逆變電源畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)---基于tl494逆變電源設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于TL494逆變電源設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用開關(guān)電源電路技術(shù)有關(guān)知識(shí)，涉及模擬集成電路、電源集成電路、直流穩(wěn)壓電路、開關(guān)穩(wěn)壓電路等原理，充分運(yùn)用芯片TL494的固定頻率脈沖寬度調(diào)制電路及場效應(yīng)管（N溝道增強(qiáng)型MOSFET）的開關(guān)速度快、無二次擊穿、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)而組合設(shè)計(jì)的電路。該逆

2、變電源的主要組成部分為：DC/DC電路、輸入過壓保護(hù)電路、輸出過壓保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路、DC/AC變換電路、振蕩電路、全橋電路。在工作時(shí)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(hù)、輸入過壓保護(hù)以及過熱保護(hù)等功能。該電源的制造成本較為低廉，實(shí)用性強(qiáng)，可作為多種便攜式電器通用的電源。</p><p>　　關(guān)鍵詞：過熱保護(hù)，過壓保護(hù)，集成電路，振蕩頻率，脈寬調(diào)制</p><p>

3、;　　Inverter Power supply Design Based on TL494</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The design applying the switching power source circuit technology in connected. Relating with knowled

4、ge 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 widt

5、h 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 circui</p><p>　　KEY WORDS: over he

6、at protective, over-voltage integrated circuit (IC), oscillating frequency, pulse width modulation (PWM).</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　前　言1</b></p><p>&l

7、t;b>　　第1章 簡介3</b></p><p><b>　　1.1 概述3</b></p><p>　　第2章 逆變電源原理與構(gòu)成4</p><p>　　2.1 逆變電源的基本構(gòu)成和原理4</p><p>　　2.1.1 逆變電源的基本構(gòu)成和原理4</p><p>

8、　　2.1.2 逆變電源的技術(shù)性能指標(biāo)及主要特點(diǎn)7</p><p>　　2.2 逆變電源的主要元器件及其特性7</p><p>　　2.2.1 TL494電流模式PWM控制器7</p><p>　　2.2.2 場效應(yīng)管11</p><p>　　2.2.3三極管12</p><p>　　第3章 各部分支路電路設(shè)

9、計(jì)及其參數(shù)計(jì)算13</p><p>　　3.1 各部分支路電路設(shè)計(jì)及其參數(shù)計(jì)算13</p><p>　　3.1.1 DC/DC變換電路13</p><p>　　3.1.2輸入過壓保護(hù)電路14</p><p>　　3.1.3輸出過壓保護(hù)電路15</p><p>　　3.1.4 DC/AC變換電路16</

10、p><p>　　3.1.5 TL494芯片Ⅰ外圍電路18</p><p>　　3.1.6 TL494芯片Ⅱ外圍電路18</p><p>　　3.1.7逆變電源的整機(jī)電路原理圖19</p><p>　　3.1.8電路的元件參數(shù)表19</p><p><b>　　第4章 調(diào)試20</b><

11、/p><p><b>　　結(jié) 論21</b></p><p><b>　　謝 辭22</b></p><p>　　附錄A整機(jī)原理圖23</p><p>　　附錄B元件參數(shù)表25</p><p>　　附錄C 元件參數(shù)表26</p><p>　　附錄

12、D整機(jī)PCB板(兩面)27</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　外文資料翻譯30</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　開關(guān)電源是一種由占空比控制的開關(guān)電路構(gòu)成的電能變換裝置，用于交流—直流或直流

13、—直流電能變換，通常稱其為開關(guān)電源（Switched Mode Power Supply-SMPS）。其功率從零點(diǎn)幾瓦到數(shù)十千瓦，廣泛用于生活、生產(chǎn)、科研、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。彩色電視機(jī)、VCD播放機(jī)等家用電器、醫(yī)用X光機(jī)、CT機(jī)，各種計(jì)算機(jī)設(shè)備，工業(yè)用的電解、電鍍、充電、焊接、激光等裝置，以及飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、艦船中，都大量采用了開關(guān)電源。</p><p>　　開關(guān)電源的核心為電力電子開關(guān)電路，根據(jù)負(fù)載對(duì)電源提出的

14、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(duì)開關(guān)電路進(jìn)行控制。開關(guān)電源的這一技術(shù)特點(diǎn)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(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榫哂羞@些優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)電源的應(yīng)用越來越廣泛，大有取代線性電源和相控電源的趨勢(shì)。值得注意的是，開關(guān)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，

