一种车载用方波逆变电源的设计

摘要：论文设计了一款车载用12伏转220伏DC-AC方波逆变器电源;该方波逆变器采用芯片TL494作为核心主控制器;为了减弱外部电流对芯片产生的干扰，增强高电平输出时的驱动能力，利用四个二极管与两个开关管构成灌电流驱动电路，用来驱动两路N通道MOSFET开关管;在分析方波逆变器工作原理基础上，还根据其性能对电路的元件进行了分析并制作了样机，并且对样机做出调试和测试;详细阐述了样机方波逆变器的制作和测试过程，分析了试验的波形和测试结果;实验结果表明，该方波逆变器的主电路结构清晰，使用较为方便、成本低廉、性能稳定。

关键词：方波逆变器;TL494;车载电源;PWM

1 引言

由于近几年汽车工业的快速发展，车载电子设备的日益综合化、实用化和小型化，已广泛的运用在汽车电子的各个领域中;而随着大数据、人工智能、新能源汽车技术研究的不断深入，车载电子设备技术也在不断的迭代与更新。开关电源在电子设备应用方面涉及范围较广，而且在现代的汽车电子产业中具有较大的发展思路和空间，其中逆变电源在车载方面应用也越来越多。逆变器主要分为方波逆变器和正弦波逆变器，目前市场上车载逆变器主要是方逆变器，因为逆变器电路结构简单，输出电压稳定;而随着电子产品的不断发展目前很多负载对于供电要求也逐渐降低，最大的需求还是在电能变换的环节，因此车载方波逆变器也得到了行业越来越多的关注和研究。相比正弦波逆变技术，方波逆变的技术要求和生产成本更低，而车载设备对于交流电的波形质量要求都不高，方波也基本上可以满足供电要求，所以今后的方波逆变器的研究依旧是比较热门的课题，因此降低方波逆变电路的成本及提高电路性能依然是值得投入研究的方向。

2 硬件设计

2.1 系统框图

本电路设计是以芯片TL494为主的控制电路，外接驱动电路，经变DC-AC变换后，得到直流电转交流电的目的，逆变器工作的框图如上图1所示。

2.2 TL494工作原理

TL494的原理构图和内部结构如图2所示。由图可见，它的内部内置了两个比较器、一个振荡器、一个触发器、一个+5V基准电源、死区控制、两个输出功率放大用的开关管。TL494的工作原理由输出控制电路、供电与基准电源电路、振荡电路、死区时间控制电压比较控制电路、PWM比较控制电路五个部分组成。输出控制电路是在TL494内置2个功率输出管，提供500mA的驱动力，TL494的工作状态是由引脚13来控制;TL494的电源供电端也就是引脚12，它可以允许输入8-40V的电压。TL494无需在外部接稳压器，TL494的引脚14是一个+5V的基准电压源;振荡电路就是TL494内置的直流电源端和电源直流地，即引脚12和7，形成供电回路;死区电压比较控制电路采用TL494内部振荡电路产生的锯齿波震荡电压送到内部电压比较器1的同相端，然后再与输入带电压比较器的死区电平控制信号;PWM比较控制电路由TL494内置误差放大器和电压发生器所输出的控制信号，经过门控电路后产生的一个控制信号，并将这个信号送到电压比较器2的反相端，再与被送到电压比较器2的锯齿波震荡电压作比较，锯齿波震荡电压是由锯齿波振荡器产生的。该芯片的振荡频率与主电路图中的四个开关管有关，即它的开关损耗和开关速度。它的开关输出频率与振荡器的频率一样，提供了开关电源必须的振荡控制信号，频率由引脚5、6外接的Rt、Ct决定。

