基于SG3525A的太阳能逆变电源设计

第一篇：基于SG3525A的太阳能逆变电源设计

基于SG3525A的太阳能逆变电源设计

北京无线电技术研究所 徐东生2006-5-12

摘 要：本文主要介绍了SG3525A在研制太阳能逆变电源中的应用，其脉冲波形随设计线路的不同而产生不同的结果，从而解决了随机烧毁功率管的技术问题。关键词：SG3525A；逆变电源；MOSFET-90N10 引言

本文涉及的是光明工程中一个课题的具体技术问题。该课题的基本原理是逆变器由直流蓄电池供电，用太阳能为蓄电池充电，然后逆变电源输出220V、50Hz的交流电供用户使用。在研制过程中，有时随机出现烧毁大功率管的现象，本文对这一现象给出了解决方案。

图1 SG3525A驱动MOS功率管电路图

图2 逆变器工作过程中波形图

（a）

(b)图3(A)逆变器缓启动(B)逆变器硬启动

SG3525A和逆变电源

本课题研发的逆变器使用的核心器件是SG3525A，以下分别简述其基本性能和工作过程。SG3525A基本性能

SG3525A PWM型开关电源集成控制器包括开关稳压所需的全部控制电路，设有欠压锁定电路和缓启动电路可提供精密度为5V±1%的基准电压。其开关频率高达200KHz以上，适合于驱动N沟道MOS功率管。本课题使用SG3525A产生50Hz的准正弦方波，为逆变器提供输出功率信号，去推动N沟道MOS功率管90N08，如图1所示。逆变器工作过程

当SG3525A被加电后(12V)会输出两列50Hz反向的方波，其幅度为9V。这两路方波分别进入G1、G2、G3、G4所示的四条支路(图1)，经各电路分别调整后输出，输出脉冲序列如图2(B)所示。最终调制合成为A、B两端输出的交流方波。其波形见图2(A)。该50Hz的序列方波由A、B两端进入电力变压器DT。通过变压器升压后由逆变器电源输出220V、50Hz交流方波。根据市场的不同需求生产出200W、600W、800W各个系列的逆变电源。

问题的出现与解决

逆变器在额定负载条件下能够长期运行，但是当进行负载切换时或者当外电路有严重扰动时，偶尔会发生大功率管MOSFET90N08烧毁的现象。现以800W逆变器进行剖析。

缓启动：如图3(A)所示状态，同时满负载加在逆变器输出上，然后启动逆变器使之运行，一切正常工作。

硬启动：如图3(B)所示状态，即加满负载后再闭合开关K1强行硬启动。这时就偶尔有大功率场效应管短路烧毁的现象发生，经分析发现当G3推动的大功率管TV3尚未完全关断时，G4开启了对应的大功率管TV4，如果TV3和TV4同时开通就会造成短路现象。此时就会烧毁大功率管。而当D点和C点、E点和F点进行相互交换后两个管子开启的时间差为100ms左右，这样就保证了G3和G4的推动信号不会同一时刻开启VT3、VT4，从而避免了短路现象。直到目前尚未发生因硬启动和外电路干扰而烧毁大功率管的现象。■ 参考文献 王剑英，常敏慧编著.新型开关电源技术.北京： 电子工业出版社.2001.7 2 张占松，蔡宣三编著.开关电源的原理与设计.北京：电子工业出版社.2000.3

第二篇：逆变电源毕业设计

内江师范学院本科毕业设计

目录

1引言...........................................................................................................................................1 2设计说明书...............................................................................................................................2 2.1概述................................................................................................................................2 2.1.1该逆变电源的基本构成和原理.................................................................................2 2.1.2逆变电源的技术性能指标及主要特点.....................................................................4 2.2逆变电源的主要元器件及其特性................................................................................4 2.2.1 TL494电流模式PWM控制器..................................................................................4 2.2.2场效应管.....................................................................................................................7 2.2.3三极管.........................................................................................................................8 2.3各部分支路电路设计及其参数计算............................................................................8 2.3.1 DC/DC变换电路（附工作指示灯）........................................................................8 2.3.2输入过压保护电路...................................................................................................10 2.3.3输出过压保护电路...................................................................................................11 2.3.4 DC/AC变换电路......................................................................................................12 2.3.5 TL494芯片І外围电路............................................................................................13 2.3.6 TL494芯片ІІ外围电路..........................................................................................14 2.3.7该逆变电源的整机电路原理图(附录A)................................................................15 2.3.8该电路的元件参数表(附录B).................................................................................15 3调试.........................................................................................................................................16 附录A整机原理图...................................................................................................................17 附录B元件参数表...................................................................................................................18 附录C整机PCB板(两面).......................................................................................................20 参考文献....................................................................................................................................21 致谢............................................................................................................错误！未定义书签。

i

内江师范学院本科毕业设计

摘要

该设计主要应用开关电源电路技术有关知识。涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，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的电路。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。该电源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：过热保护；过压保护；集成电路；振荡频率；脉宽调制

