【正文】 汽車音響供電電源的組成 TL494 的輔助電路設(shè)計(jì) 圖 41TL494 輔助電路 在該電路中， TL494 第 5， 6 腳外接時(shí)間常數(shù)電路（ C3， R5），振蕩器產(chǎn)生80kHZ 的脈沖信號(hào)，經(jīng) TL494 內(nèi)部雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制，變成兩路時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)兩組驅(qū)動(dòng)放大器。另一名為“ Jensen”的汽車功放所配用的變換器，則可將 12V 電壓變換成雙電源177。 PWM 電路才輸出信號(hào)上升，開關(guān)電源再降低其輸出電壓，以使其輸出電壓穩(wěn)定。目前 DCDC 變換器與機(jī)械變流器相比，已今非昔比，其開關(guān)頻率可達(dá)100KHZ 以上，效率接近 90%。目前國外汽車音響現(xiàn)狀有以下特點(diǎn)。 圖 33 PWM 控制器 TL494 接線圖 IGBT 是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，本電路選用了具有降柵壓邏輯式和軟關(guān)斷兩種保護(hù)功能的 IGBT 厚膜混合集成驅(qū)動(dòng)模塊 EXB840， 這種型號(hào)的電路 較好地解 決了低飽和壓降 IGBT 的短路保護(hù)問題，能滿足 IGBT 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的特殊要求，保證 IGBT 能可靠開通和關(guān)斷，且電路簡(jiǎn)單 ， 工作頻率高，輸入控制信號(hào)電流為 10mA。OSC 振蕩頻率由外接元件 R， C 決定，表達(dá)式為： RCfOSC ? (32) fOSC 可 選定 1KHz～ 200KHz 之間 ，本電路選用 fOSC = 40KHz。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 TL494 在工作時(shí)，通過 6 腳分別接定時(shí)元件 CT 和 RT。外接 5V 高電平時(shí)為雙端圖騰柱式輸出，用以驅(qū)動(dòng)各種推挽開關(guān)電路。 11 腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器 NPN 管的集電極開路輸出端。同時(shí)，該輸出端還引出端外，以便與 15 腳間接入 RC 頻率校正電路和直流負(fù)反饋電路，穩(wěn)定誤差放大器的增益以及防止其高頻自激。雙端輸出為 2 200mA，加入驅(qū)動(dòng)級(jí)即能驅(qū)動(dòng)近千瓦的推挽式和半橋式電路。總體結(jié)構(gòu)比同類集成電路 SG3524 更完善。當(dāng)控制信號(hào)增大，輸出脈沖的寬度將減小。 (3)內(nèi)置誤差放大器。電路的工作原理為：當(dāng)功率開關(guān)管 VT 導(dǎo)通時(shí)，變壓器兩端繞組的電壓均為上正下負(fù)，整流二極管 V1 導(dǎo)通 V2 截止，輸入電能通過整流二極管V1 傳給負(fù)載，同時(shí)對(duì)電感 L1 儲(chǔ)能；當(dāng)功率晶體管 VT 截止時(shí)，整流二極管V1 截止 V2 導(dǎo)通，電感 L1 中的 儲(chǔ)能流經(jīng)負(fù)載并經(jīng)過二極管 V2 續(xù)流。當(dāng)整個(gè)電路處于工作狀態(tài)時(shí)，外界對(duì)晶體管 VT 的控制端 (柵極 )加載周期性方波，晶體管 VT 便處于導(dǎo)通與截止的不斷交替狀態(tài)。而采用壓電升壓器也無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閴弘娮儔浩鲀H在諧振頻率附近能夠?qū)崿F(xiàn)較好的升壓效果，而且對(duì)于不同的壓電升壓器，隨著其形狀、大小等不同，其諧振頻率會(huì)有較大差異，而在其他頻率的升壓效果很不理想。為防止變壓器的激磁電感飽和，需要設(shè)法使激磁電流在 VT 關(guān)斷后到下一次再開通的一段時(shí)間內(nèi)降回零，這一過程稱為變壓器的磁心復(fù)位 [9]。 當(dāng)濾波電感 L 的電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式為 ： TtNNUU onl 120 ? (22) 半橋式開關(guān)電路省去兩只開關(guān)管，采用連接電容分壓方式，使開關(guān)管 ce極電壓與橋式電路相同，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路也大為簡(jiǎn)化，只需兩組在時(shí)間軸上不重合的驅(qū)動(dòng)脈沖，兩組驅(qū)動(dòng)電路的參考點(diǎn)為各自開關(guān)管的發(fā)射極，顯然比橋式電路的形式簡(jiǎn)單得多。