第一篇：Cnzassn逆變電源畢業(yè)設計

Time will pierce the surface or youth, will be on the beauty of the ditch dug a shallow groove;Jane will eat rare!A born beauty, anything to escape his sickle sweep

.--Shakespeare

目錄

1引言...........................................................................................................................................1 2設計說明書...............................................................................................................................2 2.1概述................................................................................................................................2 2.1.1該逆變電源的基本構成和原理.................................................................................2 2.1.2逆變電源的技術性能指標及主要特點.....................................................................4 2.2逆變電源的主要元器件及其特性................................................................................4 2.2.1 TL494電流模式PWM控制器..................................................................................4 2.2.2場效應管.....................................................................................................................7 2.2.3三極管.........................................................................................................................8 2.3各部分支路電路設計及其參數(shù)計算............................................................................8 2.3.1 DC/DC變換電路（附工作指示燈）........................................................................8 2.3.2輸入過壓保護電路...................................................................................................10 2.3.3輸出過壓保護電路...................................................................................................11 2.3.4 DC/AC變換電路......................................................................................................12 2.3.5 TL494芯片?外圍電路............................................................................................13 2.3.6 TL494芯片??外圍電路..........................................................................................14 2.3.7該逆變電源的整機電路原理圖(附錄A)................................................................15 2.3.8該電路的元件參數(shù)表(附錄B).................................................................................15 3調試.........................................................................................................................................16 附錄A整機原理圖...................................................................................................................17 附錄B元件參數(shù)表...................................................................................................................18 附錄C整機PCB板(兩面).......................................................................................................20 參考文獻....................................................................................................................................21 致謝............................................................................................................錯誤！未定義書簽。

摘要

該設計主要應用開關電源電路技術有關知識。涉及模擬集成電路、電源集成電路、直流穩(wěn)壓電路、開關穩(wěn)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及場效應管（N溝道增強型MOSFET）的開關速度快、無二次擊穿、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點而組合設計的電路。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。在工作時的持續(xù)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。該電源的制造成本較為低廉，實用性強，可作為多種便攜式電器通用的電源。

關鍵詞：過熱保護；過壓保護；集成電路；振蕩頻率；脈寬調制

Abstract

The design applying the switching power source circuit technology in connected.Relating with knowledge about what imitate integrated circuit、power source integrated circuit、power amplification integrated circuit and switching regulated voltage circuit on principle.Sufficient apply chip TL494 fixed-frequency pulse width modulation circuit and field effect transistor(N channel strengthen MOSFET)whose switch speed quick, nothing secondary Break down and hot stability good merit to design circuit.Owe the inverter main part ingredient by DC/DC circuit、importing the over-voltage crowbar circuit、exporting an over-voltage crowbar protect a circuit、overheat protective circuit、DC/AC shifts circuit、oscillating circuit and entire bridge circuit.Continuing for during the period of the job exports power functions such as being 150 W, having the regular guiding lights working, exporting an over-voltage crowbar, importing the over-voltage crowbar and overheat protective.The cost of manufacture being a power source of turn is comparatively cheap, the pragmatism is strong, and it has a function annex to the various portably type.Key words: over heat protective;over-voltage integrated circuit(IC);oscillating frequency;pulse width modulation(PWM).1引言

目前逆變電源應用廣泛，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(wěn)壓電路、開關穩(wěn)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(wěn)定性好的優(yōu)點與三極管一起構成的組合設計電路。

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(shù)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。因此具有相當強的通用性。

該逆變電源在工作時的持續(xù)輸出功率為150W，并且具有輸出過壓保護、輸入過壓保護以及過熱保護等功能。該電源的制造成本較為低廉，千臺以上數(shù)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。

2設計說明書

2.1概述 2.1.1該逆變電源的基本構成和原理

（1）基本構成

該設計電路的方框圖如圖1。該電路由12V直流輸入、輸入過壓保護電路、過熱保護電路、逆變電路I、220V/50KHz整流濾波、逆變電路II、輸出過壓保護電路等組成。逆變電路I、逆變電路II的框圖分別見圖

2、圖3。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。

圖1 整機原理方框圖

逆變電路I原理如圖2所示。此電路的主要功能是將12V直流電轉換為220V/50KHz的交流電。

圖2 逆變I電路原理方框圖

逆變電路II如圖3所示。此電路的主要功能是將220V直流電轉換為220V/50Hz的交流電。全橋電路以50Hz的頻率交替導通，產生50Hz交流電。

圖3 逆變II電路原理方框圖

（2）電路工作原理

輸入12V直流電源電壓，經過逆變電路I得到220V/50KHz的交流電，此交流電再經過整流濾波電路得到220V高壓直流電，然后經過逆變II得到220V/50Hz交流電。其中輸入過壓保護電路、輸出過壓保護電路、過熱保護電路構成整個電路的保護電路。一旦輸入電壓出現(xiàn)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。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。輸出過壓保護電路與逆變電路II構成反饋回路，一旦電路輸出異常則停止逆變電路II的工作。在逆變電路I中是用一塊TL494芯片產生50KHz的脈沖頻率，經過變壓器推挽電路將12V直流轉換成220V/50KHz的交流電。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。在該電路中都是利用TL494的輸出端作為逆變電路工作狀態(tài)的控制端。

2.1.2逆變電源的技術性能指標及主要特點

（1）輸入：12V直流（汽車蓄電池）。（2）輸出：220V交流（非正弦波）。（3）輸出功率：大于100W。

（4）具有輸入過壓保護和輸出過壓保護。（5）有過熱保護功能。

（6）可作為多種電器的通用電源。（7）含有工作正常指示燈。

2.2逆變電源的主要元器件及其特性 2.2.1 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。TL494有SO—16和PDIP—16兩種封裝形式，以適應不同場合的要求。

（1）主要特征

集成了全部的脈沖寬度調制電路。

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內置誤差放大器。TL494內置5V參考基準電壓源。可調整死區(qū)時間。

TL494內置功率晶體管，可提供500mA的驅動能力。有推或拉兩種輸出方式。（2）引腳設置及其功能

TL494的內部電路由基準電壓產生電路、振蕩器、死區(qū)時間比較器、誤差放大器（兩個）、PWM比較器以及輸出電路等組成，各引腳功能見表1。

表1 TL494引腳功能表

引腳號 引腳功能 1、2 誤差放大器I的同相和反相輸入端 3 相位校正和增益控制端 間歇期調整，其上加0-3.3V電壓時，可使截止時間從2%線性變化到100%；死區(qū)時間控制，輸入直流電壓為0-4V，控制TL494輸出脈沖的占空比為0.45-0。在此基礎上，占空比還受反饋信號控制，四腳還常用作軟啟動控制端，使輸出脈沖寬度由零逐漸達到設計值。5、6 分別用于外接振蕩電容Ct和振蕩電阻Rt，產生鋸齒波電壓并送至PWM比較器，振蕩頻率Fosc?1，定時電阻取值在1KΩ以上

CtRt7 接地端 8、9、10、11 分別為TL494內部兩個末級輸出三極管的集電極和發(fā)射極 12

電源供電端 輸出控制端，當該端電壓為零時，用于驅動單端電路。該端接地時為并聯(lián)單端 輸出方式，接14腳時為推挽輸出方式 15、16

5V基準電壓輸出端，最大輸出電流為10mA

誤差放大器II的反相和同相輸入端

（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4所示。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4 TL494內部結構圖

·輸入電源電壓為7~40V，可用穩(wěn)壓電源作為輸入電源，從而使輔助電源簡化。TL494 末級的兩只三極管在7~40V范圍工作時，最大輸出電流可達250mA。因此，其帶負載能力較強，即可按推挽方式工作，也可將兩路輸出并聯(lián)工作，小功率時可直接驅動。

·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?！炔坑幸粚φ`差放大器，可做反饋放大及保護功能，控制非常方便。

·在高頻開關電源中，輸出方波必須對稱，在其他一些應用中又需要方波人為不對稱，即需控制方波的占空比。通過對TL494的4腳控制，即可調節(jié)占空比，還可作輸出軟啟動保護用。

·可以選擇單端、并聯(lián)及交替三種輸出方式。

TL494的1腳及2腳為誤差放大器的輸入端。由TL494芯片構成電壓反饋電路時，1、2腳上通過電阻從內部5V基準電壓上取分壓，作為1腳比較的基準。3腳用于補償校正，為PWM比較器的輸入端，接入電阻和電容后可以抑制振蕩，4腳為死區(qū)時間控制端，加在4腳上的電壓越高，死區(qū)寬度越大。當4腳接地時，死區(qū)寬度為零，即全輸出；當其接5V電壓時；死區(qū)寬度最大，無輸出脈沖。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。5腳及6腳接振蕩器的接地電容、電阻。

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(jié)，其振蕩頻率如下：

Fosc?

1(1)CtRt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(xiàn)的。三極管VT1和VT2受控于或非門。當雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)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。當控制信號增大時，輸出脈沖的寬度將減小。

控制信號由集成電路外部輸入，其中一條送至死區(qū)時間比較器，另一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)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(qū)時間約等于鋸齒波周期的4%。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%。在死區(qū)時間控制端上接固定電壓（在0~3.3V之間）時，即能在輸出脈沖上產生附加的死區(qū)時間。

PWM比較器為誤差放大器調節(jié)輸出脈沖寬度提供了一個手段：當反饋電壓從0.5V變?yōu)?.5V時，輸出的脈沖寬度由被死區(qū)確定的最大導通百分比時間下降到零。兩個誤差放大器具有從-0.3V到Ucc-2.0V的共模輸入范圍，這可從電源的輸出電壓和電流中察覺到。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。正是由于這種電路結構，誤差放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。

當Ct放電時，一個正脈沖將出現(xiàn)在死區(qū)時間比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行計時，同時停止VT1和VT2的工作。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，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且占空比小于50%時，則輸出驅動信號可分別從VT1和VT2中取得。輸出變壓器為一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。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(lián)使用，這時需將輸出模式控制端接地，以關閉雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在這種狀態(tài)下，輸出脈沖的頻率將等于振蕩器的頻率。

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。在典型的0℃~70℃溫度范圍和50 mV電壓的溫漂條件下，該基準電壓產生電路能提供±5%的精度。

2.2.2場效應管

場效應管是一種適應開關電源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。它是利用電場效應來控制其電流大小的半導體器件[3]。其代表符號如圖5。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(wěn)定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單等優(yōu)點，因此大大的擴展了它的應用范圍，特別是在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用。MOSFET開關較快而無存儲時間，故在較高工作頻率下開關損耗較小，另外所需的開關驅動功率小，降低了電路的復雜性。本設計采用的是N溝道增強型MOSFET。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。當Vgs>0時才有可能有電流即漏極電流產生。即當Vgs?0時MOS管才導通。

