TL494逆变器毕业论文

浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）I摘要DC/AC逆变器是应用功率半导体器件，将直流电能转换成交流电能的一种变流装置，供交流负载使用。因此，逆变技术在开发和利用的领域中有着至关重要的地位。本设计则针对车载逆变电源，系统地论述了DC/AC车载逆变器技术的现状、发展、制作过程及应用。其中通过采用芯片TL494CN构成了该逆变电源的核心控制电路，以及在电路中选用了EI33型的高频变压器，大大降低了该逆变电源的成本及重量，逐步改善了逆变器的性能。整个电路将输入的12V的直流电通过二次频变转换成220V/50HZ的交流电后输出，并且具有输出过压保护，输入过压保护以及过热保护等功能。关键词逆变器，TL494CN，高频变压器浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）IIABSTRACTTHEDC/ACINVERSIONISASEMICONDUCTORCOMPONENT,ANDALSOAVARIABLEINSTALLMENT,WHICHTRANSFERSTHEDCINTOACTHEINVERSIONISUSEDTOLOADACTHEREFORE,THEINVERSIONTECHNOLOGYISVERYIMPORTANTINTHEAREAOFDEVELOPMENTANDUSINGTHISTOPICINTRODUCESTHEPRESENTSITUATION,DEVELOPMENT,MANUFACTURINGPROCESSANDAPPLICATIONSYSTEMATICALLYONINVERSIONPOWERRESOURCEOFVEHICLEMAKINGTHEKEYCONTROLELECTRICALCIRCUITBYCHIPTL494CN,ANDCHOOSETHEHIGHFREQUENCYTRANSFORMATIONEI33INTHEELECTRICALCIRCUIT,ANDITREDUCESTHECOSTANDWEIGHTGREATLY,IMPROVESTHEINVERSIONPERFORMANCEGRADUALLYTHROUGHUSEDCHIPTL494CNTOCONSTITUTETHISCONTRAVARIANTPOWERSOURCECORECONTROLCIRCUIT,ASWELLASHASSELECTEDTHEEI33HIGHFREQUENCYTRANSFORMERINTHEELECTRICCIRCUITTHEELECTRICALCIRCUITWILLTRANSFERTHEINPUTTED12VDCINTO220V/50HZACBYTHESECONDFREQUENCYCONVERSIONANDTHENOUTPUTIT,ANDTHEELECTRICALCIRCUITHASSOMEFUNCTIONSINCLUDEDOUTPUTTEDOVERVOLTAGEPROTECTION,INPUTTEDOVERVOLTAGEPROTECTION,OVERHEATPROTECTIONANDSOONKEYWORDINVERSION，TL494CN，HIGHFREQUENCYTRANSFORMER浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）III目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111课题选题背景112逆变技术的现状及趋势113采用逆变技术的目的114采用逆变技术的优越性2第二章课题有关内容的研究现状421逆变器主电路的基本形式422逆变电源的关键问题423车载逆变电源的现状524本章小结6第三章车载逆变电源原理731车载逆变电源的介绍732主要芯片介绍7321TL494芯片简介7322TL494各引脚功能9323TL494工作原理1033逆变电源工作原理12331逆变原理部分12332保护电路部分1734本章小结18第四章原理图绘制和电路板调试1941PROTEL99介绍1942原理图的绘制19浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）IV43PCB图的绘制2044实物的制作及调试2145本章小结22第五章毕业设计总结23致谢24参考文献25附录一元器件参数表26附录二封装库清单表27附录三实物图29浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）1第一章绪论11课题选题背景近年来，电子电力技术发展迅猛，逆变电源广泛应用于日常生活，车载系统，邮电通信等领域。现代社会中，有车族在户外需要使用的电子设备越来越多,例如车用DVD、车用冰箱、手提电脑、手机充电器和各种电源适配器。在发达国家车载逆变电源是每辆车必须具备的。而在国内配备这种转换器的车辆还很少,加之每年汽车销售量居高不下,因而车载逆变电源转换器在国内将会有很大的市场前景。