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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ABSTRACTDC/ACinversionsemiconductorcomponent,variableinstallment,whichtransfersloadAC.Therefore,inversiontechnologyveryimportanttopicintroducespresentsituation,development,manufacturingprocessapplicationsystematicallyinversionpowerresourcevehicle.MakingkeycontrolelectricalcircuitHigh-frequencytransformationEI33electricalcircuit,weightgreatly,improvesinversionperformancegradually.ThroughusedchipTL494CNcontravariantpowersourcecorecontrolcircuit,hasselectedEI33high-frequencytransformerelectriccircuit.electricalcircuitinputted12VDC220V/50HzACsecondfrequencyconversionelectricalcircuithassomefunctionsincludedoutputtedovervoltageprotection,inputtedovervoltageprotection,overheatprotectionKeyword:Inversion,TL494CN,High-frequencyTransformer目录摘要ABSTRACTII第一章绪论1.1课题选题背景1.2逆变技术的现状及趋势1.3采用逆变技术的目的1.4采用逆变技术的优越性第二章课题有关内容的研究现状2.1逆变器主电路的基本形式2.2逆变电源的关键问题2.3车载逆变电源的现状2.4本章小结第三章车载逆变电源原理3.1车载逆变电源的介绍3.2主要芯片介绍3.2.1TL494芯片简介3.2.2TL494各引脚功能3.2.3TL494工作原理103.3逆变电源工作原理123.3.1逆变原理部分123.3.2保护电路部分173.4本章小结18第四章原理图绘制和电路板调试194.1PROTEL99介绍194.2原理图的绘制194.3PCB图的绘制204.4实物的制作及调试214.5本章小结22第五章毕业设计总结2324参考文献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第一章绪论1.1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。1.2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:1956~1980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。[1]1.3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: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。获得可变频率的交流电源如交流电动机调速变频器等。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。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)。[2]1.4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: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。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。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(1-1)式中:U―绕组电压K―波形系数(正弦波为4.44,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(1-1)公式可知,当U,K和Bm都不变时,NS成反比关系,既NSU/KBmf(1-2)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f50HZ增加到50KHZ,提高1000NS将会减小为原来的千分之一,,假设变为原来的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。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0.5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: (1-3) PF?功率因数Power Factor ?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 cosφ 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 如果采用功率因数校正技术Power Factor Corrector,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。 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。 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。 课题有关内容的研究现状 2.1 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 Pull-push 拓扑结构、半桥 Half-bridge 结构、全桥 Full-bridge 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。[3] 2.2 逆变电源的关键问题 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。 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,
