基于tl494逆变电源设计外文翻译(编辑修改稿)

基于tl494逆变电源设计外文翻译(编辑修改稿)内容摘要：

世纪 60 年代诞生起就广泛地应用于各种电子电路之中。 它分为结型和绝缘栅型两种不同的结构 场效应管是一种适应开关电源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。 它是利用电场效应来控 制其电流大小的半导体器件 [3]。 其代表符号如图 27。 这种器件不仅兼有开关速度快、无存储时间、体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点，因此大大的扩展了它的应用范围，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。 MOSFET 开关较快而无存储时间，故在较高工作频率下开关损耗较小，另外所需的开关驱动功率小，降低了电路的复杂性。 本设计采用的是 N 沟道增强型MOSFET。 只有在正的漏极电源的作用下，在栅源之间加上正向电压（栅极接正，源极接负） ，才能使该场效应管导通。 当 Vgs 0 时才有可能有电流即漏极电流产生。 即当 0Vgs 时 MOS 管才导通。 图 27 MOSFET 代表符号图 三极管 本设计选用两种三极管，电路中有 50KHz 和 50Hz 两个频率，用于50KHz 电路 三极管选择为 8550 型 [4]， 8550 型三极管是一种常用的普通三极管，它是 低电压、大电流、小信号的 PNP 型硅三极管，集电极 基极电压 Vcbo： 40V，工作温度： 55℃ —+150℃ 主要用途：开关应用和射频放大。 用于 50Hz 低频三极管选择 KSP44 型，它是 NPN 型三极管。 三极管工作状态有截止、放大、饱和。 此设计电路中运用三极管导通截止 开关特性。 洛阳 理工学院毕业设计（论文） 13 第 3 章 各部分支路电路设计及其参数计算 各部分支路电路设计及其参数计算 DC/DC 变换电路 由 DC/AC 和整流滤波电路组成 [5]。 电路结构如图 31， VT1 和 VT2 的基极分别接 TL494 的两个内置晶体管的发射极。 中心器件变压器 T1，实现电压由 12V 脉冲电压转变为 220V 脉冲电压。 此脉冲电压经过整流滤波电路变成 220V 高 压直流电压。 变压器 T1 的工作频率选为 50KHz 左右 [4]，因此 T1 可选用 EI33 型的高频铁氧体磁心变压器，变压器的匝数比为 12／220≈，变压器选择为 E 型，可自制。 经过实践调制选择初级匝数为 102，次级匝数为 190。 10/190≈ 即满足变压器匝数比约为。 电路正常时， TL494 的两个内置晶体管交替 道统 ，导致图中晶体管 VT VT2 的基极也因此而交替导通， VT3 和 VT4 交替导通。 因为变压器选择为 E 型，这样使变压器工作在推挽状态， VT3 和 VT4 以频率为 50KHz 交替导通，使变压器的初 级输入端有 50KHz 的交流电。 当 VT 1 导通时，场效应管 VT3 因为栅极无正偏压而截止，而此时 VT2 截止，导致场效应管 VT4 栅极有正偏压而导通。 当 VT1 导通时， VT2 截止，场效应管 VT 3 因为栅极无正偏压而截止，而此时 VT2 截止，导致场效应管 VT 4 栅极有正偏压而导通。 且交替导通时其峰值电压为 12V，即产生了 12V/50KHz 的交流电。 当电路工作不正常时，TL494 输出控制端为低电平时， TL494 的两个内置晶体管的集电极（ 8 脚和 9 脚）有 12V 正偏压，基极为高电平，导致两晶体管同时导通。 VT1 和VT 2 因为基极都为高电 平而饱和导通，而场效应管 VT VT4 将因栅极无正偏压都处于截止状态，逆变电源停止工作， LED 指示灯熄灭。 极性电容C1 滤去 12V 直流中的交流成分，降低输入干扰。 滤波电容 C1 可取为2200 μF。 R R R3 起限流作用，取值为 KΩ。 整流滤波电路由四只整流二极管和一个滤波电容组成。 四只整流二极管 D1~D4 接成电桥的形式，称单相桥式整流电路 [2]。 在桥式整流电路中，电容 C2 滤去了电路中的交流成分，由模拟电路 直流稳压电源的电容滤波电路 [ 2]知： 洛阳 理工学院毕业设计（论文） 14 Td=RC≧ (3~ 5)T/2 (31) 当 f=50KHz 时， 150T KHz=， R=116 KΩ 时， R 为后继负载电阻，则 C≥ 1010F。 