【導(dǎo)讀】定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制和場效應(yīng)管構(gòu)成。線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。目前世界各國都有廣泛的應(yīng)用，特別是對大容量高頻。制電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序的。編制，并對電源裝置的硬件和軟件進(jìn)行了調(diào)試和修改。在電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上，詳細(xì)分析了基于TL494電源管理芯片。本文研制的直流開。關(guān)電源具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)。

　　

【正文】 和次極的相位同相。 D1 為整流二極管， D2 為續(xù)流二極管， R C R C2 為削尖峰電路。 L1為續(xù)流電感， C LC5 組成 π 型濾波器。 反激式整流電路： T1 為開關(guān)變壓器，其初極和次極的相位相反。 D1 為整流二極管， RC1 為削尖峰電路。 L1 為續(xù)流電感， R2 為假負(fù)載， C L C5 組成 π型濾波器。 同步整流電路： 28 工作原理：當(dāng)變壓器次級上端為正時(shí)，電流經(jīng) C R R R7 使 Q2導(dǎo)通，電路構(gòu)成回路， Q2 為整流管。 Q1 柵極由于處于反偏而截止。當(dāng)變壓器次級下端為正時(shí)，電流經(jīng) C R R2使 Q1 導(dǎo)通， Q1 為續(xù)流管。Q2 柵極由于處于反偏而截止。 L2 為續(xù)流電感， C L C7 組成 π 型濾波器。 R C R C4 為削尖峰電路。 穩(wěn)壓環(huán)路原理 反饋電路原 理圖： 、工作原理： 當(dāng)輸出 U0 升高，經(jīng)取樣電阻 R R R VR1 分壓后， U1③ 腳電壓升高，當(dāng)其超過 U1② 腳基準(zhǔn)電壓后 U1① 腳輸出高電平，使 Q1 導(dǎo)通，光耦 OT1 發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通， UC3842① 腳電位相應(yīng)變低， 29 從而改變 U1⑥ 腳輸出占空比減小， U0 降低。 當(dāng)輸出 U0 降低時(shí)， U1③ 腳電壓 降低，當(dāng)其低過 U1② 腳基準(zhǔn)電壓后 U1① 腳輸出低電平， Q1 不導(dǎo)通，光耦 OT1 發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導(dǎo)通， UC3842① 腳電位升高，從而改變 U1⑥ 腳輸出占空比增大， U0 降低。周而復(fù)始，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。調(diào)節(jié) VR1 可改變輸出電壓值。 反饋環(huán)路是影響開關(guān)電源穩(wěn)定性的重要電路。如反饋電阻電容錯(cuò)、漏、虛焊等，會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，故障現(xiàn)象為：波形異常，空、滿載振蕩，輸出電壓不穩(wěn)定等。 短路保護(hù)電路 在輸出端短路的情況下， PWM 控制電路能夠把輸出電流限制在一個(gè)安全范圍內(nèi)，它可以用多種方法來實(shí)現(xiàn)限 流電路，當(dāng)功率限流在短路時(shí)不起作用時(shí)，只有另增設(shè)一部分電路。 短路保護(hù)電路通常有兩種，下圖是小功率短路保護(hù)電路，其原理簡述如下： 當(dāng)輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦 OT1 不導(dǎo)通， UC3842① 腳電壓上升至 5V 左右， R1 與 R2 的分壓超過 TL431 基準(zhǔn)，使之導(dǎo)通， UC3842⑦腳 VCC 電位被拉低， IC停止工作。 UC3842 停止工作后 ① 腳電位消失， TL431不導(dǎo)通 UC3842⑦ 腳電位上升， UC3842 重新啟動(dòng)，周而復(fù)始。當(dāng)短路現(xiàn)象消失后，電路可以自動(dòng)恢復(fù)成正常工作狀態(tài)。 下圖是中功率短路保護(hù)電路，其原理簡述如下： 30 當(dāng)輸出短路， UC3842① 腳電壓上升 ,U1 ③ 腳 電位高于 ② 腳時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn) ① 腳輸出高電位，給 C1 充電，當(dāng) C1 兩端電 壓超過 ⑤ 腳基準(zhǔn)電壓時(shí) U1⑦ 腳輸出低電位， UC3842① 腳低于 1V， UCC3842 停止工作，輸出電壓為 0V，周而復(fù)始，當(dāng)短路 消失后電路正常工作。 R C1 是充放電時(shí)間常數(shù)， 阻值不對時(shí)短路保護(hù)不起作用。 