圖5 MOSFET代表符號圖

2.2.3三極管

本設計選用了兩種三極管，因為電路中有50KHz和50Hz兩個頻率，用于50KHz電路的三極管選擇為8550型[4]，而用于50Hz低頻的三極管選擇為KSP44型。三極管的工作狀態(tài)有截止、放大、飽和三種。此設計電路中主要運用三極管的導通截止的開關特性。

2.3各部分支路電路設計及其參數(shù)計算 2.3.1 DC/DC變換電路（附工作指示燈）

由DC/AC和整流濾波電路組成[5]。電路結構如圖6，VT1和VT2的基極分別接TL494的兩個內置晶體管的發(fā)射極。中心器件變壓器T1，實現(xiàn)電壓由12V脈沖電壓轉變?yōu)?20V脈沖電壓。此脈沖電壓經過整流濾波電路變成220V高壓直流電壓。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(shù)比為12?220?0?05，變壓器選擇為E型，可自制。經過實踐調制選擇初級匝數(shù)為10×2，次級匝數(shù)為190。10?190?0?05即滿足變壓器匝數(shù)比約為0.05。電路正常時，TL494的兩個內置晶體管交替導通，導致圖中晶體管VT1、VT2的基極也因此而交替導通，VT3和VT4 交替導通。因為變壓器選擇為E型，這樣使變壓器工作在推挽狀態(tài)，VT3和VT4以頻率為50KHz交替導通，使變壓器的初級輸入端有50KHz的交流電。當VT1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。當VT1導通時，VT2截止，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。且交替導通時其峰值電壓為12V，即產生了12V/50KHz的交流電。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。VT1和VT2因為基極都為高電平而飽和導通，而場效應管VT3、VT4將因柵極無正偏壓都處于截止狀態(tài)，逆變電源停止工作，LED指示燈熄滅。極性電容C1濾去12V直流中的交流成分，降低輸入干擾。濾波電容C1可取為2200μF。R1、R2、R3起限流作用，取值為4.7KΩ。整流濾波電路由四只整流二極管和一個濾波電容組成。四只整流二極管D1~D4接成電橋的形式，稱單相橋式整流電路[2]。在橋式整流電路中，電容C2濾去了電路中的交流成分，由模擬電路直流穩(wěn)壓電源的電容濾波電路[2]知：

?d?RC??3~5?T

1(2)

2當f=50KHz時，??1，R=116KΩ時，R為后繼負載電阻，則C?4.3?10?10F。根50KHz據(jù)電容標稱值選擇C2為10μF。輸出220V高壓直流電，供后繼逆變電路使用。

圖6 直流變換電路圖

2.3.2輸入過壓保護電路

電路結構如圖7，由DZ1、電阻R1和電阻R2、電容C1、二極管VD1組成。輸出端口接TL494芯片I的同相輸入端（第1腳），通過該芯片的誤差比較器對其輸出進行控制[6]，當輸入過大電壓時，停止逆變電路工作從而使電路得到保護。因為輸入電壓直接決定了輸出電壓的值，對輸入端電壓的保護也是對輸出端子間過大電壓進行負載保護。VD1、C1、R1組成了保護狀態(tài)維持電路，只要發(fā)生瞬間的輸入電壓過大現(xiàn)象，就導致穩(wěn)壓管擊穿，電路將沿C1和R1支路充電，繼續(xù)維持同相端的低電平狀態(tài)，保護電路就會啟動并維持一段時間。當C1和R1充電完成，C1和R2支路開始處于放電狀態(tài)，當C1放電完成時，TL494芯片I的同相輸入端由低電平翻轉為高電平，導致TL494芯片I的3腳即反饋輸入端為高電平狀態(tài)，進而導致TL494芯片內部的PWM比較器、或門、或非門的輸出均發(fā)生翻轉，TL494芯片內置功率輸出級三極管VT1和VT2均轉為截止狀態(tài)。此時將導致直流變換電路的場效應管處于截止狀態(tài)，直流變換電路停止工作。同時TL494的4腳為高電平狀態(tài)，4腳為高電平時，將抬高芯片內部死區(qū)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。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值一般為輸入電壓的100%~130%。穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)壓值決定了該保護電路的啟動門限電壓值。考慮到汽車行駛過程中電瓶電壓的正常值變化幅度大小，通常將穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值選為15V或者16V

較為合適。在此取為15V，穩(wěn)壓管的功率為0.15W。R1取為100KΩ，R2、R3均取為4.7KΩ，C1、C2均取為47μF。

圖7 輸入過壓電路保護圖

2.3.3輸出過壓保護電路

電路結構如圖8，當輸出電壓過高時將導致穩(wěn)壓管DZ1擊穿，使TL494芯片II的4腳對地的電壓升高，啟動TL494芯片II的保護電路，切斷輸出。VD1、C1、R2組成了保護狀態(tài)維持電路，R3、R4為保護電阻，用以增大輸出阻抗。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值一般規(guī)定為輸出電壓的130%~150%[7]。后繼電路為220V/50Hz輸出，其中負載電阻為100KΩ，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(jù)電路分壓知識[8]，則R2上的電壓為：

U?R2?220??R1?R1??220?16?116?30.34V

(3)

即穩(wěn)壓管的電壓取值最大為30.34V，這里穩(wěn)壓管取值為30V。

圖8 輸出過壓電路保護圖

2.3.4 DC/AC變換電路

電路結構如圖9，該變換電路為全橋橋式電路[6]。其中TL494芯片的8腳和11腳為內置的兩個三極管的集電級，且兩個內置三極管是交替導通的，變替導通的頻率為50Hz。圖中8腳和11腳分別接入了上下兩部分完全對稱的橋式電路，因為兩三極管交替工作，工作頻率為50Hz，所以選用橋式電路，目的在于得到50Hz交流電。上下兩部分電路工作過程完全相同。選其中一部分作為說明。這里將其簡化如圖10。圖中VT0為TL494芯片II的一個內置三極管設為VT00，另一個設為VT01。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因為柵極無正偏壓截止，輸出220V電壓。當VT00截止時，即VT01導通時：VT1基級有12V正偏壓，集電極有12V反向電壓，從而導通。VT3的柵極無正偏電壓，從而使VT3截止。而VT4因為柵極有12V正偏壓導通。因為VT3截止，220V電壓無法送至輸出。但此時下半部分的電路有220V電壓輸出。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。原理同上。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。由于TL494芯片為脈沖調制器，其產生的波形為脈沖波而不是正弦波。VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6應選擇低頻小功率型的。這里VT1和VT2為晶體三極管可選擇KSP14型，VT3、VT4、VT5和VT6為場效應管可選擇為IRF740型。限流電阻可選擇10KΩ、1KΩ、4.7KΩ、3.3KΩ的經典取值。C1、C2和C3均為平滑輸出的吸收電容。C1和C2可取為10μF，C3取為0.01μF。

圖9 DC/AC轉換電路圖

圖10 簡化圖

2.3.5 TL494芯片?外圍電路

電路結構如圖11，包含過熱保護電路及振蕩電路。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。因為芯片內置5V基準電壓源，負載能力為10mA。所以15腳電壓應高于5V。15腳電壓計算式為：

U?12?R2??R1?R2?Rt?

(4)

這里Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫阻值可在150~300?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。這里取200?。R1取36KΩ，R2取39KΩ，則15腳電壓為6.22V。符合要求。該脈寬調制器的振蕩頻率為50KHz，由公式（1）知Fosc?1??CtRt?，圖中C2、R3為芯片的振蕩元件。C2即為Ct，R3即為Rt。其中Fosc取為50KHz，C2取4700pF，則R3取4.3KΩ。

圖11 TL494芯片I外圍電路

2.3.6 TL494芯片??外圍電路

電路結構如圖12，同樣15腳為芯片TL494的反相輸入端，16腳為同相輸入端，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。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。芯片內置比較器II的輸出為低電平。5腳和6腳為振蕩器的定時電容和定時電阻接入端。因為要使輸出頻率為50Hz，由公式Fosc?1??CtRt?

知：當Rt取為220KΩ時，Ct?9.09?10?8μF，可取為0.1μF。C1和R2是芯片的振蕩元件，即是R2取值為220KΩ，C1取值為0.1μF。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。電容C2取值為47μF，電阻R3取值為10KΩ，當輸入過壓保護電路啟動后，使電容C2對R3放電，使4腳保持為低電平，使TL494芯片II的電路維持一端時間，直到C2放電完畢，則使4 腳為高電平，抬高死區(qū)電壓，從而使芯片II停止工作。

圖12 TL494芯片II外圍電路

2.3.7該逆變電源的整機電路原理圖(附錄A)2.3.8該電路的元件參數(shù)表(附錄B)

3調試

該逆變電源在接通12V直流電源后，LED指示燈亮，說明電路工作正常。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。若發(fā)生輸入電流過大、輸出電壓過大或者電路工作環(huán)境過熱的情況均會使LED指示燈變暗，說明逆變電路停止工作。若在接通電源后要等10S左右指示燈還沒有點亮，說明逆變電路有問題或者LED燈極性安裝反了。該電路的PCB板[10]示意圖見附錄C。

附錄A整機原理圖

附錄B元件參數(shù)表

表2 元件參數(shù)表

裝配位號 C1 C3 C5 C7 C9 C11 C14 VD1~VD4 VD9~VD11 VD13 DZ1 IC1、IC2 VT1、VT3 VT5、VT8 VT9、VT10 R2 R4 R6 R8~R11 R13 R15 R17、R18 R20 R22 R25 R27

裝配參數(shù) 22μF/16V 47μF/16V 2200μF/16V 47μF /16V 0.01μF 0.22μF 0.01μF/1000V

1N4148 1N4148 1N4148 15V/0.5W TL494CN 8550 KSP44 IRF740 39K 270 4.7K 4.7K 10K 10K 1K 4.7K 10K 1K

3.3K

裝配位號 C2 C4 C6 C8 C10 C12 C13 C15 VD5~VD8 VD12 VD14 DZ2 LED VT2、VT4 VT6、VT7

R1 R3 R5 R7 R12 R14 R16 R19 R21 R23、R24 R26

裝配參數(shù) 47μF/16V 4700pF 47μF/16V 0.1μF 0.01μF 10μF/400V 10μF/50V 10μF/50V HER306 FR107 FR107 30V/0.5W 綠色Ф3 IRF3205 IRF740 36K 100K 100K 4.3K 470K 220K 4.7K 3.3K 1K 4.7K 16K

