泉 州 师 范 学 院毕业论文（设计）题 目 逆变电源的设计 物理与信息工程 学 院 电子信息科学与技术 专 业 07 级 1 班学生姓名 林铃涓 学 号 070303045 指导教师 仲伟博 职 称 副教授 完成日期 2011 年 4 月 15 日 教务处 制1目 录摘要2关键词20 引言31 设计方案和比较41.1 输出波形的选择41.2 功率放大电路的选择41.3 脉宽调制（PWM）芯片的选择62 电路设计及分析62.1逆变电源的工作原理62.2电路的组成72.3各部分电路的功能和作用82.4电路主要技术性能指标83 系统主要元器件简介83.1 TL49483.1.1 TL494简介83.1.2 TL494CN的管脚及其功能83.1.3 TL494的内部框图93.1.4 TL494工作原理简述103.2 变压器113.3 其他主要器件及其参数113.4 材料清单124 电路的调试及结果分析124.1 逆变电源的性能测试134.2 测试仪器134.3 结果分析135 总结13致谢13参考文献14Abstract15Key words15附录162逆变电源的设计物理与信息工程学院 07 级电子信息科学与技术 070303045 林铃涓指导教师 仲伟博 副教授【摘 要】本设计是一种基于 TL494 芯片的逆变电源，能够实现以 12 伏直流电压转换成 220 伏交流电压的逆变器，对日常电子产品实现方便用电，从而为旅行中能源问题提供一个可行性方案，实现我们的日常需求。本设计具有设计简单，成本低廉，易于携带，电压可升降等特点，可运用于大多数电子产品的临时用电问题，具有相当大的实用价值。【关键词】TL494；电源；正弦波；变压30 引言电子技术的快速发展，使得我们的生活离不开电子产品，更离不开使用电子产品的能源。能源在各个行业和日常生活中的广泛应用，又使我们急迫得需要处理能源的应用问题。便携式能源的种类也日益更新，但电子产品也在不断得更新，不同国家的市电不同，也会因此造成电子产品的使用。在旅游、车载、各类舰船以及飞行器、野营、医疗急救等便携式电器产品的使用中，逆变电源可以满足我们的这种需求。逆变电源是一种能够将 DC12V 的直流电转换成跟电子产品所需相同的 AC220V/50Hz 或AC110V/50Hz 的交流电，是一款很方便使用的供一般电器使用的电源转换器。为越来越多的人所用，它的设计和改进具有很大的开发价值和发展前景。现代逆变技术的发展，结合了众多先进的技术，如半导体电子技术、电子技术、控制技术、计算机技术、电力电子技术等。逆变电源的发展，将朝着质量轻、体积小、效率高、性能稳定的方向。本设计所介绍的逆变电源主要采用集成化芯片 TL494,电路优点是结构简单、性能稳定、成本较低、适用于各种整流负载。因此,本文所介绍的逆变电源是一种易于控制、可靠性较高、性能较好的逆变电源设计 1。41 设计方案和比较逆变电源的分类原则较多，有根据输出交流电压的相数，分为单相逆变电源和三相逆变电源；根据逆变电源电路使用的半导体器件类型不同，分为 MOSFET 模块、晶体管逆变电源及可关断晶闸管逆变电源等；根据输出电压波形，分为方波逆变电源和正弦波逆变电源；根据功率转换电路的不同，分为桥式电路、推挽电路和高频升压电路逆变器等。在电路的设计过程中，可以通过分类的不同选择较好的电路模块。1.1 输出波形的选择方案一：采用方波输出方波逆变电源的输出交流电压波形为 50HZ 的方波。方波逆变器所使用的逆变线路不全相同，但是线路比较简单，使用的功率开关管数量比较少。设计功率在几十瓦至几百瓦之间。优点是：价格较便宜，维修较简单。缺点是：因方波电压含有大量高次谐波，对收音机和某些通信设备有干扰，在以变压器为负载的用电器中将会产生附加损耗。此外，方波逆变器有些调压范围不够宽，有些方面的保护功能不够完善，输出噪声比较大。方案二：采用正弦波输出正弦逆变电源输出的交流电压波形为 50HZ 正弦波，制作采用简易的多谐振荡器，其优点是：除了转换效率高之外，输出波形好，失真度低，噪声低，性能稳定，适用于各种整流负载，并且控制简单，对通信设备无干扰，成本也较低。此外，保护功能齐全，对电容型性和电感性负载适应性强。缺点是：线路较复杂，对维修的技术要求较高，价格较贵。方案选择：经过比较可知，方波波形输出在一些方面不够完善，且输出噪声比较大；而正弦波形输出的技术性能和工作可靠性较好，噪声低，适用于各种整流负载，容易满足题目的要求，故选择方案二。1.2 功率放大电路的选择逆变电源的功率放大电路一般有推挽式、全桥式和高频升压式逆变电路三种，其主电路分别如图 1.1、图 1.2 和图 1.3 所示。