【正文】 機(jī)處理后引入到 4 腳，當(dāng)充電電流超過(guò)給定值時(shí)封鎖輸出脈沖，關(guān)斷 IGBT[13]。為此，籍此文向有車一族中的音響發(fā)燒友介紹。 50V，向汽車音響提供電源。但是，音樂(lè)的波動(dòng)是千變?nèi)f化的，有時(shí)大幅度的沖出信號(hào)只是瞬間的事，若信號(hào)沖擊到來(lái)時(shí)，開(kāi)關(guān)電源不能及時(shí)提供大電流，輸出電壓必然形成隨大信號(hào)下降的波形，使信號(hào)上沖受限，產(chǎn)生波形失真，等沖擊信號(hào)過(guò)后。 25V 直流變換器，輸出最大電流可達(dá) 10 到 15A，使功放有效輸出功率可達(dá) 2X40W，或 BTL 接法， 使輸出功率為 150W。 TL494 在該電路中構(gòu)成它激式變換器，只利用了其振蕩器和驅(qū)動(dòng)電路，用作驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的脈沖信號(hào)源，因而與常規(guī)用法有所不用。 第 2 腳為第一組誤差放大器的同相輸入端。 C3， R5 與振蕩頻率的關(guān)系為：f(kHZ)=(kΩ )C(μ F)。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 主電路的設(shè)計(jì) 圖 42 汽車音響供電電源主電路 輸入端 9， 10 為 TL494 輸出的兩組相位相差 1800 的 PWM 驅(qū)動(dòng)脈沖，一組驅(qū)動(dòng)脈沖使推挽電路一臂導(dǎo)通后，相隔一死區(qū)時(shí)間，才發(fā)出另一組驅(qū)動(dòng)脈沖，使另一臂導(dǎo)通。 第 12 腳接輸入信號(hào)。 第 3 腳為誤差放大器輸出端，外接 R3， C1 為避免誤差放大器振蕩而設(shè)。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 一組驅(qū)動(dòng)脈沖使推挽電路一臂導(dǎo)通后，相隔一死區(qū)時(shí)間，才發(fā)出另一組驅(qū)動(dòng)脈沖， 使另一臂導(dǎo)通（第四腳電壓越高，死區(qū)時(shí)間越長(zhǎng)）。 Jensen 功率變換器，則采用傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源它激式驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)四只 MOS FET 開(kāi)關(guān)管組成的并聯(lián)推挽電路，其功放變 換器電路如附圖所示。從此點(diǎn)來(lái)說(shuō)，直流變換器和變壓器整流電源沒(méi)有區(qū)別，而且直流變換器的內(nèi)阻更低，對(duì)瞬間大電流的適應(yīng)性更強(qiáng)。為了避免功放輸出信號(hào)產(chǎn)生削頂失真，要求供電電源有足夠的能量?jī)?chǔ)備，當(dāng)信號(hào)峰值瞬間能立即提供較大的電流（一般 PMOP 即為對(duì)功放瞬間峰值功率的標(biāo)稱）。這種機(jī)械式振動(dòng)子變換器一直延用到半導(dǎo)體器件相當(dāng)成熟，即電子管收音機(jī)改為晶體管后，才從汽車音響中消失。 EXB840 驅(qū)動(dòng)模塊從 3 腳和 1 腳輸出正，負(fù)驅(qū)動(dòng)脈沖至 IGBT 的柵 射極之間，開(kāi)通和關(guān)斷 IGBT[14]。只有鋸齒波電壓高于控制信號(hào)時(shí)，才會(huì)有脈沖輸出，內(nèi)部?jī)蓚€(gè)誤差放大器及外接電阻，電容構(gòu)成電壓和電流反饋調(diào)節(jié)器，都采用 PI 調(diào)節(jié)。工作波形如圖 333 所示。 14 腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端。 10 腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器的發(fā)射極開(kāi)路輸出端。當(dāng)外加 1V以下的電壓時(shí)，死區(qū)時(shí)間與外加電壓成正比。最高輸入電壓不超過(guò)VCC+。 (2)內(nèi)部設(shè)有比較器組成的死區(qū)時(shí)間控制電路，用外加電壓控制比較器的輸出電平，通過(guò)其輸出電平使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)換，控制兩路輸出之間的死區(qū)時(shí)間。當(dāng)把死區(qū)時(shí)間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在 0— 之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。 (6)內(nèi)置功 率晶體管可提供 500mA 的驅(qū)動(dòng)能力。 