ii

内江师范学院本科毕业设计

Abstract

The design applying the switching power source circuit technology in connected.Relating with knowledge about what imitate integrated circuit、power source integrated circuit、power amplification integrated circuit and switching regulated voltage circuit on principle.Sufficient apply chip TL494 fixed-frequency pulse width modulation circuit and field effect transistor(N channel strengthen MOSFET)whose switch speed quick, nothing secondary Break down and hot stability good merit to design circuit.Owe the inverter main part ingredient by DC/DC circuit、importing the over-voltage crowbar circuit、exporting an over-voltage crowbar protect a circuit、overheat protective circuit、DC/AC shifts circuit、oscillating circuit and entire bridge circuit.Continuing for during the period of the job exports power functions such as being 150 W, having the regular guiding lights working, exporting an over-voltage crowbar, importing the over-voltage crowbar and overheat protective.The cost of manufacture being a power source of turn is comparatively cheap, the pragmatism is strong, and it has a function annex to the various portably type.Key words: over heat protective;over-voltage integrated circuit(IC);oscillating frequency;pulse width modulation(PWM).iii

内江师范学院本科毕业设计

1引言

目前逆变电源应用广泛，但是电路复杂，价格比较昂贵，为此设计一款逆变电源。该电源主要应用开关电源电路技术的有关知识，涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，充分运用芯片TL494的固定频率脉冲宽度调制电路[1]和场效应管[2]（N沟道增强型MOSFET）的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点与三极管一起构成的组合设计电路。

该逆变电源可将电瓶的12V直流电转换为220V/50Hz的交流电，供数码相机、CD机、MD唱机、笔记本电脑、小型录像机、电动剃须刀、手机等便携式产品使用。因此具有相当强的通用性。

该逆变电源在工作时的持续输出功率为150W，并且具有输出过压保护、输入过压保护以及过热保护等功能。该电源的制造成本较为低廉，千台以上数量的批产成本仅在40元/台左右，并且当印制板的尺寸不受限制时，可以将输出功率做到200W以上，因此该逆变电源几乎可以替代目前市场上所售的各种逆变器或者逆变电源产品，其应用前景十分广阔。1

内江师范学院本科毕业设计

2设计说明书

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

该设计电路的方框图如图1。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12V直流变换为220V交流。

图1 整机原理方框图

逆变电路I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。

内江师范学院本科毕业设计

图2 逆变I电路原理方框图

逆变电路II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

内江师范学院本科毕业设计

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

（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。

内江师范学院本科毕业设计

表1 TL494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 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比较器，振荡频率Fosc1，定时电阻取值在1KΩ以上

CtRt7 接地端 8、9、10、11 分别为TL494内部两个末级输出三极管的集电极和发射极 12

电源供电端 输出控制端，当该端电压为零时，用于驱动单端电路。该端接地时为并联单端 输出方式，接14脚时为推挽输出方式 15、16

5V基准电压输出端，最大输出电流为10mA

误差放大器II的反相和同相输入端

（3）工作原理

TL494是一个固定频率PWM控制电路，其内部结构如图4所示。TL494适用于设计所有的单端或双端开关电源电路，其主要性能如下：

内江师范学院本科毕业设计

图4 TL494内部结构图

·输入电源电压为7~40V，可用稳压电源作为输入电源，从而使辅助电源简化。TL494 末级的两只三极管在7~40V范围工作时，最大输出电流可达250mA。因此，其带负载能力较强，即可按推挽方式工作，也可将两路输出并联工作，小功率时可直接驱动。

·内部有5V参考电压，使用方便，当参考电压短路时，有保护功能，控制很方便。·内部有一对误差放大器，可做反馈放大及保护功能，控制非常方便。

·在高频开关电源中，输出方波必须对称，在其他一些应用中又需要方波人为不对称，即需控制方波的占空比。通过对TL494的4脚控制，即可调节占空比，还可作输出软启动保护用。

·可以选择单端、并联及交替三种输出方式。

TL494的1脚及2脚为误差放大器的输入端。由TL494芯片构成电压反馈电路时，1、2脚上通过电阻从内部5V基准电压上取分压，作为1脚比较的基准。3脚用于补偿校正，为PWM比较器的输入端，接入电阻和电容后可以抑制振荡，4脚为死区时间控制端，加在4脚上的电压越高，死区宽度越大。当4脚接地时，死区宽度为零，即全输出；当其接5V电压时；死区宽度最大，无输出脉冲。利用此特点，在4脚和14脚之间接一个电容，可达到输出软启动的目的，还可以供短路保护用。5脚及6脚接振荡器的接地电容、电阻。

内江师范学院本科毕业设计

TL494内置线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：

Fosc

1(1)CtRt输出脉冲的宽度是通过电容Ct上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较而实现的。三极管VT1和VT2受控于或非门。当双稳态触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号时才会被选通。当控制信号增大时，输出脉冲的宽度将减小。

控制信号由集成电路外部输入，其中一条送至死区时间比较器，另一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%。当输出端接地时，最大输出占空比为96%，当输出端接参考电平时，占空比为48%。在死区时间控制端上接固定电压（在0~3.3V之间）时，即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。

PWM比较器为误差放大器调节输出脉冲宽度提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变为3.5V时，输出的脉冲宽度由被死区确定的最大导通百分比时间下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到Ucc-2.0V的共模输入范围，这可从电源的输出电压和电流中察觉到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与PWM比较器反相输入端进行“或”运算。正是由于这种电路结构，误差放大器只需最小的输出即可支配控制回路。