图 1.1 推挽式电路原理框图方案一：采用推挽单端输出方式图 1.1 所示的推挽式电路，变压器的中心抽头接于正电源，功率管交互工作，输出交流电压。从原理图可看出，功率晶体管共地，驱动及控制电路比较简单，且因变压器具有一定的漏感，限制短路电流，从而提高了电路的可靠性。缺点是升压变压器的利用率较低，带负载的能力较差。输出效率很高，但电源利用率不高。5图 1.2 全桥式电路原理框图方案二：采用全桥式输出方式图 1.2 所示的是全桥式电路，4 个 60V/20A 的 MOS FET 管 并 联 连 接 ， 组成两个对称互补的电路，完成对输入信号的放大，克服了推挽式电路的缺点，电源利用率较高，有效提高了输出功率。缺点是其上、下桥臂的晶体管不共地，必须采用隔离电源或采用专门驱动电路。其电路结构较复杂。图 1.3 高频升压式电路原理框图电路方案三：采用高频升压式输出方式6图 1.3 为高频升压式电路，由于前两种电路的输出都必须加升压变压器，因变压器体积较大，且效率低，价格也较贵，采用高频升压变式电路逆变，可实现高功率逆变。其前级电路采用推挽式结构，逆变后经过高频变压器变压成为高频交流电，后又经高频整流滤波电路，滤波后得到高压直流电，最后通过全桥式逆变电路实现逆变。高频升压式电路的缺点是电路较前两种复杂，可靠性比前两种电路都偏低 2。方案选择：经过比较可知，推挽单端输出方式的驱动及控制电路比较简单，且电路的可靠性较高。所以选择方案二。1.3 脉宽调制（PWM）芯片的选择脉宽调制的脉冲生成的方法很多，分为两大类，完全由模拟电路产生或由专用集成芯片产生。方案一：采用 SG3524 芯片SG3524 芯片可以直接产生脉宽调制信号，但是这种电路产生的波形线性不好，达到要求较难，产生 PWM 方波时所需的外围线路简单。而且它所产生的脉宽调制波的占空比不高，波形不理想。且由SG3524 所做的逆变器不允许带感性负载。方案二：采用 SG35257 芯片集成脉宽调制芯片 SG35257，它的集成度较高，可调频又可调宽，而且可调性较强，可调动态范围较大，可用来构建不同类型的驱动电路。可将其制作成逆变电源，其转换效率较高，所需外围元器件较少，体积较小，成本低，且性能好，可靠性高。是 SG3524 的增强版，在很多方面进行改进。方案三：采用 TL494 芯片TL494 芯片的主要特征是，它集成了全部的脉宽调制电路，芯片内片内置线性锯齿波振荡器和误差放大器，且外置振荡元件就两个，一个电容和一个电阻，线路较简单，稳压精度为 5V 土 5%。芯片内置 5V 的参考基准电压源，可不要外接电源。而且其内置功率晶体管能够提供 0.5A 的驱动能力，使得设计的电路能够提供不间断的交流电，同时满足电路简单，体积小的要求。芯片的输出方式为推或拉两种。方案选择：通过以上方案的比较可知，TL494 芯片具备软启动功能，还可调整死区时间，同时还具备输入、输出、过压、过热保护。所以选择方案三。2电路设计及分析2.1逆变电源的工作原理逆变电源是把直流电转变成交流电的电子装置，电路原理图如图 2.1 所示。它主要由逆变桥电路、控制逻辑电路和滤波电路组成。分别利用 TL494 的 5 脚接电容和 6 脚接电阻作为脉宽调制电路的定时元件，用来决定输入和输出脉宽调制的频率，外加由外围器件组成的保护电路，则设计的逆变电源可输出 220V/50Hz 正弦波。电路的变换部分采用 TL494，Q3、Q4、Q5、Q6 构成驱动电路，有两路驱动电路各驱动两只 MOS 晶体管。晶体管 Q3、Q4 和 Q5、Q6 交替导通得到交流电，若输出直流电压较低，则可以通过交流变压器升压，可得到想要的交流电压和频率。若需要提高输出功率，则每路可采用 3 只或者 4 只晶体管并联应用，其他电路部分不变 3 。7图 2.1 逆变电源电路的原理图2.2电路的组成本设计采用 TL494 芯片，电路主要由整流模块，滤波模块，功率放大模块，保护模块，电压放大模块电路及芯片 TL494 组成。结构图如图 2.2 所示，包含 12V 直流稳压电源，集成芯片 TL494，功放电路，变压器，反馈调制电路，以及采样电路。电路板设计流程分为以下几个方面：电路基本框图的设计选择；绘制电路原理图；PCB 布板和电路板的制作；焊接元器件与检查电路；调试电路和测量数据；分析测量结果；确定电路的可行性，实用性 4。图2.2 逆变电源结构图DC12V AC220VAC12V/50HZ 12V 直流稳压电源PWMTL494变压器功放 反 馈调 制采 样电 路82.3 各部分电路的功能和作用2.3.1 直流开关稳压电源将 12V 直流电压转换成上下约 12V 的直流电压，为逆变电源提供较为稳定的直流电压。2.3.2 功率放大电路功放电路主要是由四个 MOS 晶 体 管 并