12逆变技术的现状及趋势一般认为，逆变技术的发展可以分为如下两个阶段19561980年为传统发展阶段。这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加为主，体积重量较大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现。1980年到现在为高频化新技术阶段。这个阶段的特点是，开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM为主，体积重量小，逆变效率高。正弦波逆变技术发展日趋完善。113采用逆变技术的目的采用逆变技术的目的使为了获得不同或变化形式的电能。例如1由蓄电池中的直流电源获得交流电如不间断电源（UPS）、应急灯电源等。2由蓄电池中的直流电源获得多路稳定的直流电如程控电话交换机的二次电源等各种通用DC/DC变换器。3获得可变频率的交流电源如交流电动机调速变频器等。4实现电能量回馈，如电动机制动再生能量回馈有源逆变系统等。5使电源设备小型化，高效节能，获得更好的稳定性和调节性能，如各种类型的直流电源变换器。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）26利用感应涡流产生热量，如中频炉和高频感应加热（电磁灶等）。214采用逆变技术的优越性在现代逆变技术的应用领域中，许多用电设备和系统都有一个发展的过程。由磁放大式到硅二极管整流式，再到可控管（晶闸管）整流式，直到发展到逆变式，这不仅是因为现代电力电子技术的发展为逆变技术的采用提供了必要的条件，更重要的还是因为采用逆变技术有很多优越性1灵活的调节输出电压或电流的幅度和频率通过控制回路，我们可以控制逆变电路的工作频率和输出时间比例，从而使输出电压或电流的频率和幅值按照人们的意愿或设备的工作要求来灵活的变化。2将蓄电池中的直流电转换成交流电或其他形式的直流电例如，不间断断电源设备再电网停电时，将蓄电池中的直流电逆变成交流电，供计算机等用电设备使用，不间断其工作，从而不会造成太大损失。3明显的减少设备的体积和重量，节省材料很多用电设备中，变压器和电抗器再很大程度上决定了其体积和重量对于变压器有以下公式UKFNSBM（11）式中U绕组电压K波形系数（正弦波为444，方波为4）F工作频率（HZ）N绕组线圈匝数S变压器铁心的有效横截面积（）BM铁芯工作最大磁密度（T）由（11）公式可知，当U，K和BM都不变时，NS与F成反比关系，既NSU/KBMF（12）在功率变换电路中，U一般为市电级电压，变化不会太大，各种磁性材料允许的磁通密度也不会相差太大。但是，如果能将变压器绕组中所加电压的频率大幅度提高，则变压器绕组匝数与有效横截面积之积就会显著减小。比如，如果F有50HZ增加到50KHZ，提高1000倍，则NS将会减小为原来的千分之一，假设N变为原来的1/40，S变为原来的1/25，可见变压器的体积和重量明显的减小了，当然也节约了制作变压器的刚材和磁性材料。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）34高效节能例如，传统的、采用工频变压器的整流式电源设备的功率因数一般在05至08之间，这是因为其电流谐波成分和相移角都比较大。现代功率因数概念由式给出（13）式中PF功率因数POWERFACTORP有功功率WS视在功率VAU输入电压有效值VI输入电流有效值AI1输入电流基波有效值A一输入电流基波与电压波形的相位角我们把定义成为谐波因数，把COS叫做相位因数，这样功率因数就等于谐波因数与相位因数的乘积。在逆变器中，对输入电压进行全波不控整流再进行逆变，很小，COS1，如果采用功率因数校正技术POWERFACTORCORRECTOR，PFC，能使输入电流的谐波成分变得很小，从而使YL。这样，PF1，节能的效果也是非常明显的。5动态响应快、控制性能好、电气性能指标好由于逆变电路得工作频率高，调节周期短，使得电源设备得动态响应或者说动态特性很好。6保护快由于逆变器工作频率高，控制速度快，对保护信号的反应也快，从而增加了系统的可靠性。2因此，研究一种体积小、可靠性高，动态响应速度快的新型逆变电源在理论上和实际应用中都有着十分重要的意义。无论是在国内还是在国际上，对逆变电源得研究一直被人们所重视，况且前人在这领域也已经取得了很多非常有学术价值和应用价值得研究成果。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）4第二章课题有关内容的研究现状21逆变器主电路的基本形式常用逆变器主电路的基本形式有三种分类方法按照相数分类，可分为单相和三相按照直流测波形和交流侧波形分类，可分为电压源型和电流源型逆变器，按电路拓扑结构，可以分为单端正激FORWARD、单端反激FLYBACK、升压BOOST式、降压BUCK式、推挽PULLPUSH拓扑结构、半桥HALFBRIDGE结构、全桥FULLBRIDGE结构等。理想的逆变器，从直流变到交流的功率总是一定值而没有脉动，直流电压波形和电流波形中也不应该产生波动。