逆變電源畢業(yè)設計(論文)

1、基于 tl494 逆變電源設計 摘 要 本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(diào)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

2、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(diào)制 inverter power supply design based on tl494 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 ci

3、rcuit 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

4、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

5、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

6、to the various portably type. key words: over heat protective, over-voltage integrated circuit (ic), oscillating frequency, pulse width modulation (pwm). 目錄 前言.1 第 1 章 簡介.3 1.1 概述.3 第 2 章 逆變電源原理與構成.4 2.1 逆變電源的基本構成和原理.4 2.1.1 逆變電源的基本構成和原理.4 2.1.2 逆變電源的技術性能指標及主要特點.7 2.2 逆變電源的主要元器件及其特性.7 2.2.1 tl494 電流

7、模式 pwm 控制器.7 2.2.2 場效應管.11 2.2.3 三極管.12 第 3 章 各部分支路電路設計及其參數(shù)計算.13 3.1 各部分支路電路設計及其參數(shù)計算.13 3.1.1 dc/dc 變換電路.13 3.1.2 輸入過壓保護電路.14 3.1.3 輸出過壓保護電路.15 3.1.4 dc/ac 變換電路.16 3.1.5 tl494 芯片外圍電路.18 3.1.6 tl494 芯片外圍電路.18 3.1.7 逆變電源的整機電路原理圖.19 3.1.8 電路的元件參數(shù)表.19 第 4 章 調(diào)試.20 結 論.21 謝 辭.22 附錄 a 整機原理圖.23 附錄 b 元件參數(shù)表.2

8、5 附錄 c 元件參數(shù)表.26 附錄 d 整機 pcb 板(兩面).27 參考文獻.29 外文資料翻譯.30 前言 開關電源是一種由占空比控制的開關電路構成的電能變換裝置，用于交流 直流或直流直流電能變換，通常稱其為開關電源（switched mode power supply-smps） 。其功率從零點幾瓦到數(shù)十千瓦，廣泛用于生活、生產(chǎn)、科研、軍 事等各個領域。彩色電視機、vcd 播放機等家用電器、醫(yī)用 x 光機、ct 機，各 種計算機設備，工業(yè)用的電解、電鍍、充電、焊接、激光等裝置，以及飛機、衛(wèi) 星、導彈、艦船中，都大量采用了開關電源。 開關電源的核心為電力電子開關電路，根據(jù)負載對電源提出

9、的輸出穩(wěn)壓或穩(wěn) 流特性的要求，利用反饋控制電路，采用占空比控制方法，對開關電路進行控制。 開關電源的這一技術特點使其同其他形式的電源，如采用調(diào)整管的線性電源和采 用晶閘管的相控電源相比具有效率高和體積小、重量輕兩個明顯的優(yōu)點。因為具 有這些優(yōu)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。 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 510mv）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。但隨著控制技 術和元器件技術的不斷發(fā)展，開關電源的各方面的性能都在不斷提高，容量也在

10、 不斷擴大。 開關電源的開關管工作在高速的通與斷兩種狀態(tài)，所以稱為開關電源，其原 理是用整流電路先把交流變成直流，再用開關管把直流電變成高頻的直流電，這 個高頻直流在通過開關變壓器時，在次級感應出交流電流，再通過整流濾波后， 變成平穩(wěn)的直流電，同時有控制電路根據(jù)輸出電壓調(diào)整開關管的通與斷的比例 （占空比） 。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。開關電源能輸出多種可控的直流電壓供不同 的電路使用。 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

11、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(diào)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(chǎn)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(chǎn)成本僅在 40 元/臺左右，并且當印制

12、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(chǎn)品，其應用前景十分廣闊。 第 1 章 簡介 1.1 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(xù)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。該電源的制作成本低， 批量生產(chǎn)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。本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

