【正文】 ............................................................................................................ 22 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設計 1 第 1 章 開關電源基礎技術 開關電源概述 開關電源的工作原理 開關電源的工作原理圖如圖 11所示；圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓 Ui經(jīng)開關 S加至輸出端， S 為受控開關，是一個受開關 脈沖控制的開關調(diào)整管。 開關電源直流輸出電壓 U0與輸入電壓 Ui之間有如下關系： DUU iO ? (12) 由 (12)式可以看出，若開關周期 T 一定，改變開關 S 的導通時間 TON，即可改變脈沖占空比 D，達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。由于開關頻率不固定，所以輸出濾波電路的設計不易實現(xiàn)最優(yōu)化。其中 DC/DC 變換器用以進行功率變換，是開關電源的核心部分；驅(qū)動器是開關信號的放大部分，對來自信號源的開關信號放大 ，整形，以適應開關管的驅(qū)動要求；信號源產(chǎn)生控制信號，由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是 PWM 信號，也可以是 PFM信號或其它信號；比較放大器對給定信號和輸出反饋信號進行比較運算，控制開關信號的幅值，頻率，波形等，通過驅(qū)動器控制開關器件的占空比，達到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。負載變換瞬態(tài)響應主要由輸出端 LC 濾波器的特性決定。 ：開關電源的交流輸入電壓在 90— 270V 范圍變化時，輸出電壓的變化在177。 ：由于功率開關管工作在開關狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，所以采用開關電源可以提高整機的可靠性和穩(wěn)定性。 U0和功率開關晶體管 VT 的脈沖占空比 D有關，見式 (1－ 2)。同樣經(jīng)過取樣電路將取樣電壓與基準電壓 UE 進行比較被誤差放大器放大，由誤差放大器輸出至功率開關晶體管 VT，通過控制功率開關晶體管 VT的導通、截止達到控制脈沖占空比的目的，從而穩(wěn)定直流輸出電壓。功率晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖21所示，功率晶體管模塊如圖 22所示： 圖 21 功率晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和圖形符號 圖 22功率晶體管模塊 （ a）單管模塊電路；（ b）雙管模塊電路 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設計 7 功率晶體管的工作原理 功率晶體管和小信號晶體管一樣都有電壓和電流放大的重要功能，基本原理類似，都是電流控制雙極型器件。對于單只功率晶體管而言，晶體管集電極 IC達到元件額定電流一半以上時，電流放大倍數(shù)β明顯下降，一般會下降到β =8~10。 圖 23 功率晶體管共射極電路輸出特性 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設計 8 飽和壓降 UCES 是在一定的基極驅(qū)動電流 IB，功率晶體管處于飽和狀態(tài)下，集電極和發(fā)射極之間的電壓。如圖所示功率晶體管的開關特性，有延遲時間 td、上升時間 tr、存儲時間 ts、下降時間 tf組成，其中導通時間 ton有延遲時間 td、上升時間 tr組成，關斷時間 toff有存儲時間 ts、下降時間 tf組成。一般來講，晶體管在應用中任何時候都不允許超過極限參數(shù)。 MOSFET 的結(jié)構(gòu)和工作原理 電力 MOSFET 的種類按導電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道，圖 24所示為 N溝道結(jié)構(gòu)。 (a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 (b)電氣圖形符號 圖 24 電力 MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 MOSFET 開關時間在 10～ 100ns 之間，工作頻率可達 100kHz 以上，是電力電子器件中最高的。 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設計 10 第 3章 開關電源中的 TL494 TL494 的內(nèi)部功能 TL494 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的電壓驅(qū)動型脈寬調(diào)制器，在顯示器、計算機等系統(tǒng)電路中作為開關電源電路， TL494 的輸出三極管可接成共發(fā)射極及射極跟隨器兩種方式，因而可以選擇雙端推挽輸出或單端輸出方式，在推挽輸出方式時，它的兩路驅(qū)動脈沖 相差 180 度，而在單端方式時，其兩路驅(qū)動脈 沖 為同頻同相。當 3 腳的電平變高時， TL494 送出的驅(qū)動脈沖 寬度變窄，當 3 腳電平低時，驅(qū)動脈 沖 寬度變寬。 9腳和 1 12 腳分別為 TL494 內(nèi)容末級兩個輸出三極管的集電極和發(fā)射極。 1 16 腳分別為控制比較放大器的反相輸人端和同相輸人端。 TL494 的 工 作原理 TL494 是一個固定頻率的脈 沖 寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調(diào) 節(jié)，輸出脈 沖 的寬度是通過電容 CT 上 的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較 來 實現(xiàn)?？刂菩盘栍杉呻娐吠獠枯?入 ，一路送至死區(qū)時間比較器，一路送往誤差放大器的輸人端。兩個誤差放大器具有從 （ ）的共模輸入范圍，這可能從電源的輸出電壓和電流獲得。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于 50％時，輸出驅(qū)動信號分別從晶體管 V1 或 V2 取得。 TL494 內(nèi)置一個 的基 準 電壓源，使用 外置偏置電路時，可提供高達 10mA 的負載電流，在典型的 0—70oC溫度范圍 50mV溫漂條件下，該基準電壓源能提供 ? 15％的精確度。 圖 32 TL494 的測試波形 TL494 內(nèi)部電路 TL494 是一種電壓控制模式的 PWM 控制和驅(qū)動集成電路芯片，由于它具有兩路 相位相差 180176。 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設計 13 圖 33 TL494內(nèi)部電路框圖 RC 定時電路設定頻率的獨立鋸齒波振蕩器，其振蕩頻率： RCf ? (31) 式中， f 單位為 KHz， R 的單位為 kΩ， C 的單位為 μF，其最高振蕩頻率為 300KHz，能驅(qū)動雙極型開關管或 MOSFET 管。 ，其同相輸入端和反相輸入端均被引出 芯片外，因此可以自由設定其基準電壓，以方便用于穩(wěn)壓取樣，或用其中 一種作為過壓、過流的超閾值保護。 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設計 14 第 4 章 開關電源的原理圖設計 交流濾波設計 在交流濾波電路設計中，熱敏電阻 RT1 是負溫度系數(shù)（ NTC）熱敏電阻。消除共模干擾可以通過 L C C3 來實現(xiàn)，消除差模干擾可以通過 C C4來實現(xiàn)。全橋由四只二極管組成，有四個引出腳。負半橋兩邊的管腳上兩個二極管的負極，即交流輸入端；中間管腳是兩個二極管的正極，即直流輸出端的“負極”。橋堆電路如圖 42 所示： 圖 42 整流橋電路圖 電壓 UDC的計算公式為： UU kDC 12? （其中 ??2k ， ? 稱為負載系數(shù)，取值范圍為 ~）輸出 波形如圖 43 所示： 圖 43 橋式整流電路電壓、電流波形 安徽財貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設計 16