15、由于大功率全功率非常大（1MW以上）時(shí)，仍需采用相控電源。但隨著控制技術(shù)和元器件技術(shù)的不斷發(fā)展，開關(guān)電源的各方面的性能都在不斷提高，容量也在不斷擴(kuò)大。</p><p>　　開關(guān)電源的開關(guān)管工作在高速的通與斷兩種狀態(tài)，所以稱為開關(guān)電源，其原理是用整流電路先把交流變成直流，再用開關(guān)管把直流電變成高頻的直流電，這個(gè)高頻直流在通過開關(guān)變壓器時(shí)，在次級(jí)感應(yīng)出交流電流，再通過整流濾波后，變成平穩(wěn)的直流電，同時(shí)有控制電路根據(jù)輸

16、出電壓調(diào)整開關(guān)管的通與斷的比例（占空比）。由于開關(guān)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(gè)電源可以做到體積小重量輕。開關(guān)電源能輸出多種可控的直流電壓供不同的電路使用。 </p><p>　　目前逆變電源應(yīng)用廣泛，但是電路復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴，為此設(shè)計(jì)一款逆變電源。該電源主要應(yīng)用開關(guān)電源電路技術(shù)的有關(guān)知識(shí)，涉及模擬集成電路、電源集成電路、直流穩(wěn)壓電路、開關(guān)穩(wěn)壓電路等原理，充分運(yùn)用芯片TL494的固定頻

17、率脈沖寬度調(diào)制電路[1]和場效應(yīng)管[2]（N溝道增強(qiáng)型MOSFET）的開關(guān)速度快、無二次擊穿、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)與三極管一起構(gòu)成的組合設(shè)計(jì)電路。</p><p>　　該逆變電源可將電瓶的12V直流電轉(zhuǎn)換為220V/50Hz的交流電，供數(shù)碼相機(jī)、CD機(jī)、MD唱機(jī)、筆記本電腦、小型錄像機(jī)、電動(dòng)剃須刀、手機(jī)等便攜式產(chǎn)品使用。因此具有相當(dāng)強(qiáng)的通用性。</p><p>　　該逆變電源在工作時(shí)的持續(xù)輸出

18、功率為150W，并且具有輸出過壓保護(hù)、輸入過壓保護(hù)以及過熱保護(hù)等功能。該電源的制造成本較為低廉，千臺(tái)以上數(shù)量的批產(chǎn)成本僅在40元/臺(tái)左右，并且當(dāng)印制板的尺寸不受限制時(shí)，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(yīng)用前景十分廣闊。</p><p><b>　　第1章 簡介</b></p><p><b&

19、gt;　　1.1 概述 </b></p><p>　　逆變電源是將直流點(diǎn)逆變成交流電，本設(shè)計(jì)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(hù)以及過熱保護(hù)等功能。該電源的制作成本低，批量生產(chǎn)成本更低，并且當(dāng)印制板尺寸不受限制時(shí)，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(zhuǎn)換為220V/50Hz的交流電，供數(shù)碼相機(jī)、CD機(jī)、MD唱機(jī)、筆

20、記本電腦、小型錄像機(jī)、電動(dòng)剃須刀、手機(jī)等便攜式產(chǎn)品使用。因此具有相當(dāng)強(qiáng)的通用性。</p><p>　　第2章 逆變電源原理與構(gòu)成</p><p>　　2.1 逆變電源的基本構(gòu)成和原理</p><p>　　2.1.1 逆變電源的基本構(gòu)成和原理</p><p>　　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

21、4個(gè)臂，他們由電力電子器件及其輔助電路組成。當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓u0為正；帶開關(guān)S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)u0為負(fù)，其波形如圖2-2所示，這樣就把直流點(diǎn)變成交流電，改變兩組開關(guān)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(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，負(fù)載電流i0和電壓u0的波形形狀相同，相位也相同，當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)，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(fù)載時(shí)的

22、i0波形。設(shè)t1時(shí)刻以前S1、S4導(dǎo)通，u0和i0均為正。在t1時(shí)刻斷開S1、S4，同時(shí)合上S2、S3，則u0的極性立刻變?yōu)樨?fù)，但是，因?yàn)樨?fù)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(shí)負(fù)載電流從直流電源負(fù)極流出，經(jīng)S2、負(fù)載和S3流回正極，負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量向直流電源反饋，負(fù)載電流逐漸減小，到t2時(shí)刻降為零，之后i0才反向并逐漸增大。S2、S3斷開，S1、S4閉合時(shí)的情況類似。上面是S1 S4均為理想開關(guān)時(shí)的分析，實(shí)際電路的

