基于tl494逆變電源設計(論文)-預覽頁

　

【正文】 C1 濾去 12V 直流中的交流成分，降低輸入干擾。當 VT1 導通時， VT2 截止，場效應管 VT 3 因為柵極無正偏壓而截止，而此時 VT2 截止，導致場效應管 VT 4 柵極有正偏壓而導通。 10/190≈ 即滿足變壓器匝數比約為 。中心器件變壓器 T1，實現電壓由 12V 脈沖電壓轉變為 220V 脈沖電壓。三極管工作狀態有截止、放大、飽和。當 Vgs 0 時才有可能有電流即漏極電流產生。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、熱穩定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單等優點，因此大大的擴展了它的應用范圍，特別是在大規模和超大規模集成電路中得到了廣泛的應用。由于它僅靠半導體中的多數載流子導電，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 命長等優點，而且輸入回路的內阻高達 1071012Ω，噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強，且比后者耗電省，這些優點使之從 20 世紀 60 年代誕生起就廣泛地應用于各種電子電路之中。 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。如果工作于單端狀態，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。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。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%。當雙穩態觸發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。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。 TL494 的 1 腳及 2 腳為誤差放大器的輸入端。 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。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， 可用穩壓電源作為輸入電源，從而使輔助電源簡化。 有推或拉兩種輸出方式。 TL494 內置誤差放大器。 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。 4. 具有輸入過壓保護和輸出過壓保護。在該電路中都是利用 TL494 的輸出端作為逆變電路工作狀態的控制端。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。全橋電路以 50Hz 的頻率交替導通，產生 50Hz交流電。 圖 23 整機原理方框圖 逆變電路 I 原理如圖 24 所示。 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。設 t1 時刻以前 S S4導通， u0 和 i0 均為正。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。該電源的制作成本低，批量生產成本更低，并且當印制板尺寸不受限制時，可以將輸出功率做到 200W 以上，因此該逆變電源的市場前景十分廣闊。因此具有相當強的通用性。開關電源能輸出多種可控的直流電壓供不同的電路使用。值得注意的是，開關電源的輸出噪聲和紋波一般比線性電源大，所以在需要非常低的噪聲與紋波（如紋波峰峰值要小于 5~10mV）的情況下，仍需要線性電源，由于大功率全功率非常大（ 1MW 以上）時，仍需采用相控電源。彩色電視機、 VCD 播放機等家用電器、醫用X 光機、 CT 機，各種計算機設備，工業用的電解、電鍍、充電、焊接、激光等裝置，以及飛機、衛星、導彈、艦船中，都大量采用了開關電源。在工作時的持續輸出功率為 150W，具有工作正常指示燈、輸出過壓保護、輸入過壓保護以及過 熱保護等功能。該逆變電源的主要組成部分為： DC/DC 電路、輸入過壓保護電路、輸出過壓保護電路、過熱保護電路、 DC/AC 變換電路、振蕩電路、全橋電路。其功率從零點幾瓦到數十千瓦， 廣泛用于生活、生產、科研、軍事等各個領域。因為具有這些優點，開關電源的 應用越來越廣泛，大有取代線性電源和相控電源的趨勢。由于開關變壓器的頻率很高，同樣的功率，體積可以做的很小，所以整個電源可以做到體積小重量輕。 該逆變電源可將電瓶的 12V 直流電轉換為 220V/50Hz 的交流電，供數碼相機、 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。 3 第 1 章 簡介 概述 逆變電源是將直流點逆變成交流電，本設計逆變電源工作是的持續輸出功率為 150W，并且具有輸出過壓保護以及過熱保護等功能。 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。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。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。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。此電路的主要功能是將 220V 直流電轉換為 220V/50Hz 的交流電。一旦輸入電壓出現過大或者過小時，保護電路立即啟動，然后停止逆變電路 I 的工作。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。 