当Ct放电时，一个正脉冲将出现在死区时间比较器的输出端，受脉冲约束的双稳态触发器进行计时，同时停止VT1和VT2的工作。若输出控制端连接到参考电压上，那么调制脉冲交替送至两个三极管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且占空比小于50%时，则输出驱动信号可分别从VT1和VT2中取得。输出变压器为一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更大的驱动电流输出时，可将VT1和VT2并联使用，这时需将输出模式控制端接地，以关闭双稳态触发器。在这种状态下，输出脉冲的频率将等于振荡器的频率。

TL494内置一个5V的基准电压产生电路，使用外置偏置电压时，可提供高达10mA的负载电流。在典型的0℃~70℃温度范围和50 mV电压的温漂条件下，该基准电压产生电路能提供±5%的精度。

2.2.2场效应管

内江师范学院本科毕业设计

场效应管是一种适应开关电源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。它是利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件[3]。其代表符号如图5。这种器件不仅兼有开关速度快、无存储时间、体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点，因此大大的扩展了它的应用范围，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。MOSFET开关较快而无存储时间，故在较高工作频率下开关损耗较小，另外所需的开关驱动功率小，降低了电路的复杂性。本设计采用的是N沟道增强型MOSFET。只有在正的漏极电源的作用下，在栅源之间加上正向电压（栅极接正，源极接负），才能使该场效应管导通。当Vgs>0时才有可能有电流即漏极电流产生。即当Vgs0时MOS管才导通。

图5 MOSFET代表符号图

2.2.3三极管

本设计选用了两种三极管，因为电路中有50KHz和50Hz两个频率，用于50KHz电路的三极管选择为8550型[4]，而用于50Hz低频的三极管选择为KSP44型。三极管的工作状态有截止、放大、饱和三种。此设计电路中主要运用三极管的导通截止的开关特性。

2.3各部分支路电路设计及其参数计算 2.3.1 DC/DC变换电路（附工作指示灯）

由DC/AC和整流滤波电路组成[5]。电路结构如图6，VT1和VT2的基极分别接TL494的两个内置晶体管的发射极。中心器件变压器T1，实现电压由12V脉冲电压转变为220V脉冲电压。此脉冲电压经过整流滤波电路变成220V高压直流电压。变压器T1的工作频率选为50KHz左右[4]，因此T1可选用EI33型的高频铁氧体磁心变压器，变压器的

内江师范学院本科毕业设计

匝数比为12220005，变压器选择为E型，可自制。经过实践调制选择初级匝数为10×2，次级匝数为190。10190005即满足变压器匝数比约为0.05。电路正常时，TL494的两个内置晶体管交替导通，导致图中晶体管VT1、VT2的基极也因此而交替导通，VT3和VT4 交替导通。因为变压器选择为E型，这样使变压器工作在推挽状态，VT3和VT4以频率为50KHz交替导通，使变压器的初级输入端有50KHz的交流电。当VT1导通时，场效应管VT3因为栅极无正偏压而截止，而此时VT2截止，导致场效应管VT4栅极有正偏压而导通。当VT1导通时，VT2截止，场效应管VT3因为栅极无正偏压而截止，而此时VT2截止，导致场效应管VT4栅极有正偏压而导通。且交替导通时其峰值电压为12V，即产生了12V/50KHz的交流电。当电路工作不正常时，TL494输出控制端为低电平时，TL494的两个内置晶体管的集电极（8脚和9脚）有12V正偏压，基极为高电平，导致两晶体管同时导通。VT1和VT2因为基极都为高电平而饱和导通，而场效应管VT3、VT4将因栅极无正偏压都处于截止状态，逆变电源停止工作，LED指示灯熄灭。极性电容C1滤去12V直流中的交流成分，降低输入干扰。滤波电容C1可取为2200μF。R1、R2、R3起限流作用，取值为4.7KΩ。整流滤波电路由四只整流二极管和一个滤波电容组成。四只整流二极管D1~D4接成电桥的形式，称单相桥式整流电路[2]。在桥式整流电路中，电容C2滤去了电路中的交流成分，由模拟电路直流稳压电源的电容滤波电路[2]知：

dRC3~5T

1(2)

2当f=50KHz时，1，R=116KΩ时，R为后继负载电阻，则C4.31010F。根50KHz据电容标称值选择C2为10μF。输出220V高压直流电，供后继逆变电路使用。