23、工作過程要復(fù)雜一些。</p><p><b>　　圖2-1 逆變電路</b></p><p>　　圖2-2逆變電路波形</p><p>　　1. 本設(shè)計(jì)的基本構(gòu)成及其原理</p><p>　　該設(shè)計(jì)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(hù)電路、過熱保護(hù)電路、逆變電路I、220V/50KHz整流濾波、逆

24、變電路II、輸出過壓保護(hù)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(zhuǎn)換成220V直流、交流變換電路(DC/AC)將12V直流變換為220V交流。</p><p>　　圖 2-3 整機(jī)原理方框圖</p><p>　　逆變電路I原理如圖2-4所示。此電路的主要功能

25、是將12V直流電轉(zhuǎn)換為220V/50KHz的交流電。</p><p>　　圖2-4 逆變I電路原理方框圖</p><p>　　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(zhuǎn)換為220V/50Hz的交流電。全橋電路以50Hz的頻率交替導(dǎo)通，產(chǎn)生50Hz交流電。</p><p>　　圖2-5 逆變II電路原理方框圖</p><p&g

26、t;<b>　　2. 電路工作原理</b></p><p>　　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得到220V/50Hz交流電。其中輸入過壓保護(hù)電路、輸出過壓保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路構(gòu)成整個(gè)電路的保護(hù)電路。一旦輸入電壓出現(xiàn)過大或者過小時(shí)，保護(hù)電路立即啟動(dòng)，然后停止逆變電路I的工作。過熱保護(hù)電

27、路是當(dāng)電路工作溫度過高時(shí)，啟動(dòng)保護(hù)使逆變電路I停止工作。輸出過壓保護(hù)電路與逆變電路II構(gòu)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(zhuǎn)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50Hz的頻率交替導(dǎo)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

28、。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。</p><p>　　2.1.2 逆變電源的技術(shù)性能指標(biāo)及主要特點(diǎn)</p><p>　　輸入：12V直流（汽車蓄電池）。</p><p>　　輸出：220V交流（非正弦波）。</p><p>　　輸出功率：大于100W。</p><p>　　具有輸入過

29、壓保護(hù)和輸出過壓保護(hù)。</p><p><b>　　有過熱保護(hù)功能。</b></p><p>　　可作為多種電器的通用電源。</p><p>　　含有工作正常指示燈。</p><p>　　2.2 逆變電源的主要元器件及其特性</p><p>　　2.2.1 TL494電流模式PWM控制器</

30、p><p>　　TL494是一種固定頻率脈沖寬度調(diào)制電路[1]，它包含了開關(guān)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(guān)電源。TL494有SO-16和PDIP-16兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場合的要求。</p><p><b>　　1. 主要特征</b></p><p>　　集成了全部的脈沖寬度調(diào)制電路。</p>

31、<p>　　TL494內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）。</p><p>　　TL494內(nèi)置誤差放大器。</p><p>　　TL494內(nèi)置5V參考基準(zhǔn)電壓源。</p><p><b>　　可調(diào)整死區(qū)時(shí)間。</b></p><p>　　TL494內(nèi)置功率晶體管，可提供500mA

32、的驅(qū)動(dòng)能力。</p><p>　　有推或拉兩種輸出方式。</p><p>　　2. 引腳設(shè)置及其功能</p><p>　　TL494的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩器、死區(qū)時(shí)間比較器、誤差放大器（兩個(gè)）、PWM比較器以及輸出電路等組成，各引腳功能見表2-1。</p><p>　　表2-1 TL494引腳功能表</p><

33、p><b>　　3. 工作原理</b></p><p>　　TL494是一個(gè)固定頻率PWM控制電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。TL494適用于設(shè)計(jì)所有的單端或雙端開關(guān)電源電路，其主要性能如下：</p><p>　　圖2-6 TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1. 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

34、化。TL494末級(jí)的兩只三極管在7~40V范圍工作時(shí)，最大輸出電流可達(dá)250mA。因此，其帶負(fù)載能力較強(qiáng)，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(shí)可直接驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2. 內(nèi)部有5V參考電壓，使用方便，當(dāng)參考電壓短路時(shí)，有保護(hù)功能，控制很方便。</p><p>　　3. 內(nèi)部有一對(duì)誤差放大器，可做反饋放大及保護(hù)功能，控制非常方便。</p><p