而在实际逆变电路中，因为逆变器的脉动数值有限，因而逆变功率是脉动的。当逆变器的逆变功率的脉动波形由直流电流来体现时，称之为电压源型逆变器，直流电源是恒压源。电压源型逆变器直流侧有较大的直流滤波电容。当逆变器的逆变功率的脉动波形由直流电流来体现时，称之为电流源型逆变器，直流电源是恒流源。电流源型逆变器直流侧接有较大的滤波电感。此外，控制逆变器输出量电压或电流有两种方法，一种是脉冲幅度调制PAM，其特点是保持脉冲宽度不变而改变脉冲幅值另一种是脉冲宽度调制PWM，其特点是保持脉冲幅值不变而改变脉冲宽度。322逆变电源的关键问题1高频变压器的稳定性很难采购到符合自己要求的变压器。对于工业产品，应当有一个在规定范围内通用的规范化的参数，这对磁性元件来说是非常困难的。而表征磁性元件的大多数参数（电感量，电压，电流，处理能量，频率，匝比，漏感，损耗）对制造商是无所适从的。可综合考虑成本，体积，重量和制造的困难程度，在一定的条件下可获得较满意的结果。2推挽电路中的驱动电路由于推挽结构的偏磁而无法避免偏磁现象的产生，但可采用一些办法来减轻偏磁现象。主要解决方法有1，采用峰值电流控制，这是目前最有效的抑制偏磁的办法。2，设计变压器的时候，注意初级两个绕组的对称性要良好。4浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）53克服或减轻偏磁主要还是从其开关管的驱动方式着手，即采用电压电流型PWM控制。常用的控制芯片有KA7500B,SG352,TL494等。在PWM逆变器中，软开关技术的研究。目的是要实现脉宽调制软开关技术，就是将软开关技术引进到PWM逆变器中，使它既能保持原来的优点，又能实现软开关工作。523车载逆变电源的现状目前市场上的车载逆变器的分类主要按输出的波形分，主要分为两大类一类是方波逆变器，另一类是正弦波逆变器。其中纯方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生（如图21），这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的4060，不能带感性负载。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。而正弦波逆变器中包括修正正弦波逆变器和纯正弦波逆变器。其中修正正弦波逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔（如图21），使用效果非常不错。6虽然纯正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均比较高。况且修正正弦波逆变器输出的电压可以满足我们绝大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。图21各种逆变器产生的波形图方波纯正弦波修正正弦波浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）624本章小结本章详细介绍了逆变器的主要结构形式和逆变电源遇到的关键问题，同过对三种波形的逆变器的比较，决定设计一个修正正弦波的逆变器。在低成本的车载逆变器市场中方波逆变器占了很大一部分，设计一个低成本的修正正弦波逆变器正是现在市场的主流趋势，其应用前景是非常广阔的。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）7第三章车载逆变电源原理31车载逆变电源的介绍车载逆变电源可以把汽车上的12V/24V直流电转变成大多数电器所需要的220V交流电。功率开关把输入的直流电压转变成脉宽调制的交流电压,然后利用推挽逆变器和高频变压器把交流电压升高,再用全波整流把交流电压转换成直流,最后由全桥变换器把高压直流逆变成所需交流电。电源转换器可作为移动交流电源在车辆、船舶上使用,也适合与太阳能电池配合使用,能够方便地为这些电器设备提供交流电。32主要芯片介绍321TL494芯片简介图31TL494芯片管脚图电压型脉宽调制PWM控制电路TL494CN是单片双极型线性集成电路，包含浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）8了脉宽调制型开关电源的所有控制部分。它内部包括有5V参考电源、两个误差放大器、触发器、输出控制电路、脉宽调制比较器，死区时间比较器和一个振荡器。它的开关工作频率为10KHZ至300KHZ,输出电压可达40V,工作温度范围为070，TL494CN的封装形式为16线塑封双列直插式。特点1内部经过修调的5V基准电压源精度达到12未相连的输出晶体管具有200MA的陷电流和灌电流能力3输出控制以适应推挽输出和单端输出4通过死区时间控制可调整占空比周期5完整得PWM控制线路6片上振荡器可进行主从型工作7内部控制线路可禁止双脉冲出现在任何一个输出端。功能描述振荡器的振荡开关频率由外接的定时电阻RT和定时电容CT决定。