内江师范学院本科毕业设计

图6 直流变换电路图

2.3.2输入过压保护电路

电路结构如图7，由DZ1、电阻R1和电阻R2、电容C1、二极管VD1组成。输出端口接TL494芯片I的同相输入端（第1脚），通过该芯片的误差比较器对其输出进行控制[6]，当输入过大电压时，停止逆变电路工作从而使电路得到保护。因为输入电压直接决定了输出电压的值，对输入端电压的保护也是对输出端子间过大电压进行负载保护。VD1、C1、R1组成了保护状态维持电路，只要发生瞬间的输入电压过大现象，就导致稳压管击穿，电路将沿C1和R1支路充电，继续维持同相端的低电平状态，保护电路就会启动并维持一段时间。当C1和R1充电完成，C1和R2支路开始处于放电状态，当C1放电完成时，TL494芯片I的同相输入端由低电平翻转为高电平，导致TL494芯片I的3脚即反馈输入端为高电平状态，进而导致TL494芯片内部的PWM比较器、或门、或非门的输出均发生翻转，TL494芯片内置功率输出级三极管VT1和VT2均转为截止状态。此时将导致直流变换电路的场效应管处于截止状态，直流变换电路停止工作。同时TL494的4脚为高电平状态，4脚为高电平时，将抬高芯片内部死区时间比较器同相输入端的电位，使该比较器的输出为恒定的高电平，由TL494芯片内部结构知，芯片内置三极管截止，从而停止后继电路的工作。稳压管的稳压值一般为输入电压的100%~130%。稳压管DZ1的稳压值决定了该保护电路的启动门限电压值。考虑到汽车行驶过程中电瓶电压的正常值变化幅度大小，通常将稳压管的稳压值选为15V或者16V

内江师范学院本科毕业设计

较为合适。在此取为15V，稳压管的功率为0.15W。R1取为100KΩ，R2、R3均取为4.7KΩ，C1、C2均取为47μF。

图7 输入过压电路保护图

2.3.3输出过压保护电路

电路结构如图8，当输出电压过高时将导致稳压管DZ1击穿，使TL494芯片II的4脚对地的电压升高，启动TL494芯片II的保护电路，切断输出。VD1、C1、R2组成了保护状态维持电路，R3、R4为保护电阻，用以增大输出阻抗。稳压管的稳压值一般规定为输出电压的130%~150%[7]。后继电路为220V/50Hz输出，其中负载电阻为100KΩ，TL494芯片II的输出脚电压最大为12V，R1为限流电阻可取值为100KΩ，R2为保护电阻可取为16KΩ，根据电路分压知识[8]，则R2上的电压为：

UR2220R1R12201611630.34V

(3)

即稳压管的电压取值最大为30.34V，这里稳压管取值为30V。

内江师范学院本科毕业设计

图8 输出过压电路保护图

2.3.4 DC/AC变换电路

电路结构如图9，该变换电路为全桥桥式电路[6]。其中TL494芯片的8脚和11脚为内置的两个三极管的集电级，且两个内置三极管是交替导通的，变替导通的频率为50Hz。图中8脚和11脚分别接入了上下两部分完全对称的桥式电路，因为两三极管交替工作，工作频率为50Hz，所以选用桥式电路，目的在于得到50Hz交流电。上下两部分电路工作过程完全相同。选其中一部分作为说明。这里将其简化如图10。图中VT0为TL494芯片II的一个内置三极管设为VT00，另一个设为VT01。当VT00导通时，即VT01截止时：VT1的基级没有正偏压，从而使VT1截止，然后VT3的栅极有12V正偏电压，使VT3导通。而VT4因为栅极无正偏压截止，输出220V电压。当VT00截止时，即VT01导通时：VT1基级有12V正偏压，集电极有12V反向电压，从而导通。VT3的栅极无正偏电压，从而使VT3截止。而VT4因为栅极有12V正偏压导通。因为VT3截止，220V电压无法送至输出。但此时下半部分的电路有220V电压输出。因为此时TL494芯片II的另一个内置三极管VT01导通，它的集电极即第11脚使逆变电路I有220V电压输出。原理同上。上下两部分以频率为50Hz而交替导通，从而使电路有220V/50Hz的交流电输出。由于TL494芯片为脉冲调制器，其产生的波形为脉冲波而不是正弦波。VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6应选择低频小功率型的。这里VT1和VT2为晶体三极管可选择KSP14型，VT3、VT4、VT5和VT6为场效应管可选择为IRF740型。限流电阻可选择10KΩ、1KΩ、4.7KΩ、3.3KΩ的经典取值。C1、C2和C3均为平滑输出的吸收电容。C1和C2可取为10μF，C3取为0.01μF。

内江师范学院本科毕业设计

图9 DC/AC转换电路图

图10 简化图

2.3.5 TL494芯片І外围电路

内江师范学院本科毕业设计

电路结构如图11，包含过热保护电路及振荡电路。15脚为芯片TL494的反相输入端，16为同相输入端，电路正常情况下15脚电压应略高于16脚电压才能保证误差比较器II的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。因为芯片内置5V基准电压源，负载能力为10mA。所以15脚电压应高于5V。15脚电压计算式为：

U12R2R1R2Rt

(4)

这里Rt为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在150~300范围内任选，适当选大写可提高过热保护电路启动的灵敏度。这里取200。R1取36KΩ，R2取39KΩ，则15脚电压为6.22V。符合要求。该脉宽调制器的振荡频率为50KHz，由公式（1）知Fosc1CtRt，图中C2、R3为芯片的振荡元件。C2即为Ct，R3即为Rt。其中Fosc取为50KHz，C2取4700pF，则R3取4.3KΩ。

图11 TL494芯片I外围电路

2.3.6 TL494芯片ІІ外围电路

电路结构如图12，同样15脚为芯片TL494的反相输入端，16脚为同相输入端，电路正常情况下15脚电压应略高于16脚电压才能保证误差比较器II的输出为低电平，才能使芯片内两个三极管正常工作。因为芯片内置5V基准电压源，由图可知15脚的电压为5V，16脚的电压为0V。芯片内置比较器II的输出为低电平。5脚和6脚为振荡器的定时电容和定时电阻接入端。因为要使输出频率为50Hz，由公式Fosc1CtRt

