【文章內(nèi)容簡介】 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。此外，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖頻率恒定時(shí)，紋波率也相對較小。 S 1S 2V 1V 2N 1 N 2LU iU 0 圖 21 推挽開關(guān)變換電路 在推挽開關(guān)變換電路中，能量轉(zhuǎn)換由兩管交替控制，當(dāng)輸出相同功率時(shí)，電流僅是單端開關(guān)電源管的一半，因此開關(guān)損耗隨之減小，效率提高。如果選用同規(guī)格的開關(guān)管組成單端變換電路，輸出最大功率為 150 W。若使用 2只同規(guī)格開關(guān)管組成推挽電路，輸出功率可以達(dá)到 400～ 500 W。所以輸出功率 200 W 以上的開關(guān)電源均宜采用推挽開關(guān)變換電路。 當(dāng)濾波電感 L 電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓表達(dá)式為 TTNNUU on12io 2? (21) 圖 21 所示的對稱推挽開關(guān)變換電路有不足之處。一是開關(guān)管承受反壓較高。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，電源電壓和脈沖變壓器初級 繞組 二分之一的感應(yīng)電河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 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 UECO＞ 2UCC。二是推挽開關(guān)變換電路相當(dāng)于單端開關(guān)電路的對稱組合，只有當(dāng)開關(guān)管特性以及脈沖變壓器初、 次級繞組 均完全對稱時(shí)，脈沖變壓器磁心的磁化曲線在直角坐標(biāo)第 Ⅰ 、 Ⅱ 象限內(nèi)所包括的面積才和第 Ⅲ 、 Ⅳ 象限曲線內(nèi)面積相等，正負(fù)磁通相抵消。否則，磁感應(yīng)強(qiáng)度 +B 和 B 的差值形成剩余磁通量，使一個(gè)開關(guān)管磁化電流增大，同時(shí)次級 V V2 加到負(fù)載上的輸出電壓也不相等，從而增大紋波，推挽開關(guān)變換電路的優(yōu)勢盡失。因此，這種推挽開關(guān)變換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。因?yàn)樵撾娐凡捎玫蛪汗╇姡?N N2 匝數(shù)少，且兩繞組間電壓差也小，所以一般采用雙線并繞的方式來保證其對稱性。 半橋開關(guān)變換電路 半 橋開關(guān)變換電路工作原理 顧名思義 , 半橋開關(guān)變換電路就是取掉全橋開關(guān)變換電路中的兩只開關(guān)管，如圖 24 所示。 圖 22 半橋開關(guān)變換電路原理圖 該電路的工作過程如下。 VT1 與 VT2 交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為 Ui/2 的交流電壓。改變開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓的平均值，也就改變了輸出電壓 Uo。當(dāng) VT1 導(dǎo)通時(shí)，二極管 V1 處于通態(tài)；當(dāng)VT2 導(dǎo)通時(shí)，二極管 V2 處于通態(tài)；當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組 N1中的電流為零；當(dāng) V1 和 V2 都處于通態(tài)時(shí)，各分擔(dān)一半的電流。當(dāng) VT1 或VT2 導(dǎo)通時(shí)， 電感 L 的電流逐漸上升；當(dāng) VT1 和 VT2 都關(guān)斷時(shí)，電感 L 的電流逐漸下降。 VT1 和 VT2 斷態(tài)時(shí)承受的最高電壓為 Ui。由于電容的隔離作用，半橋開關(guān)變換電路對由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對稱而造成的變壓器一河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 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。 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 ON12io ? (22) 半橋開關(guān)變換電路省去了兩只開關(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。根據(jù)上述原理，當(dāng)采用相同規(guī)格的開關(guān)管時(shí)，半橋開關(guān)變換電路負(fù)載端電壓為1/2Ui，輸出功率為全橋開關(guān)變換電路的 1/4。半橋開關(guān)變換電路具有全橋開關(guān)變換電路的所有優(yōu)勢，因此其應(yīng)用比全橋開關(guān)變換電路更普遍。 半橋變換器的應(yīng)用 實(shí)用的全橋開關(guān)變換 [6]電路必須有 4 組相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)脈沖，其中每組開關(guān)管 VT VT4 和 VT VT3 的各自驅(qū)動(dòng)脈沖極性都相同，但是驅(qū)動(dòng)信號的參考 點(diǎn)不同。如果組成自激振蕩電路， 4 組開關(guān)要得到相同幅度、不同時(shí)序的正反饋脈沖是相當(dāng)困難的，加上 4 只開關(guān)管的性能對稱要求也難以達(dá)到，因此全橋開關(guān)變換電路極少被用于自激變換器中。 半橋變換器具有全橋開關(guān)變換電路的所有優(yōu)勢，在目前的 MOSFET 開關(guān)管、 IGBT 等高壓大電流開關(guān)器件中均可采用，其應(yīng)用遠(yuǎn)比全橋開關(guān)變換電路更廣泛。