續(xù)表2

裝配位號 DCIN Rt R28、R29

裝配參數(shù) 12V/DC 150

100K

裝配位號 X AC T1--

裝配參數(shù) 彈片插孔 EI33--

附錄C整機PCB板(兩面)

參考文獻

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[10] 夏路易，石宗義．電路原理圖與電路板設計教程PROTEL99SE[M]．北京：北京希望電子出版社，2002：72-79．

第二篇：逆變電源畢業(yè)設計

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目錄

1引言...........................................................................................................................................1 2設計說明書...............................................................................................................................2 2.1概述................................................................................................................................2 2.1.1該逆變電源的基本構成和原理.................................................................................2 2.1.2逆變電源的技術性能指標及主要特點.....................................................................4 2.2逆變電源的主要元器件及其特性................................................................................4 2.2.1 TL494電流模式PWM控制器..................................................................................4 2.2.2場效應管.....................................................................................................................7 2.2.3三極管.........................................................................................................................8 2.3各部分支路電路設計及其參數(shù)計算............................................................................8 2.3.1 DC/DC變換電路（附工作指示燈）........................................................................8 2.3.2輸入過壓保護電路...................................................................................................10 2.3.3輸出過壓保護電路...................................................................................................11 2.3.4 DC/AC變換電路......................................................................................................12 2.3.5 TL494芯片?外圍電路............................................................................................13 2.3.6 TL494芯片??外圍電路..........................................................................................14 2.3.7該逆變電源的整機電路原理圖(附錄A)................................................................15 2.3.8該電路的元件參數(shù)表(附錄B).................................................................................15 3調試.........................................................................................................................................16 附錄A整機原理圖...................................................................................................................17 附錄B元件參數(shù)表...................................................................................................................18 附錄C整機PCB板(兩面).......................................................................................................20 參考文獻....................................................................................................................................21 致謝............................................................................................................錯誤！未定義書簽。

i

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摘要

該設計主要應用開關電源電路技術有關知識。涉及模擬集成電路、電源集成電路、直流穩(wěn)壓電路、開關穩(wěn)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及場效應管（N溝道增強型MOSFET）的開關速度快、無二次擊穿、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點而組合設計的電路。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。在工作時的持續(xù)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。該電源的制造成本較為低廉，實用性強，可作為多種便攜式電器通用的電源。

關鍵詞：過熱保護；過壓保護；集成電路；振蕩頻率；脈寬調制

ii

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Abstract

The design applying the switching power source circuit technology in connected.Relating with knowledge about what imitate integrated circuit、power source integrated circuit、power amplification integrated circuit and switching regulated voltage circuit on principle.Sufficient apply chip TL494 fixed-frequency pulse width modulation circuit and field effect transistor(N channel strengthen MOSFET)whose switch speed quick, nothing secondary Break down and hot stability good merit to design circuit.Owe the inverter main part ingredient by DC/DC circuit、importing the over-voltage crowbar circuit、exporting an over-voltage crowbar protect a circuit、overheat protective circuit、DC/AC shifts circuit、oscillating circuit and entire bridge circuit.Continuing for during the period of the job exports power functions such as being 150 W, having the regular guiding lights working, exporting an over-voltage crowbar, importing the over-voltage crowbar and overheat protective.The cost of manufacture being a power source of turn is comparatively cheap, the pragmatism is strong, and it has a function annex to the various portably type.Key words: over heat protective;over-voltage integrated circuit(IC);oscillating frequency;pulse width modulation(PWM).iii

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1引言

目前逆變電源應用廣泛，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(wěn)壓電路、開關穩(wěn)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(wěn)定性好的優(yōu)點與三極管一起構成的組合設計電路。

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(shù)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。因此具有相當強的通用性。

該逆變電源在工作時的持續(xù)輸出功率為150W，并且具有輸出過壓保護、輸入過壓保護以及過熱保護等功能。該電源的制造成本較為低廉，千臺以上數(shù)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。1

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2設計說明書

2.1概述 2.1.1該逆變電源的基本構成和原理

（1）基本構成

該設計電路的方框圖如圖1。該電路由12V直流輸入、輸入過壓保護電路、過熱保護電路、逆變電路I、220V/50KHz整流濾波、逆變電路II、輸出過壓保護電路等組成。逆變電路I、逆變電路II的框圖分別見圖

2、圖3。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。

圖1 整機原理方框圖

逆變電路I原理如圖2所示。此電路的主要功能是將12V直流電轉換為220V/50KHz的交流電。

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圖2 逆變I電路原理方框圖

逆變電路II如圖3所示。此電路的主要功能是將220V直流電轉換為220V/50Hz的交流電。全橋電路以50Hz的頻率交替導通，產生50Hz交流電。

圖3 逆變II電路原理方框圖

（2）電路工作原理

輸入12V直流電源電壓，經過逆變電路I得到220V/50KHz的交流電，此交流電再經過整流濾波電路得到220V高壓直流電，然后經過逆變II得到220V/50Hz交流電。其中輸入過壓保護電路、輸出過壓保護電路、過熱保護電路構成整個電路的保護電路。一旦輸入電壓出現(xiàn)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。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。輸出過壓保護電路與逆變電路II構成反饋回路，一旦電路輸出異常則停止逆變電路II的工作。在逆變電路I中是用一塊TL494芯片產生50KHz的脈沖頻率，經過變壓器推挽電路將12V直流轉換成220V/50KHz的交流電。在逆變電路II中再用一塊TL494芯片產生50Hz的

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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。在該電路中都是利用TL494的輸出端作為逆變電路工作狀態(tài)的控制端。

2.1.2逆變電源的技術性能指標及主要特點

（1）輸入：12V直流（汽車蓄電池）。（2）輸出：220V交流（非正弦波）。（3）輸出功率：大于100W。

（4）具有輸入過壓保護和輸出過壓保護。（5）有過熱保護功能。

（6）可作為多種電器的通用電源。（7）含有工作正常指示燈。

2.2逆變電源的主要元器件及其特性 2.2.1 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。TL494有SO—16和PDIP—16兩種封裝形式，以適應不同場合的要求。

（1）主要特征

集成了全部的脈沖寬度調制電路。

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內置誤差放大器。TL494內置5V參考基準電壓源?？烧{整死區(qū)時間。

TL494內置功率晶體管，可提供500mA的驅動能力。有推或拉兩種輸出方式。（2）引腳設置及其功能

TL494的內部電路由基準電壓產生電路、振蕩器、死區(qū)時間比較器、誤差放大器（兩個）、PWM比較器以及輸出電路等組成，各引腳功能見表1。

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表1 TL494引腳功能表

引腳號 引腳功能 1、2 誤差放大器I的同相和反相輸入端 3 相位校正和增益控制端 間歇期調整，其上加0-3.3V電壓時，可使截止時間從2%線性變化到100%；死區(qū)時間控制，輸入直流電壓為0-4V，控制TL494輸出脈沖的占空比為0.45-0。在此基礎上，占空比還受反饋信號控制，四腳還常用作軟啟動控制端，使輸出脈沖寬度由零逐漸達到設計值。5、6 分別用于外接振蕩電容Ct和振蕩電阻Rt，產生鋸齒波電壓并送至PWM比較器，振蕩頻率Fosc?1，定時電阻取值在1KΩ以上

CtRt7 接地端 8、9、10、11 分別為TL494內部兩個末級輸出三極管的集電極和發(fā)射極 12

電源供電端 輸出控制端，當該端電壓為零時，用于驅動單端電路。該端接地時為并聯(lián)單端 輸出方式，接14腳時為推挽輸出方式 15、16

5V基準電壓輸出端，最大輸出電流為10mA

誤差放大器II的反相和同相輸入端

（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4所示。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：

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圖4 TL494內部結構圖

·輸入電源電壓為7~40V，可用穩(wěn)壓電源作為輸入電源，從而使輔助電源簡化。TL494 末級的兩只三極管在7~40V范圍工作時，最大輸出電流可達250mA。因此，其帶負載能力較強，即可按推挽方式工作，也可將兩路輸出并聯(lián)工作，小功率時可直接驅動。

·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?！炔坑幸粚φ`差放大器，可做反饋放大及保護功能，控制非常方便。

·在高頻開關電源中，輸出方波必須對稱，在其他一些應用中又需要方波人為不對稱，即需控制方波的占空比。通過對TL494的4腳控制，即可調節(jié)占空比，還可作輸出軟啟動保護用。

·可以選擇單端、并聯(lián)及交替三種輸出方式。

TL494的1腳及2腳為誤差放大器的輸入端。由TL494芯片構成電壓反饋電路時，1、2腳上通過電阻從內部5V基準電壓上取分壓，作為1腳比較的基準。3腳用于補償校正，為PWM比較器的輸入端，接入電阻和電容后可以抑制振蕩，4腳為死區(qū)時間控制端，加在4腳上的電壓越高，死區(qū)寬度越大。當4腳接地時，死區(qū)寬度為零，即全輸出；當其接5V電壓時；死區(qū)寬度最大，無輸出脈沖。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。5腳及6腳接振蕩器的接地電容、電阻。

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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(jié)，其振蕩頻率如下：

Fosc?