内江师范学院本科毕业设计

知：当Rt取为220KΩ时，Ct9.09108μF，可取为0.1μF。C1和R2是芯片的振荡元件，即是R2取值为220KΩ，C1取值为0.1μF。芯片的8脚和11脚接逆变电路II，4脚接输入过压保护电路。电容C2取值为47μF，电阻R3取值为10KΩ，当输入过压保护电路启动后，使电容C2对R3放电，使4脚保持为低电平，使TL494芯片II的电路维持一端时间，直到C2放电完毕，则使4 脚为高电平，抬高死区电压，从而使芯片II停止工作。

图12 TL494芯片II外围电路

2.3.7该逆变电源的整机电路原理图(附录A)2.3.8该电路的元件参数表(附录B)15

内江师范学院本科毕业设计

3调试

该逆变电源在接通12V直流电源后，LED指示灯亮，说明电路工作正常。由于该电路设有上电软启动[9]功能，在接通电源后要等7S左右才有220V直流输出。若发生输入电流过大、输出电压过大或者电路工作环境过热的情况均会使LED指示灯变暗，说明逆变电路停止工作。若在接通电源后要等10S左右指示灯还没有点亮，说明逆变电路有问题或者LED灯极性安装反了。该电路的PCB板[10]示意图见附录C。

内江师范学院本科毕业设计

附录A整机原理图

内江师范学院本科毕业设计

附录B元件参数表

表2 元件参数表

装配位号 C1 C3 C5 C7 C9 C11 C14 VD1~VD4 VD9~VD11 VD13 DZ1 IC1、IC2 VT1、VT3 VT5、VT8 VT9、VT10 R2 R4 R6 R8~R11 R13 R15 R17、R18 R20 R22 R25 R27

装配参数 22μF/16V 47μF/16V 2200μF/16V 47μF /16V 0.01μF 0.22μF 0.01μF/1000V

1N4148 1N4148 1N4148 15V/0.5W TL494CN 8550 KSP44 IRF740 39K 270 4.7K 4.7K 10K 10K 1K 4.7K 10K 1K

3.3K

装配位号 C2 C4 C6 C8 C10 C12 C13 C15 VD5~VD8 VD12 VD14 DZ2 LED VT2、VT4 VT6、VT7

R1 R3 R5 R7 R12 R14 R16 R19 R21 R23、R24 R26

装配参数 47μF/16V 4700pF 47μF/16V 0.1μF 0.01μF 10μF/400V 10μF/50V 10μF/50V HER306 FR107 FR107 30V/0.5W 绿色Ф3 IRF3205 IRF740 36K 100K 100K 4.3K 470K 220K 4.7K 3.3K 1K 4.7K 16K

内江师范学院本科毕业设计

续表2

装配位号 DCIN Rt R28、R29

装配参数 12V/DC 150

100K

装配位号 X AC T1--

装配参数 弹片插孔 EI33--

内江师范学院本科毕业设计

附录C整机PCB板(两面)

内江师范学院本科毕业设计

参考文献

[1] 周志敏，周纪海，纪爱华．现代开关电源控制电路设计及应用[M]．北京：人民邮电出版社，2005：124-147．

[2] 康华光，陈大钦．电子技术基础（模拟部分）（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，1999：37，51，53-55，57，68-70，168-170，444-470．

[3] 康华光，邹寿彬．电子技术基础（数字部分）（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，2000：32-33，197-198．

[4] 曾兴雯，刘乃安，陈健．高频电子线路［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2004：95-97． [5] 何希才．新型电子电路应用实例[M]．北京：科学出版社，2005：22-26，241-245．

[6] 都永超，朱汉林．无线电（期刊）[J]．北京：人民邮电出版社．2005年11月总第518期．48-50． [7] 黄燕．常用电子设备开关电源检修方法[M]．北京：科学出版社，2002：30-38，84，94，154． [8] 李瀚荪．电路分析基础（第3版）[M]．北京：高等教育出版社，1993：51-55．

[9]《日英汉无线电技术词典》编辑组．日英汉无线电技术词典[Z]．北京：国防工业出版社，1971：258，496，761，901．

[10] 夏路易，石宗义．电路原理图与电路板设计教程PROTEL99SE[M]．北京：北京希望电子出版社，2002：72-79．

第三篇：基于SG3525A和IR2110的高频逆变电源设计.doc

基于SG3525A和IR2110的高频逆变电源设计

来源：电子设计应用 作者：深圳市慧康医疗器械有限公司 王大贵 潘文胜

摘 要：本文简述了PWM控制芯片SG3525A和高压驱动器IR2110的性能和结构特点，同时详细介绍了采用以SG3525A为核心器件的高频逆变电源设计。

关键词：PWM；SG3525A；IR2110；高频逆变电源

引言

随着PWM技术在变频、逆变频等领域的运用越来越广泛，以及IGBT、PowerMOSFET等功率性开关器件的快速发展，使得PWM控制的高压大功率电源向着小型化、高频化、智能化、高效率方向发展。

