一種車載用方波逆變電源的設(shè)計

摘要：論文設(shè)計了一款車載用12伏轉(zhuǎn)220伏DC-AC方波逆變器電源;該方波逆變器采用芯片TL494作為核心主控制器;為了減弱外部電流對芯片產(chǎn)生的干擾，增強高電平輸出時的驅(qū)動能力，利用四個二極管與兩個開關(guān)管構(gòu)成灌電流驅(qū)動電路，用來驅(qū)動兩路N通道MOSFET開關(guān)管;在分析方波逆變器工作原理基礎(chǔ)上，還根據(jù)其性能對電路的元件進行了分析并制作了樣機，并且對樣機做出調(diào)試和測試;詳細闡述了樣機方波逆變器的制作和測試過程，分析了試驗的波形和測試結(jié)果;實驗結(jié)果表明，該方波逆變器的主電路結(jié)構(gòu)清晰，使用較為方便、成本低廉、性能穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：方波逆變器;TL494;車載電源;PWM

1 引言

由于近幾年汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車載電子設(shè)備的日益綜合化、實用化和小型化，已廣泛的運用在汽車電子的各個領(lǐng)域中;而隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、新能源汽車技術(shù)研究的不斷深入，車載電子設(shè)備技術(shù)也在不斷的迭代與更新。開關(guān)電源在電子設(shè)備應(yīng)用方面涉及范圍較廣，而且在現(xiàn)代的汽車電子產(chǎn)業(yè)中具有較大的發(fā)展思路和空間，其中逆變電源在車載方面應(yīng)用也越來越多。逆變器主要分為方波逆變器和正弦波逆變器，目前市場上車載逆變器主要是方逆變器，因為逆變器電路結(jié)構(gòu)簡單，輸出電壓穩(wěn)定;而隨著電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展目前很多負載對于供電要求也逐漸降低，最大的需求還是在電能變換的環(huán)節(jié)，因此車載方波逆變器也得到了行業(yè)越來越多的關(guān)注和研究。相比正弦波逆變技術(shù)，方波逆變的技術(shù)要求和生產(chǎn)成本更低，而車載設(shè)備對于交流電的波形質(zhì)量要求都不高，方波也基本上可以滿足供電要求，所以今后的方波逆變器的研究依舊是比較熱門的課題，因此降低方波逆變電路的成本及提高電路性能依然是值得投入研究的方向。

2 硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)框圖

本電路設(shè)計是以芯片TL494為主的控制電路，外接驅(qū)動電路，經(jīng)變DC-AC變換后，得到直流電轉(zhuǎn)交流電的目的，逆變器工作的框圖如上圖1所示。

2.2 TL494工作原理

TL494的原理構(gòu)圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖可見，它的內(nèi)部內(nèi)置了兩個比較器、一個振蕩器、一個觸發(fā)器、一個+5V基準電源、死區(qū)控制、兩個輸出功率放大用的開關(guān)管。TL494的工作原理由輸出控制電路、供電與基準電源電路、振蕩電路、死區(qū)時間控制電壓比較控制電路、PWM比較控制電路五個部分組成。輸出控制電路是在TL494內(nèi)置2個功率輸出管，提供500mA的驅(qū)動力，TL494的工作狀態(tài)是由引腳13來控制;TL494的電源供電端也就是引腳12，它可以允許輸入8-40V的電壓。TL494無需在外部接穩(wěn)壓器，TL494的引腳14是一個+5V的基準電壓源;振蕩電路就是TL494內(nèi)置的直流電源端和電源直流地，即引腳12和7，形成供電回路;死區(qū)電壓比較控制電路采用TL494內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生的鋸齒波震蕩電壓送到內(nèi)部電壓比較器1的同相端，然后再與輸入帶電壓比較器的死區(qū)電平控制信號;PWM比較控制電路由TL494內(nèi)置誤差放大器和電壓發(fā)生器所輸出的控制信號，經(jīng)過門控電路后產(chǎn)生的一個控制信號，并將這個信號送到電壓比較器2的反相端，再與被送到電壓比較器2的鋸齒波震蕩電壓作比較，鋸齒波震蕩電壓是由鋸齒波振蕩器產(chǎn)生的。該芯片的振蕩頻率與主電路圖中的四個開關(guān)管有關(guān)，即它的開關(guān)損耗和開關(guān)速度。它的開關(guān)輸出頻率與振蕩器的頻率一樣，提供了開關(guān)電源必須的振蕩控制信號，頻率由引腳5、6外接的Rt、Ct決定。

