基于tl494逆變電源設計(論文)-免費閱讀

　　

【正文】 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。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。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 。 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。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。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。 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。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。而 VT4 因為柵極有 12V 正偏壓導通。上下兩部分電路工作過程完全相同。 R1 取為 100KΩ ， R R3 均取為 ， C C2均取為 47μF 。 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。整流濾波電路由四只整流二極管和一個濾波電容組成。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。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。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。 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。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。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%。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。 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。 TL494 內置功率晶體管，可提供 500mA 的驅動能力。 7. 含有工作正常指示燈。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。此電路的主要功能是將 220V 直流電轉換為 220V/50Hz 的交流電。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。 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。 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。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。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。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。開關電源能輸出多種可控的直流電壓供不同的電路使用。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。設 t1 時刻以前 S S4導通， u0 和 i0 均為正。 圖 23 整機原理方框圖 逆變電路 I 原理如圖 24 所示。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。 4. 具有輸入過壓保護和輸出過壓保護。 TL494 內置誤差放大器。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。 TL494 的 1 腳及 2 腳為誤差放大器的輸入端。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。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。 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。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。三極管工作狀態有截止、放大、飽和。 10/190≈ 即滿足變壓器匝數比約為 。極性電容C1 濾去 12V 直流中的交流成分，降低輸入干擾。 圖 31 直流變換電路圖 輸入過壓保護電路 電路結構如圖 32，由 DZ電阻 R1 和電阻 R電容 C二極管 VD1組成。穩壓管 DZ1 的穩壓值決定了該保護電路的啟動門限電壓值。 16 圖 33 輸出過壓電路保護圖 DC/AC 變換電路 電路結構如圖 34，該變換電路為全橋橋式電路 [6]。而 VT4 因為柵極無正偏壓截止，輸出220V 電壓。上下兩部分以頻率為 50Hz 而交替導通，從而使電路有 220V/50Hz 的交流電輸出。 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，才能使芯片內兩個三極管正常工作。C2 即為 Ct ， R3 即為 Rt 。芯片的 8 腳和 11 腳接逆變電路 II， 4 腳接輸入過壓保護電路。 該電源 主要應用開關電源電路技術的有關知識，涉及模擬集成電路、電源集成電路、直流穩壓電路、開關穩壓電路等原理，充分運用芯片TL494 的固定頻率脈沖寬度調制電路 [1]和場效應管 [ 2]（ N 溝道增強型MOSFET）的開關速度快、無二次擊穿、熱穩定性好的優點與三極管一起構成的 組合設計電路。 首先，我要特別感謝我的導師辛伊 波老師，嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 如果電子設備的電磁干擾符合 國家或 者國際 規 章稱 為電磁兼容性（ EMC）。在設計階段考慮電磁兼容性問題是非常重要的 [3]。線路阻抗穩定網絡輸出的干擾頻譜被引為電磁兼容性的評估標準。高速的開關造成設備的重量和體積的減少，但與此同時這也造成了一些不利的影響，比如無線頻率的干擾 [2]。 尤其是 在開關電源中 的 電力電子轉換器經常高速切換 時 ，雖然提高了 工作 效率，卻導致 轉換器 產生了電磁干擾。 22 謝 辭 經過兩個多月來的資料收集，分析、整理、方案修改、確定，到設計論述的撰寫，到現在基本完成了所有畢業設計的項目 — 這個漫長的過程，當然是辛苦的，不過，從個人角度來說，這個更是我大學本科四年一次對自己專業能力的總結和升華，畢業設計論文完結，這也意味著我在洛陽理工學院學習生活奮斗的生涯也即將結束。該電路的 PCB 板 [10]示意圖見附錄 C。因為要使輸出頻率為 50Hz，由公式tt1OSCF CR=? 知：當 Rt 取為 220KΩ 時， Ct= 108 μF ，可取為 。符合要求。 C1 和 C2 可取為 10μF ， C3 取為 。因為此時 TL494 芯片 II 的另一個內置三極管 VT01 導通，它的集電極即第 11 腳使逆變電路 I有 220V 電壓輸出。圖中 VT0 為 TL494芯片 II 的一個內置三極管設為 VT00，另一個設為 VT 01。 穩 壓 管 的 穩 壓 值 一 般 規 定 為 輸 出 電 壓 的130%~150%[7]。同時 TL494的 4 腳為高電平狀態， 4 腳為高電平時，將抬高芯片內部死區時間比較器同相輸入端的電位，使該比較器的輸出為恒定的高電平，由 TL494 芯片內部結構知，芯片內置三極管截止，從而停止后繼電路的工作。根據電容標稱值選擇 C2 為 10μF 。當電路工作不正常時，TL494 輸出控制端為低電平時， TL494 的兩個內置晶體管的集電極（ 8 腳和 9 腳）有 12V 正偏壓，基極為高電平，導致兩晶體管同時導通。變壓器 T1 的工作頻率選為 50KHz 左右 [4]，因此 T1 可選用 EI33 型的高頻鐵氧體磁心變壓器，變壓器的匝數比為 12／220≈，變壓器選擇為 E 型，可自制。 圖 27 MOSFET 代表符號圖 三極管 本設計選用兩種三極管，電路中有 50KHz 和 50Hz 兩個頻率，用于50KHz 電路 三極管選擇為 8550 型 [4]， 8550 型三極管是一種常用的普通三極管，它是 低電壓、大電流、小信號的 PNP 型硅三極管，集電極 基極電壓 Vcbo： 40V，工作溫度： 55℃ —+150℃ 主要用途：開關應用和射頻放大。它是利用電場效應來控 制其電流大小的半導體器件 [3]。在單端工作模式下，當需要更大的驅動電流輸出時，可將 VT1 和 VT2 并聯使用，這時需將輸出模式控制端接地，以關閉雙穩態觸發器。 PWM 比較器為誤差放大器調節輸出脈沖寬度提供了一個手段：當反饋電壓從 變為 時，輸出的脈沖寬度由被死區確定的最大導通 百分比時間下降到零。 TL494 內置線性鋸齒波振蕩器 ，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節，其振蕩頻率如 式 21： 1FoscCtRt= (21) 輸出脈沖的寬度是通過電容 Ct 上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較而實現的。通過對 TL494 的 4 腳控制，即可調節占空比，還可 作輸出軟啟動保護用。 表 21 TL494 引腳功能表 引腳 符號 功能 典型電壓 1 V1(+) 誤差放大器 1 誤差信號輸入端（同相信號端 ） 2 V1() 誤差放大器 1 誤差信號輸入端（反相信號端） 3 VOUTC 誤差放大器 1 和 2 輸出信號補償元件連接段 4 4 CONT 死區控制信號輸入端，所加控制電壓可調輸出脈沖寬度 5 CT 振蕩器外接振蕩電容連接端，與 6 腳外接的電阻一起可產生頻率 f= 6 RT 振蕩器外接振蕩電阻連接端，見 5 腳說明 7 GND 基準 電源電源電路接地線端 0 8 CA 推挽電路輸出信號端 A, 輸出電壓可達 40V, 電流為200mA（反相輸出） 015v 9 EA 推挽電路輸出信號端 A,屬同相信號輸出端 0 10 EB 推挽電路輸出信號端 B,屬同相信號輸出端 0 11 CB 推挽電路輸出信號端 B，輸出電壓可達 40V，電流為200mA(反相輸出 ) 與 8 腳等相位差180 度的脈沖波 12 VccIN 工作電源電壓輸入端 25 13 OUT CON 輸出方式設定信號輸入端。 1. 主要特征 集成了全部的脈沖寬度調制電路。 2. 輸出： 220