【正文】 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 主電路的設(shè)計 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)動脈沖，一組驅(qū)動脈沖使推挽電路一臂導(dǎo)通后，相隔一死區(qū)時間，才發(fā)出另一組驅(qū)動脈沖，使另一臂導(dǎo)通。 第 12 腳接輸入信號。 C3， R5 與振蕩頻率的關(guān)系為：f(kHZ)=(kΩ )C(μ F)。 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)。 第 2 腳為第一組誤差放大器的同相輸入端。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 一組驅(qū)動脈沖使推挽電路一臂導(dǎo)通后，相隔一死區(qū)時間，才發(fā)出另一組驅(qū)動脈沖， 使另一臂導(dǎo)通（第四腳電壓越高，死區(qū)時間越長）。 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)動電路，用作驅(qū)動開關(guān)管的脈沖信號源，因而與常規(guī)用法有所不用。 Jensen 功率變換器，則采用傳統(tǒng)開關(guān)電源它激式驅(qū)動器驅(qū)動四只 MOS FET 開關(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。 25V 直流變換器，輸出最大電流可達 10 到 15A，使功放有效輸出功率可達 2X40W，或 BTL 接法， 使輸出功率為 150W。從此點來說，直流變換器和變壓器整流電源沒有區(qū)別，而且直流變換器的內(nèi)阻更低，對瞬間大電流的適應(yīng)性更強。但是，音樂的波動是千變?nèi)f化的，有時大幅度的沖出信號只是瞬間的事，若信號沖擊到來時，開關(guān)電源不能及時提供大電流，輸出電壓必然形成隨大信號下降的波形，使信號上沖受限，產(chǎn)生波形失真，等沖擊信號過后。為了避免功放輸出信號產(chǎn)生削頂失真，要求供電電源有足夠的能量儲備，當(dāng)信號峰值瞬間能立即提供較大的電流（一般 PMOP 即為對功放瞬間峰值功率的標稱）。 50V，向汽車音響提供電源。這種機械式振動子變換器一直延用到半導(dǎo)體器件相當(dāng)成熟，即電子管收音機改為晶體管后，才從汽車音響中消失。為此，籍此文向有車一族中的音響發(fā)燒友介紹。 EXB840 驅(qū)動模塊從 3 腳和 1 腳輸出正，負驅(qū)動脈沖至 IGBT 的柵 射極之間，開通和關(guān)斷 IGBT[14]。來自霍爾電流傳感器所檢測的電流信號 IF 由微機處理后引入到 4 腳，當(dāng)充電電流超過給定值時封鎖輸出脈沖，關(guān)斷 IGBT[13]。只有鋸齒波電壓高于控制信號時，才會有脈沖輸出，內(nèi)部兩個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)。 TL494 含有振蕩器，誤差放大器， PWM 比較器及輸出級電路等部分。工作波形如圖 333 所示。 RT 取值范圍 ～ 500Ω， CT 取值范圍 4700pF～ 10μF，最高振蕩頻率 fOS C≤ 300KHz。 14 腳為內(nèi)部基準電壓精密穩(wěn)壓電路端。 13 腳為輸出模式控制端。 10 腳為兩路驅(qū)動放大器的發(fā)射極開路輸出端。 7 腳為共地端。當(dāng)外加 1V以下的電壓時，死區(qū)時間與外加電壓成正比。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，控制 PWM 比較器的輸出脈寬減小。最高輸入電壓不超過VCC+。 (5)輸出驅(qū)動電流單端達到 400mA，能直接驅(qū)動峰值開關(guān)電流達 5A 的開關(guān)電路。 (2)內(nèi)部設(shè)有比較器組成的死區(qū)時間控制電路，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)時間。的 PWM 驅(qū)動信號輸出，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。當(dāng)把死區(qū)時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)時間。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。 (6)內(nèi)置功 率晶體管可提供 500mA 的驅(qū)動能力。 (2) 片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個 (一個電阻和一個電容 )。 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，輸出電壓 Uo 將高于式 (27)的計算值，并隨負載減小而升高，在負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（論文） 21 第 3 章 雙端驅(qū)動集成電路 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。其中，變壓器線圈繞組由 N1， N2，N3 組成。其輸出電壓平均 值將超過前端直流電壓。當(dāng)電路不工作時，功率晶體管 VT 處于截止狀態(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，并且向負載提供自身電壓的直流電。 前置升壓實際上是直流 DC/DC 升壓，也就是將升壓環(huán)節(jié)放在整個電源系統(tǒng)的最前端，首先通過直流變換器實現(xiàn)直流升壓，然后再逆變、濾波。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，升壓線圈體積將會比較龐大，并且設(shè)計也較復(fù)雜，使得電源設(shè)計失去應(yīng)用價值。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。開關(guān)管 VT 開通后，變壓器的激磁電流由零始，隨著時間增加而線性的增長直到 VT 關(guān)斷。 正激變換電路 正激電路原理圖如圖 24 所示。由于電容的隔離作用，半橋電路對由于兩個開關(guān)導(dǎo)通時間不對稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和 [8]。改變開關(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。因為驅(qū)動變壓器只提供推挽開關(guān)的驅(qū)動電流，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)動變壓器磁性材料為矩形磁化曲線的、高磁通密度的。 上述飽和式變換器中，脈沖變壓器 TC 有雙重功能，一是通過正反饋繞組使開關(guān)管以自激振蕩的形式完成開關(guān)動作，進行 DCAC 的變換。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。很明顯，自激推挽式開關(guān)電源只能組成無穩(wěn)壓功能的變換器，而不能用于開關(guān)電源，因為要同步控制兩管的通斷占空比，電路必然較復(fù)雜，且難以達到完全對稱地控制。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，達到此要求的只有 NPN 型開關(guān)管。 所有用于高壓開關(guān)電路的開關(guān)管絕對都只采用 NPN 型，這點是由半導(dǎo)體器件工藝所決定的。