13、攜式產(chǎn)品使用。因此具有相當強的通用性。 第 2 章 逆變電源原理與構成 2.1 逆變電源的基本構成和原理 2.1.1 逆變電源的基本構成和原理 以圖 2-1 的單向橋式逆變電源為例說明其最基本的工作原理。圖中 s1-s4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。當開關 s1、s4閉合， s2、s3 斷開時，負載電壓 u0為正；帶開關 s1、s4斷開，s2、s3閉合時 u0為負， 其波形如圖 2-2 所示，這樣就把直流點變成交流電，改變兩組開關的切換頻率， 即可改變輸出交流電的頻率。這就是逆變電路的最基本得工作原理。當負載為電 阻時，負載電流 i0和電壓 u0的波形形狀相同，

14、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 2-2 給出的就是阻感負載時的 i0波形。 設 t1 時刻以前 s1、s4導通，u0和 i0均為正。在 t1時刻斷開 s1、s4，同時合上 s2、s3，則 u0的極性立刻變?yōu)樨摚?，因為負載中有電感，其電流方向不能立 刻改變而仍維持原方向，這時負載電流從直流電源負極流出，經(jīng) s2、負載和 s3 流回正極，負載電感中儲存的能量向直流電源反饋，負載電流逐漸減小，到 t2時 刻降為零，之后 i0才反向并逐漸增大。s2、s3斷開，s1、s4閉合時的情況類似。 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

15、一些。 ud s1 s2 負載 u0 s3 s4 i0 圖 2-1 逆變電路 t u0 t1 t2 i0 圖 2-2 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 2-3。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 3、圖 4。逆變電路又包括 頻率產(chǎn)生電路（50khz 和 50hz pwm 脈沖寬度調(diào)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

16、換為 220v 交流。 圖 2-3 整機原理方框圖 逆變電路 i 原理如圖 2-4 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 2-4 逆變 i 電路原理方框圖 逆變電路 ii 如圖 2-5 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(chǎn)生 50hz 交流電。 圖 2-5 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(jīng)過逆變電路 i 得到 220v/50khz 的交流電，此交 流電再經(jīng)過整流濾波電路得到 220v 高壓直流電，然后經(jīng)過逆變 ii

17、 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(chǎn)生 50khz 的脈沖頻率，經(jīng)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(chǎn)生 50hz 的脈沖波，全橋電路 以

18、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

19、沖寬度調(diào)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(diào)制電路。 tl494 內(nèi)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(nèi)置誤差放大器。 tl494 內(nèi)置 5v 參考基準電壓源。 可調(diào)整死區(qū)時間。 tl494 內(nèi)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(nèi)部電路由基準電壓產(chǎn)生電路、振蕩器、死區(qū)時間比較器、誤差放 大器（

20、兩個） 、pwm 比較器以及輸出電路等組成，各引腳功能見表 2-1。 表 2-1 tl494 引腳功能表 引腳符號功能典型電壓 1v1(+)誤差放大器 1 誤差信號輸入端（同相信號端）2.6 2v1(-)誤差放大器 1 誤差信號輸入端（反相信號端）2.6 3voutc誤差放大器 1 和 2 輸出信號補償元件連接段4 4cont死區(qū)控制信號輸入端，所加控制電壓可調(diào)輸出脈沖寬度0.3 5ct振蕩器外接振蕩電容連接端，與 6 腳外接的電阻一起可產(chǎn) 生頻率 f=1.1/rc 的鋸齒信號 0.4-4v 6rt振蕩器外接振蕩電阻連接端，見 5 腳說明3.7 7gnd基準電源電源電路接地線端0 8ca推挽電

21、路輸出信號端 a,輸出電壓可達 40v,電流為 200ma（反相輸出） 0-15v 9ea推挽電路輸出信號端 a,屬同相信號輸出端0 10eb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 12vccin工作電源電壓輸入端25 13out con 輸出方式設定信號輸入端。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(nèi)部 二個輸出晶體管并聯(lián)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

22、基準參考電壓5 15v2(-)誤差放大器 2 誤差信號輸入端（反相信號端）5.4 16v2(+)誤差放大器 2 誤差信號輸入端（同相信號端）0 3. 工作原理 tl494 是一個固定頻率 pwm 控制電路，其內(nèi)部結構如圖 2-6 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 2-6 tl494 內(nèi)部結構圖 1. 輸入電源電壓為 740v，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 740v 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。 2

