小功率单相逆变电源毕业设计

德州职业技术学院毕业设计（论文）（2012届毕业生）题目小功率单相逆变电源的设计制作指导教师张洪宝系部电子与新能源工程技术系专业应用电子技术班级09级应用电子技术学号 200902050124 姓名张艳霞2011年 9月 19 日至 2011年 11月 18日共 9 周该设计主要应用电力电子电路技术和开关电源电路技术有关知识。

涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，充分运用芯片KA7500B的固定频率脉冲宽度调制电路及场效应管（N沟道增强型MOSFET）的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点而组合设计的电路。

该逆变电源的主要组成部分为：DC/DC电路、输入过压保护电路、输出过压保护电路、过热保护电路、DC/AC变换电路、振荡电路、全桥电路。

在工作时的持续输出功率为150W，具有工作正常指示灯、输出过压保护、输入过压保护以及过热保护等功能。

该电源的制造成本较为低廉，实用性强，可作为多种便携式电器通用的电源。

关键词：过热保护；过压保护；集成电路；振荡频率；脉宽调制The main application of power electronic circuit design technology and switching power supply circuit technology knowledge. Involves analog integrated circuits, power supply integrated circuits, DC circuit, the switching regulator circuit theory, make full use of the chip KA7500B fixed frequency pulse width modulation circuit and FET (N-channel enhancement mode MOSFET) switching speed, no second breakdown, thermal stability, good benefits and the modular design of the circuit. The inverter main components: DC / DC circuit, input over-voltageprotection circuit, output over-voltage protection circuit, overheat protection circuit, DC / AC conversion circuit, oscillation circuit, full-bridge circuit. In the work of continuous output power of 150W, with a normal light work, output overvoltage protection, input over-voltage protection and thermal overload protection. The power of the relatively low manufacturing cost, practical, and a variety of portable electronic devices can be used as a common power supply.Keywords: thermal protection; over-voltage protection; integrated circuits; oscillation frequency; pulse width modulation第一章概述 (1)1.1该逆变电源的基本构成和原理 (1)1.2逆变电源的技术性能指标及主要特点 (2)第二章逆变电源的主要元器件及其特性 (3)2.1 KA7500B电流模式PWM控制器 (3)2.2场效应管 (6)2.3三极管 (7)2.4 LM324N功能及特点 (7)第三章各部分支路电路设计及其参数计算 (9)3.1 DC/DC变换电路（附工作指示灯） (9)3.2输入过压保护电路 (10)3.3输出过压保护电路 (11)3.4 DC/AC变换电路 (11)3.5 KA7500B芯片І外围电路 (13)3.6 KA7500B芯片ІІ外围电路 (14)第四章调试及整机原理图 (16)4.1调试 (16)4.2该逆变电源的整机电路原理图(附录A) (16)4.3该电路的元件参数表(附录B) (16)附录A整机原理图 (17)附录B元件参数表 (18)参考文献 (20)致谢 (21)第一章概述1.1逆变电源的基本构成和原理（1）基本构成该设计电路的方框图如图1。

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、220V/50KHz整流滤波、逆变电路II、输出过压保护电路等组成。

逆变电路I、逆变电路II的框图分别见图2、图3。

逆变电路又包括频率产生电路（50KHz 和50Hz PWM脉冲宽度调制电路）、直流变换电路(DC/DC)将12V直流转换成220V直流、交流变换电路(DC/AC)将12V直流变换为220V交流。

图1整机原理方框图逆变电路I原理如图2所示。

此电路的主要功能是将12V直流电转换为220V/50KHz 的交流电。

图2逆变I电路原理方框图逆变电路II如图3所示。

此电路的主要功能是将220V直流电转换为220V/50Hz的交流电。

全桥电路以50Hz的频率交替导通，产生50Hz交流电。

图3逆变II电路原理方框图（2）电路工作原理输入12V直流电源电压，经过逆变电路I得到220V/50KHz的交流电，此交流电再经过整流滤波电路得到220V高压直流电，然后经过逆变II得到220V/50Hz交流电。

其中输入过压保护电路、输出过压保护电路、过热保护电路构成整个电路的保护电路。

一旦输入电压出现过大或者过小时，保护电路立即启动，然后停止逆变电路I的工作。

过热保护电路是当电路工作温度过高时，启动保护使逆变电路I停止工作。

输出过压保护电路与逆变电路II构成反馈回路，一旦电路输出异常则停止逆变电路II的工作。

在逆变电路I中是用一块KA7500B芯片产生50KHz的脉冲频率，经过变压器推挽电路将12V 直流转换成220V/50KHz的交流电。

在逆变电路II中再用一块KA7500B芯片产生50Hz 的脉冲波，全桥电路以50Hz的频率交替导通，从而将220V直流和50Hz脉冲电路整合，然后输出220V/50Hz的交流电。