而輸出變壓器可以采用一般磁心，使成本大幅降低。因此在飽和式變換器的設(shè)計(jì)中，都盡量選擇開關(guān)管的工作狀態(tài)在脈沖變壓器的磁化曲線開始進(jìn)入飽和狀態(tài)之初，首先讓開關(guān)管進(jìn)入飽和區(qū)，使開關(guān)電路翻轉(zhuǎn)，以減小開關(guān)管在變壓器磁通飽和以后的大電流增長，降低開 關(guān)管損耗。兩管均為NPN 管的結(jié)果是，其導(dǎo)通時(shí)驅(qū)動(dòng)脈沖均為正 向脈沖，如像自激式變換器相同的雙向脈沖。因兩管集電極電流通過脈沖變壓器形成反向磁場(chǎng)，而使脈沖變壓器等效電感量減小，開關(guān)管電流增大。非飽和指的是，在 VT VT2 的翻轉(zhuǎn)過程中，脈沖變壓器的 磁通量始終處于與磁化電流的線性關(guān)系范圍內(nèi)，通過正反饋量的選擇，使 IB 最大值時(shí)開關(guān)管進(jìn)入飽和區(qū)。因此推挽變換器次級(jí)可以通過全波或橋式整流向負(fù)載供電。電路通電以后，電流經(jīng)電阻 R1 到正反饋繞組 N3～ N4 的中點(diǎn)，同時(shí)向 VT VT2 基極提供啟動(dòng)偏置。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，電源電壓和脈沖變壓器初級(jí)二分之一的感應(yīng)電壓相串 聯(lián)，加到開關(guān)管集電極和發(fā)射極，因而要求開關(guān)管 VECO＞ 2VCC。磁心在四個(gè)象限內(nèi)的磁化曲線都被利用，在一定輸出功率時(shí)，磁心的有效截面積可以小于同功率的單端開關(guān)電路。每一類電路都可能有多種不同的拓?fù)湫问交蚩刂品椒ā?否則將可能會(huì)導(dǎo)致電源電壓超過或低于邏輯電路如 TTL 電路所承受電源電壓而誤動(dòng)作，進(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象。 當(dāng)輸出負(fù)載電流變化時(shí)，其輸出電壓之偏差量須在規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)，即輸出電壓之上下限絕對(duì)值以內(nèi)。 壓 調(diào)整率 能提供可變電壓能力的電源，至少能提供待測(cè)電源供應(yīng)器的最低到最高之輸入電壓范圍。使用 高速光耦，其驅(qū)動(dòng)能力不足。由于是場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾 乎不需輸入電流。 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)稱電力 Power MOSFET。 圖 13 串聯(lián)開關(guān)電源原理圖 輸入交流電壓或負(fù)載電流的變化，會(huì)引起輸出直流電壓的變化，通過輸出取樣電路將取樣電壓與基準(zhǔn)電壓相比較，誤差電壓通過誤差放大器放大，控制脈沖調(diào)寬電路的脈沖占空比 D，達(dá)到穩(wěn)定直流輸出電壓 U0 的目的。 (5)為了保證遙控待機(jī)功能的 正確實(shí)現(xiàn)，一般還加有副電源電路 (待機(jī)電源 )。 將行輸出變壓器中產(chǎn)生的行掃描脈沖進(jìn)行整流與濾波，就可以得到各種所需的直流電壓。 它激式開關(guān)電源，它激式開關(guān)電源必須有一個(gè)振蕩器，用以產(chǎn)生開關(guān)脈沖來控制開關(guān)管，使開關(guān)電源工作，輸出直流電壓。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 (3)穩(wěn)壓范圍寬：開關(guān)電源的交流輸入電壓在 90~270V 范圍變化時(shí)，輸出電壓的變化在177。其中 DC/DC 變換器用以進(jìn)行功率變換，是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)放大，整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是 PWM 信號(hào)，也可以是 PFM 信號(hào)或其它信號(hào)；比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號(hào)的幅值，頻率，波形等，通過驅(qū)動(dòng)器控制開關(guān)器件的占空比，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。 開關(guān)電源直流輸出電壓 U0 與輸入電壓 Ui 之間有如下關(guān)系： DUU iO ? (12) 由 (12)式可以看出，若開關(guān)周期 T 一定，改變開關(guān) S 的導(dǎo)通時(shí)間 TON，即可改變脈沖占空比 D，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。 