锯齿波的幅度与误差放大器的输出电压由脉宽调制PWM比较器进行比较PWM比较器的输出送到脉冲驱动触发器和输出控制逻辑。误差电压由误差放大器产生，误差放大器将输出电压和5V内部参考源之间的电压差放大。第二个误差放大器通常用来完成电流限制功能。输出控制逻辑13脚用来选择输出功率管是推挽输出还是单端输出死区时间控制用来防止两个输出晶体管的通态交叠。如果死区时间控制4脚接地，死区时间约占总周期的35。可以用外接电阻和电容来改善误差放大器的频响。这些外接元件通常接在补偿端3脚和误差放大器的反向输入端2脚或15脚之间。两个或更多的TL494CN的开关频率能够进行同步主从方式。充电电流由主片来提供，放电电流由所有的从片来完成，仅主片需要定时电阻RT。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）9322TL494各引脚功能图32是TL494内部结构图图32TL494芯片内部结构图第（1）脚为第一组误差放大器的同相输入端。第（2）脚为第一组误差放大器的反相输入端。从第（14）脚输出的5V基准电压经R14、R20分压得到约4V的电压，与第（1）脚电压进行比较。由于输5V电压升高时第（1）脚取样,电压成比例升高，当此电压超过4V时，误差放大器输出高电平，通过IC内部比较器控制输出,脉宽减小，以使5V电压下降，达到稳压的目的。第（3）脚为第一误差放大器输出的引出端。外接C19、C20、C21、R11组成的频率校正网路，以防止放大器发生自激。第（4）脚为死区控制端。当IC工作在推挽状态时，其两组输出脉冲使两只推挽开关管依次导通和关断。为了避免开关管的滞事效应造成瞬间导通而击穿开关管，在脉冲的序列之间留有一定的空隙，称为死区。改变第（4）脚的电压，可改变死区时间。当第（4）脚电压大于5V基准电压时，输出脉冲关断。在05V，死区时间成比例增大。基准稳压器10E2PWM比较器振荡器14死区时间控制7GND5CT16同相输入14VREF6RT12VCC15反相输入3补偿/PWM比较输入35VDCDQ死区时间比较器11UV封锁49VDC07MA07V012VVT1VT211C29E18C113输出控制1同相输入2反相输入浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）10第（5）脚内部振荡电路，外接定时电容C18，第（6）脚为外接定时电阻R9。此RC的值决定TL494输出脉冲的重复频率，其值为FKHZ12/R欧姆C（UF）。按图中数据，此电源的工作频率为30KHZ。第（7）脚共地端，也是供电的负极端。第（8）（11）脚为两路输出放大管的集电极。第（9）（10）脚为内部驱动放大管的发射极，接地。第（12）脚为供电端，其允许输入电压可达840V，因此无需外部稳压器。第（13）脚为工作状态设定端。当第（13）脚为5V基准电压时，两路输出脉冲相差180度，每路输出量200MA的驱动电流，用于驱动推挽或半桥、桥式电路。当第（13）脚接地时，两路输出脉冲为同相位，为840V时，第（14）脚均输出5025V的稳定基准电压。第（14）脚内部基准电压源。在IC供电组误差放大器的反向输入端，在该电源中作为过流保护取样输入。323TL494工作原理芯片内部电路包括振荡器、两个误差比较器、5VDC基准电源、死区时间比较器、欠压封锁电路、PWM比较器、输出电路等。71振荡器提供开关电源必须的振荡控制信号，频率由外部RT、CT决定。这两个元件接在对应端与地之间。取值范围RT5100K，CT000101UF。振荡频率F1/RTCT。形成的信号为锯齿波。最大频率可以达到500KHZ。2死区时间比较器这一部分用于通过04VDC电压来调整占空比。当4脚预加电压抬高时，与振荡锯齿波比较的结果，将使得D触发器CK端保持高电平的时间加宽。该电平同时经过反相，使输出晶体管基极为低，锁死输出。4脚电位越高，死区时间越宽，占空比越小。由于预加了012VDC，所以，限制了死区时间最小不能小于4，即单管工作时最大占空比96，推挽输出时最大占空比为48。图33给出了死区时间比较器单独作用时的工作相关波形。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）11图334脚输出波形3PWM比较器及其调节过程由两个误差放大器输出及3脚（PWM比较输入）控制。当3端电压加到35VDC时，基本可以使占空比达到0，作用和4脚类似。但此脚真正的作用是外接RC网络，用做误差放大器的相位补偿。常规情况下，在误差放大器输出抬高时，增加死区时间，缩小占空比；反之，占空比增加。作用过程和4脚的死区控制相同，从而实现反馈的PWM调节。07VDC的电压垫高了锯齿波，使得PWM调节后的死区时间相对变窄。如果把3脚比做4脚，则PWM比较器的作用波形和图32类似。然而，该比较器的占空比调节，要在死区时间比较器的限制范围内起作用。单管工作方式时，VCK直接控制输出，输出开关频率与振荡器相同。当13脚电位为高时，封锁被取消，触发器的Q、Q非端分别控制两个输出管轮流导通，频率是单管方式的一半。45VDC基准电源这个5VDC基准电源用于提供芯片需要的偏置电流。