1(1)CtRt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(xiàn)的。三極管VT1和VT2受控于或非門。當雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)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。當控制信號增大時，輸出脈沖的寬度將減小。

控制信號由集成電路外部輸入，其中一條送至死區(qū)時間比較器，另一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)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(qū)時間約等于鋸齒波周期的4%。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%。在死區(qū)時間控制端上接固定電壓（在0~3.3V之間）時，即能在輸出脈沖上產生附加的死區(qū)時間。

PWM比較器為誤差放大器調節(jié)輸出脈沖寬度提供了一個手段：當反饋電壓從0.5V變?yōu)?.5V時，輸出的脈沖寬度由被死區(qū)確定的最大導通百分比時間下降到零。兩個誤差放大器具有從-0.3V到Ucc-2.0V的共模輸入范圍，這可從電源的輸出電壓和電流中察覺到。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。正是由于這種電路結構，誤差放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。

當Ct放電時，一個正脈沖將出現(xiàn)在死區(qū)時間比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行計時，同時停止VT1和VT2的工作。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，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且占空比小于50%時，則輸出驅動信號可分別從VT1和VT2中取得。輸出變壓器為一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。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(lián)使用，這時需將輸出模式控制端接地，以關閉雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在這種狀態(tài)下，輸出脈沖的頻率將等于振蕩器的頻率。

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。在典型的0℃~70℃溫度范圍和50 mV電壓的溫漂條件下，該基準電壓產生電路能提供±5%的精度。

2.2.2場效應管

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場效應管是一種適應開關電源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。它是利用電場效應來控制其電流大小的半導體器件[3]。其代表符號如圖5。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(wěn)定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單等優(yōu)點，因此大大的擴展了它的應用范圍，特別是在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用。MOSFET開關較快而無存儲時間，故在較高工作頻率下開關損耗較小，另外所需的開關驅動功率小，降低了電路的復雜性。本設計采用的是N溝道增強型MOSFET。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。當Vgs>0時才有可能有電流即漏極電流產生。即當Vgs?0時MOS管才導通。

圖5 MOSFET代表符號圖

2.2.3三極管

本設計選用了兩種三極管，因為電路中有50KHz和50Hz兩個頻率，用于50KHz電路的三極管選擇為8550型[4]，而用于50Hz低頻的三極管選擇為KSP44型。三極管的工作狀態(tài)有截止、放大、飽和三種。此設計電路中主要運用三極管的導通截止的開關特性。

2.3各部分支路電路設計及其參數(shù)計算 2.3.1 DC/DC變換電路（附工作指示燈）

由DC/AC和整流濾波電路組成[5]。電路結構如圖6，VT1和VT2的基極分別接TL494的兩個內置晶體管的發(fā)射極。中心器件變壓器T1，實現(xiàn)電壓由12V脈沖電壓轉變?yōu)?20V脈沖電壓。此脈沖電壓經過整流濾波電路變成220V高壓直流電壓。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

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匝數(shù)比為12?220?0?05，變壓器選擇為E型，可自制。經過實踐調制選擇初級匝數(shù)為10×2，次級匝數(shù)為190。10?190?0?05即滿足變壓器匝數(shù)比約為0.05。電路正常時，TL494的兩個內置晶體管交替導通，導致圖中晶體管VT1、VT2的基極也因此而交替導通，VT3和VT4 交替導通。因為變壓器選擇為E型，這樣使變壓器工作在推挽狀態(tài)，VT3和VT4以頻率為50KHz交替導通，使變壓器的初級輸入端有50KHz的交流電。當VT1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。當VT1導通時，VT2截止，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。且交替導通時其峰值電壓為12V，即產生了12V/50KHz的交流電。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。VT1和VT2因為基極都為高電平而飽和導通，而場效應管VT3、VT4將因柵極無正偏壓都處于截止狀態(tài)，逆變電源停止工作，LED指示燈熄滅。極性電容C1濾去12V直流中的交流成分，降低輸入干擾。濾波電容C1可取為2200μF。R1、R2、R3起限流作用，取值為4.7KΩ。整流濾波電路由四只整流二極管和一個濾波電容組成。四只整流二極管D1~D4接成電橋的形式，稱單相橋式整流電路[2]。在橋式整流電路中，電容C2濾去了電路中的交流成分，由模擬電路直流穩(wěn)壓電源的電容濾波電路[2]知：

?d?RC??3~5?T

1(2)

2當f=50KHz時，??1，R=116KΩ時，R為后繼負載電阻，則C?4.3?10?10F。根50KHz據(jù)電容標稱值選擇C2為10μF。輸出220V高壓直流電，供后繼逆變電路使用。

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圖6 直流變換電路圖

2.3.2輸入過壓保護電路

電路結構如圖7，由DZ1、電阻R1和電阻R2、電容C1、二極管VD1組成。輸出端口接TL494芯片I的同相輸入端（第1腳），通過該芯片的誤差比較器對其輸出進行控制[6]，當輸入過大電壓時，停止逆變電路工作從而使電路得到保護。因為輸入電壓直接決定了輸出電壓的值，對輸入端電壓的保護也是對輸出端子間過大電壓進行負載保護。VD1、C1、R1組成了保護狀態(tài)維持電路，只要發(fā)生瞬間的輸入電壓過大現(xiàn)象，就導致穩(wěn)壓管擊穿，電路將沿C1和R1支路充電，繼續(xù)維持同相端的低電平狀態(tài)，保護電路就會啟動并維持一段時間。當C1和R1充電完成，C1和R2支路開始處于放電狀態(tài)，當C1放電完成時，TL494芯片I的同相輸入端由低電平翻轉為高電平，導致TL494芯片I的3腳即反饋輸入端為高電平狀態(tài)，進而導致TL494芯片內部的PWM比較器、或門、或非門的輸出均發(fā)生翻轉，TL494芯片內置功率輸出級三極管VT1和VT2均轉為截止狀態(tài)。此時將導致直流變換電路的場效應管處于截止狀態(tài)，直流變換電路停止工作。同時TL494的4腳為高電平狀態(tài)，4腳為高電平時，將抬高芯片內部死區(qū)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。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值一般為輸入電壓的100%~130%。穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)壓值決定了該保護電路的啟動門限電壓值?？紤]到汽車行駛過程中電瓶電壓的正常值變化幅度大小，通常將穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值選為15V或者16V

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較為合適。在此取為15V，穩(wěn)壓管的功率為0.15W。R1取為100KΩ，R2、R3均取為4.7KΩ，C1、C2均取為47μF。

圖7 輸入過壓電路保護圖

2.3.3輸出過壓保護電路

電路結構如圖8，當輸出電壓過高時將導致穩(wěn)壓管DZ1擊穿，使TL494芯片II的4腳對地的電壓升高，啟動TL494芯片II的保護電路，切斷輸出。VD1、C1、R2組成了保護狀態(tài)維持電路，R3、R4為保護電阻，用以增大輸出阻抗。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值一般規(guī)定為輸出電壓的130%~150%[7]。后繼電路為220V/50Hz輸出，其中負載電阻為100KΩ，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(jù)電路分壓知識[8]，則R2上的電壓為：

U?R2?220??R1?R1??220?16?116?30.34V

(3)

即穩(wěn)壓管的電壓取值最大為30.34V，這里穩(wěn)壓管取值為30V。

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圖8 輸出過壓電路保護圖

2.3.4 DC/AC變換電路

電路結構如圖9，該變換電路為全橋橋式電路[6]。其中TL494芯片的8腳和11腳為內置的兩個三極管的集電級，且兩個內置三極管是交替導通的，變替導通的頻率為50Hz。圖中8腳和11腳分別接入了上下兩部分完全對稱的橋式電路，因為兩三極管交替工作，工作頻率為50Hz，所以選用橋式電路，目的在于得到50Hz交流電。上下兩部分電路工作過程完全相同。選其中一部分作為說明。這里將其簡化如圖10。圖中VT0為TL494芯片II的一個內置三極管設為VT00，另一個設為VT01。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因為柵極無正偏壓截止，輸出220V電壓。當VT00截止時，即VT01導通時：VT1基級有12V正偏壓，集電極有12V反向電壓，從而導通。VT3的柵極無正偏電壓，從而使VT3截止。而VT4因為柵極有12V正偏壓導通。因為VT3截止，220V電壓無法送至輸出。但此時下半部分的電路有220V電壓輸出。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。原理同上。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。由于TL494芯片為脈沖調制器，其產生的波形為脈沖波而不是正弦波。VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6應選擇低頻小功率型的。這里VT1和VT2為晶體三極管可選擇KSP14型，VT3、VT4、VT5和VT6為場效應管可選擇為IRF740型。限流電阻可選擇10KΩ、1KΩ、4.7KΩ、3.3KΩ的經典取值。C1、C2和C3均為平滑輸出的吸收電容。C1和C2可取為10μF，C3取為0.01μF。

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圖9 DC/AC轉換電路圖

圖10 簡化圖

2.3.5 TL494芯片?外圍電路

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電路結構如圖11，包含過熱保護電路及振蕩電路。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。因為芯片內置5V基準電壓源，負載能力為10mA。所以15腳電壓應高于5V。15腳電壓計算式為：

U?12?R2??R1?R2?Rt?

(4)

這里Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫阻值可在150~300?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。這里取200?。R1取36KΩ，R2取39KΩ，則15腳電壓為6.22V。符合要求。該脈寬調制器的振蕩頻率為50KHz，由公式（1）知Fosc?1??CtRt?，圖中C2、R3為芯片的振蕩元件。C2即為Ct，R3即為Rt。其中Fosc取為50KHz，C2取4700pF，則R3取4.3KΩ。

圖11 TL494芯片I外圍電路

2.3.6 TL494芯片??外圍電路

電路結構如圖12，同樣15腳為芯片TL494的反相輸入端，16腳為同相輸入端，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。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。芯片內置比較器II的輸出為低電平。5腳和6腳為振蕩器的定時電容和定時電阻接入端。因為要使輸出頻率為50Hz，由公式Fosc?1??CtRt?

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知：當Rt取為220KΩ時，Ct?9.09?10?8μF，可取為0.1μF。C1和R2是芯片的振蕩元件，即是R2取值為220KΩ，C1取值為0.1μF。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。電容C2取值為47μF，電阻R3取值為10KΩ，當輸入過壓保護電路啟動后，使電容C2對R3放電，使4腳保持為低電平，使TL494芯片II的電路維持一端時間，直到C2放電完畢，則使4 腳為高電平，抬高死區(qū)電壓，從而使芯片II停止工作。

圖12 TL494芯片II外圍電路

2.3.7該逆變電源的整機電路原理圖(附錄A)2.3.8該電路的元件參數(shù)表(附錄B)15

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3調試

該逆變電源在接通12V直流電源后，LED指示燈亮，說明電路工作正常。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。若發(fā)生輸入電流過大、輸出電壓過大或者電路工作環(huán)境過熱的情況均會使LED指示燈變暗，說明逆變電路停止工作。若在接通電源后要等10S左右指示燈還沒有點亮，說明逆變電路有問題或者LED燈極性安裝反了。該電路的PCB板[10]示意圖見附錄C。

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附錄A整機原理圖

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附錄B元件參數(shù)表

表2 元件參數(shù)表

裝配位號 C1 C3 C5 C7 C9 C11 C14 VD1~VD4 VD9~VD11 VD13 DZ1 IC1、IC2 VT1、VT3 VT5、VT8 VT9、VT10 R2 R4 R6 R8~R11 R13 R15 R17、R18 R20 R22 R25 R27

裝配參數(shù) 22μF/16V 47μF/16V 2200μF/16V 47μF /16V 0.01μF 0.22μF 0.01μF/1000V

1N4148 1N4148 1N4148 15V/0.5W TL494CN 8550 KSP44 IRF740 39K 270 4.7K 4.7K 10K 10K 1K 4.7K 10K 1K

3.3K

裝配位號 C2 C4 C6 C8 C10 C12 C13 C15 VD5~VD8 VD12 VD14 DZ2 LED VT2、VT4 VT6、VT7

R1 R3 R5 R7 R12 R14 R16 R19 R21 R23、R24 R26

裝配參數(shù) 47μF/16V 4700pF 47μF/16V 0.1μF 0.01μF 10μF/400V 10μF/50V 10μF/50V HER306 FR107 FR107 30V/0.5W 綠色Ф3 IRF3205 IRF740 36K 100K 100K 4.3K 470K 220K 4.7K 3.3K 1K 4.7K 16K

