【正文】 。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。 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)。 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。若用于驅(qū)動(dòng) MOSFET 管，則需另加入灌流驅(qū)動(dòng)電路 [ 9]。 (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(kāi)關(guān)電流達(dá) 5A 的開(kāi)關(guān)電路。 (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(kāi)關(guān)電路和半橋開(kāi)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(kāi)關(guān)電路。 (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。 TL494 內(nèi)部電路框圖見(jiàn)圖 32，說(shuō)明如下。 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。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 控制信號(hào)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。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)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(hào)期間才會(huì)被選通。 輸出脈沖的寬度是通過(guò)電容 CT 上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。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?其外形圖如圖 31。反饋電路中串聯(lián)有電阻，目的是自動(dòng)調(diào)整反饋量，避免反饋量過(guò)大而使開(kāi)關(guān)管的存儲(chǔ)效應(yīng)增大。 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?。因?yàn)?VT2 導(dǎo)通時(shí)， TC2 初級(jí)電流方向反向，故 TC1 繞組 N3 構(gòu)成 VT2 的正反饋電路。 圖 23 半橋開(kāi)關(guān)降壓電路 脈沖變壓器 TC1 為反饋?zhàn)儔浩?，其初?jí)繞組 N1 通過(guò) C C6 將 TC2 的次級(jí)輸出脈沖電壓分壓得到反饋脈沖， T1 次級(jí)繞組 N N3 形成相位相反的兩組驅(qū)動(dòng)脈沖。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。該電壓經(jīng)輸出變壓器 T2 的初級(jí)繞組 N1 接于兩只開(kāi)關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)上。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]。 圖 23 為無(wú)工頻變壓器的半橋開(kāi)關(guān)降壓電路。 半橋變換器具有全橋開(kāi)關(guān)變換電路的所有優(yōu)勢(shì)，在目前的 MOSFET 開(kāi)關(guān)管、 IGBT 等高壓大電流開(kāi)關(guān)器件中均可采用，其應(yīng)用遠(yuǎn)比全橋開(kāi)關(guān)變換電路更廣泛。 半橋變換器的應(yīng)用 實(shí)用的全橋開(kāi)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(kāi)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(hào)的參考 點(diǎn)不同。根據(jù)上述原理，當(dāng)采用相同規(guī)格的開(kāi)關(guān)管時(shí)，半橋開(kāi)關(guān)變換電路負(fù)載端電壓為1/2Ui，輸出功率為全橋開(kāi)關(guān)變換電路的 1/4。由于電容的隔離作用，半橋開(kāi)關(guān)變換電路對(duì)由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)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) 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。改變開(kāi)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。 圖 22 半橋開(kāi)關(guān)變換電路原理圖 該電路的工作過(guò)程如下。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(lái)保證其對(duì)稱性。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(kāi)關(guān)管磁化電流增大，同時(shí)次級(jí) 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(kāi)關(guān)變換電路的優(yōu)勢(shì)盡失。當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電源電壓和脈沖變壓器初級(jí) 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(kāi)關(guān)管集電極和發(fā)射極，因而要求開(kāi)關(guān)管 UECO＞ 2UCC。 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(duì)稱推挽開(kāi)關(guān)變換電路有不足之處。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～ 500 W。 S 1S 2V 1V 2N 1 N 2LU iU 0 圖 21 推挽開(kāi)關(guān)變換電路 在推挽開(kāi)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(kāi)關(guān)電源管的一半，因此開(kāi)關(guān)損耗隨之減小，效率提高。磁心在四個(gè) 象限內(nèi)的磁化曲線都被利用，在一定輸出功率時(shí)，磁心的有效截面積可以小于同功率的單端開(kāi)關(guān)電路。兩者交替導(dǎo)通，通過(guò)變壓器將能量傳到次級(jí)電路，使 V V2 輪流導(dǎo)通，向負(fù)載提供能量。脈沖變壓器初、 次級(jí)都有兩組對(duì)稱的繞組，其相位關(guān)系如圖所示，開(kāi)關(guān)管用開(kāi)關(guān) S 表示。 P 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(wú)電流流過(guò)；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓 UGS，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過(guò)，但柵極的正電壓會(huì)將其下面 P 區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將 P 區(qū)中的電子吸引到柵極下面的 P 區(qū)表面。其中 G 為柵極， S 為源極， D 為漏極。其特點(diǎn)是：用柵極電壓來(lái)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(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò) 10kW 的電 源電子裝置。肖特基二極管的不足之處是：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)，其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于 200V 以下；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管，簡(jiǎn)稱為肖特基二極管。采用外延型 PIN 結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管 (Fast Recovery Epitaxial Diodes， FRED)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短 (可低于 50 ns)，正向壓降也很低 ( V 左右 )，但其反向耐壓多在 400V 以下。 快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過(guò)程很短，特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短的二極管，簡(jiǎn)稱為快速二極管。其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在 5s 以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 電力二極管 電力二極管可分為普通二極管 , 快恢復(fù)二極管 ,肖特基二極管三種。導(dǎo)通時(shí)，器件上 一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開(kāi)關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)；形成斷態(tài)損耗 [5]時(shí)，在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān) 斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開(kāi)關(guān)損耗。