【正文】 了轉(zhuǎn)換輸出功率，鐵心的截面積必然較大，而要達(dá)到磁通量的飽和所需磁化電流也較大，使開(kāi)關(guān)管損耗增大。但是無(wú)論是設(shè)計(jì)還是調(diào)試，要保持這兩者的嚴(yán)密關(guān)系是十分困難的。 上述飽和式變換器中，脈沖變壓器 TC 有雙重功能，一是通過(guò)正反饋繞組使開(kāi)關(guān)管以自激振蕩的形式完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作，進(jìn)行 DCAC 的變換。雙變壓器飽和式變換器中，則將上述兩種功能分別采用驅(qū)動(dòng)變壓器和輸出變壓器來(lái)完成。因?yàn)轵?qū)動(dòng)變壓器只提供推挽開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)變壓器磁性材料為矩形磁化曲線的、高磁通密度的。 半橋變換電路 半橋式電路顧名思義就是取掉橋式電路中的兩只開(kāi)關(guān)管，半橋變換器電路如圖 23 所示。改變開(kāi)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。 VT1 或 VT2 導(dǎo)通時(shí)電感 L 的電流逐漸上升，兩個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)斷時(shí)，電感 L 的電流逐漸下降。由于電容的隔離作用，半橋電路對(duì)由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱(chēng)而造成的變壓器一次側(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 [8]。根據(jù)上述原理，當(dāng)采用相同規(guī)格開(kāi)關(guān)管時(shí)，半橋式負(fù)載端電壓為 1/2Uin，輸出功率為橋式電路的 1/4。 正激變換電路 正激電路原理圖如圖 24 所示。因此 V1 處于通態(tài)，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 V2 為斷態(tài)，電感 L 的電流逐漸增長(zhǎng)； VT 關(guān)斷后，電感 L 通過(guò) V2 續(xù)流， V1關(guān)斷。開(kāi)關(guān)管 VT 開(kāi)通后，變壓器的激磁電流由零始，隨著時(shí)間增加而線性的增長(zhǎng)直到 VT 關(guān)斷。 變壓器的磁心復(fù)位時(shí)間為： onrst tNNt 13? (24) 在電感電流連續(xù)的情況下，輸出電壓表示為： lon UTNtNU 210 ? (25) 輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓 U0 將高于式 (23)的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，輸出電壓表達(dá)式為： iUNNU 210 ? (26) DC/DC 升壓模塊設(shè)計(jì) 從低壓直流到高壓交流的轉(zhuǎn)換必定要設(shè)計(jì)升壓方案。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。所謂后置升壓，就是將升壓環(huán)節(jié)放在逆變、濾波環(huán)節(jié)之后，即先對(duì)熱電發(fā)電器輸入的 12V 低壓直流電進(jìn)行逆變、濾波，得到的是低壓正弦交流電，然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行交流升壓河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 得到所需的正弦交流電輸出。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(huì)比較龐大，并且設(shè)計(jì)也較復(fù)雜，使得電源設(shè)計(jì)失去應(yīng)用價(jià)值。另外壓電升壓器的輸出電壓隨負(fù)載的變化波動(dòng)較大，難以實(shí)現(xiàn)精確控制。 前置升壓實(shí)際上是直流 DC/DC 升壓，也就是將升壓環(huán)節(jié)放在整個(gè)電源系統(tǒng)的最前端，首先通過(guò)直流變換器實(shí)現(xiàn)直流升壓，然后再逆變、濾波。其中不隔離直流變換器主要是采用升壓式 (Boost)直流變換電路。當(dāng)電路不工作時(shí)，功率晶體管 VT 處于截止?fàn)顟B(tài)，二極管 V 導(dǎo)通，前端直流電源通過(guò)電感和二極管向電容充電，并且向負(fù)載提供自身電壓的直流電。當(dāng) VT 導(dǎo)通時(shí)，前端直流電源向電感 L 儲(chǔ)能，電感電流增加，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為左正右負(fù)，負(fù)載由電容C 供電；當(dāng) VT 截止時(shí)，電感電流減小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為左負(fù)右正，電感中能量釋放，與輸入電壓順極性疊加經(jīng)二極管 V 向負(fù)載供電，并同時(shí)向電容充電。其輸出電壓平均 值將超過(guò)前端直流電壓。 圖 26 所示為正激型開(kāi)關(guān)電源的主回路。其中，變壓器線圈繞組由 N1， N2，N3 組成。二極管V3 和變壓器繞組 N3 組成變壓器的磁芯復(fù)位電路，以保證在功率管再次開(kāi)通之前勵(lì)磁電流能夠?yàn)榱恪? 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(shí)，輸出電壓 Uo 將高于式 (27)的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)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(jì)（論文） 21 第 3 章 雙端驅(qū)動(dòng)集成電路 TL494 TL494 簡(jiǎn)介 TL494 是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開(kāi)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(kāi)關(guān)電源。 