如13脚接高电平时，及误差放大器等可以使用它。基准电源精度5，电流能力10MA，温度范围070度。5误差放大器两个误差放大器用于电源电压反馈和过流保护。这两个放大器以或的关系，同时接到PWM比较器同相输入端。反馈信号比较后的输出，送PWM比较器，以和锯齿波比较，进行PWM调节。由于放大器是开环的，增益达到95DB。加之输出点3被引出，使用时，设计者可以根据需要灵活使用。6UC封锁电路TTT4脚电位振荡器5脚信号VCK死区封锁时间VQ浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）12用于欠压封锁，当VCC低于49VDC，或者内部电源低于35VDC时，CK端被钳位为高电平，从而使输出封锁，达到保护作用。7输出电路输出电路有两个输出晶体管，单管电流500MA。其工作状态由13脚（输出控制）来决定。当13脚接低电平时，通过与门封锁了D触发器翻转信号输出，此时两个晶体管状态由PWM比较器及死区时间比较器直接控制，二者完全同步，用于控制单管开关电源。当然，此时两个输出也允许并联使用，以获得较大的驱动电流。当13脚接高电平时，D触发器起作用，两个晶体管轮流导通，用于驱动推挽或桥式变换器。33逆变电源工作原理331逆变原理部分主要思路是先将12V的直流电逆变为220V/50KHZ的交流电DC/AC，然后利用桥式整流和电容的充电快放电慢的特性整流出220V的直流电AC/DC，最后再逆变为220V/50HZ交流电，由XAC插座输出到负载上。电路图如图34。下面将把整个电路原理图按三个主要逆变部分详细说明。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）13图34逆变电路原理图浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）141DC/AC逆变电源部分图35DC/AC部分电路图12V直流到220V/50KHZ交流电部分由图35中TL494CN芯片IC1控制晶体三极管VT1、VT3和场效应管VT2、VT4,和变压器共同完成。IC1的5脚外接电容C4和6脚外接电阻R7为脉宽调制器的定时元件，脉宽调制频率为F11/004743KHZ50KHZ，即IC1控制VT1、VT2、VT3、VT4工作在50KHZ的频率。IC1正向输入时，IC1内置三极管VT1工作在放大状态，VT2工作在截止状态，此时IC1的9脚外围晶体二极管VD3导通，因此场效应管VT2栅极电压达到一定值，VT2为饱和导通状态；当IC1内置三极管VT1工作在截止状态时，IC1的9脚外围晶体二极管VD3截止，VT3基极为低电平，所以VT3为饱和导通浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）15状态，VT3为饱和导通状态时，VT4因栅极无正偏压而处于截止状态，此时直流电经变压器初级线圈上半部分通过VT2接地，经过变压器放大形成上半周期电流。当IC1反向输入时，同理IC1控制场效应管VT2截止、VT4饱和导通，此时直流电经变压器初级线圈下半部分通过VT4接地，经过变压器放大形成下半周期电流。因此，经变压器初级线圈的电流相当于12V/50KHZ的交流电，变压器次级输出为220V/50KHZ交流电。先将12V直流电逆变为12V/50KHZ交流电的目的有2个一、这样可以将变压器做的很小很轻；二、人耳能听见的最高频率为20KHZ，小于20KHZ人耳将会听见吱吱的声音。（2）AC/DC逆变部分图36AC/DC部分电路图为了满足大功率场效应管VT6、VT9能正常工作，再将220V/50KHZ交流电用桥式整流法逆变为220V支流电，图36将完成这部分功能。此部分功能由VD5、VD6、VD7、VD8，C12共同组成桥式整流，利用电容充电快放电慢的特性整流出220V直流电。桥式整流的工作原理是，四个整流二极管组成一个电桥，变压器次级线圈和C12接到电桥的两个对角线位置。当T1输出为正半周期时，二极管VD8和VD5导通，VD6和VD7截止，电流沿VD5经VD8指向电容C12；当T1输出为负半周期时，VD8和VD5截止，VD6和VD7导通状态，电流沿VD6经VD7指向浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）16C12，由于T1输出的2个半周期中经过电容C12的电流方向相同，实现了全波整流，再利用电容的充电快放电慢的特性，成功将电流整流为直流220V直流电。（3）DC/AC逆变部分图37DC/AC部分电路图最后由TL494CN芯片的5脚外接点容C8和6脚外接电阻R14决定脉宽频率为F1101220KHZ50HZ控制VT5、VT8、VT6、VT9工作在50HZ的频率下，将220V直流电逆变为220V/50HZ的交流电，图37将完成这部分功能。TL494正向时，IC2控制VT5为饱和导通状态，VT8为截止状态，由于VT5为饱和导通状态，则VT6为饱和导通状态。由于VT8处于截止状态，VT9因栅极无正偏压而处于截止状态，同时VT7因栅极无正偏压而处于截止状态，VT10为饱和导通状态。