)大于 400V,參照?qǐng)鲂?yīng)管的參數(shù)表，故選用型號(hào)為 IRF820A 的場(chǎng)效應(yīng)管。其耐壓值為 500V,最大電流為 。足以滿足逆變電源 320V以及最大電流 1A的要求。 （ a） （ b） FB1 FB2 30 （ c） 圖 418 正弦波脈沖調(diào)寬波形 圖 逆變電源保護(hù)電路 輸入過(guò)壓保護(hù)電路 圖 419 輸入過(guò)壓保護(hù)電路 電源 輸入過(guò)壓保護(hù)電路如圖 419 所示： VCC 為電源電壓， VCC 通過(guò) R1 和 R2 產(chǎn)生一個(gè)分壓， 該分壓加到脈沖 產(chǎn) 生芯片 TL494 的引腳 1，即 誤差放大器同向輸入端 ，引腳 2為 反 相輸入端，電 路正常情況下 2腳電壓應(yīng)略高于 1腳電壓才能保證誤差比較器 I 的輸出為低電平，才能使芯片內(nèi)兩個(gè)三極管正常工作。 由于引腳 2 與基準(zhǔn)電壓輸出端 14腳 相連 ，則引腳 2的電壓為基準(zhǔn)電壓 5V。但是當(dāng)輸入電壓過(guò)高超過(guò) 15V 時(shí)，1腳處的電壓則會(huì)高于 5V，即高于 2腳的電壓， 則誤差放大器Ⅰ輸出高電平， 則 TL494停止工作，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。 輸入欠壓保護(hù)電路 欠壓保護(hù)電路如圖 420 所示，它監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓狀況，如果蓄電池電壓低于預(yù)設(shè)的 ，保 護(hù)電路開(kāi)始工作，使控制器 SG3525A 的腳 10 關(guān)斷端輸出高電平，停止驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。 圖 420中運(yùn)算放大器的正向輸入端的電壓由 R1 和 R3分壓得到，而反向輸入端的電壓由穩(wěn)壓管箝位在＋ 9V， 正常工作的時(shí)候，由三極管 V 導(dǎo)通， IR2110 輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)晶閘管正常工作，實(shí)現(xiàn)逆變電源的設(shè)計(jì) [16]。 當(dāng)蓄電池的電壓下降超過(guò)預(yù)定HO LO 31 值后，運(yùn)算放大器開(kāi)始工作，輸出跳轉(zhuǎn)為負(fù)，同時(shí)三級(jí)管 V 截止，向 SG3525A的 SD端輸出高電平，封鎖 IR2110 的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào) ， 此時(shí)沒(méi)有逆變電壓的輸出。 由于設(shè)置的穩(wěn)壓值為 9V，對(duì)照常用穩(wěn)壓管的參 數(shù)表，用于欠壓保護(hù)的穩(wěn)壓管型號(hào)為 1N5239A,其穩(wěn)壓值為 ，最大耗散功率 ,最大工作電流為 50mA。 圖 420 欠壓保護(hù)電路圖 過(guò)熱保護(hù)電路 因?yàn)槟孀冸娫搭l率很高，當(dāng)接大功率負(fù)載時(shí)逆變器會(huì)發(fā)熱，處于過(guò)熱狀態(tài)會(huì)影響一部分元器件的性能，會(huì)影響逆變器的使用壽命。因而在電路中加入過(guò)熱保護(hù)電路，當(dāng)溫度高于某一個(gè)設(shè)定值時(shí)，逆變器立刻停止工作，使溫度降低，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的過(guò)熱保護(hù)。 圖 421 過(guò)熱保護(hù)電路 32 電路結(jié)構(gòu)如圖 421。 15 腳為芯片 TL494 的反相輸入端， 16為同相輸入端，電 路正常情況下 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。因 為芯片內(nèi)置 5V 基準(zhǔn)電壓源，負(fù)載能力為 10mA。所以 15腳電壓應(yīng)高于 5V。 15 腳電壓 U計(jì)算式為： U=12 R5247。 (R3+R4+R5) (47) 這 里 R4為正溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫阻值可在 150～ 300? 范圍內(nèi)任選，適當(dāng)選大寫可提高過(guò)熱保 護(hù)電路啟動(dòng)的靈敏度 [17]。這里取 200? 。 R3 取 36KΩ ， R5取 39KΩ ，C1為濾波電容，取值為 15腳電壓為 ， 符合要求 。 輸出過(guò)壓保護(hù)電路 輸出過(guò)壓保護(hù) 電路結(jié)構(gòu)如圖 422， 電阻 R41 和 R42 對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣， 當(dāng)輸出電壓過(guò)高時(shí)將導(dǎo)致穩(wěn)壓管 D15擊穿，使 SG3525A 芯片的 10 腳對(duì)地的電壓升高， 使芯片 SG3525A 停止 輸出驅(qū)動(dòng)脈沖 ，切斷輸出 [18]。設(shè)允許輸出的最高電壓為 230v。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值一般規(guī)定為輸出電壓的 130%～ 150%。后繼電路為 220V/50Hz 輸出，其中電阻 R41 為 100KΩ ，可取為 ，根據(jù)電路分壓知識(shí)，則 R2上的電壓為： 230 247。 =10V (48) 故穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為 C16 為 ,用來(lái)濾波。 對(duì)照 常用穩(wěn)壓 管的參數(shù)表，用于輸出過(guò)壓保護(hù)的穩(wěn)壓管型號(hào)為 1N5240A,其穩(wěn)壓值為 10V,最大耗散功率為 ，最大工作電流為 45mA，滿足電路要求。 圖 422 輸出過(guò)壓保護(hù) 電路 圖 輸出過(guò)流保護(hù)電路 33 圖 423 輸出過(guò) 流 保護(hù) 電路 圖 輸出電流保護(hù)電路如 圖 423 所示：電流采樣由電流互感器 T2 完成，電流互感器的原邊直接串聯(lián)在逆變電源的輸出端，原邊的工頻電流會(huì)在副邊感生出感應(yīng)電流。該感生電流經(jīng)過(guò)整流濾波之后通過(guò) 分壓 電阻 R20轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)， 然后將該電壓信號(hào)輸入到電壓比較器 U2A 的反向端，通過(guò)與正向端 的基準(zhǔn)電壓比較來(lái)輸出相應(yīng)的電平信號(hào)， 該電平信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110 的控制端 SD實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的保護(hù)功能 [19]。 此處設(shè)定輸出最大電流為 ,電流互感器的原副邊匝數(shù)比為 1： 電流達(dá)到 時(shí)， 在副邊會(huì)感生出 10mA 的電流，經(jīng)過(guò)整流橋和濾波電容的整流濾波之后轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電流，經(jīng)過(guò)可變電阻 R20 后在運(yùn)放的反向端輸入一個(gè)電壓，取R20 為 1K,則反向端電壓為 5V。調(diào)整 R19，使得正向端的電壓也為 5V,則當(dāng)電流大于 時(shí)，運(yùn)放輸出低電平，則 Q10 集電極 向 IR2110 的 SD 腳 輸出高電平， 逆變 器停止工作，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。 34 5 結(jié)論 本文設(shè)計(jì)了一款高性能的車載逆變電源。該電源采用的是比較經(jīng)典的兩級(jí)變換的方式，即第一級(jí)是運(yùn)用直流 /直流的變換方式，第二級(jí)是運(yùn)用直流