逆变电源的分析与优化设计

谢海瑞

（闽西职业技术学院电气工程系 福建龙岩 364021）

逆变电源的分析与优化设计

谢海瑞

（闽西职业技术学院电气工程系 福建龙岩 364021）

本文从逆变电源的原理开始，重点分析了逆变电源的线路设计过程，并以较好的设计思路提高逆变电源的效率。关键词：逆变电源；电路设计；优化设计

一、前言

根据逆变电源的设计原理和实践经验，采用芯片TL494的固定频率脉冲宽度调制电路和场效应管的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点与三极管起构成的组合设计电路。

二、设计方案

1.设计原理。该设计电路的方框图如图l。该电路由12V直流输入、输入过压保护电路、过热保护电路、逆变电路I、400V整流滤波、逆变电路II、输出过压保护电路等组成。逆变电路又包括频率产生电路(50KHz和50HzPWM脉冲宽度调制电路)、直流变换电路(DC/DC)将12V直流转换成400V直流、交流变换电路(DC/AC)将12V直流变换为400V交流。

图1 整机原理方框图

逆变电路主要功能是将12V直流电转换为400V的交流电。全桥电路以50Hz的频率交替导通，产生50Hz交流电。输入12V直流电源电压，经过逆变电路得到400V的交流电，此交流电再经过整流滤波电路得到400V高压直流电，然后经过逆变得到400V/50Hz交流电。

2.逆变电源的技术性能指标及主要特点

输入12V直流(汽车蓄电池)；输出400V交流(非正弦波)；输出功率=大于IOOW；具有输入过压保护和输出过压保护；有过热保护功能；可作为多种电器的通用电源；含有工作正常指示灯。

三、电路设计及其参数计算

1.DC/DC变换电路(附工作指示灯)。由DC/AC和整流滤波电路组成如图2，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Tl，实现电压由12V脉冲电压转变为400V脉冲电压。此脉冲电压经过整流滤波电路变成400V高压直流电压。变压器Tl的工作频率选为50KHz左右，因此Tl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=0.05，变压器选择为E型，可自制固经过实践调制选择初级匝数为IOX2，次级匝数为200.即满足变压器匝数比约为0.05。电路正常时，TL494的两个内置晶体管交替导通，导致图中晶体管VT1、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VT1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。且交替导边时其峰值电压为12V，即产生了12V/50KHz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。VTI和VT2因为基极都为高电平而饱和导遍，而场效应管VT3、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2200μF。R1、R2、R3起限流作用，取值为4.7KΩ。

图2 直流变换电路图

2.输入过压保护电路。电路结构如图3，由DZ1、电阻R1和电阻R2、电容Cl、二极管VD1组成。输出端口接TL494芯片I的同相输入端(第l脚)，通过该芯片的误差比较器对其输出进行控制，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。VD1、C1、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Cl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VT1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0.15W.R1取为100KΩ，R2、R3均取为4.7KΩ，C1、C2均取为47μf。

图3 输入过压电路保护图

3.输出过压保护电路。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。VD1、Cl、R2组成了保护状态维持电路，R3、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%。后继电路为400V/50Hz输出，其中负载电阻为100，TL494芯片II的输出脚电压最大为12V，R1为限流电阻可取值为100，R2为保护电阻可取为16，根据电路分压知识，则R2上的电压为：

u=R2x220/(R1+R2)=220x16/116=30.34V

即稳压管的电压取值最大为30.34V，这里稳压管取值为30V。

4.DC/AC变换电路。该变换电路为全桥桥式电路。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。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。

5.TL494芯片外围电路。电路结构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，可知15脚的电压为5V，16脚的电压为OV。芯片内置比较器的输出为低电平。

四、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功能，在接通电源后要等7S左右才有400V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撞过热的情况均会使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。

五、总结

逆变电源的设计工作任重道远，需要设计者不断优化设计方法，调整设计思路，设计出更高效的逆变电源产品。

[1]黄燕.常用电子设备开关电源检修方法[M].北京科学出版社,2002:30-38.

[2]周志敏,周级海,纪爱华.现代开关电源控制电路设计及应用[M].北京:人民邮电出版社,2005:124-147

Analysis and optimization design of inverter power supply

Xie Hai-rui

(Electrical Engineering Department of Minxi Vocational and Technical College, Longyan Fujian, 364021, China)

This paper starts from the principle of inverter, analyzed the design process of inverter power supply circuit, and to design better improve the efficiency of inverter power supply.

inverter power; circuit design; optimization design

TL503.5

A

1000-9795（2014）04-0023-01

［责任编辑：董 维］

2014-02-08

谢海瑞（1964-），男，福建武平人，实验师，从事应用电子实验工作。