35、>　　4. 在高頻開關(guān)電源中，輸出方波必須對(duì)稱，在其他一些應(yīng)用中又需要方波人為不對(duì)稱，即需控制方波的占空比。通過對(duì)TL494的4腳控制，即可調(diào)節(jié)占空比，還可作輸出軟啟動(dòng)保護(hù)用。</p><p>　　5. 可以選擇單端、并聯(lián)及交替三種輸出方式。</p><p>　　TL494的1腳及2腳為誤差放大器的輸入端。由TL494芯片構(gòu)成電壓反饋電路時(shí)，1、2腳上通過電阻從內(nèi)部5V基準(zhǔn)電壓上取分

36、壓，作為1腳比較的基準(zhǔn)。3腳用于補(bǔ)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(shí)間控制端，加在4腳上的電壓越高，死區(qū)寬度越大。當(dāng)4腳接地時(shí)，死區(qū)寬度為零，即全輸出；當(dāng)其接5V電壓時(shí)；死區(qū)寬度最大，無輸出脈沖。利用此特點(diǎn)，在4腳和14腳之間接一個(gè)電容，可達(dá)到輸出軟啟動(dòng)的目的，還可以供短路保護(hù)用。5腳及6腳接振蕩器的接地電容、電阻。</p><p>　　TL494內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，振蕩

37、頻率可通過外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如式2-1：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　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(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較而實(shí)現(xiàn)的。三極管VT1和VT2受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)時(shí)才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大時(shí)，輸出脈沖

38、的寬度將減小。</p><p>　　控制信號(hào)由集成電路外部輸入，其中一條送至死區(qū)時(shí)間比較器，另一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時(shí)間比較器具有120mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的4%。當(dāng)輸出端接地時(shí)，最大輸出占空比為96%，當(dāng)輸出端接參考電平時(shí)，占空比為48%。在死區(qū)時(shí)間控制端上接固定電壓（在0-3.3V之間）時(shí)，即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。</p><p

39、>　　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(gè)手段：當(dāng)反饋電壓從0.5V變?yōu)?.5V時(shí)，輸出的脈沖寬度由被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時(shí)間下降到零。兩個(gè)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(jìn)行“或”運(yùn)算。正是由于這種電路結(jié)構(gòu)，誤差放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。</p><p>

40、　　當(dāng)Ct放電時(shí)，一個(gè)正脈沖將出現(xiàn)在死區(qū)時(shí)間比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)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(gè)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(shí)，則輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)可分別從VT1和VT2中取得。輸出變壓器為一個(gè)反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當(dāng)需要更大的驅(qū)動(dòng)電流輸出時(shí)，可將VT1和VT2并聯(lián)使用，這時(shí)需將輸出模式控

41、制端接地，以關(guān)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。</p><p>　　TL494內(nèi)置一個(gè)5V的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，使用外置偏置電壓時(shí)，可提供高達(dá)10mA的負(fù)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(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路能提供±5%的精度。</p><p>　　表2-2 TL494的極限參數(shù)</p><p>

42、　　2.2.2 場效應(yīng)管</p><p>　　場效應(yīng)管（FET）是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件[3]，并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱單機(jī)型晶體管，場效應(yīng)管不但具備雙極型晶體管體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，而且輸入回路的內(nèi)阻高達(dá)107-1012Ω，噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)，且比后者耗電省，這些優(yōu)點(diǎn)使之從20世紀(jì)60年代誕生起就廣泛地應(yīng)用于各種電子電路之中。它

43、分為結(jié)型和絕緣柵型兩種不同的結(jié)構(gòu)</p><p>　　場效應(yīng)管是一種適應(yīng)開關(guān)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(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件[3]。其代表符號(hào)如圖2-7。這種器件不僅兼有開關(guān)速度快、無存儲(chǔ)時(shí)間、體積小、重量輕、耗電省、壽命長等特點(diǎn)，而且還有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此大大的擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍，特別是在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中得到

44、了廣泛的應(yīng)用。MOSFET開關(guān)較快而無存儲(chǔ)時(shí)間，故在較高工作頻率下開關(guān)損耗較小，另外所需的開關(guān)驅(qū)動(dòng)功率小，降低了電路的復(fù)雜性。本設(shè)計(jì)采用的是N溝道增強(qiáng)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(fù)），才能使該場效應(yīng)管導(dǎo)通。當(dāng)>0時(shí)才有可能有電流即漏極電流產(chǎn)生。即當(dāng)時(shí)MOS管才導(dǎo)通。</p><p>　　圖2-7 MOSFET代表符號(hào)圖</p><p

45、><b>　　2.2.3三極管</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)選用兩種三極管，電路中有50KHz和50Hz兩個(gè)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(hào)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(guān)應(yīng)用和射頻放大。用于50Hz低頻三極管選擇KSP44型