在 輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下 ， 輸出電壓 與輸出電壓的關(guān)系為 ： TTNN ONiUU 120 ? (27) 輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓 Uo 將高于式 (27)的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下 ： iUNNU 120 ? (28) 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第 3 章 雙端驅(qū)動(dòng)集成電路 TL494 TL494 簡(jiǎn)介 TL494 是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開(kāi)關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開(kāi)關(guān)電源。其輸出電壓平均 值將超過(guò)前端直流電壓。 前置升壓實(shí)際上是直流 DC/DC 升壓，也就是將升壓環(huán)節(jié)放在整個(gè)電源系統(tǒng)的最前端，首先通過(guò)直流變換器實(shí)現(xiàn)直流升壓，然后再逆變、濾波。由升壓環(huán)節(jié)所處位置的不同，主要考慮了前置升壓和后置升壓兩種方法。 正激變換電路 正激電路原理圖如圖 24 所示。改變開(kāi)關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓 Ud 的 平均值，也就改變了輸出電壓 U0。 上述飽和式變換器中，脈沖變壓器 TC 有雙重功能，一是通過(guò)正反饋繞組使開(kāi)關(guān)管以自激振蕩的形式完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作，進(jìn)行 DCAC 的變換。很明顯，自激推挽式開(kāi)關(guān)電源只能組成無(wú)穩(wěn)壓功能的變換器，而不能用于開(kāi)關(guān)電源，因?yàn)橐娇刂苾晒艿耐〝嗾伎毡?，電路必然較復(fù)雜，且難以達(dá)到完全對(duì)稱地控制。 所有用于高壓開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)管絕對(duì)都只采用 NPN 型，這點(diǎn)是由半導(dǎo)體器件工藝所決定的。 上述推挽式自激變換器有不少優(yōu)點(diǎn)，但是也有缺陷。在 Ic 劇增至 IcIB*β 時(shí)， Ic 才開(kāi)始減小。因此， φ N1 在各繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，正反饋繞組N3 的感應(yīng)電勢(shì)形成對(duì) VT 1 的正反饋，使 VT1 集電極電流迅速增大。因此，這種推挽電路目前僅用于自激或它激式低壓輸入的穩(wěn)壓變換器中。如果 用河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 同規(guī)格的開(kāi)關(guān)管組成單端變換電路，輸出最大功率為 150W。推挽式、半橋式、橋式開(kāi)關(guān)電路可以輸出較大功率，成為開(kāi)關(guān)電源的主要電路形式。在測(cè)量輸出噪聲時(shí)，電子負(fù)載的 PARD 必須比待測(cè)的電源供應(yīng)器的 PARD 值為低，才不會(huì)影響輸出噪聲測(cè)量。 綜合調(diào)整率用下列方式表示： 當(dāng) 輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化 時(shí) ，其輸出電壓 的 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) )或某一百分比界限內(nèi)。 電源調(diào)整率 ξ 通常以一 額定 負(fù)載下，由輸入電壓變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比，如下列公式所示： O no rm alOOV VV m inm a x??? (14) 電 壓 調(diào)整率 也 可用表示 為， 在輸入電壓變化下，其輸出電壓偏差量須在規(guī)定之上下限范圍內(nèi)，即輸 出電壓上下限絕對(duì)值以內(nèi)。此步驟完成后才能確保后續(xù)的規(guī)格能夠符合 要求 。 驅(qū)動(dòng)電路的選擇 (1)IR21 系列 因?yàn)?MOSFET 開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)到 100KHz，采用此類專用驅(qū)動(dòng)芯片最為理想。 的結(jié)構(gòu)和工作原理 電力 MOSFET 的種類按導(dǎo)電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道，圖 16 所示為N 溝道結(jié)構(gòu)。功率開(kāi)關(guān)晶體管 VT 與開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈相串聯(lián)接在電源供電輸入端，功率開(kāi)關(guān)晶體管 VT 在開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)的控制下，周期性地導(dǎo)通與截止，集電極輸出的脈沖電壓通過(guò)變壓器耦合在次級(jí)得到脈沖電壓，這個(gè)脈沖電壓經(jīng)整流濾波后得到直流輸出電壓 U0。