23、. 內(nèi)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。 3. 內(nèi)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。 4. 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(diào)節(jié)占空比， 還可作輸出軟啟動保護用。 5. 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(nèi)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

24、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(nèi)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(diào)節(jié)，其振蕩頻率如式 2-1： (2-1) 1 fosc 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

25、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(chǎn)生附加的死區(qū)時間。 pwm 比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度提供了一個手段：當反饋電壓 從 0.5v

26、變?yōu)?3.5v 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(diào)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

27、，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(nèi)置一個 5v 的基準電壓產(chǎn)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 070溫度范圍和 50 mv 電壓的溫漂條件下， 該基準電壓產(chǎn)生電路能提供5%的精度。 表 2-2 tl494 的極限參數(shù) tl494 的極限參數(shù) 名稱代號極限值單位 工作電壓vcc42v 集電極輸出電壓vc

28、1,vc242v 集電極輸出電流ic1,ic2500ma 放大器輸入電壓范圍vir-0.3v - +0.4vv 功耗pd1000mw 熱阻rbja80 工作結溫tj125 工作環(huán)境溫度 tl494b tl494c tl494i ncv494b ta -40 - +125 0 - +70 -40 - +85 -40 - +125 額定環(huán)境溫度ta40 2.2.2 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。由于它僅靠半導體中的多數(shù)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、壽命長等優(yōu)點，而且 輸入回路的內(nèi)

29、阻高達 107-1012，噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強，且比后者 耗電省，這些優(yōu)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。它分為結型和絕緣柵型兩種不同的結構 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 2-7。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

30、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0 時才有可能vgs 有電流即漏極電流產(chǎn)生。即當時 mos 管才導通。0vgs 圖 2-7 mosfet 代表符號圖 2.2.3 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

31、-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。用于 50hz 低頻三極管選 擇 ksp44 型，它是 npn 型三極管。三極管工作狀態(tài)有截止、放大、飽和。此設 計電路中運用三極管導通截止開關特性。 第 3 章 各部分支路電路設計及其參數(shù)計算 3.1 各部分支路電路設計及其參數(shù)計算 3.1.1 dc/dc 變換電路 由 dc/ac 和整流濾波電路組成5。電路結構如圖 3-1，vt1和 vt2的基極分 別接 tl494 的兩個內(nèi)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)?220v 脈沖電壓。此脈沖電壓經(jīng)過整流濾波電路變成 2

32、20v 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 122200.05，變壓器選擇為 e 型， 可自制。經(jīng)過實踐調(diào)制選擇初級匝數(shù)為 102，次級匝數(shù)為 190。10/1900.05 即滿 足變壓器匝數(shù)比約為 0.05。電路正常時， tl494 的兩個內(nèi)置晶體管交替道統(tǒng)， 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

33、。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(chǎn)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(nèi)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

34、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 2200。r1、r2、r3起限流作用，取值為f 4.7。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k d1d4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： td=rc(35)t/2 (3-1) 當 f=50khz 時，r=116時，r 為后繼負載電阻，則 1 50 t khz =k c4.310-10f。根據(jù)電容標稱值選擇 c2為 10。輸出 220v 高

35、壓直流電，f 供后繼逆變電路使用。 圖 3-1 直流變換電路圖 3.1.2 輸入過壓保護電路 電路結構如圖 3-2，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)，

36、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(nèi)部的 pwm 比較器、或門、或非門的輸出均發(fā)生翻轉， tl494 芯片內(nèi)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(nèi)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

37、，由 tl494 芯片內(nèi)部結構知，芯片內(nèi)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 較為合適。在此取為 15v，穩(wěn)壓管的功率為 0.15w。r1取為 100 ，r2、r3均取為 4.7，c1、c2均取為 47。kkf 圖 3-2 輸入過壓電路保護圖 3.1.3 輸出過壓保護電路 電路結構如圖 3-3，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

38、，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 100，tl494 芯片 ii 的輸出腳電壓最大為 12v，r1為限k 流電阻可取值為 100，r2為保護電阻可取為 16，根據(jù)電路分壓知識8，kk 則 r2上的電壓為： u=r2220/(r1+r1)=220 16/11630.34v (3-2) 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 3-3 輸出過壓電路保護圖