根据电容标称值选择 C2 为 10μF。 输出 220V 高压直流电，供后继逆变电路使用。 图 31 直流变换电路图 输入过压保护电路 电路结构如图 32，由 DZ电阻 R1 和电阻 R电容 C二极管 VD1组成。 输出端口接 TL494 芯片 I 的同相输入端（第 1 脚），通过该芯片的误差比较器对其输出进行控制 [ 6]，当输入过大电压时，停止逆变电路工作从而使电路得到保护。 因为输入电压直接决定了输出电压的值，对输入端电压的保护也是对输出端子间过大电压进行负载保护。 VD C R1 组成了保护状态维持电路，只要发生瞬间的输入电压过大现象，就导致 稳压管击穿，电路将沿 C1 和 R1 支路充电，继续维持同相端的低电平状态，保护电路就会启动并维持一段时间。 当 C1 和 R1 充电完成， C1 和 R2 支路开始处于放电状态，当 C1 放电完成时， TL494 芯片 I 的同相输入端由低电平翻转为高电平，导致 TL494 芯片 I 的 3 脚即反馈输入端为高电平状态，进而导洛阳 理工学院毕业设计（论文） 15 致 TL494 芯片内部的 PWM 比较器、或门、或非门的输出均发生翻转， TL494芯片内置功率输出级三极管 VT 1 和 VT2 均转为截止状态。 此时将导致直流变换电路的场效应管处于截止状态，直流变换电路停止工作。 同时 TL494的 4 脚为高电平状态， 4 脚为高电平时，将抬高芯片内部死区时间比较器同相输入端的电位，使该比较器的输出为恒定的高电平，由 TL494 芯片内部结构知，芯片内置三极管截止，从而停止后继电路的工作。 稳压管的稳压值一般为输入电压的 100%~130%。 稳压管 DZ1 的稳压值决定了该保护电路的启动门限电压值。 考虑到汽车行驶过程中电瓶电压的正常值变化幅度大小，通常将稳压管的稳压值选为 15V 或者 16V 较为合适。 在此取为 15V，稳压管的功率为。 R1 取为 100KΩ ， R R3 均取为 ， C C2均取为 47μF。 图 32 输入过压电路保护图 输出过压保护电路 电路结构如图 33，当输出电压过高时将导致稳压管 DZ1 击穿，使TL494 芯片 II 的 4 脚对地的电压升高，启动 TL494 芯片 II 的保护电路，切断输出。 VD C R2 组成了保护状态维持电路， R R4 为保护电阻，用 以 增 大 输 出 阻 抗。 稳 压 管 的 稳 压 值 一 般 规 定 为 输 出 电 压 的130%~150%[7]。 后继电路为 220V/50Hz 输出 ，其中负载电阻为 100 KΩ ，TL494 芯片 II 的输出脚电压最大为 12V， R1 为限流电阻可取值为 100KΩ ，R2 为保护电阻可取为 16KΩ ，根据电路分压知识 [ 8]，则 R2 上的电压为： U=R2 220/(R1+R1)=220 16/116≈ (32) 即稳压管的电压取值最大为 ，这里稳压管取值为 30V。 洛阳 理工学院毕业设计（论文） 16 图 33 输出过压电路保护图 DC/AC 变换电路 电路结构如图 34，该变换电路为全桥桥式电路 [6]。 其中 TL494 芯片的 8 脚和 11 脚为内置的两个三极管的集电级，且两个内置三极管是交替导通的，变替导通的频率为 50Hz。 图中 8 脚和 11 脚分别接入了上下两部分完全对称的桥式电路，因为两三极管交替工作，工作频率为 50Hz，所以选用桥式电路，目的在于得到 50Hz 交流电。 上下两部分电路工作过程完全相同。 选其中一部分作为说明。 这里将其简化如图 35。 图中 VT0 为 TL494芯片 II 的一个内置三极管设为 VT00，另一个设为 VT 01。 当 VT00 导通时，即 VT01 截止时： VT1 的基级没有正偏压，从而使 VT1 截止，然后 VT3 的栅极有 12V 正偏电压，使 VT3 导通。 而 VT4 因为栅极无正偏压截止，输出220V 电压。 当 VT 00 截止时，即 VT 01 导通时： VT1 基级有 12V 正偏压，集电极有 12V 反向电压，从而导通。 VT3 的栅极无正偏电压，从而使 VT3 截止。 而 VT4 因为栅极有 12V 正偏压导通。 