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 開(kāi)關(guān)電源典型結(jié)構(gòu) 串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源 結(jié)構(gòu) 串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源工作原理的方框圖如圖 13 所示。 ： (1)由于負(fù)載 均屬高可靠性設(shè)備，對(duì)電源的要求較高，除了提供大的功率，還要求有高的效率。 主開(kāi)關(guān)電源的輸出功率較副電源、行輸出級(jí)二次電源的輸出功率要大。 (4)可靠安全：在開(kāi)關(guān)電源中，由于可以方便的設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，所以當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保護(hù)功能可靠。 開(kāi)關(guān)電源與線性電源相比，輸入的瞬態(tài)變換比較多地表現(xiàn)在輸出端，在提高開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)也能得到改善。若保持 TON 不變，利用改變開(kāi)關(guān)頻率 f=1/T 實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓 U0 穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制 (PFM)方式開(kāi)關(guān)電源。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ)技術(shù) 開(kāi)關(guān)電源概述 開(kāi)關(guān)電源的工作原理 開(kāi)關(guān)電源的工作原理可以用圖 11 進(jìn)行說(shuō) 明。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。 開(kāi)關(guān)電源中的功率調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，具有功耗小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬、溫升低、體積小等突出優(yōu)點(diǎn)，在通信設(shè)備、數(shù)控裝置、儀器儀表、視頻音響、家用電器等電子電路中得到廣泛 應(yīng)用。 開(kāi)關(guān)電源的高頻變換電路形式很多 , 常用的變換電路有推挽 、 全橋 、 半橋 、 單端正激和單端反激等形式 。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓 Ui 經(jīng)開(kāi)關(guān) S 加至輸出端， S 為受控開(kāi)關(guān)，是一個(gè)受開(kāi)關(guān)脈沖控制的開(kāi)關(guān)調(diào)整管。由于開(kāi)關(guān)頻率不固定，所以輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端 LC 濾波器的特性決定。 (5)功耗?。河捎诠β书_(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)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(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，所以采用開(kāi)關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性 [ 3]。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 它將輸入 220V 交流輸入直接整流、濾波為 300V 左右的直流電壓，再經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓調(diào)整環(huán)節(jié)中的開(kāi)關(guān)調(diào)整管、開(kāi)關(guān)變壓器、穩(wěn)壓控制電路、激勵(lì)脈沖產(chǎn)生電路對(duì) 300V 左右的直流電壓進(jìn)行 DCDC 開(kāi)關(guān)變換，產(chǎn)生各種所需的穩(wěn)定直流電壓輸出。 (2)為擴(kuò)大儀器設(shè)備的使用范圍，要求電源電路能適應(yīng) 110V 和 220V 交流供電的需要。功率開(kāi)關(guān)晶體管 VT 串聯(lián)在輸入與輸出之間。同樣經(jīng)過(guò)取樣電路將 取樣電壓與基準(zhǔn)電壓 UE 進(jìn)行比較被誤差放大器放大，由誤差放大器輸出至功率開(kāi)關(guān)晶體管 VT， 通過(guò)控制功率開(kāi)關(guān)晶體管VT 的導(dǎo)通、截止達(dá)到控制脈沖占空比的目的，從而穩(wěn)定直流輸出電壓。電力 MOSFET 的工作原理是：在截止?fàn)顟B(tài)，漏 源極間加正電源，柵源極間電壓為零。 IR202 IR221 系列均可工作在 100KHz 以上。 通常當(dāng)調(diào)整輸出電壓時(shí)，將輸入交流電壓設(shè)定為正常值，并且將輸出電流設(shè)定為正常值或滿載電流，然后以數(shù)字電壓表測(cè)量電源供應(yīng)器的輸出電壓值并調(diào)整其電位器直 到電壓讀值位于要求的范圍內(nèi)。