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續(xù)表2

裝配位號 DCIN Rt R28、R29

裝配參數(shù) 12V/DC 150

100K

裝配位號 X AC T1--

裝配參數(shù) 彈片插孔 EI33--

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附錄C整機PCB板(兩面)

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參考文獻

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第三篇：逆變電源畢業(yè)設計文獻翻譯

文獻翻譯

題

目 學生姓名 專業(yè)班級 學

號 院（系）指導教師 完成時間

逆變器

電子信息工程

電氣與信息工程學院

2009年06 月 05日

Inverter 1 Introduction An inverter is an electrical device that converts direct current(DC)to alternating current(AC);the converted AC can be at any required voltage and frequency with the use of appropriate transformers, switching, and control circuits.Solid-state inverters have no moving parts and are used in a wide range of applications, from small switching power supplies in computers, to large electric utility high-voltage direct current applications that transport bulk power.Inverters are commonly used to supply AC power from DC sources such as solar panels or batteries.There are two main types of inverter.The output of a modified sine wave inverter is similar to a square wave output except that the output goes to zero volts for a time before switching positive or negative.It is simple and low cost and is compatible with most electronic devices, except for sensitive or specialized equipment, for example certain laser printers.A pure sine wave inverter produces a nearly perfect sine wave output(<3% total harmonic distortion)that is essentially the same as utility-supplied grid power.Thus it is compatible with all AC electronic devices.This is the type used in grid-tie inverters.Its design is more complex, and costs 5 or 10 times more per unit power The electrical inverter is a high-power electronic oscillator.It is so named because early mechanical AC to DC converters were made to work in reverse, and thus were “inverted”, to convert DC to AC.The inverter performs the opposite function of a rectifier.2 Applications 2.1 DC power source utilization An inverter converts the DC electricity from sources such as batteries, solar panels, or fuel cells to AC electricity.The electricity can be at any required voltage;in particular it can operate AC equipment designed for mains operation, or rectified to produce DC at any desired voltageGrid tie inverters can feed energy back into the distribution network because they produce alternating current with the same wave shape and frequency as supplied by the distribution system.They can also switch off automatically in the event of a blackout.Micro-inverters convert direct current from individual solar panels into alternating current for the electric grid.They are grid tie designs by default.2.2 Uninterruptible power supplies An uninterruptible power supply(UPS)uses batteries and an inverter to supply AC power when main power is not available.When main power is restored, a rectifier supplies DC power to recharge the batteries.2.3 Induction heating Inverters convert low frequency main AC power to a higher frequency for use in induction heating.To do this, AC power is first rectified to provide DC power.The inverter then changes the DC power to high frequency AC power.2.4 HVDC power transmission With HVDC power transmission, AC power is rectified and high voltage DC power is transmitted to another location.At the receiving location, an inverter in a static inverter plant converts the power back to AC.2.5 Variable-frequency drives A variable-frequency drive controls the operating speed of an AC motor by controlling the frequency and voltage of the power supplied to the motor.An inverter provides the controlled power.In most cases, the variable-frequency drive includes a rectifier so that DC power for the inverter can be provided from main AC power.Since an inverter is the key component, variable-frequency drives are sometimes called inverter drives or just inverters.2.6 Electric vehicle drives Adjustable speed motor control inverters are currently used to power the traction motors in some electric and diesel-electric rail vehicles as well as some battery electric vehicles and hybrid electric highway vehicles such as the Toyota Prius and Fisker Karma.Various improvements in inverter technology are being developed specifically for electric vehicle applications.[2] In vehicles with regenerative braking，the inverter also takes power from the motor(now acting as a generator)and stores it in the batteries.2.7 The general case A transformer allows AC power to be converted to any desired voltage, but at the same frequency.Inverters, plus rectifiers for DC, can be designed to convert from any voltage, AC or DC, to any other voltage, also AC or DC, at any desired frequency.The output power can never exceed the input power, but efficiencies can be high, with a small proportion of the power dissipated as waste heat.Circuit description

3.1 Basic designs

In one simple inverter circuit, DC power is connected to a transformer through the centre tap of the primary winding.A switch is rapidly switched back and forth to allow current to flow back to the DC source following two alternate paths through one end of the primary winding and then the other.The alternation of the direction of current in the primary winding of the transformer produces alternating current(AC)in the secondary circuit.The electromechanical version of the switching device includes two stationary contacts and a spring supported moving contact.The spring holds the movable contact against one of the stationary contacts and an electromagnet pulls the movable contact to the opposite stationary contact.The current in the electromagnet is interrupted by the action of the switch so that the switch continually switches rapidly back and forth.This type of electromechanical inverter switch, called a vibrator or buzzer, was once used in vacuum tube automobile radios.A similar mechanism has been used in door bells, buzzers and tattoo guns.As they became available with adequate power ratings, transistors and various other types of semiconductor switches have been incorporated into inverter circuit designs 3.2 Output waveforms The switch in the simple inverter described above, when not coupled to an output transformer, produces a square voltage waveform due to its simple off and on nature as opposed to the sinusoidal waveform that is the usual waveform of an AC power supply.Using Fourier analysis, periodic waveforms are represented as the sum of an infinite series of sine waves.The sine wave that has the same frequency as the original waveform is called the fundamental component.The other sine waves, called harmonics, that are included in the series have frequencies that are integral multiples of the fundamental frequency.The quality of output waveform that is needed from an inverter depends on the characteristics of the connected load.Some loads need a nearly perfect sine wave voltage supply in order to work properly.Other loads may work quite well with a square wave voltage.3.3 Three phase inverters Three-phase inverters are used for variable-frequency drive applications and for high power applications such as HVDC power transmission.A basic three-phase inverter consists of three single-phase inverter switches each connected to one of the three load terminals.For the most basic control scheme, the operation of the three switches is coordinated so that one switch operates at each 60 degree point of the fundamental output waveform.This creates a line-to-line output waveform that has six steps.The six-step waveform has a zero-voltage step between the positive and negative sections of the square-wave such that the harmonics that are multiples of three are eliminated as described above.When carrier-based PWM techniques are applied to six-step waveforms, the basic overall shape, or envelope, of the waveform is retained so that the 3rd harmonic and its multiples are cancelled History 4.1 Early inverters From the late nineteenth century through the middle of the twentieth century, DC-to-AC power conversion was accomplished using rotary converters or motor-generator sets(M-G sets).In the early twentieth century, vacuum tubes and gas filled tubes began to be used as switches in inverter circuits.The most widely used type of tube was the thyratron.The origins of electromechanical inverters explain the source of the term inverter.Early AC-to-DC converters used an induction or synchronous AC motor direct-connected to a generator(dynamo)so that the generator's commutator reversed its connections at exactly the right moments to produce DC.A later development is the synchronous converter, in which the motor and generator windings are combined into one armature, with slip rings at one end and a commutator at the other and only one field frame.The result with either is AC-in, DC-out.With an M-G set, the DC can be considered to be separately generated from the AC;with a synchronous converter, in a certain sense it can be considered to be “mechanically rectified AC”.Given the right auxiliary and control equipment, an M-G set or rotary converter can be “run backwards”, converting DC to AC.Hence an inverter is an inverted converter.4 4.2 Controlled rectifier inverters Since early transistors were not available with sufficient voltage and current ratings for most inverter applications, it was the 1957 introduction of the thyristor or silicon-controlled rectifier(SCR)that initiated the transition to solid state inverter circuits.The commutation requirements of SCRs are a key consideration in SCR circuit designs.SCRs do not turn off or commutate automatically when the gate control signal is shut off.They only turn off when the forward current is reduced to below the minimum holding current, which varies with each kind of SCR, through some external process.For SCRs connected to an AC power source, commutation occurs naturally every time the polarity of the source voltage reverses.SCRs connected to a DC power source usually require a means of forced commutation that forces the current to zero when commutation is required.The least complicated SCR circuits employ natural commutation rather than forced commutation.With the addition of forced commutation circuits, SCRs have been used in the types of inverter circuits described above.In applications where inverters transfer power from a DC power source to an AC power source, it is possible to use AC-to-DC controlled rectifier circuits operating in the inversion mode.In the inversion mode, a controlled rectifier circuit operates as a line commutated inverter.This type of operation can be used in HVDC power transmission systems and in regenerative braking operation of motor control systems.Another type of SCR inverter circuit is the current source input(CSI)inverter.A CSI inverter is the dual of a six-step voltage source inverter.With a current source inverter, the DC power supply is configured as a current source rather than a voltage source.The inverter SCRs are switched in a six-step sequence to direct the current to a three-phase AC load as a stepped current waveform.CSI inverter commutation methods include load commutation and parallel capacitor commutation.With both methods, the input current regulation assists the commutation.With load commutation, the load is a synchronous motor operated at a leading power factor.As they have become available in higher voltage and current ratings, semiconductors such as transistors or IGBTs that can be turned off by means of control signals have become the preferred switching components for use in inverter circuits.5 4.3 Rectifier and inverter pulse numbers Rectifier circuits are often classified by the number of current pulses that flow to the DC side of the rectifier per cycle of AC input voltage.A single-phase half-wave rectifier is a one-pulse circuit and a single-phase full-wave rectifier is a two-pulse circuit.A three-phase half-wave rectifier is a three-pulse circuit and a three-phase full-wave rectifier is a six-pulse circuit。With three-phase rectifiers, two or more rectifiers are sometimes connected in series or parallel to obtain higher voltage or current ratings.The rectifier inputs are supplied from special transformers that provide phase shifted outputs.This has the effect of phase multiplication.Six phases are obtained from two transformers, twelve phases from three transformers and so on.The associated rectifier circuits are 12-pulse rectifiers, 18-pulse rectifiers and so on.When controlled rectifier circuits are operated in the inversion mode, they would be classified by pulse number also.Rectifier circuits that have a higher pulse number have reduced harmonic content in the AC input current and reduced ripple in the DC output voltage.In the inversion mode, circuits that have a higher pulse number have lower harmonic content in the AC output voltage waveform.逆變器 簡介