本文采用电压脉宽型PWM控制芯片SG3525A，以及高压悬浮驱动器IR2110，用功率开关器件IGBT模块方案实现高频逆变电源。另外，用单片机控制技术对此电源进行控制，使整个系统结构简单，并实现了系统的数字智能化。

SG3525A性能和结构

SG3525A是电压型PWM集成控制器，外接元 器件少，性能好，包括开关稳压所需的全部控制电路。其主要特性包括：外同步、软启动功能；死区调节、欠压锁定功能；误差放大以及关闭输出驱动 信号等功能；输出级采用推挽式电路结构，关断速度快，输出电流±400mA；可提供精密度为5V±1%的基准电压；开关频率范围100Hz~400KHZ。

其内部结构主要包括基准电压源、欠压锁定电路、锯齿波振荡器、误差放大器等，如图1所示。

图1 SG3525A内部框图及引脚功能

IR2110性能和结构

IR2110是美国IR公司生产的高压、高速PMOSFET和IGBT的理想驱动器。该芯片采用HVIC和闩锁抗干扰制造工艺，集成DIP、SOIC封装。其主要特性包括：悬浮通道电源采用自举电路，其电压最高可达500V；功率器件栅极驱动电压范围10V~20V；输出电流峰值为2A;逻辑电源范围5V~20V，而且逻辑电源地和功率地之间允许+5V的偏移量；带有下拉电阻的COMS施密特输入端，可以方便地与LSTTL和CMOS电平匹配；独立的低端和高端输入通道，具有欠电压同时锁定两通道功能;两通道的匹配延时为10ns；开关通断延时小，分别为120ns和90ns;工作频率达500kHz。

其内部结构主要包括逻辑输入，电平转换及输出保护等，如图2所示。

图2 IR2110内部框图及引脚功能

设计原理

高压侧悬浮驱动的自举原理

IR2110用于驱动半桥的电路如图3所示。图中C1、VD1分别为自举电容和二极管，C2为VCC的滤波电容。假定在S1关断期间，C1已充到足够的电压VC1≈VCC。当HIN为高电平时，VM1开通，VM2关断，VC1加到S1的门极和发射极之间，C1通过VM1、Rg1和S1门极栅极电容Cgc1放电，Cgc1被充电。此时VC1可等效为一个电压源。当HIN为低电平时，VM2开通，VM1断开，S1栅极电荷经Rg1、VM2迅速释放，S1关断。经短暂的死区时间(td)之后，LIN为高电平，S2开通，VCC经VD1、S2给C1充电，迅速为C1补充能量。如此循环反复。

图3 驱动半桥自举电路

自举元件设计

自举二极管(VD1)和电容(C1)是IR2110在PWM应用时需要严格挑选和设计的元器件，应根据一定的规则对其进行调整，使电路工作在最佳状态。

在工程应用中，取自举电容C1>2Qg/(VCC-10-1.5)。式中，Qg为IGBT门极提供的栅电荷。假定自举电容充电路径上有1.5V的压降(包括VD1的正向压降)，则在器件开

通后，自举电容两端电压比器件充分导通所需要的电压(10V)要高。

同时，在选择自举电容大小时，应综合考虑悬浮驱动的最宽导通时间ton(max)和最窄导通时间ton(min)。导通时间既不能太大影响窄脉冲的驱动性能，也不能太小而影响宽脉冲的驱动要求。根据功率器件的工作频率、开关速度、门极特性对导通时间进行选择，估算后经调试而定。

VD1主要用于阻断直流干线上的高压，其承受的电流是栅极电荷与开关频率之积。为了减少电荷损失，应选择反向漏电流小的二极管。

运用SG3525A和IR2110构成的高频逆变主电路图

高频逆变主电路如图4所示，逆变高压电路由全桥驱动组成。功率开关Q1~Q4采用IGBT模块。逆变主电路把直流电压V1转换为20kHz的高频矩形波交流电压送到高频高压变压器T1，经升压整流滤波后提供给负载供电。电路通过控制PWM1和PWM2的占空比，来得到脉宽可调的矩形波交流电压。VF为高压采样端反馈到控制系统的电压。

图 4 高压逆变主电路图

单片机组成的控制系统

图5所示为完整的高压逆变电源系统框图，它主要包括主电路及控制电路两部分。主电路主要包括逆变器直流电源、IGBT桥式逆变器、保护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆(高频整流器)等。控制电路主要包括电流、电压采样及其处理单元，PWM信号产生和驱动电路，单片机控制器，参数输入键盘及液晶显示，通信接口等部分。为了更好的解决系统的干扰、隔离、电磁兼容等问题，在控制部分和主电路采用光耦完全隔离。

此硬件系统配上软件系统，可使整个系统具有完整的人机界面和自诊断等智能化功能。

图5 单片机控制的逆变系统

结语

由PWM控制芯片SG3525A和高压驱动器IR2110组成的高频逆变电源，具有体积小、控制方便、电能利用效率高等优点。此系统目前已被用于医疗设备的高频电源。

参考文献：

智能化高频开关电源设计[J].电力电子技术.1996.30(3)2 电子变压器手册.辽宁科学技术出版社.1998.8 3 LPC900系列Flash单片机应用技术.北京航空航天大学出版社.2004.1