因为 VT3 截止， 220V 电压无法送至输出。 但此时下半部分的电路有 220V 电压输出。 因为此时 TL494 芯片 II 的另一个内置三极管 VT01 导通，它的集电极即第 11 脚使逆变电路 I有 220V 电压输出。 原理同上。 上下两部分以频率为 50Hz 而交替导通，从而使电路有 220V/50Hz 的交流电输出。 由于 TL494 芯片为脉冲调制器，其产生的波形为脉冲波而不是正弦波。 VT VT VT VT VT VT6 应选择低频小功率型的。 这里 VT1 和 VT2 为晶体三极管可选择 KSP14 型，VT VT VT5 和 VT6 为场效应管可选择为 IRF740 型。 限流电阻可选择10 KΩ 、 1 KΩ 、 、 KΩ 的经典取值。 C C2 和 C3 均为平滑输出的洛阳 理工学院毕业设计（论文） 17 吸收电容。 C1 和 C2 可取为 10μF ， C3 取为。 图 34 DC/AC 转换电路图 图 35 简化图 洛阳 理工学院毕业设计（论文） 18 TL494 芯片 Ⅰ 外围电路 电路结构如图 36，包含过热保护电路及振荡电路。 15 脚为芯片 TL494的反相输入端， 16 为同相输入端，电路正常情况下 15 脚电压应略高于 16脚电压才能保证误差比较器 II 的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。 因为芯片内置 5V 基准电压源，负载能力为 10mA。 所以 15 脚电压应高于 5V。 15 脚电压计算式为： 2 1 2 tU = 12 R / ( +R +R )R (33) 这里 Rt 为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在 150~300Ω 范围内任选，适当选大写可提高过热保护电路启动的灵敏度。 这里取 200Ω。 R1 取 36KΩ ，R 取 39 KΩ ，则 15 脚电压为。 符合要求。 该脉宽调制器的振荡频率为 50KHz，由公式（ 21）知tt1OSCF CR=? ,图中 C R3 为芯片的振荡元件。 C2 即为 Ct ， R3 即为 Rt。 其中 Fosc 取为 50KHz， C2 取 4700pF ，则 R3 取。 图 36 TL494 芯片 I 外围电路 TL494 芯片 Ⅱ 外围 电路 电路结构如图 37，同样 15 脚为芯片 TL494 的反相输入端， 16 脚为同相输入端，电路正常情况下 15 脚电压应略高于 16 脚电压才能保证误差洛阳 理工学院毕业设计（论文） 19 比较器 II 的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。 因为芯片内置 5V 基准电压源，由图可知 15 脚的电压为 5V， 16 脚的电压为 0V。 芯片内置比较器 II 的输出为低电平。 5 脚和 6 脚为振荡器的定时电容和定时电阻接入端。 因为要使输出频率为 50Hz，由公式tt1OSCF CR=? 知：当 Rt 取为 220KΩ 时， Ct= 108 μF ，可取为。 C1 和 R2 是芯片的振荡元件，即是 R2 取值为 220 KΩ ， C1 取值为。 芯片的 8 脚和 11 脚接逆变电路 II， 4 脚接输入过压保护电路。 电容 C2 取值为 47μF ，电阻 R3 取值为 10KΩ ，当输入过压保护电路启动后，使电容 C2 对 R3 放电，使 4 脚保持为低电平，使 TL494 芯片 II 的电路维持一端时间，直到 C2 放电完毕，则使 4 脚为高电平，抬高死区电压，从而使芯片 II 停止工作。 图 37 TL494 芯片 II 外围电路 逆变电源的整机电路原理图 电路的元件参数表 洛阳 理工学院毕业设计（论文） 20 第 4 章 调试 该逆变电源在接通 12V 直流电源后， LED 指示灯亮，说明电路工作正常。 由于该电路设有上电软启动 [ 9]功能，在接通电源后要等 7S 左右才有220V 直流输出。 若发生输入电流过大、输出电压 过大或者电路工作环境过热的情况均会使 LED 指示灯变暗，说明逆变电路停止工作。 若在接通电源后要等 10S 左右指示灯还没有点亮，说明逆变电路有问题或者 LED 灯极性安装反了。 该电路的 PCB 板 [10]示意图见附录 C。 洛阳 理工学院毕业设计（论文） 21 结 论。