39、 3.1.4 dc/ac 變換電路 電路結構如圖 3-4，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(nèi)置的兩個三極管的集電級，且兩個內(nèi)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 3-5。圖中 vt0為 tl494 芯片 ii 的一個內(nèi)置三極管設為 vt00，另一個設為 vt01。當 vt00 導通時，即 vt01截止時：

40、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(nèi)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

41、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(diào)制器，其產(chǎn)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 10、1、4.7、3.3的經(jīng)典kkkk 取值。c1、c2和 c3均為平滑輸出的吸收電容。c1和 c2可取為 10，c3取為f 0.01。f 圖 3-4 dc/ac 轉換電路圖 圖 3-5 簡化圖 3.1.5 tl494 芯片外圍

42、電路 電路結構如圖 3-6，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(nèi)兩個三極管正常工作。因為芯 片內(nèi)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： (3-3) 212t u=12 r /(+r +r )r 這里為正溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫阻值可在 150300 范圍內(nèi)任選，適當rt 選大寫可提高過熱保護電路啟動的靈敏度。這里取 200。r1取 36，r 取 39k ，則 15 腳電壓為

43、6.22v。符合要求。該脈寬調(diào)制器的振蕩頻率為 50khz，由k 公式（2-1）知,圖中 c2、r3為芯片的振蕩元件。c2即為，r3即為 tt 1 osc f c r =ct 。其中取為 50khz，c2取 4700，則 r3取 4.3。rtfoscpfk 圖 3-6 tl494 芯片 i 外圍電路 3.1.6 tl494 芯片外圍電路 電路結構如圖 3-7，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(nèi)兩個三極管正常工作。因為芯片內(nèi)置 5v 基準電壓源， 由圖可

44、知 15 腳的電壓為 5v，16 腳的電壓為 0v。芯片內(nèi)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，由公式知：當取為 220時， ct=9.09 10-8 ，可取為 tt 1 osc f c r =rtkf 0.1。c1和 r2是芯片的振蕩元件，即是 r2 取值為 220，c1取值為 0.1。fkf 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 47 ，電阻 r3取值為 10，當輸入過壓保護電路啟動后，使電容 c2對 r3放電，fk 使 4 腳保持為低電平，使 tl494 芯片

45、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 3-7 tl494 芯片 ii 外圍電路 3.1.7 逆變電源的整機電路原理圖 3.1.8 電路的元件參數(shù)表 第 4 章 調(diào)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

46、 燈極性安裝反了。該電路的 pcb 板10示 意圖見附錄 c。 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(diào)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。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

47、路、過熱保護電路、dc/ac 變換電路、振蕩電路、全橋電路。 該電源的制造成本較為低廉，千臺以上數(shù)量的批產(chǎn)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(chǎn)品，其應用前景十分 廣闊。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(chǎn)品使用。因此具有相當強的通用性。 謝 辭 經(jīng)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(xiàn)在基本完成了所有畢業(yè)設

48、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(yè)能力的總結和 升華，畢業(yè)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。在這里，我要感謝老師的精心培養(yǎng)和教導，同學們得支持和鼓勵。 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。 還要感謝大學教導過的的所有老師，感謝他們對我的辛勤教育，讓我在這四 年里如沐春風。 感謝我的室友們，四年了，仿佛昨天還剛到學校被分到一個宿舍。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

49、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。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完 成，有多少可敬的師長、同學、朋友給我無言的幫助，在這里請接收我誠摯的謝 意! 附錄 a 整機原理圖 附錄 b 元件參數(shù)表 裝配位號裝配參數(shù)裝配位號裝配參數(shù) c1 22f/16v c2 47f /16v c3 47f/16v c44700pf c5 2200f/16v c6 47f/16v c7 47f/16v c8 0.1f c9 0.01f c10 0.01f c11 0.22f c12 10f/400v

50、 c14 0.01f/1000v c13 10f/50v vd1vd41n4148c15 10f/50v vd9vd111n4148vd5d8her306 vd131n4148vd12fr107 dz115v/0.5wvd14fr107 ic1、ic2 tl494cndz230v/0.5w vt1、vt3 8550led 綠色 3 vt5、vt8 ksp44 vt2、vt4 irf3205 vt9、vt10 irf740 vt6、vt7 irf740 r239kr136k r4270r3100k r64.7kr5100k r8r114.7kr74.3k r1310kr12470k r1510k