2.3 激式变换部分TL494

由芯片TL494，两路驱动电路，芯片经变换输出两路不同的PWM波，一个45W的EI型硅钢片变压器组成。当S1关断时，TL494无输出脉冲，MOS FET开关管D3、D4无任何电流。K1接通时，这三个端口电压值为实验室可调电源的正极电压。引脚9和10為内部驱动级三极管发射极，正常情况下电压值约为1.8V，每一路个两只并联。引脚13、14和15连一起，接引脚2，其中引脚14输出5V基准电压，让引脚13有5V高电平，控制门电路，触发器输出两路驱动脉冲，用于TL494内部推挽开关电路。引脚15接5V电压，构成误差放大器反相输入基准电压。此接法中，引脚16输入大于5V的高电平时，可通过稳压作用降低输出电压，或关断驱动脉冲而实现保护。在它激逆变器中输出超压的可能性几乎没有，所以在主电路中电路中引脚16未用，直接接地。TL494激式部分如图3所示。

2.4 正弦逆变电路设计

如图4所示，为逆变器核心电路部分，其核心开关芯片采用TL494，芯片内部具有线性锯齿波振荡器、5V参考基准电压源、误差放大器、可调整死区时间控制等。而它连接之外的是灌电流驱动电路，D1-D4、Q1-Q2构成灌电流驱动电路，用来驱动两路各两只55V、110A的MOS FET N通道开关管，每路开关管采用的是并联应用。经主电路变换之后，直流电转变成交流电，再接上变压器，便可得到输出交流电220V。芯片TL494可以产生一个两路互补的PWM波，当第一路为高电平的时候，第二路为低电平;变压器是初级为两个线圈，次级为一个线圈。初级两个线圈不能同时导通的，用以保证MOS管的正常工作。然后就是当一路的MOS管导通，而对应的变压器初级上半个线圈导通，就会在次级线圈感应出正半轴的交流电;接着第二路的两只MOS管导通，同时变压器初级下半个线圈导通，次级线圈就会感应出一个反方向的交流电，即负半轴的交流电。电路中R6、R7、R10、R11四个电阻的作用是为了均流，从而减小由于功率参数管的差异对电路的影响。而且它还可以对四个MOS管提供启动电压。同时选择小电阻的原因就是它的阻值越小，越能减小电路功率的损耗，最短限度的实现功率输出。

由上所示的表3-1与3-2统计，逆变器在10-50W的恒定功率输出的情况下，输出电压比较稳定，且误差相对较小，能够达到一般的车载电子设备的供电要求，该设计具有一定的实用性。

4结语

本设计提出的基于TL494车载用方波逆变电源，在车载电子产品中有一定的应用。从实验的数据可以得出该电路具有较好的性能，并且电路成本比较低、结构相对简单，对于功率要求不高的220V交流供电的汽车电子产品中有一定的应用价值。

参考文献

[1]赵群.基于EG8010芯片新型纯正弦波逆变器设计[J].电子制作，2014（02）：17+9.

[2]田锡禄，宁媛.基于SVPWM的三相正弦逆变器的研究与设计[J].机械研究与应用，2015，28（04）：165-167+171.

[3]杨川，李迅波.应急电源正弦逆变器DSP控制的研究[J].微计算机信息，2008（29）：162-163+96

[4]周玉柱，茆美琴，苏建徽，张国荣，杜燕.基于前馈加反馈控制的光伏正弦逆变器设计[J].中国建设动态.阳光能源，2006（05）：42-44.

[5]海涛.基于C语言的正弦逆变器的软件设计[J].微计算机信息，2000（04）：45-46.

[6]王学梅，张波，丘东元.H桥正弦逆变器的快变和慢变稳定性及混沌行为研究[J].物理学报，2009，58（04）：2248-2254.

[7]梁奇峰主编.开关电源原理与分析[M].北京：机械工业出版社，2012.10.

[8]基于TL494的开关稳压电源设计[J]. 谢光希，张华，王川.中国高新技术企业.2007（16）

[9]黄丽亚主编.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2012.12.

[10]陈学锋.电源技术基础[M].郑州：黄河水利出版社，2011.08.

基金项目：2019年南宁市科学研究与技术开发计划项目（合同编号20194155）;2019年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（2019KY0947）;南宁学院2018年科研团队建设项目（2018KYTD05）;南宁学院2019年校级科研项目（2019XJ01）

作者简介：朱浩亮，男，汉族，硕士研究生，副教授，主要研究领域：电子技术和嵌入式系统

3212501908206