逆变电源-毕业设计.doc-资料库

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贵州电子信息职业技术学院题目：逆变电源专业：电气自动化姓名：马骏指导老师：王永奇学号：201062305022 提交日期：2012 年 6 月 10 日 i

概述该逆变电源的基本构成和原理（1）基本构成该设计电路的方框图如图 1。该电路由 12V 直流输入、输入过压保护电路、过热保护电路、逆变电路 I、220V/50KHz 整流滤波、逆变电路 II、输出过压保护电路等组成。逆变电路 I、逆变电路 II 的框图分别见图 2、图 3。逆变电路又包括频率产生电路（50KHz 和 50Hz PWM 脉冲宽度调制电路）、直流变换电路(DC/DC)将 12V 直流转换成 220V 直流、交流变换电路(DC/AC)将 12V 直流变换为 220V 交流。整机原理方框图逆变电路 I 原理如图 2 所示。此电路的主要功能是将 12V 直流电转换为 220V/50KHz 的交流电。 1

逆变 I 电路原理方框图逆变电路 II 如图 3 所示。此电路的主要功能是将 220V 直流电转换为 220V/50Hz 的交流电。全桥电路以 50Hz 的频率交替导通，产生 50Hz 交流电。逆变 II 电路原理方框图（2）电路工作原理输入 12V 直流电源电压，经过逆变电路 I 得到 220V/50KHz 的交流电，此交流电再经过整流滤波电路得到 220V 高压直流电，然后经过逆变 II 得到 220V/50Hz 交流电。其中输入过压保护电路、输出过压保护电路、过热保护电路构成整个电路的保护电路。一旦输入电压出现过大或者过小时，保护电路立即启动，然后停止逆变电路 I 的工作。过热保护电路是当电路工作温度过高时，启动保护使逆变电路 I 停止工作。输出过压保护电路与逆变电路 II 构成反馈回路，一旦电路输出异常则停止逆变电路 II 的工作。在逆变电路 I 中是用一块 TL494 芯片产生 50KHz 的脉冲频率，经过变压器推挽电路将 12V 直流转换成 220V/50KHz 的交流电。在逆变电路 II 中再用一块 TL494 芯片产生 50Hz 的 2

脉冲波，全桥电路以 50Hz 的频率交替导通，从而将 220V 直流和 50Hz 脉冲电路整合，然后输出 220V/50Hz 的交流电。在该电路中都是利用 TL494 的输出端作为逆变电路工作状态的控制端。逆变电源的技术性能指标及主要特点（1）输入：12V 直流（汽车蓄电池）。（2）输出：220V 交流（非正弦波）。（3）输出功率：大于 100W。（4）具有输入过压保护和输出过压保护。（5）有过热保护功能。（6）可作为多种电器的通用电源。（7）含有工作正常指示灯。逆变电源的主要元器件及其特性 TL494 电流模式 PWM 控制器 TL494 是一种固定频率脉冲宽度调制电路[1]，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛用于单端正激双管式、半桥式以及全桥式开关电源。TL494 有 SO—16 和 PDIP—16 两种封装形式，以适应不同场合的要求。（1）主要特征集成了全部的脉冲宽度调制电路。 TL494 内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。 TL494 内置误差放大器。 TL494 内置 5V 参考基准电压源。可调整死区时间。 TL494 内置功率晶体管，可提供 500mA 的驱动能力。有推或拉两种输出方式。（2）引脚设置及其功能 TL494 的内部电路由基准电压产生电路、振荡器、死区时间比较器、误差放大器（两个）、PWM 比较器以及输出电路等组成，各引脚功能见表 1。 3

引脚号 1、2 3 4 表 1 TL494 引脚功能表引脚功能误差放大器 I 的同相和反相输入端相位校正和增益控制端间歇期调整，其上加 0-3.3V 电压时，可使截止时间从 2%线性变化到 100%；死区时间控制，输入直流电压为 0-4V，控制 TL494 输出脉冲的占空比为 0.45-0。在此基础上，占空比还受反馈信号控制，四脚还常用作软启动控制端，使输出脉冲宽度由零逐渐达到设计值。 5、6 分别用于外接振荡电容 Ct 和振荡电阻 Rt，产生锯齿波电压并送至 PWM 比较器，振荡频率 Fosc  1 CtRt ，定时电阻取值在 1 KΩ 以上 7 接地端 8、9、10、11 分别为 TL494 内部两个末级输出三极管的集电极和发射极 12 13 14 电源供电端输出控制端，当该端电压为零时，用于驱动单端电路。该端接地时为并联单端输出方式，接 14 脚时为推挽输出方式 15、16 5V 基准电压输出端，最大输出电流为 10mA 误差放大器 II 的反相和同相输入端（3）工作原理 TL494 是一个固定频率 PWM 控制电路，其内部结构如图 4 所示。TL494 适用于设计所有的单端或双端开关电源电路，其主要性能如下： 4