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 負(fù)載調(diào)整率的定義為開(kāi)關(guān)電源的輸出負(fù)載電流變化時(shí)，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。 輸出噪聲 (PARD)是指在輸入電壓與輸出負(fù)載電流均不變的情況下，其平均直流輸出電壓上的周期性與隨機(jī)性偏差量的電壓值。同時(shí)測(cè)量電路必須有良好的隔離處理及阻抗匹配，為避免導(dǎo)線上產(chǎn)生不必要的干擾、振鈴和駐波， 一般都采用 在 雙同軸電纜 的 端點(diǎn)并以 50Ω河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 電阻 ， 并使用差動(dòng)式量測(cè)方法 以 避免地回路噪聲電流， 以 獲得 準(zhǔn)確 的測(cè)量結(jié)果。 推挽開(kāi)關(guān)變換電路 推挽開(kāi)關(guān)變換基本電路 圖 21 為推挽式開(kāi)關(guān)電路的示意圖。若使用 2 只同規(guī)格開(kāi)關(guān)管組成推挽電路，輸出功率可以達(dá)到 400～ 500W。因?yàn)榈蛪汗╇姡?N N2 匝 數(shù)少，且兩繞組間電壓差也小，一般采用雙線并繞的方式來(lái)保證其對(duì)稱性 [5]。 IC1 的增大使 N1 激磁電流增大，磁場(chǎng)強(qiáng)度 (H)的增加，使磁感應(yīng)強(qiáng)度 (B)磁化曲線增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)磁心飽和點(diǎn)時(shí)，即使磁化電流再增大，也無(wú)法再使磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 即磁通量的變化為零。一般飽和型變換器只用在低壓變換器中，即使如此也 必須嚴(yán)格設(shè)計(jì)脈沖變壓器飽和點(diǎn)的激磁電流，不能大于開(kāi)關(guān)管最大允許電流。首先是自激推挽式開(kāi)關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)脈沖是雙向的?，F(xiàn)有 PNP 型管的 VCEO 最大也極少超過(guò) 300V，因此高壓變換器也只能采用全 NPN 型開(kāi)關(guān)管。此類變換器一般采用在輸出端設(shè)置耗能 式穩(wěn)壓的方式。為了使開(kāi)關(guān)動(dòng)作持續(xù)地、兩管交替地進(jìn)行，脈沖變壓器工作在磁飽和狀態(tài)；二是將DCAC 轉(zhuǎn)換后的雙向矩形波通過(guò)設(shè)計(jì)的圈數(shù)比耦合到次級(jí)，通過(guò)整流、濾波成為直流電。 VT1 導(dǎo)通時(shí)，二極管 V1 處于通態(tài)， VT 2 導(dǎo)通時(shí)，二極管 V2 處于通態(tài)，當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組 N1 中的電流為零， V1和 V2 都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。 圖 24 正激電路原理圖 電路的工作過(guò)程如下：開(kāi)關(guān)管 VT 開(kāi)通后，變壓器繞組 N1 兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的 N2 繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。所謂前置升壓，就是將升壓環(huán)節(jié)放在逆變環(huán)節(jié)之前，先對(duì)輸入的 12V 低壓直流電進(jìn)行 DCDC 轉(zhuǎn)換，升至所需較高直流電壓，將此高壓直流作為后續(xù)逆變電路的輸入，對(duì)此高壓直流電進(jìn)行逆變，經(jīng)過(guò)濾波后直接得到所需要的高壓正弦交流電。直流變換器按輸入與輸出間是否有電氣隔離分為兩類：沒(méi)有電氣隔離的稱為不隔離直流變換器；有電氣隔離的稱為隔離直流變換器。 Boost DC/DC河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 變換器的輸出電壓值與晶體開(kāi)關(guān)管柵極控制方波的占空比成反比，調(diào)節(jié)方波占空比便可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。 TL494 有SO16 和 PDIP16 兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求 [ 10]。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 (7)推或拉兩種輸出方式。 脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個(gè)手段：當(dāng)反饋電壓從 變化到 時(shí)，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時(shí)間中下降到零。當(dāng)⑷腳輸出電平升高時(shí)，死區(qū)時(shí)間增大。 15 腳為誤差放大器