46、，它是NPN型三極管。三極管工作狀態(tài)有截止、放大、飽和。此設(shè)計(jì)電路中運(yùn)用三極管導(dǎo)通截止開關(guān)特性。</p><p>　　第3章 各部分支路電路設(shè)計(jì)及其參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1 各部分支路電路設(shè)計(jì)及其參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1.1 DC/DC變換電路</p><p>　　由DC/AC和整流濾波電路組成[5]。電路結(jié)構(gòu)如圖3-

47、1，VT1和VT2的基極分別接TL494的兩個(gè)內(nèi)置晶體管的發(fā)射極。中心器件變壓器T1，實(shí)現(xiàn)電壓由12V脈沖電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?20V脈沖電壓。此脈沖電壓經(jīng)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(jīng)過實(shí)踐調(diào)制選擇初級(jí)匝數(shù)為10×2，次級(jí)匝數(shù)為190。10/190≈0.05即滿足變

48、壓器匝數(shù)比約為0.05。電路正常時(shí)， TL494的兩個(gè)內(nèi)置晶體管交替道統(tǒng)，導(dǎo)致圖中晶體管VT1、VT2的基極也因此而交替導(dǎo)通，VT3和VT4 交替導(dǎo)通。因?yàn)樽儔浩鬟x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(dǎo)通，使變壓器的初級(jí)輸入端有50KHz的交流電。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，場效應(yīng)管VT3因?yàn)闁艠O無正偏壓而截止，而此時(shí)VT2截止，導(dǎo)致場效應(yīng)管VT4柵極有正偏壓而導(dǎo)通。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，VT2截止，場效應(yīng)管VT3因

49、為柵極無正偏壓而截止，而此時(shí)VT2截止，導(dǎo)致場效應(yīng)管VT4柵極有正偏壓而導(dǎo)通</p><p>　　Td=RC≧(35)T/2 (3-1)</p><p>　　當(dāng)f=50KHz時(shí)，，R=116時(shí)，R為后繼負(fù)載電阻，則C≥4.310-10F。根據(jù)電容標(biāo)稱值選擇C2為10。輸出220V高壓直流電，供后繼逆變電路使用。</p>

50、<p>　　圖3-1 直流變換電路圖</p><p>　　3.1.2輸入過壓保護(hù)電路</p><p>　　電路結(jié)構(gòu)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(duì)其輸出進(jìn)行控制[6]，當(dāng)輸入過大電壓時(shí)，停止逆變電路工作從而使電路得到保護(hù)。因?yàn)檩斎腚妷褐苯記Q定了輸出電壓的值，對(duì)輸入端電

51、壓的保護(hù)也是對(duì)輸出端子間過大電壓進(jìn)行負(fù)載保護(hù)。VD1、C1、R1組成了保護(hù)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(dǎo)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(hù)電路就會(huì)啟動(dòng)并維持一段時(shí)間。當(dāng)C1和R1充電完成，C1和R2支路開始處于放電狀態(tài)，當(dāng)C1放電完成時(shí)，TL494芯片I的同相輸入端由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，導(dǎo)致TL494芯片I的3腳即反饋輸入端為高電平狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致TL494芯片內(nèi)部的PWM比較器

52、、或門、或非門的輸出均發(fā)生翻轉(zhuǎn)，TL494芯片內(nèi)置功率輸出級(jí)三極管VT1和VT2均轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)將導(dǎo)致直流變換電路的場效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)，直流變換電路停止工作。同時(shí)TL494的4腳為高電平狀態(tài)，4腳為高電平時(shí)，將抬高芯片內(nèi)部死區(qū)時(shí)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</p><p>　　圖3-2 輸入過壓電路保護(hù)圖</p><p>　　3.1.3輸出過壓保護(hù)電路<

53、/p><p>　　電路結(jié)構(gòu)如圖3-3，當(dāng)輸出電壓過高時(shí)將導(dǎo)致穩(wěn)壓管DZ1擊穿，使TL494芯片II的4腳對(duì)地的電壓升高，啟動(dòng)TL494芯片II的保護(hù)電路，切斷輸出。VD1、C1、R2組成了保護(hù)狀態(tài)維持電路，R3、R4為保護(hù)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(fù)載電阻為100，TL494芯片II的輸出腳電壓最大為12V，R1為限流電阻

54、可取值為100，R2為保護(hù)電阻可取為16，根據(jù)電路分壓知識(shí)[8]，則R2上的電壓為：</p><p>　　U=R2220/(R1+R1)=22016/116≈30.34V (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。</p><p>　　圖3-3 輸出過壓電路保護(hù)圖</p><