逆變器是一種能將直流電轉化為可變的交流電的電子裝置，使用適當?shù)淖儔浩?、開關以及控制電路可以將轉化的交流電調整到任何需要的電壓以及頻率值。

固定的逆變器沒有移動部件，其應用范圍極其廣泛，從小型計算機開關電源，到大型電力公司高壓直流電源應用，運輸散貨。逆變器通常用于提供從諸如太陽能電池板或電池直流電源轉換的交流電源..逆變器有兩種主要類型。對修改后正弦波逆變器輸出是一個類似方波輸出，輸出去除了一時間為零伏特，然后才轉到正或負。它的電路簡單而且成本一般較低，并與大多數(shù)電子設備兼容，除了敏感或專用設備，例如某些激光打印機。純正弦波逆變器產生一個近乎完美的正弦波輸出“（<3％的總諧波失真），它本質上與公用事業(yè)電網提供的相同。因此它與所有的交流電子設備兼容。這是網逆變器配合使用的類型。它的設計更為復雜，成本5人以上每單位功率。[1]電逆變器是一種高功率電子振蕩器的10倍。它是如此命名是因為早期機械AC到DC轉換器的工作作了相反，因此是“倒“，轉換成直流到交流。變頻器的整流執(zhí)行相反的功能 應用

2.1 直流電源利用率

逆變器將直流電，如電池，太陽能電池板，燃料電池等轉換為交流電直流電。轉換的交流電可以是任意需要大小的交流電，特別是它可以操作交流設備用于電源操作，或者濾波產生任何需要的直流電壓。

配電網絡逆變器可以將能量反饋到分配網絡，因為他們產生的交流電和分配網絡提供的交流電的波形和頻率可以是一樣的。而且他們也可以自動關斷輸出當遇到停電事故時。微型逆變器將由個人太陽能電池板產生的直流電轉化為交流電并入電網。接從個人的太陽能電池板的電流。它們使用默認的輸電網設計。

2.2 不間斷電源

不間斷電源（UPS）當主電源無法使用時使用電池和逆變器提供交流電源。當主電源恢復時，一個整流器供應直流電源對電池進行充電。

2.3 感應加熱

逆變器將低頻交流電源轉化為更高的頻率以用于感應加熱使用。要做到這一點，首先交流電源經過濾波提供直流電源。該逆變器，然后更改為高頻率的交流電源直流電源。

2.4 高壓直流輸電

隨著高壓直流輸電，交流電源進行整流和高壓直流電源被傳輸?shù)搅硪粋€位置。在接收的位置，在一個靜止變流器廠將直流電源轉換回交流電

2.5 變頻驅動器

一個變頻驅動控制器通過控制供應給電機的電源電壓和頻率來控制交流電機的運行速度。逆變器提供控制信號。在大多數(shù)情況下，變頻驅動器包括一個整流器，因而提供給逆變器的直流電源可以由交流主電源提供。由于逆變器是關鍵部件，變頻驅動器有時也被稱為逆變器驅動器或只是逆變器

2.6 電動汽車驅動

調速電動機控制逆變器是目前用于電力牽引在一些電動和柴油電動軌道車輛以及一些電池電動汽車上的電機，如豐田Prius和菲斯克噶瑪混合動力電動汽車高速公路交通工具。在變頻技術的各項改善措施正在制定專門針對電動車輛的應用。與更新制動車輛，還需要從變頻器的電機（現(xiàn)在作為發(fā)電機）和它儲存在電池里的電源。

2.7 一般情況下

一個變壓器允許交流電源被轉換為任何所需的電壓，但是卻在相同的頻率。逆變器，直流加整流器，可以設計成任何轉換電壓，交流或直流，在任何需要的頻率，以任何其他電壓，也可以是交流或直流。輸出功率不能超過輸入功率，但效率可以很高，可以允許作為一部分余熱消耗掉功率很小的一部分。電路描述

3.1 基本設計

在一個簡單的逆變電路中，直流電源通過初級繞組的中心抽頭連接到變壓器。開關以極高的頻率來回切換，使電流回流在變壓器的初級繞組里流過一個方向后再向另一個方向流動。初級繞組里電流方向的變化通過變壓器在次級繞組里產生交變電流。

在開關設備機電版本包括兩個固定觸點和彈簧支撐移動接觸點。彈簧持有一個可移動的觸體來和固定觸點接觸，電磁鐵拉動可移動的觸體到對面的固定的觸體。在電磁鐵的電流中斷的交換機中，使交換開關不斷來回迅速切換迅速。這種機動逆變器式開關，稱為一個振動器或蜂鳴器，曾經在真空電子管汽車收音機中使用。一個類似的電子裝置已用于門鈴，蜂鳴器和紋身槍。當開關管有有足夠的額定功率，晶體管和半導體開關各種其他類型的的電子開關器件可用已納入逆變器電路設計。

3.2 輸出波形

上述簡單的逆變器中的開關，當不耦合到輸出變壓器時，輸出電壓波形由于開關管簡單的導通或關斷產生一個方波電壓輸出，而不是交流電最常見的正弦波形，它是一個AC電源波形通常由于其簡單。利用傅里葉分析，周期性波形表示為一個無窮級數(shù)的正弦波的總和。正弦波中和原始波形具有相同的頻率的波稱為基波。其他頻率的正弦波，稱為諧波，這是該系列中包括有頻率是基波頻率的整數(shù)倍。

輸出波形是從一個逆變器所需的質量取決于逆變器所連接的負載特性。一些載入需要一個近乎完美的正弦波電壓供應才能正常工作。其他的負載可能使用方波電壓也能工作的很好。

3.3 三相逆變器

三相逆變器是用于變頻驅動應用以及諸如高壓直流輸電高功率傳輸。一個基本的三相逆變器由三個單相開關每個連接到三個負載接線端子之一的逆變器組成。對于最基本的控制方案，對三個開關運作協(xié)調，以便在每一個開關輸出波形的基本操作60度點。這將創(chuàng)建一個線到線輸出波形有六個步驟。六步之間有一個波形的方波的正面和負面的部分零電壓一步，這樣的諧波，是三個被淘汰上述倍數(shù)。當載波脈沖調寬技術技術應用到六步波形時，在整體上基本形狀，或著波形的包絡將被保留，以使三次諧波及其倍數(shù)被取消 歷史

4.1 早期的變頻器

從十九世紀晚期到二十世紀中葉直流到交流電源的轉換使用旋轉逆變器或者發(fā)電機組來完成。在二十世紀早期，真空電子管和充氣管開始被作為逆變電路開關使用。應用最廣的電子管的類型是閘流管。

機動電子逆變器一詞解釋了學術上逆變器的來源。早期的交流到直流轉換器使用的感應或同步交流電動機直接連接到一臺發(fā)電機（發(fā)電機），使發(fā)電機的整流子扭轉在正確的時間來產生直流電。一個后來的發(fā)展是同步轉換器，其中電機和發(fā)電機繞組組合成一個電樞，一個滑環(huán)在電樞一端，整流子在另一端，只有一幀。這樣的結果是交流輸入，直流輸出。隨著設置，直流電可以被認為是分開的出現(xiàn)的交流電;具有同步轉換器，在一定意義上講，它可以被認為是“機械糾正交流“。只要有了正確的輔助和控制設備，設置或旋轉轉換器可“向后跑“，轉換直流到交流。因此，逆變器是一個倒置的轉換器。4.2 整流逆變器控制

自從1957年初以來晶體管沒有足夠的電壓和額定電流可用于大多數(shù)逆變器應用，晶閘管或可控硅整流器的開始到固態(tài)逆變器電路過渡。

晶閘管換相的條件是在可控硅電路設計中考慮的關鍵因素?？煽毓璨魂P閉或整流時自動門控制信號被切斷。只有當正向電流降至低于最低維持電流，他們才會關閉，通過外部加工，不同類型的晶閘管最低電流也會不同。對于連接到交流電源的可控硅，每一次整流源電壓極性都會自然反轉。連接到直流電源的可控硅整流通常需要強迫轉換，迫使電流為零時，需要換一種途徑。最不復雜的電路采用可控硅整流自然代償，而不是強制。隨著附加的代償電路，可控硅已經用于上述逆變器種類。

在逆變電源將直流電轉換為交流電的應用中，它可以使用交流到直流整流控制電路中的反演模式運行。在反轉模式，可控整流逆變電路工作作為換一條線。這種類型的操作，可用于高壓直流輸電系統(tǒng)和再生制動電機控制系統(tǒng)的操作。

另一種類型的可控硅逆變電路是電流源輸入的逆變器。電流源輸入逆變器是一個雙重的六個步驟電壓源逆變器。用電流源逆變器，直流電源配置為電流源，而不是一個電壓源?？煽毓枘孀兤髦星袚Q一個六步序電流指示作為加強電流波形三相交流負載。電流源輸入逆變器換相方法包括負載代償和并聯(lián)電容器代償。隨著這兩種方法，輸入電流調節(jié)輔助代償。負載換向，負載是一個同步電動機在運行領先的功率因數(shù)。由于他們已能夠為更高的電壓和額定電流使用，如晶體管或可通過控制信號變成了絕緣柵雙極性晶體管的半導體手段已成為首選的開關逆變器電路中使用的組件。

4.3 整流器和逆變器脈沖數(shù)

整流電路通常是每周期的交流輸入電壓流入的直流側的直流幀數(shù)來分類。單相半波整流是一個脈沖電路和單相全波整流是雙脈沖電路。一個三相半波整流是三脈沖電路和 三相全波整流是一個六脈沖電路。對于三相整流器，有整流器兩個或兩個以上，有時串聯(lián)或并聯(lián)以獲得更高的電壓或電流額定值。整流器輸入，提供從供應特種變壓器移相輸出。這具有倍增效應階段。6個階段分別從兩個變壓器，從十二相從三個變壓器等。相關的整流電路為12脈沖整流器，18脈沖整流器等。

當控制整流電路中的反向模式時，他們也按輸出脈沖數(shù)分類。整流電路具有較高的脈沖數(shù)減少在交流輸入電流，并減少直流輸出電壓紋波的諧波含量。在反向模式，電路具有較高的脈沖數(shù)有較低的交流輸出電壓波形的諧波含量。