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 撲，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。 (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 )。 (4)內(nèi)止 5V 參考基準(zhǔn)電壓源。 (6)內(nèi)置功 率晶體管可提供 500mA 的驅(qū)動(dòng)能力。 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(guò)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(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)。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。 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)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。兩個(gè)誤差放大器具有從 到（ ）的共模 輸入范圍 [11]。的 PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路。 TL494 內(nèi)部電路框圖見(jiàn)圖32。 (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。 (3)觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路，使內(nèi)部 2 只開(kāi)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(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。 (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。若用于驅(qū)動(dòng) MOS FET 管，則需另加 入灌流驅(qū)動(dòng)電路 [12]。最高輸入電壓不超過(guò)VCC+?？山尤胝`差檢出的基準(zhǔn)電壓。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。 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)。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。 5 腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容端。 7 腳為共地端。當(dāng)通過(guò)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(kāi)關(guān)管或 P 溝道 MOS FET 管。 10 腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器的發(fā)射極開(kāi)路輸出端。 2 腳為 Vcc、輸入端。 13 腳為輸出模式控制端。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)。 14 腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端。 的基準(zhǔn)電壓，最大負(fù)載電流為 10mA。 RT 取值范圍 ～ 500Ω， CT 取值范圍 4700pF～ 10μF，最高振蕩頻率 fOS C≤ 300KHz。經(jīng)相應(yīng)的門(mén)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(guò) 8 腳和 11 腳向外輸出相位相差 180176。工作波形如圖 333 所示。為增大輸出可將 2 個(gè)三極管并聯(lián)。 TL494 含有振蕩器，誤差放大器， PWM 比較器及輸出級(jí)電路等部分。 TL494 內(nèi)部的穩(wěn)壓電源將外部供給的 +12V 電壓變換成 +5V 電壓，除提供芯片 內(nèi)部電路作電源外，并通 過(guò) 14 腳對(duì)外輸出 +5V 基準(zhǔn)電 源 13 腳為輸出脈沖控制端，當(dāng) 3 腳接地時(shí)，輸出脈沖最大占空比為 96%，當(dāng)接高電位時(shí)，最大占空河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 比為 48%。只有鋸齒波電壓高于控制信號(hào)時(shí)，才會(huì)有脈沖輸出，內(nèi)部?jī)蓚€(gè)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)。反饋電壓信號(hào) UF 由微機(jī)處理后引入 1 腳，與 2 腳的給定值 UG 比較后，產(chǎn)生調(diào)制脈寬的控制信 號(hào)，使輸出直流電壓保持穩(wěn)定。來(lái)自霍爾電流傳感器所檢測(cè)的電流信號(hào) IF 由微機(jī)處理后引入到 4 腳，當(dāng)充電電流超過(guò)給定值時(shí)封鎖輸出脈沖，關(guān)斷 IGBT[13]。以 EXB840 為核心構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路中，驅(qū)動(dòng)模塊 EXB840的電源為 +20V，在模塊內(nèi)部將 20V 電壓變換為 +15V 和 5V 兩種電壓，供 IGBT柵 射極導(dǎo)通時(shí)所需正偏電壓和關(guān)斷時(shí)所需的負(fù)偏壓。 