55、;p>　　3.1.4 DC/AC變換電路</p><p>　　電路結(jié)構(gòu)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(gè)三極管的集電級(jí)，且兩個(gè)內(nèi)置三極管是交替導(dǎo)通的，變替導(dǎo)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(duì)稱的橋式電路，因?yàn)閮扇龢O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

56、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(gè)內(nèi)置三極管設(shè)為VT00，另一個(gè)設(shè)為VT01。當(dāng)VT00導(dǎo)通時(shí)，即VT01截止時(shí)：VT1的基級(jí)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(dǎo)通。而VT4因?yàn)闁艠O無正偏壓截止，輸出220V電壓。當(dāng)VT00截止時(shí)，即VT01導(dǎo)通時(shí)：VT1基級(jí)有12V正偏壓，集電極有12V反向電壓，從而導(dǎo)通。VT3的柵極無正偏電壓，從而使VT3截止。而VT

57、4因?yàn)闁艠O有12V正偏壓導(dǎo)通。因?yàn)閂T3截止，220V電壓無法送至輸出。但此時(shí)下半部分的電路有220V電壓輸出。因?yàn)榇藭r(shí)TL494芯片II的另一個(gè)內(nèi)置三極管VT01導(dǎo)通，它的集電極即第11腳使逆變電路I有220V</p><p>　　圖3-4 DC/AC轉(zhuǎn)換電路圖</p><p><b>　　圖3-5 簡化圖</b></p><p>　　3.1

58、.5 TL494芯片Ⅰ外圍電路</p><p>　　電路結(jié)構(gòu)如圖3-6，包含過熱保護(hù)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(yīng)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(gè)三極管正常工作。因?yàn)樾酒瑑?nèi)置5V基準(zhǔn)電壓源，負(fù)載能力為10mA。所以15腳電壓應(yīng)高于5V。15腳電壓計(jì)算式為：</p><p><b&g

59、t;　　(3-3)</b></p><p>　　這里為正溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫阻值可在150~300Ω范圍內(nèi)任選，適當(dāng)選大寫可提高過熱保護(hù)電路啟動(dòng)的靈敏度。這里取200Ω。R1取36，R取39，則15腳電壓為6.22V。符合要求。該脈寬調(diào)制器的振蕩頻率為50KHz，由公式（2-1）知,圖中C2、R3為芯片的振蕩元件。C2即為，R3即為。其中取為50KHz，C2取4700，則R3取4.3。</p&

60、gt;<p>　　圖3-6 TL494芯片I外圍電路</p><p>　　3.1.6 TL494芯片Ⅱ外圍電路</p><p>　　電路結(jié)構(gòu)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(yīng)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(gè)三極管正常工作。因?yàn)樾酒瑑?nèi)置5V基準(zhǔn)電壓源，由圖可知15腳的電壓為5V

61、，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(shí)電容和定時(shí)電阻接入端。因?yàn)橐馆敵鲱l率為50Hz，由公式知：當(dāng)取為220時(shí)， Ct=9.0910-8 ，可取為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。芯片的8腳和11腳接逆變電路II，4腳接輸入過壓保護(hù)電路。電容C2取值為47，電阻R3取值為10，當(dāng)輸入過壓保護(hù)電路啟動(dòng)后，使電容C2對(duì)R3放電，使4腳保持為低電平，使TL4

62、94芯片II的電路維持一端時(shí)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。</p><p>　　圖3-7 TL494芯片II外圍電路</p><p>　　3.1.7逆變電源的整機(jī)電路原理圖</p><p>　　3.1.8電路的元件參數(shù)表</p><p><b>　　第4章 調(diào)試</b>&

63、lt;/p><p>　　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(shè)有上電軟啟動(dòng)[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(huì)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(diǎn)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。</p

64、><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　逆變電源應(yīng)用廣泛，但是電路復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴，為此設(shè)計(jì)一款逆變電源。該電源主要應(yīng)用開關(guān)電源電路技術(shù)的有關(guān)知識(shí)，涉及模擬集成電路、電源集成電路、直流穩(wěn)壓電路、開關(guān)穩(wěn)壓電路等原理，充分運(yùn)用芯片TL494的固定頻率脈沖寬度調(diào)制電路[1]和場效應(yīng)管[2]（N溝道增強(qiáng)型MOSFET）的開關(guān)速度快、無二次擊穿、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)

