TL494正弦波逆变电源设计.doc
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1、TL494正弦波逆变电源设计 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途 1. TL494正弦波逆变电源设计1.1 概述: TL494本身就是一种固定频率脉宽调制电路,它包含了开关电源控制所需的全部功能,广泛应用于单端正激双管室、半桥式、全桥式开关电源.TL494有SO16和PDIP16两种封装形式,以适应不同场合的要求。次课程设计我所设计的是TL494正弦波逆变电路,其电路的主要功能是: 1)逆变就是将直流变为交流.由波形发生器产生50Hz、幅度可变的正弦波,与锯齿波比较后,再通过PWM电路,输出SPWM波,经过驱动电路逆变电路,再经过高频变压器与滤波电路输出50Hz的正弦波。 2)电路由
2、主电路与控制电路组成,主电路主要环节:高频逆变电路、滤波环节。控制电路主要环节:正弦信号发生电路、脉宽调制PWM、电压电流检测单元、驱动电路。 3)功率变换电路中的高频开关器件采用IGBT或MOSFET. 4)系统具有完善的保护 这是本次课程设计中要设计的电路的概况,其实总的来说用TL494为主要元件实现的正弦波逆变电路控制器具有构思新颖、电路简单、成本低廉以及控制过程稳定等特点,在很多工业控制场合可获得广泛的应用。1。2 系统总体方案的确定: 通过对设计内容和设计要求的具体分析,我把电路分别设计成两部分:一是主电路,即是采用高频逆变电路和高频变压器的组合来实现,其中的滤波电路则是采用的线路滤
3、波的方式,高频逆变电路由于其要求的特殊性我采用了电压型半桥逆变电路和高频开关IGBT相连接的方法,并且和高频变压器的组合可以高效的实现直流电向交流电的逆变过程。 第二部分控制电路,当然是采用集成芯片TL494来实现,主要原因在于主电路的电流逆变过程中控制电路各单元的复杂性,而TL494本身包含了开关电路控制所需的全部功能和全部脉宽调制电路,同时片内置有线性误差放大器和其他驱动电路等,因此便可以同时实现:正弦信号发生单元、脉宽调制PWM单元、电压电流检测单元和驱动电路单元。 这样就完全确定了系统总体电路的方案。如图1。2。1框图:1。3总电路图的设计如图1.3.1: 总体电路图的设计主要还是依据
4、任务书上的设计要求和设计内容,其中高频逆变电路的设计主要是采用电压型半桥式逆变电路,由于其只含有两个高频IGBT开关,输出电压波形是矩形波,输出电流波形近似为正弦波,本次TL494正弦波逆变电路的设计中最重要的两个部分是高频逆变电路和控制电路,高频逆变电路我是采用了电压型半桥式逆变电路,区中含有两个高频开关IGBT,可有效地实现高频转换,而控制电路则是采用TL494的集成芯片来完成的,由于七内部包含了开关电源控制所需的全部功能,因此便可以简单、高效地实现对高频逆变电路的控制同时还可以有效地保护电路,因为其自身带有电压、电流保护装置。因此只要将测量的电压电流直接连接其输入端即可,最后再经过高频变
5、压器的文雅和线路滤波,便可以实现对整体电路的最终要求。1.4电路设计元件计算与选用: 本次设计的TL494正弦波逆变电路中,最重要的就是高频开关IGBT的选用,根据电路设计的主要参数:1) 输入输出电压:输入(DC)+50V、输出36V(AC)2) 输出电流:1A3) 电压调整率:1%4) 负载调整率:1%5) 效率:0.8因此,管子电压直流DC50V经过半桥式逆变电路,加至逆变桥的电压U约为100V,考虑余量通常选用600V等级的IGBT管,通常模块结构的IGBT,其电压等级为600V、1200V、1700V三种. 管子的电流:由于IGBT管较多工作于脉冲调制状态,计算有效电流值较困难,器件
6、的高频开关损耗又与工作频率和电路缓冲等结构有关.IGBT管标定的电流等级是集电极连续电流Ic,没有考虑重复开关的损耗,工程计算是以实际流过管子的最大峰值电流(瞬时过流电流不考虑)在考虑2杯左右裕量来选择.以本装置为例,输出电流为100A,高频整流变压器电压比为5.3:1,变压器一次电流即IGBT管峰值电流约为1A/5。3=0。19A,考虑开关损耗和裕量选25A的管子。 1.5单元控制电路的设计1.5.1主电路图:主电路图主要指的就是高频逆变电路,我所采用的是电压型半桥式电路。其中包含有逆变电路、高频变压器、滤波环节。电压型逆变的特点是输出电压矩形波,输出电流近似正弦,如图1。31、如图1.32
7、、如图1.33所示: 当IGBT二管均不出发截止时,通过电容C1/C2分压,电容二端均为1/2U。当IGBT1管出发导通时,U经IGBT1管VT1,高频变压器一次侧对C2充电,C1上电压通过VT1管对变压器放电;VT2管导通VT1关断时,U经VT2,变压器对C1充电,C2通过VT2管对变压器放电,如图1.31所示,由于C1/C2电容量大,器件交替触发通断频率高,电容两端电压可看成不变均为1/2U。 从理想状态分析,逆变器输出电压波形为交变矩形波,幅值均为1/2U,如图1。32所示。感性负载时,由于电流滞后电压,IGBT管需接反并二极管(模块内部已有),提供无功功率与续流如图1。32所示.实际工
8、作时,由于IGBT管关断需要时间,在两管交替触发时刻会造成两管同时导通使直流电压电路,这是绝对不允许的。为此通过触发脉冲的脉宽调制控制是IGBT管导通时间小于1/2T,即出现两管均不导通的死区,通常控制脉宽占空比范围为0。850.9,这种控制方式称死区控制,此时逆变桥输出电压、电流波形: 如图1.33所示,为一周期内死区时间,则T/T0。850。9。t1时刻以导通的VT1管触发关断,由于高频变压器漏感储能作用,使变压器一次侧应出1/2U电压,极性为左正右负,因此VT1管C1E1端电压从零瞬时突跳至U,随着漏感储能的释放Ucle1电压迅速降至1/2U,在VT1管两端出现尖峰电压。t1-t2为/2
9、,t2时刻触发VT2管导通,Ucle1稳定升至U值,t3时刻关断VT2,变压器一次侧感应左负右正电压,大小近似为1/2U,致使Ucle1瞬时降为零,待漏感能量消失后回复至1/2U,t4时刻VT1DAOTONG ,t5时刻VT1重复关断,逆变管电压电流与驱动脉冲波形如图1.34所示。1.5。2滤波环节电路图:高频装置必须考虑射频干扰(RFI)与电磁干扰(EMI)以及谐波影响,本装置在交流输入端采用线路滤波器,用于有效抑制和吸收电网出现的强脉冲对电源的干扰,同时线路滤波器具有良好的共模和公差插入损耗,有效地抑制电源产生的高频干扰信号影响电网,实现电源与电网的隔离和减少电源对周围环境的电磁干扰。同理
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