第四篇：逆變電源畢業(yè)設計文獻翻譯

文獻翻譯

題

目 學生姓名 專業(yè)班級 學

號 院（系）指導教師 完成時間

逆變器

電氣工程及其自動化

電氣信息工程系 王剛 2012年02 月 21日

Inverter 1 Introduction An inverter is an electrical device that converts direct current(DC)to alternating current(AC);the converted AC can be at any required voltage and frequency with the use of appropriate transformers, switching, and control circuits.Solid-state inverters have no moving parts and are used in a wide range of applications, from small switching power supplies in computers, to large electric utility high-voltage direct current applications that transport bulk power.Inverters are commonly used to supply AC power from DC sources such as solar panels or batteries.There are two main types of inverter.The output of a modified sine wave inverter is similar to a square wave output except that the output goes to zero volts for a time before switching positive or negative.It is simple and low cost and is compatible with most electronic devices, except for sensitive or specialized equipment, for example certain laser printers.A pure sine wave inverter produces a nearly perfect sine wave output(<3% total harmonic distortion)that is essentially the same as utility-supplied grid power.Thus it is compatible with all AC electronic devices.This is the type used in grid-tie inverters.Its design is more complex, and costs 5 or 10 times more per unit power The electrical inverter is a high-power electronic oscillator.It is so named because early mechanical AC to DC converters were made to work in reverse, and thus were “inverted”, to convert DC to AC.The inverter performs the opposite function of a rectifier.2 Applications 2.1 DC power source utilization An inverter converts the DC electricity from sources such as batteries, solar panels, or fuel cells to AC electricity.The electricity can be at any required voltage;in particular it can operate AC equipment designed for mains operation, or rectified to produce DC at any desired voltageGrid tie inverters can feed energy back into the distribution network because they produce alternating current with the same wave shape and frequency as supplied by the distribution system.They can also switch off automatically in the event of a blackout.Micro-inverters convert direct current from individual solar panels into alternating current for the electric grid.They are grid tie designs by default.2.2 Uninterruptible power supplies An uninterruptible power supply(UPS)uses batteries and an inverter to supply AC power when main power is not available.When main power is restored, a rectifier supplies DC power to recharge the batteries.2.3 Induction heating Inverters convert low frequency main AC power to a higher frequency for use in induction heating.To do this, AC power is first rectified to provide DC power.The inverter then changes the DC power to high frequency AC power.2.4 HVDC power transmission With HVDC power transmission, AC power is rectified and high voltage DC power is transmitted to another location.At the receiving location, an inverter in a static inverter plant converts the power back to AC.2.5 Variable-frequency drives A variable-frequency drive controls the operating speed of an AC motor by controlling the frequency and voltage of the power supplied to the motor.An inverter provides the controlled power.In most cases, the variable-frequency drive includes a rectifier so that DC power for the inverter can be provided from main AC power.Since an inverter is the key component, variable-frequency drives are sometimes called inverter drives or just inverters.2.6 Electric vehicle drives Adjustable speed motor control inverters are currently used to power the traction motors in some electric and diesel-electric rail vehicles as well as some battery electric vehicles and hybrid electric highway vehicles such as the Toyota Prius and Fisker Karma.Various improvements in inverter technology are being developed specifically for electric vehicle applications.[2] In vehicles with regenerative braking，the inverter also takes power from the motor(now acting as a generator)and stores it in the batteries.2.7 The general case A transformer allows AC power to be converted to any desired voltage, but at the same frequency.Inverters, plus rectifiers for DC, can be designed to convert from any voltage, AC or DC, to any other voltage, also AC or DC, at any desired frequency.The output power can never exceed the input power, but efficiencies can be high, with a small proportion of the power dissipated as waste heat.Circuit description

3.1 Basic designs

In one simple inverter circuit, DC power is connected to a transformer through the centre tap of the primary winding.A switch is rapidly switched back and forth to allow current to flow back to the DC source following two alternate paths through one end of the primary winding and then the other.The alternation of the direction of current in the primary winding of the transformer produces alternating current(AC)in the secondary circuit.The electromechanical version of the switching device includes two stationary contacts and a spring supported moving contact.The spring holds the movable contact against one of the stationary contacts and an electromagnet pulls the movable contact to the opposite stationary contact.The current in the electromagnet is interrupted by the action of the switch so that the switch continually switches rapidly back and forth.This type of electromechanical inverter switch, called a vibrator or buzzer, was once used in vacuum tube automobile radios.A similar mechanism has been used in door bells, buzzers and tattoo guns.As they became available with adequate power ratings, transistors and various other types of semiconductor switches have been incorporated into inverter circuit designs 3.2 Output waveforms The switch in the simple inverter described above, when not coupled to an output transformer, produces a square voltage waveform due to its simple off and on nature as opposed to the sinusoidal waveform that is the usual waveform of an AC power supply.Using Fourier analysis, periodic waveforms are represented as the sum of an infinite series of sine waves.The sine wave that has the same frequency as the original waveform is called the fundamental component.The other sine waves, called harmonics, that are included in the series have frequencies that are integral multiples of the fundamental frequency.The quality of output waveform that is needed from an inverter depends on the characteristics of the connected load.Some loads need a nearly perfect sine wave voltage supply in order to work properly.Other loads may work quite well with a square wave voltage.3.3 Three phase inverters Three-phase inverters are used for variable-frequency drive applications and for high power applications such as HVDC power transmission.A basic three-phase inverter consists of three single-phase inverter switches each connected to one of the three load terminals.For the most basic control scheme, the operation of the three switches is coordinated so that one switch operates at each 60 degree point of the fundamental output waveform.This creates a line-to-line output waveform that has six steps.The six-step waveform has a zero-voltage step between the positive and negative sections of the square-wave such that the harmonics that are multiples of three are eliminated as described above.When carrier-based PWM techniques are applied to six-step waveforms, the basic overall shape, or envelope, of the waveform is retained so that the 3rd harmonic and its multiples are cancelled History 4.1 Early inverters From the late nineteenth century through the middle of the twentieth century, DC-to-AC power conversion was accomplished using rotary converters or motor-generator sets(M-G sets).In the early twentieth century, vacuum tubes and gas filled tubes began to be used as switches in inverter circuits.The most widely used type of tube was the thyratron.The origins of electromechanical inverters explain the source of the term inverter.Early AC-to-DC converters used an induction or synchronous AC motor direct-connected to a generator(dynamo)so that the generator's commutator reversed its connections at exactly the right moments to produce DC.A later development is the synchronous converter, in which the motor and generator windings are combined into one armature, with slip rings at one end and a commutator at the other and only one field frame.The result with either is AC-in, DC-out.With an M-G set, the DC can be considered to be separately generated from the AC;with a synchronous converter, in a certain sense it can be considered to be “mechanically rectified AC”.Given the right auxiliary and control equipment, an M-G set or rotary converter can be “run backwards”, converting DC to AC.Hence an inverter is an inverted converter.4 4.2 Controlled rectifier inverters Since early transistors were not available with sufficient voltage and current ratings for most inverter applications, it was the 1957 introduction of the thyristor or silicon-controlled rectifier(SCR)that initiated the transition to solid state inverter circuits.The commutation requirements of SCRs are a key consideration in SCR circuit designs.SCRs do not turn off or commutate automatically when the gate control signal is shut off.They only turn off when the forward current is reduced to below the minimum holding current, which varies with each kind of SCR, through some external process.For SCRs connected to an AC power source, commutation occurs naturally every time the polarity of the source voltage reverses.SCRs connected to a DC power source usually require a means of forced commutation that forces the current to zero when commutation is required.The least complicated SCR circuits employ natural commutation rather than forced commutation.With the addition of forced commutation circuits, SCRs have been used in the types of inverter circuits described above.In applications where inverters transfer power from a DC power source to an AC power source, it is possible to use AC-to-DC controlled rectifier circuits operating in the inversion mode.In the inversion mode, a controlled rectifier circuit operates as a line commutated inverter.This type of operation can be used in HVDC power transmission systems and in regenerative braking operation of motor control systems.Another type of SCR inverter circuit is the current source input(CSI)inverter.A CSI inverter is the dual of a six-step voltage source inverter.With a current source inverter, the DC power supply is configured as a current source rather than a voltage source.The inverter SCRs are switched in a six-step sequence to direct the current to a three-phase AC load as a stepped current waveform.CSI inverter commutation methods include load commutation and parallel capacitor commutation.With both methods, the input current regulation assists the commutation.With load commutation, the load is a synchronous motor operated at a leading power factor.As they have become available in higher voltage and current ratings, semiconductors such as transistors or IGBTs that can be turned off by means of control signals have become the preferred switching components for use in inverter circuits.5 4.3 Rectifier and inverter pulse numbers Rectifier circuits are often classified by the number of current pulses that flow to the DC side of the rectifier per cycle of AC input voltage.A single-phase half-wave rectifier is a one-pulse circuit and a single-phase full-wave rectifier is a two-pulse circuit.A three-phase half-wave rectifier is a three-pulse circuit and a three-phase full-wave rectifier is a six-pulse circuit。With three-phase rectifiers, two or more rectifiers are sometimes connected in series or parallel to obtain higher voltage or current ratings.The rectifier inputs are supplied from special transformers that provide phase shifted outputs.This has the effect of phase multiplication.Six phases are obtained from two transformers, twelve phases from three transformers and so on.The associated rectifier circuits are 12-pulse rectifiers, 18-pulse rectifiers and so on.When controlled rectifier circuits are operated in the inversion mode, they would be classified by pulse number also.Rectifier circuits that have a higher pulse number have reduced harmonic content in the AC input current and reduced ripple in the DC output voltage.In the inversion mode, circuits that have a higher pulse number have lower harmonic content in the AC output voltage waveform.逆變器

1引言

逆變器是一種電動裝置，轉換成直流電（DC），交流電流轉換的AC（交流）可以在任何所需的電壓和頻率使用適當?shù)淖儔浩?，開關，控制circuits.Solid狀態(tài)逆變器有沒有移動部件，用于廣泛的應用范圍從小型計算機開關電源，高壓大型電力公司電力，運輸散裝直接電流應用。逆變器通常用于提供交流電源，直流電源，如太陽能電池板或電池。

逆變器的主要有兩種類型。修改后的正弦波逆變器的輸出是類似方波輸出，輸出變?yōu)榱惴耙欢螘r間切換積極或消極的除外。它是簡單，成本低，是大多數(shù)電子設備兼容，除敏感或專用設備，例如某些激光打印機。一個純正弦波逆變器產生一個近乎完美的正弦波輸出（<3％的總諧波失真），本質上是相同的公用事業(yè)提供電網。因此，它是與所有的交流電的電子設備兼容。這是在電網領帶逆變器使用的類型。它的設計更復雜，成本5或10倍以上每單位功率電逆變器是一個高功率的電子振蕩器。它這樣命名，因為早期的機械AC到DC轉換器工作在反向，因而被“倒”，將直流電轉換AC.The變頻器執(zhí)行的整流器對面功能。

2應用

2.1直流電源利用率

逆變器從交流電力來源，如電池，太陽能電池板，燃料電池的直流電轉換成。電力，可以在任何所需的電壓，特別是它可以操作交流電源操作而設計的設備，或糾正，以產生任何所需的voltage Grid領帶逆變器的直流送入分銷網絡的能量，因為它們產生電流交替使用相同的波形和頻率分配制度提供。他們還可以關掉一個blackout.Micro逆變器的情況下自動轉換成交流電電網的電流直接從當前個別太陽能電池板。默認情況下，他們是格領帶設計。