65、與三極管一起構(gòu)成的組合設(shè)計(jì)電路。</p><p>　　該逆變電源在工作時(shí)的持續(xù)輸出功率為150W，并且具有輸出過壓保護(hù)、輸入過壓保護(hù)以及過熱保護(hù)等功能。主要組成部分為：DC/DC電路、輸入過壓保護(hù)電路、輸出過壓保護(hù)電路、過熱保護(hù)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(tái)以上數(shù)量的批產(chǎn)成本僅在40元/臺(tái)左右，并且當(dāng)印制板的尺寸不受限制時(shí)，可以將輸出功率做到200W以上，因此該逆變電

66、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(yīng)用前景十分廣闊。該逆變電源可將電瓶的12V直流電轉(zhuǎn)換為220V/50Hz的交流電，供數(shù)碼相機(jī)、CD機(jī)、MD唱機(jī)、筆記本電腦、小型錄像機(jī)、電動(dòng)剃須刀、手機(jī)等便攜式產(chǎn)品使用。因此具有相當(dāng)強(qiáng)的通用性。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　經(jīng)過兩個(gè)多月來的資料收集，分析、整理、方案修改、

67、確定，到設(shè)計(jì)論述的撰寫，到現(xiàn)在基本完成了所有畢業(yè)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目—這個(gè)漫長的過程，當(dāng)然是辛苦的，不過，從個(gè)人角度來說，這個(gè)更是我大學(xué)本科四年一次對(duì)自己專業(yè)能力的總結(jié)和升華，畢業(yè)設(shè)計(jì)論文完結(jié)，這也意味著我在洛陽理工學(xué)院學(xué)習(xí)生活?yuàn)^斗的生涯也即將結(jié)束。在這里，我要感謝老師的精心培養(yǎng)和教導(dǎo)，同學(xué)們得支持和鼓勵(lì)。</p><p>　　首先，我要特別感謝我的導(dǎo)師xx老師，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，他循循善

68、誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。</p><p>　　還要感謝大學(xué)教導(dǎo)過的的所有老師，感謝他們對(duì)我的辛勤教育，讓我在這四年里如沐春風(fēng)。</p><p>　　感謝我的室友們，四年了，仿佛昨天還剛到學(xué)校被分到一個(gè)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舍！只是今后大家就難得再聚在一起，沒關(guān)系，各奔前程，朝著幸福的大道奔去，大家珍重、我們?cè)谝黄鸬娜兆樱視?huì)記一輩子

69、的。</p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給我無言的幫助，在這里請(qǐng)接收我誠摯的謝意!</p><p><b>　　附錄A整機(jī)原理圖</b></p><p><b>　　附錄B元件參數(shù)表</b></p><p><

70、b>　　附錄C 元件參數(shù)表</b></p><p>　　附錄D整機(jī)PCB板(兩面)</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　周志敏, 周紀(jì)海，紀(jì)愛華．現(xiàn)代開關(guān)電源控制電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M]．北京：人民郵電出版社，2005：124-147． </p><p>　　康華光，陳大欽．電

71、子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，1999：37，51，53-55，57，68-70，168-170，444-470．</p><p>　　康華光，鄒壽彬．電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，2000：32-33，197-198．</p><p>　　曾興雯，劉乃安，陳?。哳l電子線路［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2004：95-97

72、．</p><p>　　何希才．新型電子電路應(yīng)用實(shí)例[M]．北京：科學(xué)出版社，2005：22-26，241-245．</p><p>　　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．</p><p>　　黃燕．常用電子設(shè)備開關(guān)電源檢修方法[M]．北京：科學(xué)出版社，2002：30-38，84，94，154．&l

73、t;/p><p>　　李瀚蓀．電路分析基礎(chǔ)（第3版）[M]．北京：高等教育出版社，1993：51-55．</p><p>　　《日英漢無線電技術(shù)詞典》編輯組．日英漢無線電技術(shù)詞典[Z]．北京：國防工業(yè)出版社，1971：258，496，761，901． </p><p>　　夏路易，石宗義．電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程protel99se[M]．北京：北京希望電子出版社，2

74、002：72-79．</p><p>　　王兆安，黃?。娏﹄娮蛹夹g(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2010:132-133.</p><p>　　清華大學(xué)電子學(xué)教研組，華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2006:40,116.</p><p>　　黃俊，王兆安．電力電子變流技術(shù)（第3版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994:124.</p>&l

75、t;p>　　趙良炳．現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，1995:23,45.</p><p>　　李序葆，趙永健．電力電子器件及其應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996:44,152,156.</p><p><b>　　外文資料翻譯</b></p><p>　　Modeling, Simulation, and Reductio

76、n of Conducted Electromagnetic Interference Due to a PWM Buck Type Switching Power Supply I </p><p>　　A. Farhadi </p><p>　　Abstract:Undesired generation of radiated or conducted energy in electr