此时220V直流电经VT6沿XAC插座到负载再经VT10接地，形成正半周期电流；反向时，IC2控制VT5为截止状态，VT8为饱和导通状态，由于VT5为截止状态，则VT6因栅极无正偏压而处于截止状态，由于VT8为饱和导通状态，VT9处于饱和导通状态，同时VT10处于饱和导通状态，VT7因栅极无正偏压而处于截止状态。此时220V直流电经VT9沿XAC插座到负载再经VT7接地，形成负半周期电流；这样接将220V直流电成功转变为220V/50HZ交流电输出供负载使用。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）17332保护电路部分图34中IC1、IC2采用两只TL494CN芯片构成了该逆变电源的核心控制电路。TL494CN是专用的双端式开关塑封结构，工作温度范围为070C，极限工作电源电压为740V，最高工作频率为300KHZ。TL494CN芯片内置5V基准源，稳压精度为5V5，负载能力为10MA，通过其14脚输出供外部电路使用。TL494CN芯片还内置2只NPN功率输出管，可提供500MA的驱动能力。TL494CN内部电路如图32所示。图34电路中IC1的15脚外围电路R1、C1组成上电软启动电路，上电时电容C1两端的电压由0V逐步升高，当C1端电压达到5V以上时，允许IC1内部的脉宽调制电路开始工作。当电源断电后，C1通过电阻R2放电，保证下次上电时软启动电路能正常工作。IC1的15脚外围电路的R1、R2、RT组成的过热保护电路，RT为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在150300欧姆范围内任选，适当选大些可提高过热保护电路启动的敏感度。IC1的15脚的对地电压值U是一个比较重要的参数，图34电路中UVCCR2（R1R2RT）V，常温下的计算值为U62V。结合图32图34可知，正常工作情况下要求IC1的15脚的电压应略高于16脚电压（芯片的14脚相连为5V），常温下62V大小正好满足要求，并略留有一定的余量。当电路工作异常的时候，MOS功率管VT2或VT4的温度大幅提高，热敏电阻RT的阻值超过4K欧姆时，IC1内部比较器1的输出将由低电平翻转为高电平，IC1的3脚也随即转为高电平状态，致使芯片内部的PWM比较器、或门、或非门输出均发生翻转，IC1内置功率管输出三极管VT1和三极管VT2均转为截止状态。当IC1内的两只功率输出管截止时，图34电路中的VT1、VT3将因基极为低电平而饱和导通，VT1、VT3导通后，功率管VT2和VT4因栅极无正偏压而处于截止状态，逆变电源电路停止工作。IC1的1脚外围电路的DZ1、R5、VD1、C2、R6构成12V输入电源过压保护电路。稳压管DZ1的稳压值决定了保护电路的启动门限电压值，VD1、C2、R6还组成保护状态维持电路，只要发生瞬间的输入电压过压现象，保护电路就会启动并维持一段时间，以确保后级功率输出管的安全。考虑到汽车行驶过程中电瓶电压的正常变化幅度大小，通常将稳压管DZ1的稳压值选为15V或者16V较为合适。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）18IC1的3脚外围电路的C3、R5时构成上电软启动时间维持以及电路保护状态维持的关键性电路。实际上不管是电路软启动的控制还是保护电路的启动控制，其最终结果均反映在I的3脚的电平状态上。当电路上电或保护电路启动时，IC1的3脚为高电平，对电容C3沿R5支路进行充电。当导致保护电路启动的诱因消失后，C3通过R5支路进行放电，因放电所需时间较长，故电路的保护状态仍得以维持一段时间。当IC1的3脚为高电平时，将沿R8、VD4支路对电容C7进行充电，同时将电容C7两端的电压提供给IC2的4脚，使IC2的4脚保持为高电平状态。从图32的芯片内部电路可知，当4脚为高电平时，将抬高芯片内死区时间比较器同相输入端的电位，使该比较器输出保持为恒定高电平，经或门、或非门后使内置的三极管VT1和三极管VT2均截止。当IC2内置三极管VT1和三极管VT2截止时，图34电路中的VT5和VT8处于饱和导通状态，VT5、VT8导通后，其后级的MOS管VT6和VT9将因栅极无正偏压而都处于截止状态，逆变电源电路停止工作。IC1的5脚外接电容C4和6脚外接电阻R7为脉宽调制器的定时元件，所决定的脉宽调制频率为F110004743KHZ50KHZ即电路的三极管VT1、VT2、VT3、VT4、变压器T1的工作频率均为50KHZ左右，因此T1应选用EL33型的高频铁氧体磁心变压器，变压器T1的作用是将12V脉冲升压为220V的脉冲，其初级匝数为202,次级匝数为380。IC2的5脚外接电容C8和6脚外接的电阻R14为脉宽调制器的定时元件，所决定的脉宽调制频率为FL1C8R141101220KHZ50HZ。R29、R30、R27、C11、DZ2、组成XAC插座220V输出端的过压保护电路，当输出电压过高时将导致稳压管DZ2击穿，使IC2的4脚的对地电压上升，芯片IC2内的保护电路动作，切断输出。