下圖是常見的限流、短路保護(hù)電路。其工作原理簡述如下： 當(dāng)輸出電路短路或過流，變壓器原邊電流增大， R3 兩端電壓降增 大， ③ 腳電壓升高， UC3842⑥ 腳輸出占空 比逐漸增大， ③ 腳電壓超過 1V 時(shí)， UC3842關(guān)閉無輸出。 下圖是用電流互感器取樣電流的保護(hù)電路，有著功耗小，但成本高和電路較為復(fù)雜，其工作原理簡述如下： 輸出電路短路或電流過大， TR1 次級線圈感 應(yīng)的電壓就越高，當(dāng) 31 UC3842③ 腳超過 1 伏， UC3842 停止工作，周而復(fù) 始，當(dāng)短路或過載消失，電路自行恢復(fù)。 輸出端限流保護(hù) 上圖是常見的輸出端限流保護(hù)電路，其工作原理簡述如上圖：當(dāng)輸出電流過大時(shí)， RS（錳銅絲）兩端電壓上升， U1③ 腳電壓高于 ② 腳基準(zhǔn)電壓， U1① 腳輸出高電壓， Q1 導(dǎo)通，光耦發(fā)生光電效應(yīng)， UC3842① 腳電壓降低，輸出電壓降低，從而達(dá)到輸出過載限流的目的。 輸 出過壓保護(hù)電路的原理 輸出過壓保護(hù)電路的作用是：當(dāng)輸出電壓超過設(shè)計(jì)值時(shí)，把輸出電壓限定在一安全值的范圍內(nèi)。當(dāng)開關(guān)電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當(dāng)引起輸出過壓現(xiàn)象時(shí)，過壓保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)以防止損壞后級用電設(shè)備。應(yīng)用最為普遍的過壓保護(hù)電路有如下幾種： 可控硅觸發(fā)保護(hù)電路： 如上圖，當(dāng) Uo1 輸出升高，穩(wěn)壓管 （ Z3）擊穿導(dǎo)通，可控硅（ SCR1）的控制 32 端得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導(dǎo)通。 Uo2 電壓對地短路，過流保護(hù)電路或短路保護(hù)電路就會(huì)工作，停止整個(gè)電源電路的工作。當(dāng)輸出過壓現(xiàn)象排除，可控硅的控制端觸發(fā)電壓通過 R 對地泄放，可控硅恢復(fù)斷開狀態(tài)。 光電耦合保護(hù)電路： 如上圖，當(dāng) Uo 有過壓現(xiàn)象時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿導(dǎo)通，經(jīng)光耦（ OT2） R6 到地產(chǎn)生電流流過，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合器的光敏三極管導(dǎo)通。 Q1 基極得電導(dǎo)通， 3842 的 ③ 腳電降低，使 IC 關(guān)閉，停止整個(gè)電源的工作， Uo為零，周而復(fù)始。 輸出限壓保護(hù)電路： 輸出限壓保護(hù)電路如下圖，當(dāng)輸出電壓升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通光耦導(dǎo)通， Q1 基極有驅(qū)動(dòng)電壓而道通， UC3842③ 電壓升高，輸出降低，穩(wěn)壓管不導(dǎo)通， UC3842③ 電壓降低，輸出電壓升高。周而復(fù)始，輸出電壓將穩(wěn)定在一范圍內(nèi)（取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值）。 輸出過壓鎖死電路： 33 圖 A 的工作原理是，當(dāng)輸出電壓 Uo 升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，光耦導(dǎo)通， Q2 基極得電導(dǎo)通，由于 Q2 的導(dǎo)通 Q1 基極電壓降低也導(dǎo)通， Vcc 電壓經(jīng) R QR2 使 Q2 始終導(dǎo)通， UC3842③ 腳始終是高電平而停止工作。在圖 B 中， UO 升高 U1③ 腳電壓升高， ① 腳輸出高電平，由于 D R1 的存在， U1① 腳始終輸出高電平 Q1 始終導(dǎo)通， UC3842① 腳始終是低電平而停止工作。正反饋？ 功率因數(shù)校正電路（ PFC） 原理示意圖： 工作原理： 輸入電壓經(jīng) L L L3等組成的 EMI 濾波器， BRG1 整流一路送 PFC 電感，另一路經(jīng) R R2 分壓后送入 PFC 控制器作為輸入電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號的占空比，即改變 Q1的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，穩(wěn)定 PFC輸出電壓。 L4是 PFC 電感，它在 Q1導(dǎo)通時(shí)儲存能量，在 Q1 關(guān)斷時(shí)施放能量。 D1 是啟動(dòng)二極管。 D2 是 PFC 整流二極管， C C7 濾波。 