车载逆变电源的设计

车载逆变电源的设计

摘要

本文设计了一款实用的车载逆变器。该车载逆变器充分运用芯片TL494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。该车载逆变器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：逆变电源；过热保护；过压保护；集成电路；振荡频率；脉宽调制

车载逆变器(电源转换器、Power Inverter )是一种能够将DC12V 直流电转换为和市电相同的AC220V 交流电、供一般电器使用的车用电源转换器。

车载逆变电源就是将汽车发动机或汽车电瓶上的直流电转换为工频交流电。它是常用的车用汽车电子用品。通过它可以在汽车上使用平时我们用市电才能工作的电器，比如电视机、笔记本电脑、电钻、医疗急救仪器、军用车载设备等，可应用于各个行业领域。按照输出波形来分，车载逆变电源可分为正弦波输出和方波输出两种。前者可提供不间断的高质量交流电，可适应任何负载，但其技术要求及成本高，电路结构比较复杂。后者提供的交流电的质量较差，且带载能力差，不能接“感性负载”，但其技术要求低，体积小，电路简单，价格低。

方波逆变器输出的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，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其带负载能力差，仅为额定负载的40%－60%，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，方波逆变器的制作方法采用简易的多谐振荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。

针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等）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，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总的来说，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高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。本文设计的逆变电源即为准正弦波逆变器。

2.1 概述

2.1.1 该逆变电源的基本构成和原理

（1）基本构成

本次设计电路的方框图如图1所示。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220V直流变换为220V交流)。

图1整机原理方框图

逆变电路I的原理如图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的原理如图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TL494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TL494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TL494的输出端作为逆变电路工作状态的控制端。

2.1.2 逆变电源的技术性能指标及主要特点

车载逆变器要将12V直流电转换为和市电相同的220V交流电，供一般电器使用。通常设备工作空间狭小，环境恶劣，干扰大。因此对电源的设计要求也很高，除了具有良好的电气性能外，还必须具备体积小，重量轻，成本低，可靠性高，抗干扰强等特点。

逆变电源质量的好坏极大地影响着电子设备的可靠性，其转换效率的高低和带负载能力的强弱直接关系着它的应用范围，因而本设计要求输出电压波形为准正弦波，以克服方波逆变器不能带感性负载的特点。

本设计逆变电源的性能指标及主要特点为：

（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。

2.2 逆变电源的主要元器件及其特性

2.2.1 TL494电流模式PWM控制器

TL494是一种固定频率脉冲宽度调制电路[1]，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛用于单端正激双管式、半桥式以及全桥式开关电源。TL494有SO—16和PDIP—16两种封装形式，以适应不同场合的要求。

（1）主要特征

集成了全部的脉冲宽度调制电路。

TL494内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。

TL494内置误差放大器。

TL494内置5V参考基准电压源。

可调整死区时间。

TL494内置功率晶体管，可提供500mA的驱动能力。

有推或拉两种输出方式。

（2）引脚设置及其功能

TL494的内部电路由基准电压产生电路、振荡器、死区时间比较器、误差放大器（两个）、PWM比较器以及输出电路等组成，各引脚功能见表1。

表1TL494引脚功能表

引脚号引脚功能

1、2 误差放大器I的同相和反相输入端

3 相位校正和增益控制端

4 间歇期调整，其上加0-3.3V电压时，可使截止时间从2%线性变化到100%；

死区时间控制，输入直流电压为0-4V，控制TL494输出脉冲的占空比为

0.45-0。在此基础上，占空比还受反馈信号控制，四脚还常用作软启动控制

端，使输出脉冲宽度由零逐渐达到设计值。

5、6 分别用于外接振荡电容Ct和振荡电阻Rt，产生锯齿波电压并送至PWM比