摘要：論文設(shè)計(jì)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(duì)芯片產(chǎn)生的干擾，增強(qiáng)高電平輸出時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力，利用四個(gè)二極管與兩個(gè)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成灌電流驅(qū)動(dòng)電路，用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩路N通道MOSFET開(kāi)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(duì)電路的元件進(jìn)行了分析并制作了樣機(jī)，并且對(duì)樣機(jī)做出調(diào)試和測(cè)試;詳細(xì)闡述了樣機(jī)方波逆變器的制作和測(cè)試過(guò)程，分析了試驗(yàn)的波形和測(cè)試結(jié)果;實(shí)驗(yàn)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(shí)用化和小型化，已廣泛的運(yùn)用在汽車電子的各個(gè)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(kāi)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(lái)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(chǎng)上車載逆變器主要是方逆變器，因?yàn)槟孀兤麟娐方Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(fù)載對(duì)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(lái)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(duì)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(jì)

2.1 系統(tǒng)框圖

本電路設(shè)計(jì)是以芯片TL494為主的控制電路，外接驅(qū)動(dòng)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(jiàn)，它的內(nèi)部?jī)?nèi)置了兩個(gè)比較器、一個(gè)振蕩器、一個(gè)觸發(fā)器、一個(gè)+5V基準(zhǔn)電源、死區(qū)控制、兩個(gè)輸出功率放大用的開(kāi)關(guān)管。TL494的工作原理由輸出控制電路、供電與基準(zhǔn)電源電路、振蕩電路、死區(qū)時(shí)間控制電壓比較控制電路、PWM比較控制電路五個(gè)部分組成。輸出控制電路是在TL494內(nèi)置2個(gè)功率輸出管，提供500mA的驅(qū)動(dòng)力，TL494的工作狀態(tài)是由引腳13來(lái)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(wú)需在外部接穩(wěn)壓器，TL494的引腳14是一個(gè)+5V的基準(zhǔn)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(hào);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(hào)，經(jīng)過(guò)門控電路后產(chǎn)生的一個(gè)控制信號(hào)，并將這個(gè)信號(hào)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(gè)開(kāi)關(guān)管有關(guān)，即它的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)速度。它的開(kāi)關(guān)輸出頻率與振蕩器的頻率一樣，提供了開(kāi)關(guān)電源必須的振蕩控制信號(hào)，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(dòng)電路，芯片經(jīng)變換輸出兩路不同的PWM波，一個(gè)45W的EI型硅鋼片變壓器組成。當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，TL494無(wú)輸出脈沖，MOS FET開(kāi)關(guān)管D3、D4無(wú)任何電流。K1接通時(shí)，這三個(gè)端口電壓值為實(shí)驗(yàn)室可調(diào)電源的正極電壓。引腳9和10為內(nèi)部驅(qū)動(dòng)級(jí)三極管發(fā)射極，正常情況下電壓值約為1.8V，每一路個(gè)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(zhǔn)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(dòng)脈沖，用于TL494內(nèi)部推挽開(kāi)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(zhǔn)電壓。此接法中，引腳16輸入大于5V的高電平時(shí)，可通過(guò)穩(wěn)壓作用降低輸出電壓，或關(guān)斷驅(qū)動(dòng)脈沖而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。在它激逆變器中輸出超壓的可能性幾乎沒(méi)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(jì)

如圖4所示，為逆變器核心電路部分，其核心開(kāi)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(zhǔn)電壓源、誤差放大器、可調(diào)整死區(qū)時(shí)間控制等。而它連接之外的是灌電流驅(qū)動(dòng)電路，D1-D4、Q1-Q2構(gòu)成灌電流驅(qū)動(dòng)電路，用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩路各兩只55V、110A的MOS FET N通道開(kāi)關(guān)管，每路開(kāi)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(gè)兩路互補(bǔ)的PWM波，當(dāng)?shù)谝宦窞楦唠娖降臅r(shí)候，第二路為低電平;變壓器是初級(jí)為兩個(gè)線圈，次級(jí)為一個(gè)線圈。初級(jí)兩個(gè)線圈不能同時(shí)導(dǎo)通的，用以保證MOS管的正常工作。然后就是當(dāng)一路的MOS管導(dǎo)通，而對(duì)應(yīng)的變壓器初級(jí)上半個(gè)線圈導(dǎo)通，就會(huì)在次級(jí)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(shí)變壓器初級(jí)下半個(gè)線圈導(dǎo)通，次級(jí)線圈就會(huì)感應(yīng)出一個(gè)反方向的交流電，即負(fù)半軸的交流電。電路中R6、R7、R10、R11四個(gè)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(duì)電路的影響。而且它還可以對(duì)四個(gè)MOS管提供啟動(dòng)電壓。同時(shí)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(shí)現(xiàn)功率輸出。

由上所示的表3-1與3-2統(tǒng)計(jì)，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(duì)較小，能夠達(dá)到一般的車載電子設(shè)備的供電要求，該設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)用性。

4結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)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(jià)值。

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作者簡(jiǎn)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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