77、ical systems is called Electromagnetic Interference (EMI). High speed switching frequency in power electronics converters especially in switching power supplies improves efficiency but leads to EMI. Different kind of con

78、ducted interference, EMI regulations and conducted EMI measurement are introduced in this paper. Compliancy with national or international regulation is called Electromagnetic Compatibility (EMC). Power electr</p>

79、<p>　　Index Terms:Conducted, EMC, EMI, LISN, Switching Supply </p><p>　　I. INTRODUCTION </p><p>　　FAST semiconductors make it possible to have high speed and high frequency switching in p

80、ower electronics . High speed switching causes weight and volume reduction of equipment, but some unwanted effects such as radio frequency interference appeared . Compliance with electromagnetic compatibility (EMC) regul

81、ations is necessary for producers to present their products to the markets. It is important to take EMC aspects already in design phase . Modeling and simulation is the most effective tool to</p><p>　　II. SO

82、URCE, PATH AND VICTIM OF EMI </p><p>　　Undesired voltage or current is called interference and their cause is called interference source. In this paper a high-speed switching power supply is the source of in

83、terference. </p><p>　　Interference propagated by radiation in area around of an interference source or by conduction through common cabling or wiring connections. In this study conducted emission is consider

84、ed only. Equipment such as computers, receivers, amplifiers, industrial controllers, etc that are exposed to interference corruption are called victims. The common connections of elements, source lines and cabling provid

85、e paths for conducted noise or interference. Electromagnetic conducted interference has two com</p><p>　　A. Differential mode conducted interference </p><p>　　This mode is related to the noise t

86、hat is imposed between different lines of a test circuit by a noise source. Related current path is shown in Fig. 1 . The interference source, path impedances, differential mode current and load impedance are also shown

87、in Fig. 1. </p><p>　　B. Common mode conducted interference </p><p>　　Common mode noise or interference could appear and impose between the lines, cables or connections and common ground. Any lea

88、kage current between load and common ground could be modeled by interference voltage source. </p><p>　　Fig. 2 demonstrates the common mode interference source, common mode currents Icm1 and Icm2 and the rela

89、ted current paths. The power electronics converters perform as noise source between lines of the supply network. In this study differential mode of conducted interference is particularly important and discussion will be

90、continued considering this mode only. </p><p>　　III. ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY REGULATIONS </p><p>　　Application of electrical equipment especially static power electronic converters in diff

91、erent equipment is increasing more and more. As mentioned before, power electronics converters are considered as an important source of electromagnetic interference and have corrupting effects on the electric networks .

92、High level of pollution resulting from various disturbances reduces the quality of power in electric networks. On the other side some residential, commercial and especially medical consumers </p><p>　　For di

93、fferent groups of consumers different classes of regulations could be complied. Class A for common consumers and class B with more hard limitations for special consumers are separated in Fig. 3 and Fig. 4. Frequency rang

94、e of limitation is different for IEC and VDE that are 150 kHz up to 30 MHz and 10 kHz up to 30 MHz respectively. Compliance of regulations is evaluated by comparison of measured or calculated conducted interference level

95、 in the mentioned frequency range with the stated requ</p><p>　　IV. ELECTROMAGNETIC CONDUCTED INTERFERENCE MEASUREMENT </p><p>　　A. Line Impedance Stabilization Network (LISN)</p><p&g

96、t;　　1-Providing a low impedance path to transfer power from source to power electronics converter and load. </p><p>　　2-Providing a low impedance path from interference source, here power electronics convert

97、er, to measurement port. </p><p>　　Variation of LISN impedance versus frequency with the mentioned topology is presented in Fig. 7. LISN has stabilized impedance in the range of conducted EMI measurement . &

98、lt;/p><p>　　Variation of level of signal at the output of LISN versus frequency is the spectrum of interference. The electromagnetic compatibility of a system can be evaluated by comparison of its interference

99、spectrum with the standard limitations. The level of signal at the output of LISN in frequency range 10 kHz up to 30 MHz or 150 kHz up to 30 MHz is criterion of compatibility and should be under the standard limitations.

100、 In practical situations, the LISN output is connected to a spectrum analyzer and </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Mohan, Undeland, and Robbins, “Power Electronics Converters, Appl

101、ications and Design” 3rd edition, John Wiley & Sons, 2003. </p><p>　　[2] P. Moy, “EMC Related Issues for Power Electronics”, IEEE, Automotive Power Electronics, 1989, 28-29 Aug. 1989 pp. 46 – 53. </p&

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