3. 輸出功率：大于 100W。 7. 含有工作正常指示燈。 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 內置功率晶體管，可提供 500mA 的驅動能力。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 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。 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。 5. 可以選擇單端、并聯及交替三種輸出方式。當 4 腳接地時，死區寬度為零，即全輸出；當其接 5V 電壓時；死區寬度最大，無輸出脈沖。三極管 VT1 和 VT2 受控于或非門。死區時間比較器具有 120mV 的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區時間約等于鋸齒波周期的 4%。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。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。在這種狀態下，輸出脈沖的頻率將等于振蕩器的頻率。 表 22 TL494 的極限參數 TL494 的極限參數 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 ℃ 工作環境溫度 TL494B TL494C TL494I NCV494B Ta 40 +125 0 +70 40 +85 40 +125 ℃ 額定環境溫度 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。其代表符號如圖 27。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） ，才能使該場效應管導通。 用于 50Hz 低頻三極管選擇 KSP44 型，它是 NPN 型三極管。電路結構如圖 31， VT1 和 VT2 的基極分別接 TL494 的兩個內置晶體管的發射極。經過實踐調制選擇初級匝數為 102，次級匝數為 190。當 VT 1 導通時，場效應管 VT3 因為柵極無正偏壓而截止，而此時 VT2 截止，導致場效應管 VT4 柵極有正偏壓而導通。 VT1 和VT 2 因為基極都為高電 平而飽和導通，而場效應管 VT VT4 將因柵極無正偏壓都處于截止狀態，逆變電源停止工作， LED 指示燈熄滅。整流濾波電路由四只整流二極管和一個濾波電容組成。輸出 220V 高壓直流電，供后繼逆變電路使用 。 VD C R1 組成了保護狀態維持電路，只要發生瞬間的輸入電壓過大現象，就導致 穩壓管擊穿，電路將沿 C1 和 R1 支路充電，繼續維持同相端的低電平狀態，保護電路就會啟動并維持一段時間。穩壓管的穩壓值一般為輸入電壓的 100%~130%。 R1 取為 100KΩ ， R R3 均取為 ， C C2均取為 47μF 。后繼電路為 220V/50Hz 輸出 ，其中負載電阻為 100 KΩ ，TL494 芯片 II 的輸出腳電壓最大為 12V， R1 為限流電阻可取值為 100KΩ ，R2 為保護電阻可取為 16KΩ ，根據電路分壓知識 [ 8]，則 R2 上的電壓為： U=R2 220/(R1+R1)=220 16/116≈ (32) 即穩壓管的電壓取值最大為 ，這里穩壓管取值為 30V。上下兩部分電路工作過程完全相同。當 VT00 導通時，即 VT01 截止時： VT1 的基級沒有正偏壓，從而使 VT1 截止，然后 VT3 的柵極有 12V 正偏電壓，使 VT3 導通。而 VT4 因為柵極有 12V 正偏壓導通。原理同上。這里 VT1 和 VT2 為晶體三極管可選擇 KSP14 型，VT VT VT5 和 VT6 為場效應管可選擇為 IRF740 型。 圖 34 DC/AC 轉換電路圖 圖 35 簡化圖 18 TL494 芯片 Ⅰ 外圍電路 電路結構如圖 36，包含過熱保護電路及振蕩電路。 15 腳電壓計算式為： 2 1 2 tU = 12 R / ( +R +R )R (33) 這里 Rt 為正溫度系數熱敏電阻，常溫阻值可在 150~300Ω 范圍內任選，適當選大寫可提高過熱保護電路啟動的靈敏度。該脈寬調制器的振蕩頻率為 50KHz，由公式（ 21）知tt1OSCF CR=? ,圖中 C R3 為芯片的振蕩元件。因為芯片內置 5V 基準電壓源，由圖可知 15 腳的電壓為 5V， 16 腳的電壓為 0V。 C1 和 R2 是芯片的振蕩元件，即是 R2 取值為 220 KΩ ， C1 取值為 。由于該電路設有上電軟啟動 [ 9]功能，在接通電源后要等 7S 左右才有220V 直流輸出。 21 結 論 逆變電源應用廣泛， 但是電路復雜 ，價格比較昂貴，為此設計一款逆變電源。 該電源的制造成本較為低廉，千臺以上數量的批產成本僅在 40 元 /臺左右，并且當印制板的尺寸不受限制時，可以將輸出功率做到 200W 以上，因此該逆變電源幾乎可以替代目前市場上所售的各種逆變器或者逆變電源產品，其應用前景 十分廣闊。 在這里，我要感謝老師的精心培養和教導，同學們得支持和鼓勵。四年里，我們沒有紅過臉，沒有吵過嘴，我們是嘴和睦的模范宿舍！只是今后大家就難得再聚在一起，沒關系，各奔前程，朝著幸福的大道奔去，大家珍重、我們在一起的日子，我會記一輩子的 。在這篇論文 之 中介紹了各種各樣的傳導干擾， 電磁干擾 規章 以及 傳導性 電磁干擾 的測量。在這篇論文中提出了基于壓降型 脈寬調制 開關電源的 電磁干擾 仿真結果。生產商將生產的產品投放到市場，遵守電磁兼容性規章是必要的。不同類型的電力電子轉換器都能夠被用來當做電磁的干擾源