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1、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
2、.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
3、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
4、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
5、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
6、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，
7、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
8、，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
9、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
10、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
11、，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
12、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
13、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