34本章小结这一章主要介绍了车载逆变电源的原理以及在原理中应用到主要芯片TL494CN。逆变电源的主要思路是以TL494CN为控制核心，通过二次频变，分三个步骤来实现。其中电路保护的设计要求有点高，是在王老师的指导下完成设计的。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）19第四章原理图绘制和电路板调试随着电子工业的发展，新型器件尤其是集成电路的不断涌现，电路板设计越来越复杂和精密，手工设计越来越难以适应形势发展的需要。计算机的普及和发展很好地解决了这个问题。人们可以利用CAD辅助设计软件进行辅助设计。这些软件有一些共同的特征他们都能够协助用户完成电子产品线路的设计工作，比较完善的电子线路CAD软件至少具有自动布线的功能，更完善的还应有自动布局、逻辑检测、逻辑模拟等功能。PROTEL就是这类软件中的杰出代表。41PROTEL99介绍PROTEL99的一个最大的特点就是它采用了“客户/服务器”这样的架构。用户在设计大型系统原理图时，可采用自上而下的模块化设计方案。用户可以先分别对各基本块进行设计，全部完成后再按照各个基本块之间的关系将他们再组织起来形成一个整体，从而完成系统的整个设计过程。相反，用户也可以实现自下而上的设计。PROTEL99的PCB设计组件具有强大的设计自动化功能、编辑功能以及完善的库元件管理等。它能提供交互式的全局编辑，对象属性的修改操作同原理图一样。PCB设计组件的设计自动化是借助于自动布线组件实现的，同时他还具备在线式的设计检查功能（DRC），以修正违反设计规则的错误。它同时也具备了完善的库元件管理功能，用户可以方便地创建一个新的PCB元件。通过网络还可以共享更多用户库。在PROTEL99中，实现自动布线的组件是ROUTE50，它主要为PCB设计组件实现设计的自动化功能而服务。该方法基于人工智能，可以对PCB版面进行优化。842原理图的绘制先新建一个DATABASE。然后在DOCUMENTS中建立SCH文件。就可以在原理图文件中绘制原理图了。首先要在LIBRARIES中添加LIB文件。常用的LIB在LIBRARYSCH目录下浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）20的MISCELLANEOUSDEVICESDDB文件和PROTELDOSSCHEMATICLIBRARIESDDB文件中都有了。电阻的FILTE是RES1，电解电容的FILTE是CAPACITOR，瓷片电容的FILTE是CAP，IC1，IC2的FILTE是DIP16，可变电阻的FILTE是POT1，SW1的FILTE是SWDIP4，稳压二级管的FILTE是DIODEVARACTOR，三级管的FILTE是NPN，发光二极管的FILTE是LED，变压器的FILTE是T1，MOS管的FILTE是NPN，其他没的就需要在DATABASE中新建LIB文件。把器件挪到图纸上，双击它，可以修改它的属性。在DESIANATION中写入器件的名称，在PART中写入器件的数值，在FOOTPRINT中写入器件的封装。只要把这些元件放在合适的位置，再按照设计的电路图把器件用线连起来就可以了。最后只要加以修改，使得图纸变得美观。43PCB图的绘制在该DATABASE中新建PCB文件。在DESIGN栏中的OPTIONS选项中的LAYERS页中，选中TOPLAYER和BOTTOMLAYER，在SILKSCREEN中选择TOPOVERLAY和BOTTOMOVERLAY，在OTHER中选择KEEPOUT和MULTILAYER。其中KEEPOUT和MECH层规定了PCB板的电气界限和物理界限。PROTEL99提供了众多的工作层，我们需要对它们有一定的了解。如SIGNALLAYER（信号层）、INTERNALPLANE（内部电源/接地层）、MECHANICALLAYER（机械层）、DRILLLAYER（转孔层）、SOLDERMARK（阴焊层）、PASTEMARK（防锡膏层）、SILKCREEN（丝印层）、OTHERS（其他层）。其中SIGNALLAYER（信号层）由16个子层组成，包括TOPLAYER（顶层）、BOTTOMLAYER（底层）、MID1（中间层1）、MID2（中间层2）、MID3（中间层3）、MID14（中间层14）。信号层中的顶层和底层主要用于放置元件和信号的走线，中间层主要用放置信号的走线。MECHANICALLAYER（机械层）也有四个。分别为MECH1、MECH2、MECH3、MECH4。他们主要用于放置有关制作和装配的信息。和绘制原理图一样，要在BEOWSEPCB的边框中选择LIBRARIES，增加LIBRARYPCBGENERICFOOTPRINTS目录下的ADVPCBDDB文件和MISCELLANEOUSDDB文件。常用的封装在这里都有了。