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的 信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)往往用理想開(kāi)關(guān)來(lái)代替實(shí)際開(kāi)關(guān)。 (2) 開(kāi)關(guān)器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí) (通態(tài) )阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時(shí)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。 按電路的輸出取樣方式分類，可分為直接輸出取樣開(kāi)關(guān)電源，間接輸出取樣開(kāi)關(guān)電源；開(kāi)關(guān)電源按功率開(kāi)關(guān)管的連接方式，可分為單端正激開(kāi)關(guān)電源、單端反激開(kāi)關(guān)電源、半橋開(kāi)關(guān)電源和全橋開(kāi)關(guān)電源；按功率開(kāi)關(guān)管與電源供電、儲(chǔ)能電感、穩(wěn)壓電壓的輸出方式，可分為串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源和并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源。在顯示設(shè)備的 PWM 式開(kāi)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(shí)，電源電路仍能維持自激振蕩而有直流輸出電壓。 按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式，開(kāi)關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制 (PWM)式、 脈沖頻率調(diào)制 (PFM)式和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種。由于開(kāi)關(guān)電源的工作頻率高，一般在 20 kHz 以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開(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?chē)恢乱蜷L(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開(kāi)關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。在開(kāi)關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠。合理設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開(kāi)關(guān)電源的高效率。開(kāi)關(guān)電源的交流輸入電壓在 90~270 V 內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在177。由于開(kāi)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，從而使其重量只有同容量線性電源的 1/5，體積也大大縮小了。開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在 80%～ 90%，高的可達(dá) 90%以上。開(kāi)關(guān)電源的負(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，所以可以通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率、降低輸出濾波器 LC 的河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 方法來(lái)改善瞬態(tài)響應(yīng)特 性。 圖 12 開(kāi)關(guān)電源的基本組成 AC/DC 變換器也有多種電路形式，其中控制波形為方波的 PWM 變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。除此之外，開(kāi)關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路。 開(kāi)關(guān)電源的組成 開(kāi)關(guān)電源的基本組成如圖 12 所示。既改變 TON，又改變 T，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。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)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓 Uo 穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制 (PFM)。 T 不變，只改變 TON 來(lái)實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制 (PWM)。U iSU i0T O N U 0t0t0( b )V( a )U 0 圖 11 開(kāi)關(guān)電源的工作原理 為方便分析開(kāi)關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下： TTD ON? (11) 式中， T 表示開(kāi)關(guān) S 的開(kāi)關(guān)重復(fù)周期； TON 表示開(kāi)關(guān) S 在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。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，若使開(kāi)關(guān) S 按要求改變導(dǎo)通或斷開(kāi)時(shí)間，就能把輸入的直流電壓 Ui 變成矩形脈沖電壓。本文給出了微機(jī)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的詳細(xì)電路圖，并且每部分都附有詳細(xì)的分析，說(shuō)明了各部分的工作原理。 微機(jī) 開(kāi)關(guān)電源 [3]的核心部件是高頻開(kāi)關(guān)和主變壓器，而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。 電源是電腦系統(tǒng)的動(dòng)力基礎(chǔ)，是電腦主機(jī)配件的動(dòng)力源泉。 國(guó)外的一些大公司，像美國(guó) IR 公司對(duì)開(kāi)關(guān)電源研究從 70 年代就開(kāi)始了，現(xiàn)在他們的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒炝耍缭陂_(kāi)關(guān)管這方面 ， IR 公司開(kāi)發(fā)的一種新型 IGBT 開(kāi)關(guān)管，其溝槽 (Trench)原胞密度已達(dá)每平方英寸 億個(gè)的世界最高水平，通態(tài)電阻 R 可達(dá) 3 毫歐。目前，國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源自主研發(fā)及生產(chǎn)廠家有 300 多家，形成規(guī)模的有十多家。 1994 年我國(guó)原郵電部作出重大決策，要求通信領(lǐng)域推廣使用開(kāi)關(guān)電源以取代相控電源。本文給出了微機(jī)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的 交流輸入整流濾波電路 、 輔助電源電路 、 PWM 控制及驅(qū)動(dòng)電路 ,多路直流 輸出電路 、 自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路 的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)思路，并附有詳細(xì)的電路圖。 微機(jī)的電源通常采用脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，這種電源具有功耗小、轉(zhuǎn)換效率高、工作可靠、保護(hù)完善和穩(wěn)壓范圍寬等特點(diǎn)， 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。 電力電子技術(shù)的發(fā)展 ,特別是大功率器件 IGBT[1]和 MOSFET的迅速發(fā)展 ,將開(kāi)關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平 ,使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 論文 基于 TL494 的微機(jī)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì) 摘 要 隨著開(kāi)關(guān)電源在計(jì)算機(jī) 、 通信 、 航空航天 、 儀器儀表及家用電器等方面的廣泛應(yīng)用 , 人們對(duì)其需求量日益增長(zhǎng) ,并且對(duì)電源的效率 、 體積 、 重量及可靠性等方面提出了更高的要求。開(kāi)關(guān)電源以其效率高 、 體積小 、 重量輕等優(yōu)勢(shì)在很多方面逐步取代了效率低 ,又笨又重的線性電源。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展 對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求 ,從而促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。本課題介紹了一種基于 PWM[2]技術(shù)的半橋式微機(jī)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，它是通過(guò)用雙端驅(qū)動(dòng)集成電路 —— TL494 輸?shù)?PWM 脈沖控制主開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通來(lái)控制直流輸出的。 關(guān)鍵詞： IGBT， PWM， 開(kāi)關(guān)電源，驅(qū)動(dòng) 電路，整流