24V177。開關(guān)電源是一種新型電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高，耗能低，使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 論文 摘 要 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展 ,電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛 ,電子設(shè)備的種類也越來越多 ,電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。這就 迫使電源工作者在電源研發(fā)過程中不斷探索，尋求各種相關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。在此情況下，從上世紀(jì)末，歐洲生產(chǎn)的汽車音響中開始采用DCDC 變換器，將 12V 蓄電池供電變換為 177。 U iSU i0T O N U 0t0t0( b )V( a )U 0 圖 11 開關(guān)電源的工作原理 (a)為原理性電路圖， (b)為波形圖 為方便分析開關(guān)電路，定義脈沖占空比如下： TTD ON? (11) 式中 T 表示開關(guān) S 的開關(guān)重復(fù)周期； TON 表示開關(guān) S 在一個(gè)開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間 [ 1]。 開關(guān)電源的組成 開關(guān)電源由以下四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，見圖 12 所示 。 (2)重量輕：由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，電源的重量只有同容量線性電源的 1/5，體積也大大縮小。在顯示設(shè)備的 PWM 式開關(guān)電源中，自激振蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在行掃描電路發(fā)生故障時(shí)，電源 電路仍能維持自激振蕩而有直流輸出電壓。 副電源的主要作用是為微處理器控制電路提供 ＋ 5V 的供電電壓，副電源電路一般較簡(jiǎn)單，既可采用簡(jiǎn)易開關(guān)電源也可以采用傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電路，無論負(fù)載處于正常工作狀態(tài)還是待機(jī)狀態(tài)，副電源都必須正常工作。 (4)要求電源電路有良好的過壓、過流、輸出短路、 X 射線保護(hù)及復(fù)位功能。 U0 和功率開關(guān) 晶體管 VT 的脈沖占空比 D 有關(guān)， 見式 (1－ 2)。 圖 15 變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源原理圖 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 MOSFET 隨著信息電子技術(shù)與電力電 子技術(shù)在發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合，形成了高頻河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 化、全控型、采用集成電路制造工藝的電力電子器件，其典型代表就是。 (a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 (b)電氣圖形符號(hào) 圖 16 電力 MOSFET 的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) MOSFET 開關(guān)時(shí)間在 10～ 100ns 之間，工作頻率可達(dá) 100kHz 以上，是電力電子器件中最高的。在開關(guān)頻率較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顯著的延時(shí)，而且需要一組獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電源。在前述之兩個(gè)極端下驗(yàn)證電源供應(yīng)器之輸出電源的穩(wěn)定度是否合乎需求的規(guī)格。