【正文】 。當外加 1V以下的電壓時，死區(qū) 時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現(xiàn)高電平保護。 3 腳為誤差放大器 A A2 的輸出端，在集成電路內部用于控制 PWM 比較器的同相輸入，當 A A2 任一輸出電壓升高時，控制 PWM 比較器的輸出脈寬減小。若用于驅動 MOSFET 管，則需另加入灌流驅動電路 [ 9]。 (5) 輸出驅動電流單端達到 400mA，能直接驅動峰值開關電流達 5A 的開關電路。 (3) 觸發(fā)器的兩路輸出設有控制電路，使 VT VT2 既可輸出雙端時序不同的驅動脈沖，驅動推挽開關電路和半橋開關電路， 也可輸出同相序的單端驅動脈沖，驅動單端開關電路。 (2) 內部設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)器翻轉換，控制兩路輸出之間的死區(qū)時間。 TL494 內部電路框圖見圖 32，說明如下。 脈沖寬度調制比較器為誤差放大器調節(jié)輸出脈寬提供了一個手段：當反饋電壓從 變化到 時，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導通百分比時間中下降到零。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 13 控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū) 時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。當雙穩(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。 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控制信號進行比較來實現(xiàn)。TL494 能產生 PWM，能調整頻率和脈寬，還有一路基準電壓，這些都滿足DCDC 的條件，采用不同拓撲，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 拓撲降壓，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，目的是自動調整反饋量，避免反饋量過大而使開關管的存儲效應增大。 半橋式推挽電路輸出的是雙向矩形波，反饋脈沖也應是雙向的，才能使VT VT2 維持正反饋作用。因為 VT2 導通時， TC2 初級電流方向反向，故 TC1 繞組 N3 構成 VT2 的正反饋電路。 圖 23 半橋開關降壓電路 脈沖變壓器 TC1 為反饋變壓器，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動脈沖。當 VT2導通時， C C2 分壓值 +155V 經(jīng) VT2 的 CE 極到輸入電壓負極，電壓也為155V。該電壓經(jīng)輸出變壓器 T2 的初級繞組 N1 接于兩只開關管的串聯(lián)連接點上。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 為無工頻變壓器的半橋開關降壓電路。 半橋變換器具有全橋開關變換電路的所有優(yōu)勢，在目前的 MOSFET 開關管、 IGBT 等高壓大電流開關器件中均可采用，其應用遠比全橋開關變換電路更廣泛。 半橋變換器的應用 實用的全橋開關變換 [6]電路必須有 4 組相互獨立的驅動脈沖，其中每組開關管 VT VT4 和 VT VT3 的各自驅動脈沖極性都相同，但是驅動信號的參考 點不同。根據(jù)上述原理，當采用相同規(guī)格的開關管時，半橋開關變換電路負載端電壓為1/2Ui，輸出功率為全橋開關變換電路的 1/4。由于電容的隔離作用，半橋開關變換電路對由于兩個開關導通時間不對稱而造成的變壓器一河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 10 次側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。當 VT1 或VT2 導通時， 電感 L 的電流逐漸上升；當 VT1 和 VT2 都關斷時，電感 L 的電流逐漸下降。改變開關的占空比，就可以改變二次側整流電壓的平均值，也就改變了輸出電壓 Uo。 圖 22 半橋開關變換電路原理圖 該電路的工作過程如下。因為該電路采用低壓供電， 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。否則，磁感應強度 +B 和 B 的差值形成剩余磁通量，使一個開關管磁化電流增大，同時次級 V V2 加到負載上的輸出電壓也不相等，從而增大紋波，推挽開關變換電路的優(yōu)勢盡失。當開關管截止時，電源電壓和脈沖變壓器初級 繞組 二分之一的感應電河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 9 壓相串聯(lián)，加到開關管集電極和發(fā)射極，因而要求開關管 UECO＞ 2UCC。 當濾波電感 L 電流連續(xù)時，輸出電壓表達式為 TTNNUU on12io 2? (21) 圖 21 所示的對稱推挽開關變換電路有不足之處。若使用 2只同規(guī)格開關管組成推挽電路，輸出功率可以達到 400～ 500 W。 S 1S 2V 1V 2N 1 N 2LU iU 0 圖 21 推挽開關變換電路 在推挽開關變換電路中，能量轉換由兩管交替控制，當輸出相同功率時，電流僅是單端開關電源管的一半，因此開關損耗隨之減小，效率提高。磁心在四個 象限內的磁化曲線都被利用，在一定輸出功率時，磁心的有效截面積可以小于同功率的單端開關電路。兩者交替導通，通過變壓器將能量傳到次級電路，使 V V2 輪流導通，向負載提供能量。脈沖變壓器初、 次級都有兩組對稱的繞組，其相位關系如圖所示，開關管用開關 S 表示。 P 基區(qū)與 N 漂移區(qū)之間形成的 PN 結反偏，漏源極之間無電流流過；在導電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓 UGS，柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過，但柵極的正電壓會將其下面 P 區(qū)中的空穴推開，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。其特點是：用柵極電壓來控制漏極電流，驅動電路簡單，需要的驅動功率小，開關速度快，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 10kW 的電 源電子裝置。肖特基二極管的不足之處是：當反向耐壓提高時，其正向壓降也會高得不能滿足要求，因此多用于 200V 以下；反向漏電流較大且對溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作溫度。 以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎的二極管稱為肖特基勢壘二極管，簡稱為肖特基二極管。采用外延型 PIN 結構的快恢復外延二極管 (Fast Recovery Epitaxial Diodes， FRED)，其反向恢復時間更短 (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。 快恢復二極管是恢復過程很短，特別是反向恢復過程很短的二極管，簡稱為快速二極管。其反向恢復時間較長，一般在 5s 以上，這在開關頻率不高時并不重要。