PFC 電壓一路 34 送后級電路，另一路經(jīng) R R4分壓后送入 PFC 控制器作為 PFC 輸出電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號的占空比，穩(wěn)定 PFC 輸出電壓。 輸入過欠壓保護(hù) 原理圖： 工作原理： AC 輸入和 DC 輸入的開關(guān)電源的輸入過欠壓保護(hù)原理大致相同。保護(hù)電路的取樣電壓均來自輸入濾波后的電壓。 取樣電壓分為兩路，一路經(jīng)R R R R4 分壓后輸入比較器 3 腳，如取樣電壓高于 2 腳基準(zhǔn)電壓，比較器 1 腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無輸出。另一路經(jīng)R R R R10 分壓后輸入比較器 6 腳，如取樣電壓低于 5 腳基準(zhǔn)電壓，比較器 7 腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無輸出。 35 第四章 雙端驅(qū)動(dòng)集成電路 TL494 TL494 簡介 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。 TL494 有SO16 和 PDIP16 兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場合的要求 [10]。 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)?，得到升壓和降壓，如圖： 1，采用推挽（ pushpull）方式，升壓，可以改變反饋電阻，得到其他電壓； 2，采用 BUCK 拓?fù)浣祲?，可以改變反饋電阻，得到其他電壓； 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 41 TL494 外形圖 TL494 其他主要特點(diǎn)如下： (1) 集成了全部的脈寬調(diào)制電路。 (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 )。 (3)內(nèi)置誤差放大器。 (4)內(nèi)止 5V 參考基準(zhǔn)電壓源。 36 (5)可調(diào)整死區(qū)時(shí)間。 (6)內(nèi)置功率晶體管可提供 500mA 的驅(qū)動(dòng)能力。 (7)推或拉兩種輸出方式。 TL494 的工作原理 TL494 是一個(gè)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(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。 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%。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。 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。兩個(gè)誤差放大器具有從 到（ ）的共模輸入范圍。 TL494 內(nèi)部電路 TL494 是一種電壓控制模式的 PWM 控制和驅(qū)動(dòng)集成電路芯片，由于它具有兩路相位相差 180176。 的 PWM 驅(qū)動(dòng)信號輸出，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?？傮w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。 TL494 內(nèi)部電路如下： 37 圖 42 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，其振蕩頻率： RCf ? (41) 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(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)⑷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，使內(nèi)部 2 只開關(guān)管既可輸出雙端時(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)近千瓦的推挽式和半橋式電路。若用于驅(qū)動(dòng) MOS FET 管，則需另加入灌流驅(qū)動(dòng)電路。 TL494 管腳功能及參數(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 38 VCC+。 15 腳為誤差放大器 A A2 的反相輸入端?？山尤胝`差檢出的基準(zhǔn)電壓。 3 腳為誤差放大器 A A2 輸出端。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。 7 腳為共地端。 11 腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器