由于雙極型開關(guān)管有少數(shù)載流子的存儲效應(yīng)， IB 的減小，甚至 IB=0 時，其 IC 不會立即截止，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)兩管同時瞬間導(dǎo)通。 上述推挽式自激變換器有不少優(yōu)點，但是也有缺陷。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，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。在 Ic 劇增至 IcIB*β 時， Ic 才開始減小。此過程中，由于磁心的飽和周而復(fù)始地進行， VT VT2 輪流導(dǎo)通，初始電流方向隨之不斷改變，因而在次級感應(yīng)出雙向矩形脈沖。因此， φ N1 在各繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，正反饋繞組N3 的感應(yīng)電勢形成對 VT 1 的正反饋，使 VT1 集電極電流迅速增大。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)。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。一是開關(guān)管承受反壓較高。如果 用河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 同規(guī)格的開關(guān)管組成單端變換電路，輸出最大功率為 150W。由于 S S2 導(dǎo)通時脈沖變壓器 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。推挽式、半橋式、橋式開關(guān)電路可以輸出較大功率，成為開關(guān)電源的主要電路形式。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。在測量輸出噪聲時，電子負載的 PARD 必須比待測的電源供應(yīng)器的 PARD 值為低，才不會影響輸出噪聲測量。開關(guān)電源實際工作時最惡劣的狀況如輸出負載電流最大、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 干擾信號后的 輸出瞬時電壓，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不超過輸出高低電壓界限 。 綜合調(diào)整率用下列方式表示： 當(dāng) 輸入電壓與輸出負載電流變化 時 ，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值以內(nèi) )或某一百分比界限內(nèi)。測試步驟如下：將待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負載狀況下熱機穩(wěn)定后，測量正常負載下之輸出電壓值，再分別 在輕載、重載負載下，測量并記錄其輸出電壓值，負載調(diào)整率通常以正常之固定輸入電壓下，由負載電流變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比 表示。 電源調(diào)整率 ξ 通常以一 額定 負載下，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 出電壓上下限絕對值以內(nèi)。在前述之兩個極端下驗證電源供應(yīng)器之輸出電源的穩(wěn)定度是否合乎需求的規(guī)格。此步驟完成后才能確保后續(xù)的規(guī)格能夠符合 要求 。在開關(guān)頻率較高時，會產(chǎn)生顯著的延時，而且需要一組獨立的驅(qū)動電源。 驅(qū)動電路的選擇 (1)IR21 系列 因為 MOSFET 開關(guān)頻率可達到 100KHz，采用此類專用驅(qū)動芯片最為理想。 (a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 (b)電氣圖形符號 圖 16 電力 MOSFET 的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 MOSFET 開關(guān)時間在 10～ 100ns 之間，工作頻率可達 100kHz 以上，是電力電子器件中最高的。 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)。 圖 15 變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源原理圖 電力場效應(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（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。功率開關(guān)晶體管 VT 與開關(guān)變壓器初級線圈相串聯(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得到脈沖電壓，這個脈沖電壓經(jīng)整流濾波后得到直流輸出電壓 U0。 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)。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 開關(guān)電源典型結(jié)構(gòu) 串聯(lián)開關(guān)電源 結(jié)構(gòu) 串聯(lián)開關(guān)電源工作原理的方框圖如圖 13 所示。 (4)要求電源電路有良好的過壓、過流、輸出短路、 X 射線保護及復(fù)位功能。 ： (1)由于負載 均屬高可靠性設(shè)備，對電源的要求較高，除了提供大的功率，還要求有高的效率。 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單，既可采用簡易開關(guān)電源也可以采用傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電路，無論負載處于正常工作狀態(tài)還是待機狀態(tài)，副電源都必須正常工作。 主開關(guān)電源的輸出功率較副電源、行輸出級二次電源的輸出功率要大。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，電源 電路仍能維持自激振蕩而有直流輸出電壓。 (4)可靠安全：在開關(guān)電源中，由于可以方便的設(shè)置各種形式的保護電路，所以當(dāng)電源負載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保護功能可靠。 (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。 開關(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，在提高開關(guān)頻率的同時，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)指標也能得到改善。 開關(guān)電源的組成 開關(guān)電源由以下四個基本環(huán)節(jié)組成，見圖 12 所示 。若保持 TON 不變，利用改變開關(guān)頻率 f=1/T 實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 從而實現(xiàn)輸出直流電壓 U0 穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制 (PFM)方式開關(guān)電源。 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?