TL494 内部结构图 ·输入电源电压为 7~40V，可用稳压电源作为输入电源，从而使辅助电源简化。TL494 末级的两只三极管在 7~40V 范围工作时，最大输出电流可达 250mA。因此，其带负载能力较强，即可按推挽方式工作，也可将两路输出并联工作，小功率时可直接驱动。 ·内部有 5V 参考电压，使用方便，当参考电压短路时，有保护功能，控制很方便。 ·内部有一对误差放大器，可做反馈放大及保护功能，控制非常方便。 ·在高频开关电源中，输出方波必须对称，在其他一些应用中又需要方波人为不对称，即需控制方波的占空比。通过对 TL494 的 4 脚控制，即可调节占空比，还可作输出软启动保护用。 ·可以选择单端、并联及交替三种输出方式。 TL494 的 1 脚及 2 脚为误差放大器的输入端。由 TL494 芯片构成电压反馈电路时， 1、2 脚上通过电阻从内部 5V 基准电压上取分压，作为 1 脚比较的基准。3 脚用于补偿校正，为 PWM 比较器的输入端，接入电阻和电容后可以抑制振荡，4 脚为死区时间控制端，加在 4 脚上的电压越高，死区宽度越大。当 4 脚接地时，死区宽度为零，即全输出；当其接 5V 电压时；死区宽度最大，无输出脉冲。利用此特点，在 4 脚和 14 脚之间接一个电容，可达到输出软启动的目的，还可以供短路保护用。5 脚及 6 脚接振荡器的接地电容、电阻。 5

TL494 内置线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下： Fosc  1 CtRt (1) 输出脉冲的宽度是通过电容 Ct 上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较而实现的。三极管 VT1 和 VT2 受控于或非门。当双稳态触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号时才会被选通。当控制信号增大时，输出脉冲的宽度将减小。控制信号由集成电路外部输入，其中一条送至死区时间比较器，另一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有 120mV 的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的 4%。当输出端接地时，最大输出占空比为 96%，当输出端接参考电平时，占空比为 48%。在死区时间控制端上接固定电压（在 0~3.3V 之间）时，即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。 PWM 比较器为误差放大器调节输出脉冲宽度提供了一个手段：当反馈电压从 0.5V 变为 3.5V 时，输出的脉冲宽度由被死区确定的最大导通百分比时间下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V 到 Ucc-2.0V 的共模输入范围，这可从电源的输出电压和电流中察觉到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与 PWM 比较器反相输入端进行“或”运算。正是由于这种电路结构，误差放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当 Ct 放电时，一个正脉冲将出现在死区时间比较器的输出端，受脉冲约束的双稳态触发器进行计时，同时停止 VT1 和 VT2 的工作。若输出控制端连接到参考电压上，那么调制脉冲交替送至两个三极管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且占空比小于 50%时，则输出驱动信号可分别从 VT1 和 VT2 中取得。输出变压器为一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更大的驱动电流输出时，可将 VT1 和 VT2 并联使用，这时需将输出模式控制端接地，以关闭双稳态触发器。在这种状态下，输出脉冲的频率将等于振荡器的频率。 TL494 内置一个 5V 的基准电压产生电路，使用外置偏置电压时，可提供高达 10mA 的负载电流。在典型的 0℃~70℃温度范围和 50 mV 电压的温漂条件下，该基准电压产生电路能提供±5%的精度。场效应管 6

场效应管是一种适应开关电源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。它是利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件[3]。其代表符号如图 5。这种器件不仅兼有开关速度快、无存储时间、体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点，因此大大的扩展了它的应用范围，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。MOSFET 开关较快而无存储时间，故在较高工作频率下开关损耗较小，另外所需的开关驱动功率小，降低了电路的复杂性。本设计采用的是 N 沟道增强型 MOSFET。只有在正的漏极电源的作用下，在栅源之间加上正向电压（栅极接正，源极接负），才能使该场效应管导通。当Vgs >0 时才有可能有电流即漏极电流产生。即当 Vgs  时 MOS 管才导通。 0 MOSFET 代表符号图三极管本设计选用了两种三极管，因为电路中有 50KHz 和 50Hz 两个频率，用于 50KHz 电路的三极管选择为 8550 型[4]，而用于 50Hz 低频的三极管选择为 KSP44 型。三极管的工作状态有截止、放大、饱和三种。此设计电路中主要运用三极管的导通截止的开关特性。各部分支路电路设计及其参数计算 DC/DC 变换电路（附工作指示灯）由DC/AC 和整流滤波电路组成[5]。电路结构如图 6，VT1 和VT2 的基极分别接TL494 的两个内置晶体管的发射极。中心器件变压器 T1，实现电压由 12V 脉冲电压转变为 220V 脉冲电压。此脉冲电压经过整流滤波电路变成 220V 高压直流电压。变压器 T1 的工作频率选为 50KHz 左右[4]，因此 T1 可选用 EI33 型的高频铁氧体磁心变压器，变压器的 7

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