更新时间：2007-8-9 7:45:08 阅读：410

相关链接

基于 SG3525A和IR2110的高频逆变电源设计(2007-8-9 7:45:08)

第四篇：基于UC2525的交流逆变电源设计

基于UC2525的交流逆变电源设计

一、设计需求

本电源应用于一个交流电压转换的前端，输入的控制信号是4VAC(50HZ交流有效值变化范围2VAC-8VAC)，输入电源是350VDC(精度0.5%)。输出信号应跟输入信号成线性比例(放大20倍，精度0.5%)，且输入控制信号与输出信号相位误差小于20’，功率负载不小于30VA。

特殊需求：要求控制信号输入阻抗大于500M。

二、设计分析

本电源的模型为一个交流逆变电源，但是提供了控制信号并且要求与输入信号呈线性比例精度要求相当高，且有同相位的要求。所以本电源在一定意义上说是一个交流信号放大器。

输入的电源是350VDC，需要变成交流信号，变换方法就是采用SPWM的方式生成方波，然后通过LC变成标准正弦。生成SPWM就用到了TI的这颗芯片UC2525稳压脉宽调制器，然后控制MOS管的通断生成方波。

输入信号要求高阻抗可使用放大器做隔离，由于有输出精度要求所以放大器的放大倍数需要可调，从而满足设计需求。将处理后的信号输入UC2625作为PWM占空比控制信号，得到正确输出。

设计需求有精度和相位的要求，为了达到闭环控制的效果在输出端填加小信号电压互感器作为反馈。

三、分部实现说明 1 控制信号输入处理

五、设计遗憾 电路中有一个地方我还是没计算清楚就是UC2525的占空比控制，这也是我把这这个设计拿出来到TI博客大赛的原因。电路中从控制信号输出到反馈输入，再到半波整流都可以有详尽的设计计算，但是由于UC2525的基准三角波的不确定性(例如，峰峰值的不确定性，起始电压的不确定性等)造成正弦 波的精度没有办法得到更准确的设计计算支撑，只能通过微小的满度调整和反馈调整来保证，为批量生产带来和很大的不便。如果TI的工作人员看到这个设计，希望帮忙给予帮助。

第五篇：《太阳能》教学设计

第三节

太阳能

●教学目标

1.知识与技能

●知道太阳能是人类能源的宝库 ●了解太阳能的优点．

●知道直接利用太阳能的两条途径． 2.过程与方法

●培养学生的观察能力.●初步分析问题和解决问题的能力.3.情感、态度与价值观目标

通过课文讲解,使同学们养成实事求是的科学态度,热爱科学的情感.●教学重点

初步认识太阳的结构，知道太阳能是人类能源的宝库 ●教学难点

太阳能的利用 ●教学方法

讲授、合作 探究 交流。●教具准备

有关挂图、录像资料等 ●课时安排 1课时 ●教学过程

一、温故致新

教师：人类利用的常规能源是什么？可以开发利用的新能源有哪些呢？

学生：常规能源有煤、石油、天然气等化石燃料和风力、水力资源等等，可以开发利用的新能源有核能、太阳能、地热能、潮汐能等等．

教师：回答得很好，前面我们已经学习了核能的开发和利用，用铀做燃料的反应堆虽然能大大减少能源的消耗，但是铀的储量也是有限的，而且使用时要产生放射性污染；轻核的 1 / 6 聚变虽然比裂变干净，还能释放更多的能量，但是至今还没有真正解决和平利用的问题，所以还要开辟新能源．随着科学技术的发展，人们发现太阳不但一直间接地向人类提供生存和发展的能量，而且还是可能为人类长期地直接提供巨大能量的新能源．今天我们就来学习太阳能．

二、创设情境 导入新课

思考：

1、想象如果没有太阳，我们的世界会变成什么样子？

2、太阳巨大的能量是怎样产生的？人类又是怎样利用太阳能的呢？ 学生讨论

三、探求新知

学生先阅读课本找出下列问题答案

1、太阳能的优点有哪些？

2、为什么说煤和石油是来源于上亿年前的太阳上的核能？

3、太阳能的利用还有哪些困难？

四、重点突破

（一）太阳——巨大的“核能火炉”

1、太阳距地球1.5亿千米，直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，核心温度高达1 500万摄氏度。

太阳能结构图

2、在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，太阳就像一个巨大的“核能火炉”。

3、太阳能供应时间长久．

那么太阳能会不会用完呢？根据科学家推算，太阳像现在这样不停地向外辐射能量，太

/ 6 阳表面温度约6 000 ℃，太阳至今已经稳定地“燃烧”了近50亿年，而且还能继续“燃烧”50亿年。太阳能可以说是一种取之不尽，用之不竭的永久性能源.（二）太阳是人类能源的宝库

教师：我们到哪里去取太阳能？怎样获取呢？

太阳向外辐射的能量中，只有约二十亿分之一传递到地球。

太阳光已经照耀我们的地球近50亿年，地球在这近50亿年中积累的太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉。人类的日常生活，也无法离开阳光。