51、r14220k r17、r18 1kr164.7k r204.7kr193.3k r2210kr211k r251k r23、r24 4.7k r273.3kr2616k 附錄 c 元件參數(shù)表 裝配位號裝配參數(shù)裝配位號裝配參數(shù) dcin12v/dcx ac 彈片插孔 rt150t1ei33 r28、r29 100k- 附錄 d 整機 pcb 板(兩面) 參考文獻 1 周志敏, 周紀海，紀愛華現(xiàn)代開關電源控制電路設計及應用m北京： 人民郵電出版社，2005：124-147 2 康華光，陳大欽電子技術基礎（模擬部分） （第四版）m北京：高 等教育出版社，1999：37，51，53-55，57，68

52、-70，168-170，444-470 3 康華光，鄒壽彬電子技術基礎（數(shù)字部分） （第四版）m北京：高 等教育出版社，2000：32-33，197-198 4 曾興雯，劉乃安，陳健高頻電子線路 北京：高等教育出版社， 2004：95-97 5 何希才新型電子電路應用實例m北京：科學出版社，2005：22- 26，241-245 6 都永超，朱漢林無線電（期刊）j北京：人民郵電出版社2005 年 11 月總第 518 期48-50 7 黃燕常用電子設備開關電源檢修方法m北京：科學出版社， 2002：30-38，84，94，154 8 李瀚蓀電路分析基礎（第 3 版）m北京：高等教育出版社， 1

53、993：51-55 9 日英漢無線電技術詞典編輯組日英漢無線電技術詞典z北京： 國防工業(yè)出版社，1971：258，496，761，901 10夏路易，石宗義電路原理圖與電路板設計教程 protel99sem北京：北京希望電子出版社，2002：72-79 11王兆安，黃俊電力電子技術.機械工業(yè)出版社，2010:132-133. 12清華大學電子學教研組，華成英，童詩白.模擬電子技術基礎.北京： 高等教育出版社，2006:40,116. 13黃俊，王兆安電力電子變流技術（第 3 版）.北京：機械工業(yè)出版 社，1994:124. 14趙良炳現(xiàn)代電力電子技術基礎.北京：清華大學出版社，1995:23,

54、45. 15李序葆，趙永健電力電子器件及其應用.北京：機械工業(yè)出版社， 1996:44,152,156. 外文資料翻譯 modeling, simulation, and reduction of conducted electromagnetic interference due to a pwm buck type switching power supply i a. farhadi abstract:undesired generation of radiated or conducted energy in electrical systems is called electroma

55、gnetic interference (emi). high speed switching frequency in power electronics converters especially in switching power supplies improves efficiency but leads to emi. different kind of conducted interference, emi regulations and conducted emi measurement are introduced in this paper. compliancy with

56、 national or international regulation is called electromagnetic compatibility (emc). power electronic systems producers must regard emc. modeling and simulation is the first step of emc evaluation. emi simulation results due to a pwm buck type switching power supply are presented in this paper. to i

57、mprove emc, some techniques are introduced and their effectiveness proved by simulation. index terms:conducted, emc, emi, lisn, switching supply i. introduction fast semiconductors make it possible to have high speed and high frequency switching in power electronics . high speed switching causes wei

58、ght and volume 1 reduction of equipment, but some unwanted effects such as radio frequency interference appeared . compliance with electromagnetic compatibility (emc) regulations is 2 necessary for producers to present their products to the markets. it is important to take emc aspects already in des

59、ign phase . modeling and simulation is the most effective 3 tool to analyze emc consideration before developing the products. a lot of the previous studies concerned the low frequency analysis of power electronics components . 4 5 different types of power electronics converters are capable to be con

60、sidered as source of emi. they could propagate the emi in both radiated and conducted forms. line impedance stabilization network (lisn) is required for measurement and calculation of conducted interference level . interference spectrum at the output of lisn is 6 introduced as the emc evaluation cri