自激式半橋變換器的開關(guān)管耐壓要求較低，目前輸出功率 200W以下的變換器廣泛采用半橋開關(guān)變換電路。 圖 23 為無工頻變壓器的半橋開關(guān)降壓電路。圖中 TC TC2 和 VTVT2 組成半橋開關(guān)變換 電路，將輸入整流后約 310V 直流高壓由開關(guān)電路變成雙向矩形波，通過降壓比的方式輸出，經(jīng)整流濾波獲得與輸入隔離的低壓直流電。該電路代替工頻變壓器和整流濾波電路組成的低壓直流電源，故稱其為電子變壓器 [7]。 C C2 串聯(lián)接在輸出電壓兩端，正常情況下，其中點(diǎn)電壓為輸入電壓的 1/2。該電壓經(jīng)輸出變壓器 T2 的初級繞組 N1 接于兩只開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)上。當(dāng) VT1 導(dǎo)通時(shí)， +310V 電壓經(jīng) VT1 的 CE 極加到 TC2 繞組 N1 上端，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 N1 下端接 C C2 的中點(diǎn)，因此 N1 初級電壓為 310V150V=155V。當(dāng) VT2導(dǎo)通時(shí)， C C2 分壓值 +155V 經(jīng) VT2 的 CE 極到輸入電壓負(fù)極，電壓也為155V。在 T2 初級繞組中，兩管導(dǎo)通電流方向相反， T2 次級輸出對稱的矩形波。 圖 23 半橋開關(guān)降壓電路 脈沖變壓器 TC1 為反饋?zhàn)儔浩?，其初級繞組 N1 通過 C C6 將 TC2 的次級輸出脈沖電壓分壓得到反饋脈沖， T1 次級繞組 N N3 形成相位相反的兩組驅(qū)動(dòng)脈沖。根據(jù)圖示的 TC TC2 相位關(guān)系，當(dāng) VT1 導(dǎo)通時(shí)， TC1 繞組N2 輸出與 TC2 初次級相同的脈沖，構(gòu)成 VT1 的正反饋，而 TC1 繞組 N3 則輸出與 TC2 初次級相位相反的脈沖。因?yàn)?VT2 導(dǎo)通時(shí)， TC2 初級電流方向反向，故 TC1 繞組 N3 構(gòu)成 VT2 的正反饋電路。該變換器的反饋脈沖取自TC2 次級繞組，利用 TC2 的降壓比獲得較低的反饋電壓，以免另設(shè)低阻抗反饋繞組。 半橋式推挽電路輸出的是雙向矩形波，反饋脈沖也應(yīng)是雙向的，才能使VT VT2 維持正反饋?zhàn)饔?。電路中通過 C C6 分壓取得相對于 TC2 次級中點(diǎn)相位不同的脈沖，無論 VT1 還是 VT2 導(dǎo)通，都有正反饋?zhàn)饔谩７答侂娐分写?lián)有電阻，目的是自動(dòng)調(diào)整反饋量，避免反饋量過大而使開關(guān)管的存儲(chǔ)效應(yīng)增大。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 3 章 TL494 在微機(jī)開關(guān)電源中的應(yīng)用 TL494 概述 TL494 主要特性 TL494 是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(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、全橋式開關(guān)電源。 其外形圖如圖 31。 1 2 3 4 5 6 7 891 0 1 1 1 2 1 3 1 41 51 6I N +I N F B G N DV c c V r e fE 2C 2E 1C 1C O NR tC tTI N +I N T L 4 9 4 圖 31 TL494 外形圖 TL494 有 SO16 和 PDIP16 兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場合的要求。TL494 能產(chǎn)生 PWM，能調(diào)整頻率和脈寬，還有一路基準(zhǔn)電壓，這些都滿足DCDC 的條件，采用不同拓?fù)洌玫缴龎汉徒祲?，如采用推挽?pushpull）方式升壓，可 以改變反饋電阻，得到其他電壓；采用 BUCK 拓?fù)浣祲?，可以改變反饋電阻，得到其他電壓? TL494 工作原理簡述 TL494 內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)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(gè)控制信號進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。功率輸出管 Q1 和 Q2 受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號增大，輸出脈沖的寬度將減小。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū) 時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時(shí)間比較器具有 120mV 的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的 4%，當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為 96%，而輸出端接參考電平時(shí)，占空比為 48%。 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。 TL494 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) TL494 為雙端圖騰柱輸出的 PWM 脈沖控制驅(qū)動(dòng)器，總體結(jié)構(gòu)比同類集成電路 SG3524 更完善。 TL494 內(nèi)部電路框圖見圖 32，說明如下。 圖 32 TL494 內(nèi)部電路框圖 (1) 內(nèi)置 RC 定時(shí)電路設(shè)定頻率的獨(dú)立鋸齒波振蕩器 [ 8]，其最高振蕩頻率為 300 kHz，能驅(qū)動(dòng)雙極型開關(guān)管或 MOSFET 管。 (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) 4 腳輸出電平升高時(shí)，死區(qū)時(shí)間增大。 (3) 觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路，使 VT VT2 既可輸出雙端時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)推挽開關(guān)電路和半橋開關(guān)電路， 也可輸出同相序的單端驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)單端開關(guān)電路。 (4) 內(nèi)部兩組完全相同的誤差放大器，其同相輸入端和反相輸入端均被河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 引出芯片外，因此可以自由設(shè)定其基準(zhǔn)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(hù)。 (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。雙端輸出為 2 200mA，加入驅(qū)動(dòng)級即能驅(qū)動(dòng)近千瓦的推挽和半橋電路。若用于驅(qū)動(dòng) MOSFET 管，則需另加入灌流驅(qū)動(dòng)電路 [ 9]。 TL494 的各腳功能及參數(shù) 16 腳為誤差放大器 A A2 的同 相輸入端 , 最高輸入電壓不超過VCC+ V； 15 腳為誤差放大器 A A2 的 反相輸入端 , 可接入誤差檢出的基準(zhǔn)電壓。 3 腳為誤差放大器 A A2 的輸出端，在集成電路內(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。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。 3腳電壓反比于輸出脈寬，也可利用該端功能實(shí)現(xiàn)高電平保護(hù)。 4 腳為死區(qū)時(shí)間控制端。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。如果電壓超過 1V，內(nèi)部比較器將關(guān)斷觸發(fā)器的輸出脈沖。 5 腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容端， 6 腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電阻端，一般用于驅(qū)動(dòng)雙極型三極管時(shí)需限制振蕩頻率小于 40kHz。 7 腳為共地端。 11 腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器 NPN 管的集電極開路輸出端。當(dāng)通過外接負(fù)載電阻引出輸出脈沖時(shí)，為兩路時(shí)序不同的倒相輸出，脈沖極性為負(fù)極性，適合驅(qū)動(dòng) P 型雙極型開關(guān)管或 P 溝道 MOSFET 管。此時(shí)兩管發(fā)射極接共地。 10 腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器的發(fā)射極開路輸出端。當(dāng) 11 腳接 VCC，在 10 腳接入發(fā)射極負(fù)載電阻到地時(shí)，驅(qū)動(dòng)放大器的輸出為兩路正極性圖騰柱輸出脈沖，適合于驅(qū)動(dòng) N 型雙極型開關(guān)管或 N 溝道 MOSFET 管。 12 腳為 VCC，即輸入端，供電范圍為 8～ 40V。 13 腳為輸出模式控制端，外接 5 V 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。接地時(shí)為兩路同相位驅(qū)動(dòng)脈沖輸出， 11 腳和 10 腳可直接并聯(lián)。雙端輸出時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流為 2 200mA，并聯(lián)運(yùn)用時(shí)最大河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 驅(qū)動(dòng)電流為 400mA。 14 腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端，輸出 5177。 的基準(zhǔn)電壓，最大負(fù)載電流為 10mA，用于誤差檢出基準(zhǔn)電壓和控制模式的控制電壓。 RT 的取值范圍為 ～ 500Ω， CT 的取值范圍為 4700pF～ 10μ F，最高振蕩頻率為 fOSC≤ 300kHz。 TL494 在工作時(shí)，通過 6 腳分別接定時(shí)元件 CT 和 RT，經(jīng)相應(yīng)的門電路去控制 TL494 內(nèi)部的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管交替導(dǎo)通和截止，通過 8 腳和 11 腳向外輸出相位相差 180176。的脈寬調(diào)制控制脈沖。 TL494 若將 13 腳與 14 腳相連，可形成推挽式電路；若將 13 腳與 7 腳相連，可形成單端輸出電路，為增大輸出，可將兩個(gè)三極管并聯(lián)。 TL494 脈沖控 制波形圖 控制信號由集成電路外部輸入， 一路送至死區(qū)時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端 。死區(qū)時(shí)間比較器具有 120mV 的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的 4%，當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為