煤、石油、天然气的形成远古时期的植物通过光合作用将太阳能转化为生物体内的化学能。经过地壳的不断运动，死后的动植物躯体埋在地下和海底。经过几百万年的复杂变化，变成了煤、石油、天然气。

今天我们开采化石燃料，实际上是在开采上亿年前地球接收的太阳能。

煤 石油 想想议议

根据图说明太阳辐射到地球的能量的利用、转化和守恒的情况。

/ 6

有了雨水形成水能。

地球表面的部分水吸收太阳能变为水蒸气上升，遇冷后凝结成云，再遇冷空气形成雨，植物通过光合作用从太阳能中获取能量，以化学能的形式储存在植物体内，人类和动物从植物或其他动物处获取生物质能以维持生命

教师先请同学议论：如何利用太阳能？然后总结．

（三）太阳能的利用

利用太阳能的方法：

1．把太阳能转化成内能以供利用＞（讲解：例如用太阳炉、太阳能热水器等装置把太阳能转化成内能来做饭、烧水等等，也可用集热器把水加热，产生水蒸气，再推动汽轮发电机发电——这就叫太阳能热电站．）

2．通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能（讲解：例如用硅光电池——也叫太阳能电池，把太阳能直接转化成电能．太阳能电池的应用已很广泛，像人造卫星上的电源、太阳能汽车上的电源，小型电视机、计算器上的电源，城市道路路灯的电源等等都可用太阳能电池，我国还用太阳能电池做航标灯的电源，铁路信号灯的电源等等）

想想做做

1.在一个黑色盘子和一个白色盘子中分别注入约1cm深的冷水，用温度计测量初温。2.将玻璃板（或透明塑料纸）盖在盘子上，然后放在阳光下晒一个小时。3.移开盖板，用温度计测量水温。哪个盘中的水温高？ 想一想，为什么用黑色的盘子？为什么盘子上要盖玻璃板？ 结论：黑色盘中水温高

原因：黑色的物质易吸收太阳光的热量，比如你穿黑色衣服比穿白色的热，盖玻璃是为了防止热量散失。

太阳能的优点

1、太阳能十分巨大

2、太阳能供应时间长久

3、太阳能分布广阔，获取方便

4、使用太阳能安全、不污染环境 太阳能的缺点

/ 6 教师：既然太阳能有那么多优点，为什么不大量推广、大范围应用呢？目前还有些技术问题没有解决．

1、能源分散

（讲解：经计算，垂直投射到地面每平方米面积上的太阳能只有几百瓦，所以要大规模开发利用太阳能必须设置庞大的收集和转换能量的系统，目前造价还太高，影响推广．

2、受自然条件限制

由于地球的自转和气候、季节等原因，太阳能的功率变化大，不稳定，给正常连续地使用造成困难

3、转化效率低

目前太阳能转换器的效率不高（讲解：光热转换的效率为50～60%，而光电转换的效率只有10%左右．所以还要下大力气研制高转换效率的材料）

4、成本较高

总结：要大规模地直接利用太阳能还要做大量的研究工作，现在已取得一定成果，只要不断努力，必将会不断有新的进展，随着科学技术的进步，应用也将越来越广泛．有人预言，到21世纪，太阳能将会成为人类的重要能源之一．

四、课堂小结

1、太阳----巨大的“核能火炉”

2、太阳能是人类能源的宝库

3、太阳能的利用

目前直接利用太阳能的方式有两种： 光热转化——把太阳能转化成内能以供利用；

光电转化——通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能。

五、随堂练习

1、下列说法正确的是（）

A．原子弹爆炸属于原子核聚变

B．在太阳内部，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸

C．化石燃料、水能、地热能都属于新能源

D．做功冲程中，热机是将机械能转化为内能

/ 6 2．当今人类利用的常规能源是（AD），新能源是（BC）。

A.化石燃料 B.核能 C.太阳能 D.电能

3.关于太阳能电池，下列说法中错误的是（D）A.太阳能电池使用寿命长，不需燃料

B.太阳能电池产生的电压较低

C.太阳能电池使用方便，但目前转化效率很低 D.太阳能电池的制造成本低，有利于普遍推广

4、关于太阳能的利用,下列说法错误的是(B)A.太阳能可以转化为内能 B.太阳能不能直接转化为电能 C.利用太阳能安全清洁无污染

D.对人类而言，太阳能几乎是取之不尽、用之不竭的

●板书设计

22.3 太阳能

1、太阳——巨大的“核能火炉”

2、太阳是人类能源的宝库

3、太阳能的利用的两种方式：

光热转化——把太阳能转化成内能以供利用；

光电转化——通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能。

●布置作业

动手动脑学物理：1、2、、4 ●教后反思

本节课主要采用讲授、合作 探究 交流推理教学方法，同时采用先进的教学手段，使学生多方位获取知识。本节探究太阳能的活动，是让学生经历类似科学家研究太阳能的过程，一个利用证据逻辑推理及想象作出合理解释的过程。通过阅读资料和研讨认识煤、石油和天然气的成因，认识它们与太阳能的联系。认识到煤、石油、天然气的能量实际上是储存了亿万年的太阳能。从而了解我们使用的能量大多最终来自太阳。让学生知道要从小做起，从我做起，为整个社会达成节能环保的目标尽自己的一份力。

/ 6