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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 1 引言 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 设计 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