在该电路中都是利用KA7500B的输出端作为逆变电路工作状态的控制端。

1. 2逆变电源的技术性能指标及主要特点（1）输入：12V直流（汽车蓄电池）。

（2）输出：220V交流（非正弦波）。

（3）输出功率：大于100W。

（4）具有输入过压保护和输出过压保护。

（5）有过热保护功能。

（6）可作为多种电器的通用电源。

（7）含有工作正常指示灯。

第二章逆变电源的主要元器件及其特性2.1 KA7500B电流模式PWM控制器KA7500B是一块开关式脉冲宽度调控电路，主要用于开关式电源控制。

采用DIP16/SOP16封装形式。

KA7500B是一块脉冲宽度调制方式的开关稳压控制器电路，由基准电压震荡器误差放大器比较器FF（触发器）输出控制电路输出晶体管和空载时间等电路构成输出晶体管，能够用输出控制电路选择推挽工作或单端放大工作。

（1）主要特征KA7500输出电流：I 0=200mA工作频率：f=1~300kHz内置两个相同类型的误差放大器内置5V基准电压可选择输出方式（2）脉宽调制集成电路KA7500B各引脚功能及实测数据参见表1。

表1：脉宽调制集成电路KA7500B各引脚功能及实测数据引脚引脚功能工作电压（V）在路电阻值（KΩ）正向反向号1 电压取样放大器同相输入端 4.8 4.5 72 电压取样放大器同相输入端 4.6 8 8.83 反馈控制端 2.2 9.2 ∞4 脉宽调制输出控制端（死区0 9.5 19控制端）5 振荡1 0.6 9 12.66 振荡2 0 9 217 地0 0 08 脉宽调制输出1 2 7.5 219 地0 0 010 地0 0 011 脉宽调制输出12 2 7.5 2112 电源输入端 5 6.2 1713 输出方式控制端 5 4 414 电压取样比较放大器负端 5 4 415 电流取样放大器反相输入端 5 4 416 电流取样放大器同相输入端 2 7.5 8（3）工作原理KA7500控制2个功率开关管轮流开、闭，并通过高频变压器将能量传送到次级，然后通过高频整流二极管还原成直流低电压，经过滤波后提供+12V、+5V、-5V、-12V 电压。

通过1脚的取样电路我们可以调节整个输出部分的电压大小。

整个回路选用元件比较普通，但安排的很整齐，没有东倒西歪的元件，结构规范。

高频变压器比正常的略大一些，电阻全部采用4环1/8W电阻，全部卧式焊接，最后用高温胶固定较大的部件。

图4KA7500B内部结构图·输入电源电压为7~40V，可用稳压电源作为输入电源，从而使辅助电源简化。

KA7500B 末级的两只三极管在7~40V范围工作时，最大输出电流可达250mA。

因此，其带负载能力较强，即可按推挽方式工作，也可将两路输出并联工作，小功率时可直接驱动。

·内部有5V参考电压，使用方便，当参考电压短路时，有保护功能，控制很方便。

·内部有一对误差放大器，可做反馈放大及保护功能，控制非常方便。

·在高频开关电源中，输出方波必须对称，在其他一些应用中又需要方波人为不对称，即需控制方波的占空比。

通过对KA7500B的4脚控制，即可调节占空比，还可作输出软启动保护用。

·可以选择单端、并联及交替三种输出方式。

KA7500B的1脚及2脚为误差放大器的输入端。

由KA7500B芯片构成电压反馈电路时，1、2脚上通过电阻从内部5V基准电压上取分压，作为1脚比较的基准。

3脚用于补偿校正，为PWM比较器的输入端，接入电阻和电容后可以抑制振荡，4脚为死区时间控制端，加在4脚上的电压越高，死区宽度越大。

当4脚接地时，死区宽度为零，即全输出；当其接5V电压时；死区宽度最大，无输出脉冲。

利用此特点，在4脚和14脚之间接一个电容，可达到输出软启动的目的，还可以供短路保护用。

5脚及6脚接振荡器的接地电容、电阻。

KA7500B内置线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：1(1)FoscCtRt输出脉冲的宽度是通过电容Ct上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较而实现的。