电解电容的FOOTPRINTS是E510,瓷片电容的FOOTPRINTS是E510,电阻的FOOTPRINTS是0805,D2LED的FOOTPRINTS是RAD02,三极管的FOOTPRINTS是浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）21E510，可变电阻RT还有CK4的封装是自己由BNC的基础上修改的。SWDIP4的FOOTPRINTS是绘制在TOPOVERLAY层上的。绘制的方法也和原理图一样，把器件拖到PCB图上后，双击。可以在COMPONENT对话框中DESIGNATOR中对器件命名。可以自己手动布线，也可以在原理图中生成网络表，再由网络表产生PCB图。确定了物理和电气界限后就可以自动布线了。在原理图中的REPORTS中的BILLOFMATERIAL，选择SHEET、FOOTPRINT、DESCRIPTION就可以生成网络表。然后在PCB的界面下选DESIGN的LOADNETS，便可以载入网络表了。再使用AUTOROUTE工具就可以自动布线了，生成PCB图。（如图41）。图41PCB图44实物的制作及调试在PCB板子上安装元器件比在面包板上安装简单多了，板子表层上都已标好浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）22元器件的位置，只是在焊接的时候应当注意虚焊。实物做出来后，接下来就是对其进行调试。在调试之前，必须要用万用表检查场效应管的各个管脚是否有短路现象，因为出现短路，一旦在电路板两端加入12V直流电源，很容易就烧掉场效应管。确保没有任何问题的时候，开始在输入端加入电压源，在输出端用示波器检测，但发现输出的波形比较乱。我马上仔细的检查各个线路，但发现都没有错的。但是测量芯片IC1的3脚对地直流电压时，该电压在1V以上说明芯片已经被软启动，第一步逆变部分正常工作。经过几天的检查，无奈找不出问题，调试结果失败了。45本章小结这一章主要介绍了运用PROTEL软件设计电路原理图和PCB图的过程以及电路板的调试。在PCB图的绘制过程中，遇到了封装上的问题。由于是第一次画PCB图，书上又没有详细介绍每个元器的对应封装表。我是在同学的帮助下完成封装的。由于很多无法预料的因素，在调试时遇到许多问题无法解释清楚。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）23第五章毕业设计总结光阴似箭，四年的大学生活就快结束了。由于毕业设计是我们在学校的最后一次作业，也是份量最重的一次作业。所以，我十分重视，希望通过勤奋和努力能使我的毕业设计尽量做的更好。在最初拿到这个课题的时候，我对这个设计所涉及的知识点所知甚少，在网上查询了几个网站后，才略有了解。不过我连PROTEL等EDA软件还不会操作，所以花了不少时间自学。一开始，我先去找关于课题的一切资料，做好准备工作。我仔细阅读从图书馆借来的书和因特网上找的资料，为课题设计打下坚实的理论基础。俗话说，万事开头难由于第一次做硬件设计，一开始在设计原理图方面就遇到困难了，不知从何下手。后来在王老师的指导下，根据逆变原理的三个步骤，以这个思路来设计出电路原理图。然后在原理图的基础上画出PCB原理图，最后在PCB板子上做出实物。这次毕业设计无论是从专业方面还是从为人处事方面都给我好好的上了一堂课，这也是我在大学的最后一课，希望我能保持良好的习惯与品性，改正错误的观点与做法，满怀信心的走出校园。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）24致谢在毕业设计期间，我要感谢我的老师还有我的同学，是他们的无私帮助才使我顺利完成了毕业设计的任务。如果没有他们，我将难以想象我可以象现在一样顺利地完成这次毕业设计。在本论文完成之际，先要向我的导师王洪波老师致以诚挚的谢意。在毕业设计的过程中，王老师给了我许许多多的帮助和关怀。王老师不仅有着丰富的电路设计经验，而且待人平易近人，在王老师的悉心指导中，我不仅学到了有用的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多；同时杨翊老师对我的毕业设计也非常关心，定期的了解我的进展情况，为此我向王洪波和杨翊老师表示衷心的感谢。实验室的叶林朋老师在我调试硬件的过程中给与了很大帮助，还有沈小波同学在PROTEL上的帮助，在此对两位深表感谢。同时，我要感谢给我授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校浙江科技学院，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。浙江科技学院信息与电子工程学院2007届本科毕业设计（论文）25参考文献1曲学基逆变技术基础与应用M北京电子工业出版社，200711102刘凤君现代逆变技术及应用M北京电子工业出版社，200614，1781803周志敏逆变电源实用技术M北京中国电力出版社，200511301474司冬子，李勋，杨荫福逆变电源过流保护策略研究J通信电源技术200412，第21卷第6期135袁佑新，李波，辛华强基于PWM控制器KA7500B的逆变电源设计J通信电源技术20063，