2.2不間斷電源

不間斷電源（UPS），電池和逆變器，交流電源，主電源不可用時使用。當主電源恢復正常時，整流提供直流電源給電池充電。2.3感應加熱

逆變器的低頻交流主電源轉換到更高頻率的感應加熱使用。要做到這一點，首先糾正交流電源提供直流電源。逆變器，然后改變高頻率的交流電源，直流電源。

2.4高壓直流輸電

隨著高壓直流輸電，交流電源經過整流和高壓直流電源傳輸?shù)搅硪粋€位置。在接收的位置，在靜態(tài)逆變器廠逆變器轉換回交流電源。

2.5變頻驅動器

一個變頻驅動控制向電動機提供電源的頻率和電壓控制交流電機的運行速度。逆變器提供控制電源。在大多數(shù)情況下，變頻驅動，包括整流器，使逆變器的直流電源，可從交流主電源提供。由于逆變器是關鍵部件，變頻驅動，有時被稱為逆變器驅動器，或只是逆變器。

2.6電動汽車驅動器

目前使用的權力，在一些電動和柴油交流功率轉換完成使用旋轉器或馬達發(fā)電機組（爵套）。在二十世紀初，真空管和充滿氣體管開始被用于逆變器電路中的開關。最廣泛使用的管型晶閘管。

機電逆變器的起源解釋源長期變頻器。早期的AC至DC轉換器采用感應或同步交流電機直接連接到一臺發(fā)電機（發(fā)電機），使發(fā)電機的整流子扭轉在正確的時刻其連接生產直流。后來的發(fā)展是同步的轉換器，電機和發(fā)電機繞組結合成一個電樞，一端與滑環(huán)和整流子在其他只有一個領域的框架。結果要么是交流，直流。與MG組，直流，可考慮將分別從AC生成，同步器，它在一定意義上可以認為是“機械糾正交流”。由于正確的輔助設備和控制設備，MG集或旋轉轉換，可以“倒著跑”，將直流轉換為交流電。因此，逆變器是一個倒置的轉換。

4.2可控整流逆變器

自從1957年初年初以來，晶體管不能提供足夠的電壓和額定電流最逆變器應用，它是1957年的晶閘管或可控硅（SCR）的介紹，開始過渡到固態(tài)逆變電路。

可控硅的換相的條件是在可控硅電路設計的關鍵考慮因素。不要關閉可控硅整流自動門控制信號被切斷時。他們只關閉當正向電流降至低于最低維持電流，每一種可控硅變化，通過一些外部進程。對于連接到交流電源的可控硅，整流發(fā)生自然每次源??電壓極性反轉?？煽毓柚绷麟娫催B接到通常需要強迫換，強制要求減刑時電流為零的一種手段。最復雜的可控硅電路采用自然，而不是被迫換減刑。此外被迫換電路，可控硅已被用于在以上所述的逆變器電路的類型。

在逆變器傳輸?shù)紸C電源由直流電源供電的應用程序，它可以使用交流-直流可控整流電路的反演模式經營。在反演模式，可控整流電路整流逆變器行。這種類型的操作，可用于高壓直流輸電系統(tǒng)和再生制動電機控制系統(tǒng)的操作。

另一種類型的可控硅逆變電路是電流源輸入（CSI）逆變器。一個CSI逆變器是一個六步的電壓源逆變器的雙。用一個電流源逆變器，直流電源作為電流源而非電壓源配置。變頻器可控硅開關在六步序列直接階梯電流波形作為一個三相交流負載的電流。滬深逆變器換方法包括整流負載和并聯(lián)電容器減刑。這兩種方法，輸入電流調節(jié)協(xié)助減刑。帶整流負載，負載是在領先的功率因數(shù)運行的同步電機。因為他們已經成為在更高的額定電壓和電流，如可以通過控制信號的晶體管或IGBT的半導體已成為首選開關元件逆變電路使用。

4.3整流器和逆變器的脈沖數(shù)

整流電路往往流的每個周期的AC輸入電壓整流的直流側電流脈沖的數(shù)量分類。單 相半波整流是一個脈沖電路和單相全波整流是兩個脈沖的電路。一個三相半波整流是一個三脈沖電路和三相全波整流是一個六脈沖電路。兩個或兩個以上的整流器三相整流器，有時串聯(lián)或并聯(lián)連接以獲得更高的電壓或額定電流。提供特種變壓器提供相移輸出整流器的輸入。這有相乘法效應。六個階段是從兩個變壓器，12個階段從三變等。12脈沖整流器，18脈沖整流器等相關的整流電路。當可控整流電路的反演模式在運作，他們將分為脈沖數(shù)也。整流電路具有較高的脈沖數(shù)減少交流輸入電流和減少直流輸出電壓紋波的諧波含量。在反演模式，有較高的脈沖個數(shù)的電路，在AC輸出電壓波形的諧波含量較低。

第五篇：一款多功能逆變電源的設計方案

一款多功能逆變電源的設計方案

[導讀]引言隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，逆變電源廣泛應用到各行各業(yè)，進而對其性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制或數(shù)字相結合的控制系統(tǒng)。好

關鍵詞：二重單相全橋逆變器滯環(huán)控制逆變電源逆變器

引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，逆變電源廣泛應用到各行各業(yè)，進而對其性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制或數(shù)字相結合的控制系統(tǒng)。好的逆變電源電壓輸出波形主要包括穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)性能好等方面。目前逆變器結構和控制，能得到良好的正弦輸出電壓波形，但對突變較快的波形，效果不是很理想。

函數(shù)信號發(fā)生器，是實驗教學中常用的設備。能產生不同頻率和電壓等級的波形：方波信號，三角波，正弦信號波形。近年興起的一種新的DDS技術，即直接數(shù)字頻率合成技術。但是他們都為小信號波，沒有功率輸出，不能帶一定的負載。

本文提出的多功能逆變電源，主電路采用二重單相全橋逆變器結構，輸出的電壓波形對給出的參考波形跟蹤，有功率輸出，能帶一定的負載?？刂撇捎眉尤胛⒎汁h(huán)節(jié)的滯環(huán)控制，完全實現(xiàn)數(shù)字化控制。

主電路設計

多功能逆變電源原理如圖1，有兩部分組成：主電路和控制部分。其中主電路的參考信號，可以與計算機通信或者其他電路得到。

圖1：多功能逆變電源原理

在主電路的設計上借鑒了多重逆變器結構，采用了二重單相全橋逆變器連接。原理圖如圖2.兩個逆變器直流側電壓不相同，主逆變器的直流側電壓為Udc，從逆變器的直流側電壓為3Udc.輸電電壓波形共有9個電平組成：±4Udc，±3Udc，±2Udc，±Udc，0.由于輸出電平的數(shù)量多于單個逆變器，輸出波形較好。主逆變器工作為較高頻率，從逆變器工作頻率較低，極大的降低開關損耗。在參考波形變化緩慢階段，只需要主逆變橋工作，就能很好的跟蹤參考信號；當參考信號變化相當快速的時刻，需要輔助逆變橋和主逆變橋同時工作，快速精確跟蹤參考信號。

圖2：二重級聯(lián)單相全橋逆變器拓撲

控制設計

在控制部分采用滯環(huán)完全數(shù)字化控制。滯環(huán)控制響應速度快、準確度較高、跟蹤精度高，輸出電壓不含特定頻率的諧波分量等特點，能夠使用DSP實現(xiàn)數(shù)字化控制。對于主電路的主逆變器和從逆變器采用滯環(huán)控制。

圖3：滯環(huán)控制原理

如圖3所示，主開關的滯環(huán)寬度為h，從開關管的滯環(huán)寬度為hs，且hs》h.主逆變器一直工作，開關管V1和V4;V2和V3交替導通關斷。從逆變器有三種工作狀態(tài)。在t1~t2時刻，誤差電壓并沒有超過從逆變器的滯環(huán)寬度，只需要主逆變器工作，四個開關管都關斷；在t3時刻，誤差電壓△u》hs，開關管 VS2和VS3導通，開關管VS1和VS4關斷；t4時刻誤差電壓-△u《-hs開關管VS1和VS4導通，開關管VS2和VS3關斷。

考慮到跟隨突變信號時跟隨困難的情況，在滯環(huán)控制器前引入了微分環(huán)節(jié)，如圖4所示，以改善跟隨效果。

圖4：帶微分環(huán)節(jié)的滯環(huán)控制

引入微分環(huán)節(jié)后，根據(jù)圖1和圖2所示，對主逆變器滯環(huán)控制策略為：

式中：T為微分時間常數(shù)。

上述不等號取等號情況，則實際環(huán)寬h′為：

當穩(wěn)態(tài)或者電壓變化率不大時微分環(huán)節(jié)很小，可忽略，h′較大；當電壓突變時微分環(huán)節(jié)將很大，不能忽略，h′較小，u迅速跟蹤Uref.加入微分環(huán)節(jié)實際上就是改變滯環(huán)寬度。從逆變器滯環(huán)控制也采用相同原理。

仿真

利用Matlab，根據(jù)所提出主電路和控制設計建立模型。對圖1的二重級聯(lián)單相全橋逆變器進行仿真，負載為阻感型。

參考信號為正弦波，周期T為0.02s，最大值為50V.輸出電壓波形如圖5所示。

圖5：參考信號為正弦波輸出電壓

參考信號為三角波，電壓最大值為70V，輸出電壓如圖6所示。

圖6：參考信號為三角波輸出電壓

從圖5和圖6看出，當參考信號為變化不是很快的正弦波和三角波信號時，逆變電源的輸出電壓能精確跟蹤。

參考信號為階梯波，輸出電壓波形如圖7所示。

圖7：參考信號為方波輸出電壓

參考電壓信號為方波時，電壓值為70V.輸出電壓波形如圖8所示。

圖8：參考信號為方波輸出電壓

當參考信號為階梯波或方波，方波和階梯波有突變時刻，逆變電源的輸出電壓也能很好跟蹤參考信號。從圖7和圖8看出，輸出電壓是質量很好的階梯波和方波，可作為電壓源使用。

結論

多功能逆變電源，主電路采用二重級聯(lián)單相全橋逆變器結構，輸出的電壓波形對給出參考波形跟蹤，有功率輸出，能帶一定的負載，可直接作為電壓源使用?？刂撇捎眉尤胛⒎汁h(huán)節(jié)的滯環(huán)控制，完全實現(xiàn)數(shù)字化控制。最后通過Matlab仿真，證實設計方案的多功能逆變電源是可行的。