EXB840 驅(qū)動(dòng)模塊從 3 腳和 1 腳輸出正，負(fù)驅(qū)動(dòng)脈沖至 IGBT 的柵 射極之間，開(kāi)通和關(guān)斷 IGBT[14]。此類(lèi)一體化音響，無(wú)論生產(chǎn)商標(biāo)出 2*35W 還是 200W+200W，其實(shí)仍為早期的雙聲道功放，其每聲道真正輸出有效功率不會(huì)大于 20W，普通產(chǎn)品不會(huì)超過(guò)2*6W。為此，籍此文向有車(chē)一族中的音響發(fā)燒友介紹。 DC 變換器重出江湖。這種機(jī)械式振動(dòng)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(jī)改為晶體管后，才從汽車(chē)音響中消失。在此情況下，從上世紀(jì)末，歐洲生產(chǎn)的汽車(chē)音響中開(kāi)始采用DCDC 變換器，將 12V 蓄電池供電變換為177。 50V，向汽車(chē)音響提供電源。 汽車(chē)音響供電電源中采用 DCDC 變換器，而不采用升壓式開(kāi)關(guān)電源，是經(jīng)過(guò)縝密考慮的。為了避免功放輸出信號(hào)產(chǎn)生削頂失真，要求供電電源有足夠的能量?jī)?chǔ)備，當(dāng)信號(hào)峰值瞬間能立即提供較大的電流（一般 PMOP 即為對(duì)功放瞬間峰值功率的標(biāo)稱(chēng)）。 開(kāi)關(guān)電源無(wú)論采取 PWM 還是 PCM，其能量輸出是由脈沖變壓器電磁轉(zhuǎn)換形成的，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，向脈沖變壓器存儲(chǔ)磁能，開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，磁能轉(zhuǎn)換成電能，向負(fù)載提供電壓。但是，音樂(lè)的波動(dòng)是千變?nèi)f化的，有時(shí)大幅度的沖出信號(hào)只是瞬間的事，若信號(hào)沖擊到來(lái)時(shí)，開(kāi)關(guān)電源不能及時(shí)提供大電流，輸出電壓必然形成隨大信號(hào)下降的波形，使信號(hào)上沖受限，產(chǎn)生波形失真，等沖擊信號(hào)過(guò)后?？上В@一切為時(shí)已晚，在此過(guò)程中輸出信號(hào)難免失真，同時(shí)也增大了電源紋波脈沖，使放大器的噪聲增大。從此點(diǎn)來(lái)說(shuō)，直流變換器和變壓器整流電源沒(méi)有區(qū)別，而且直流變換器的內(nèi)阻更低，對(duì)瞬間大電流的適應(yīng)性更強(qiáng)。 根據(jù)上述原理，上世紀(jì)末，歐洲開(kāi)始在轎車(chē)音響上配置直流變換器， 與汽車(chē)功放配套。 25V 直流變換器，輸出最大電流可達(dá) 10 到 15A，使功放有效輸出功率可達(dá) 2X40W，或 BTL 接法， 使輸出功率為 150W。 30V/15A 的輸出可以向四聲道的放大器供電，輸出 4*60W 的有效功率其中“ Monacor HPB150為最早的產(chǎn)品，其功放變換器采用分立元件組裝成自激推挽式變換器，共采用 13 只三極管，電路較復(fù)雜，裝調(diào)也不方便。 Jensen 功率變換器，則采用傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源它激式驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)四只 MOS FET 開(kāi)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。變換器的振蕩器和控制河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 系統(tǒng)全部集成在 IC（ TL494）內(nèi)部。 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(dòng)電路，用作驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的脈沖信號(hào)源，因而與常規(guī)用法有所不用。 TL494 內(nèi)部?jī)山M驅(qū)動(dòng)級(jí)，由第 9， 10 腳輸出時(shí)序不同的正向脈沖。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 一組驅(qū)動(dòng)脈沖使推挽電路一臂導(dǎo)通后，相隔一死區(qū)時(shí)間，才發(fā)出另一組驅(qū)動(dòng)脈沖， 使另一臂導(dǎo)通（第四腳電壓越高，死區(qū)時(shí)間越長(zhǎng)）。在該變換器中， TL494 各腳功能及應(yīng)用如下： 第 1 腳為第一組誤差放大器的反相輸入端。 第 2 腳為第一組誤差放大器的同相輸入端。當(dāng)?shù)?2 腳輸出高電平時(shí)，誤差放大器輸出端（第 3 腳）輸出恒定的低電平，該電平在 TL494 內(nèi)部控制比較器組成的 PWM 調(diào)制器，輸出最大脈寬 45%，其余 5%作死區(qū)時(shí)間。 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 4 腳電平達(dá)到 時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖被關(guān)斷。 C3， R5 與振蕩頻率的關(guān)系為：f(kHZ)=(kΩ )C(μ F)。 第 8， 11 腳通過(guò)外接電阻接至 Vcc=12V。 第 12 腳接輸入信號(hào)。 第 14 腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端，輸出 5V177。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 主電路的設(shè)計(jì) 圖 42 汽車(chē)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(dòng)脈沖，一組驅(qū)動(dòng)脈沖使推挽電路一臂導(dǎo)通后，相隔一死區(qū)時(shí)間，才發(fā)出另一組驅(qū)動(dòng)脈沖，使另