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 6 電力二極管 電力二極管可分為普通二極管 , 快恢復二極管 ,肖特基二極管三種。導通時，器件上 一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時，開關器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過；形成斷態(tài)損耗 [5]時，在開關器件開通或關 斷的轉換過程中產生開通損耗和關斷損耗，總稱開關損耗。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對控制電路的 信號進行放大，這就是開關器件的驅動電路。作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關來代替實際開關。 (2) 開關器件一般都工作在開關狀態(tài)，導通時 (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關電源，間接輸出取樣開關電源；開關電源按功率開關管的連接方式，可分為單端正激開關電源、單端反激開關電源、半橋開關電源和全橋開關電源；按功率開關管與電源供電、儲能電感、穩(wěn)壓電壓的輸出方式，可分為串聯(lián)開關電源和并聯(lián)開關電源。在顯示設備的 PWM 式開關電源中，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。 按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式，開關電源可分為脈沖寬度調制 (PWM)式、 脈沖頻率調制 (PFM)式和脈沖調頻調寬式三種。由于開關電源的工作頻率高，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，由于功率開關管工作在開關狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關電源可以提高整機的可靠性和穩(wěn)定性。在開關電源中，由于可以方便地設置各種形式的保護電路，因此當電源負載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠。合理設計開關電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開關電源的高效率。開關電源的交流輸入電壓在 90~270 V 內變化時，輸出電壓的變化在177。由于開關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。開關電源的功率開關調整管工作在開關狀態(tài)，所以調整管的功耗小，效率高，一般在 80%～ 90%，高的可達 90%以上。開關電源的負載變換瞬態(tài)響應主要由輸出端LC 濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關頻率、降低輸出濾波器 LC 的河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 4 方法來改善瞬態(tài)響應特 性。 圖 12 開關電源的基本組成 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正弦波的諧振變換器應用較為普遍。除此之外，開關電源還有輔助電路，包括啟動、過流過壓保護、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路。 開關電源的組成 開關電源的基本組成如圖 12 所示。既改變 TON，又改變 T，實現(xiàn)脈沖占空比調節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調頻調寬方式。若保持 TON 不變，利用改變開關頻率 f=1/T 實現(xiàn)脈沖占空比調節(jié)，從而實現(xiàn)輸出直流電壓 Uo 穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調制 (PFM)。 T 不變，只改變 TON 來實現(xiàn)占空比調節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調制 (PWM)。U iSU i0T O N U 0t0t0( b )V( a )U 0 圖 11 開關電源的工作原理 為方便分析開關電源電路，定義脈沖占空比如下： TTD ON? (11) 式中， T 表示開關 S 的開關重復周期； TON 表示開關 S 在一個開關周期中的導通時間。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓 Ui 經(jīng)開關 S 加至輸 出端， S 為受控開關，是一個受開關脈沖控制的開關調整管，若使開關 S 按要求改變導通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓 Ui 變成矩形脈沖電壓。本文給出了微機開關穩(wěn)壓電源的詳細電路圖，并且每部分都附有詳細的分析，說明了各部分的工作原理。 微機 開關電源 [3]的核心部件是高頻開關和主變壓器，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)的動力基礎，是電腦主機配件的動力源泉。 國外的一些大公司，像美國 IR 公司對開關電源研究從 70 年代就開始了，現(xiàn)在他們的技術已經(jīng)相當?shù)某墒炝?，如在開關管這方面 ， IR 公司開發(fā)的一種新型 IGBT 開關管，其溝槽 (Trench)原胞密度已達每平方英寸 億個的世界最高水平，通態(tài)電阻 R 可達 3 毫歐。目前，國內開關電源自主研發(fā)及生產廠家有 300 多家，形成規(guī)模的有十多家。 1994 年我國原郵電部作出重大決策，要求通信領域推廣使用開關電源以取代相控電源。本文給出了微機開關穩(wěn)壓電源的 交流輸入整流濾波電路 、 輔助電源電路 、 PWM 控制及驅動電路 ,多路直流 輸出電路 、 自動穩(wěn)壓控制電路 的詳細設計方法及設計思路，并附有詳細的電路圖。 微機的電源通常采用脈寬調制式開關穩(wěn)壓電源，這種電源具有功耗小、轉換效率高、工作可靠、保護完善和穩(wěn)壓范圍寬等特點， 開關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。 電力電子技術的發(fā)展 ,特別是大功率器件 IGBT[1]和 MOSFET的迅速發(fā)展 ,將開關電源的工作頻率提高到相當高的水平 ,使其具有高穩(wěn)定性和高性價比等特性。河南科技大學畢業(yè)設計（論文） I 論文 基于 TL494 的微機開關電源設計 摘 要 隨著開關電源在計算機 、 通信 、 航空航天 、 儀器儀表及家用電器等方面的廣泛應用 , 人們對其需求量日益增長 ,并且對電源的效率 、 體積 、 重量及可靠性等方面提出了更高的要求。開關電源以其效率高 、 體積小 、 重量輕等優(yōu)勢在很多方面逐步取代了效率低 ,又笨又重的線性電源。開關電源技術的主要用途之一是為信息產業(yè)服務，信息技術的發(fā)展 對電源技術又提出了更高的要求 ,從而促進了開關電源技術的發(fā)展。本課題介紹了一種基于 PWM[2]技術的半橋式微機開關穩(wěn)壓電源，它是通過用雙端驅動集成電路 —— TL494 輸?shù)?PWM 脈沖控制主開關的導通來控制直流輸出的。 關鍵詞： IGBT， PWM， 開關電源，驅動 電路，整流