測(cè)試步驟如下：將待測(cè)電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定后，測(cè)量正常負(fù)載下之輸出電壓值，再分別 在輕載、重載負(fù)載下，測(cè)量并記錄其輸出電壓值，負(fù)載調(diào)整率通常以正常之固定輸入電壓下，由負(fù)載電流變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比 表示。開關(guān)電源實(shí)際工作時(shí)最惡劣的狀況如輸出負(fù)載電流最大、輸入電源電壓最低等， 要求 電源 設(shè)備 在惡劣環(huán)境狀況下，其輸出直流電壓加上 干擾信號(hào)后的 輸出瞬時(shí)電壓，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不超過輸出高低電壓界限 。單端電路包括正激和反激兩類；雙端電路包括全橋、半橋和推挽三類。由于 S S2 導(dǎo)通時(shí)脈沖變壓器 TC 電流方向不同，形成的磁通方向相反，因此推挽電路與前述電路相比，提高了磁心的利用率。一是開關(guān)管承受反壓較高。所謂飽和式，是指脈沖變壓器工作在磁化曲線的飽和狀態(tài)。此過程中，由于磁心的飽和周而復(fù)始地進(jìn)行， VT VT2 輪流導(dǎo)通，初始電流方向隨之不斷改變，因而在次級(jí)感應(yīng)出雙向矩形脈沖。同樣是圖 22 的電路，如果合理選擇N1 或 N2 與 N N4 的匝數(shù)比，使正反饋過程中開關(guān)管在 Ic 增大到接近自身的飽和區(qū)時(shí)，出現(xiàn) IC＞ IB*β 的關(guān)系，使兩管的導(dǎo)通 /截止關(guān)系翻轉(zhuǎn)，則成為非飽和型推挽變換器。由于雙極型開關(guān)管有少數(shù)載流子的存儲(chǔ)效應(yīng)， IB 的減小，甚至 IB=0 時(shí)，其 IC 不會(huì)立即截止，而正反饋脈沖的反向卻可以使另一只開關(guān)管立即導(dǎo)通，因此，在 VT VT2 交替過程中必然出現(xiàn)兩管同時(shí)瞬間導(dǎo)通。如果用于輸入整流供電的高壓變換器， VT VT2 最高集電極和發(fā)射極之間電壓將是 600V 以上，達(dá)到此要求的只有 NPN 型開關(guān)管。脈沖變壓器為了轉(zhuǎn)換輸出功率，鐵心的截面積必然較大，而要達(dá)到磁通量的飽和所需磁化電流也較大，使開關(guān)管損耗增大。因?yàn)轵?qū)動(dòng)變壓器只提供推挽開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電流，其功率極小，可以采用較小的磁心截面積，因而其飽和的磁化電流大幅度減小，只要求驅(qū)動(dòng)變壓器磁性材料為矩形磁化曲線的、高磁通密度的。由于電容的隔離作用，半橋電路對(duì)由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和 [8]。開關(guān)管 VT 開通后，變壓器的激磁電流由零始，隨著時(shí)間增加而線性的增長直到 VT 關(guān)斷。由于系統(tǒng)要求輸出的頻率為 20Hz 到 5KHz 的寬頻輸出，因此如果采用線圈升壓，屬于低頻升壓，升壓線圈體積將會(huì)比較龐大，并且設(shè)計(jì)也較復(fù)雜，使得電源設(shè)計(jì)失去應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)電路不工作時(shí)，功率晶體管 VT 處于截止?fàn)顟B(tài)，二極管 V 導(dǎo)通，前端直流電源通過電感和二極管向電容充電，并且向負(fù)載提供自身電壓的直流電。其中，變壓器線圈繞組由 N1， N2，N3 組成。 (2) 片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè) (一個(gè)電阻和一個(gè)電容 )。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。的 PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，因此被廣泛的應(yīng)用與單端式（正極式和反極式）和雙端式（半橋式、全橋式和推挽式）開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。 (5)輸出驅(qū)動(dòng)電流單端達(dá)到 400mA，能直接驅(qū)動(dòng)峰值開關(guān)電流達(dá) 5A 的開關(guān)電路。集成電路內(nèi)部用于控制 PWM 比較器的同相輸入，當(dāng) A A2 任一輸出電壓升高時(shí)，控制 PWM 比較器的輸出脈寬減小。 7 腳為共地端。 13 腳為輸出模式控制端。 RT 取值范圍 ～ 500Ω， CT 取值范圍 4700pF～ 10μF，最高振蕩頻率 fOS C≤ 300KHz。 TL494 含有振蕩器，誤差放大器， PWM 比較器及輸出級(jí)電路等部分。來自霍爾電流傳感器所檢測(cè)的電流信號(hào) IF 由微