2.3 激式變換部分TL494

由芯片TL494，兩路驅(qū)動電路，芯片經(jīng)變換輸出兩路不同的PWM波，一個45W的EI型硅鋼片變壓器組成。當S1關(guān)斷時，TL494無輸出脈沖，MOS FET開關(guān)管D3、D4無任何電流。K1接通時，這三個端口電壓值為實驗室可調(diào)電源的正極電壓。引腳9和10為內(nèi)部驅(qū)動級三極管發(fā)射極，正常情況下電壓值約為1.8V，每一路個兩只并聯(lián)。引腳13、14和15連一起，接引腳2，其中引腳14輸出5V基準電壓，讓引腳13有5V高電平，控制門電路，觸發(fā)器輸出兩路驅(qū)動脈沖，用于TL494內(nèi)部推挽開關(guān)電路。引腳15接5V電壓，構(gòu)成誤差放大器反相輸入基準電壓。此接法中，引腳16輸入大于5V的高電平時，可通過穩(wěn)壓作用降低輸出電壓，或關(guān)斷驅(qū)動脈沖而實現(xiàn)保護。在它激逆變器中輸出超壓的可能性幾乎沒有，所以在主電路中電路中引腳16未用，直接接地。TL494激式部分如圖3所示。

2.4 正弦逆變電路設(shè)計

如圖4所示，為逆變器核心電路部分，其核心開關(guān)芯片采用TL494，芯片內(nèi)部具有線性鋸齒波振蕩器、5V參考基準電壓源、誤差放大器、可調(diào)整死區(qū)時間控制等。而它連接之外的是灌電流驅(qū)動電路，D1-D4、Q1-Q2構(gòu)成灌電流驅(qū)動電路，用來驅(qū)動兩路各兩只55V、110A的MOS FET N通道開關(guān)管，每路開關(guān)管采用的是并聯(lián)應(yīng)用。經(jīng)主電路變換之后，直流電轉(zhuǎn)變成交流電，再接上變壓器，便可得到輸出交流電220V。芯片TL494可以產(chǎn)生一個兩路互補的PWM波，當?shù)谝宦窞楦唠娖降臅r候，第二路為低電平;變壓器是初級為兩個線圈，次級為一個線圈。初級兩個線圈不能同時導(dǎo)通的，用以保證MOS管的正常工作。然后就是當一路的MOS管導(dǎo)通，而對應(yīng)的變壓器初級上半個線圈導(dǎo)通，就會在次級線圈感應(yīng)出正半軸的交流電;接著第二路的兩只MOS管導(dǎo)通，同時變壓器初級下半個線圈導(dǎo)通，次級線圈就會感應(yīng)出一個反方向的交流電，即負半軸的交流電。電路中R6、R7、R10、R11四個電阻的作用是為了均流，從而減小由于功率參數(shù)管的差異對電路的影響。而且它還可以對四個MOS管提供啟動電壓。同時選擇小電阻的原因就是它的阻值越小，越能減小電路功率的損耗，最短限度的實現(xiàn)功率輸出。

由上所示的表3-1與3-2統(tǒng)計，逆變器在10-50W的恒定功率輸出的情況下，輸出電壓比較穩(wěn)定，且誤差相對較小，能夠達到一般的車載電子設(shè)備的供電要求，該設(shè)計具有一定的實用性。

4結(jié)語

本設(shè)計提出的基于TL494車載用方波逆變電源，在車載電子產(chǎn)品中有一定的應(yīng)用。從實驗的數(shù)據(jù)可以得出該電路具有較好的性能，并且電路成本比較低、結(jié)構(gòu)相對簡單，對于功率要求不高的220V交流供電的汽車電子產(chǎn)品中有一定的應(yīng)用價值。

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基金項目：2019年南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目（合同編號20194155）;2019年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目（2019KY0947）;南寧學(xué)院2018年科研團隊建設(shè)項目（2018KYTD05）;南寧學(xué)院2019年校級科研項目（2019XJ01）

作者簡介：朱浩亮，男，漢族，碩士研究生，副教授，主要研究領(lǐng)域：電子技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)

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