基于tl494的開關(guān)電源設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-10-06 17:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 種輸出升壓型開關(guān)電源，電路中有一個(gè)儲(chǔ)能電感，適當(dāng)利用這個(gè)儲(chǔ)能電感，可將并聯(lián)開關(guān)電源轉(zhuǎn)變?yōu)閺V泛使用的變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源。 安徽財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 14 并聯(lián)開關(guān)電源原理圖 變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源工作框圖如圖 15 所示；功率開關(guān)晶體管 VT 與開關(guān)變壓器初級(jí)線圈相串聯(lián)接在電源供電輸入端，功率開關(guān)晶體管 VT 在開關(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。同樣經(jīng)過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關(guān)晶體管 VT，通過控制功率開關(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。由于采用變壓器耦合，所 以變壓器的初、次級(jí)側(cè)可以相互隔離，從而使初級(jí)側(cè)電路地與次級(jí)側(cè)電路地分開，做到次級(jí)側(cè)電路地不帶電，使用安全。同時(shí)由于變壓器耦合，可以使用多組次級(jí)線圈，在次級(jí)得到多組直流輸出電壓。 圖 15 變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源原理圖 安徽財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 2 章 開關(guān)電源主控元件 功率晶體管（ GTR） 功率晶體管的結(jié)構(gòu) 達(dá)林頓 NPN 功率晶體管就是將幾只單個(gè)晶體管在元件內(nèi)部做成射極跟隨器，晶體管模塊是指將幾級(jí)達(dá)林頓晶體管集成在一起，對(duì)外構(gòu)成一定電路形式的一個(gè)組合單元，目前功率晶體管模塊的電流 /電壓已達(dá) 1000V/1200V。功率晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)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(hào) 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(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 功率晶體管的工作原理 功率晶體管和小信號(hào)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(duì)于共射極電路，基極注入一定的基極電流 IB，器件進(jìn)入“開通”的飽和狀態(tài)，集電極電流 IC 產(chǎn)生，集電極和發(fā)射極之間的壓降 UCES 就很低；基極電流 IB消失或者注入一定的反向電流，器件立刻進(jìn)入 “關(guān)斷”的截止?fàn)顟B(tài)，集電極電流IC為零，集電極和發(fā)射極之間能承受較高的電壓 UCEO。功率晶體管的電流放大倍數(shù)β是在一定條件下測(cè)定的，使用條件不同，電流放大倍數(shù)β就不同。一般來說，集電極電流IC越小，電流放大倍數(shù)β就大；集電極電流 IC越大，電流放大倍數(shù)β就小。對(duì)于單只功率晶體管而言，晶體管集電極 IC達(dá)到元件額定電流一半以上時(shí)，電流放大倍數(shù)β明顯下降，一般會(huì)下降到β =8~10。因此功率晶體管在一定要求的基極脈沖電流 IB的作用下，就能夠在開通過程、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過程、截止?fàn)顟B(tài)四種不同階段中轉(zhuǎn)換，完成功率晶體管開關(guān) 的動(dòng)作。 功率晶體管的特性與參數(shù) ICUCE。 功率晶體管共射極電路輸出特性 ICUCE如圖 23 所示，有截止區(qū)、線性區(qū)、準(zhǔn)飽和區(qū)、深飽和區(qū)組成，分別對(duì)應(yīng)不同的基極驅(qū)動(dòng)電流 IB。 圖 23 功率晶體管共射極電路輸出特性 安徽財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 飽和壓降 UCES 是在一定的基極驅(qū)動(dòng)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。飽和度越深，飽和壓降 UCES 越小，導(dǎo)通損耗越小，但是導(dǎo)致關(guān)斷過程中退出飽和的時(shí)間延長(zhǎng)。 一般來說，應(yīng)用于開關(guān)狀態(tài)的功率晶體管在導(dǎo)通在導(dǎo)通狀態(tài)集電極電流 IC大，飽和壓 降 UCES 小，截止?fàn)顟B(tài)集電極電流就是漏電流， ICEO 小，集電極和發(fā)射極之間的電壓UCE高，截止損耗 POFF=ICEOUCE小，加上開通過程和關(guān)斷過程的開關(guān)損耗小，因此開關(guān)狀態(tài)的功率晶體管總損耗比應(yīng)用在線性區(qū)功率晶體管損耗 P=ICUCE小。 、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過程、截止?fàn)顟B(tài)四個(gè)階段中動(dòng)作的快慢特點(diǎn)和時(shí)間參數(shù)。如圖所示功率晶體管的開關(guān)特性，有延遲時(shí)間 td、上升時(shí)間 tr、存儲(chǔ)時(shí)間 ts、下降時(shí)間 tf組成，其中導(dǎo)通時(shí)間 ton有延遲時(shí)間 td、上升時(shí)間 tr組成，關(guān)斷時(shí)間 toff有存儲(chǔ)時(shí)間 ts、下降時(shí)間 tf組成。為了加快功率晶體管的開關(guān)過程，必須優(yōu)化基極驅(qū)動(dòng)電流脈沖。 ，主要有集電極允許通過的最大電流 ICM，集電極最大允許耗散功率 PCM，最大允許結(jié)溫 TJM，晶體管擊穿電壓 UCEO、UCBO、 UEBO。 UCEO是基極開路、集電極 發(fā)射極間的擊穿電壓： UCBO是發(fā)射極開路、集電極 基極間的擊穿電壓； UEBO是集電極開路、發(fā)射極 基極間的擊穿電壓。一般來講，晶體管在應(yīng)用中任何時(shí)候都不允許超過極限參數(shù)。 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ MOSFET） 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管特點(diǎn) 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)稱電力 Power Mosfet。 特點(diǎn)是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高， 熱穩(wěn)定性好。但是電流容量小，耐壓低，一般適用于功率不超過 10kW 的電源電子裝置。 MOSFET 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 24所示為 N溝道結(jié)構(gòu)。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。 P安徽財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 基區(qū)與 N 漂移區(qū)之間形成的 PN 結(jié)反偏，漏源極之間 無電流流過。在導(dǎo)電狀態(tài)，即當(dāng) UGS大于開啟電壓或閾值電壓 UT時(shí)，柵極下 P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使 P型半導(dǎo)體反型成 N型而成為反型層，該反型層形成 N溝道而使 PN 結(jié)消失，漏極和源極導(dǎo)電。 (a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 (b)電氣圖形符號(hào) 圖 24 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。由于是場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對(duì)輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功 率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。 安徽財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 3章 開關(guān)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(dòng)型脈寬調(diào)制器，在顯示器、計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)電路中作為開關(guān)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(shí)，它的兩路驅(qū)動(dòng)脈沖 相差 180 度，而在單端方式時(shí)，其兩路驅(qū)動(dòng)脈 沖 為同頻同相。內(nèi)部功能 如圖 31 所示 。其引腳功能如下： 2 腳分別為誤差比較放大器的同相輸人端和反相輸人端。 3 腳為控制比較放大器和誤差 比較放大器的公共輸出端，輸出時(shí)表現(xiàn)為或輸出控制特性，也就是就在兩個(gè)放大器中，輸出幅度大者起作用。當(dāng) 3 腳的電平變高時(shí)， TL494 送出的驅(qū)動(dòng)脈沖 寬度變窄，當(dāng) 3 腳電平低時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈 沖 寬度變寬。 4 腳為死區(qū)電平控制端，從 4 腳加入死區(qū)控制電壓可對(duì)驅(qū)動(dòng)脈 沖 的最大寬度進(jìn)行控制，使其不超過 180 度，
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