筆記本電源設(shè)配器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本篇論文介紹的筆記本電源設(shè)配器的設(shè)計(jì)。是一種開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，系統(tǒng)首先由工頻電網(wǎng)接入220V，50HZ的交流電壓，這個(gè)交流電壓經(jīng)過(guò)一級(jí)整流、濾波電路處理后送入由兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管組成的逆變電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，晶體管管通過(guò)開(kāi)通或切斷電流通路將直流電壓變成一個(gè)100 kHz的交流電壓，交流電壓送入高頻變壓器進(jìn)行降壓，降壓后輸出的交流電再經(jīng)過(guò)高頻

2、整流、濾波后輸出一個(gè)16V的直流電壓，輸出端反饋回的電壓，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)控制芯片TL494的處理后，由8腳和11腳輸出寬度可調(diào)的脈沖信號(hào)給開(kāi)關(guān)管，控制開(kāi)關(guān)管的脈沖信號(hào)，從而達(dá)到恒流，穩(wěn)壓輸出的目的。文中第1章主要是對(duì)設(shè)計(jì)的總體介紹和題目所涉及到的背景和意義等。第2章開(kāi)始主要敘述的是本次設(shè)計(jì)中所用到的芯片資料，包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳功能典型應(yīng)用電路。第3章開(kāi)始詳細(xì)的介紹了各部分電路的設(shè)計(jì)過(guò)程包括電路的設(shè)計(jì)，元件的選擇，參數(shù)的計(jì)算等等。</

3、p><p>　　關(guān)鍵詞： 電源適配器 ，變壓器 ，PWM控制電路，高頻濾波</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　A design of Adapter is introduced in this text. Being a kind of switch is steady to voltage power su

4、pply, the system is first connected into a 220 V by the work frequency of current net, the exchanges electric voltage with 50 HZ, this exchanges electric voltage sends to go into after pass by a class commutate, the filt

5、er the electric circuit processing is constitute by two switch transistors of go against and change the electric circuit carry on a conversion, field the effect tube pass to break </p><p>　　Key Words: Adapte

6、r ，Transformer ，PWM control circuit ，high frequency of filter,</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1

7、． 緒論１</b></p><p>　　1.1 什么是電源適配器１</p><p>　　1.2電源適配器的發(fā)展與趨勢(shì)１</p><p>　　1.3 半橋開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源３</p><p>　　1.4 目前正在克服的困難４</p><p>　　1.5開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向５</p><

8、p>　　2．系統(tǒng)的總體概述及部分元件介紹６</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的功能及工作過(guò)程６</p><p>　　2.2 TL494芯片簡(jiǎn)介７</p><p>　　2.2.1 TL494芯片工作原理８</p><p>　　3． 系統(tǒng)元件設(shè)計(jì)１０</p><p>　　3.1 輸入整流與濾波電路１０

9、</p><p>　　3.1.1 一次整流電路１０</p><p>　　3.1.2 一次濾波部分１１</p><p>　　3.2 變壓器的設(shè)計(jì)與計(jì)算１２</p><p>　　3.2.1 開(kāi)關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)１３</p><p>　　3.2.2 導(dǎo)線線徑的選?。保?lt;/p><p>

10、　　3.2.3 線圈繞制與絕緣１５</p><p>　　3.3 功率開(kāi)關(guān)管的選擇１６</p><p>　　3.4 輸出二極管VD2的選用１６</p><p>　　3.5 PWM控制電路的設(shè)計(jì)１８</p><p>　　3.5.1 PWM控制模式的基本原理１８</p><p>　　3.5.2 PWM控

11、制電路原理圖２０</p><p>　　3.5.3 控制芯片TL494２０</p><p>　　3.6 逆變電路的設(shè)計(jì)２２</p><p>　　3.7 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)２５</p><p>　　3.7.1 電路簡(jiǎn)介２６</p><p>　　3.7.2 工作過(guò)程２６</p><p&g

12、t;　　3.7.3 二極管D5的作用２６</p><p>　　3.8 輸出整流濾波電路的設(shè)計(jì)２７</p><p>　　3.8.1 輸出濾波器的設(shè)計(jì)２７</p><p>　　3.8.2 輸出整流電路的結(jié)構(gòu)２７</p><p><b>　　結(jié)論２９</b></p><p><b

13、>　　致謝３０</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)３１</b></p><p><b>　　附錄３２</b></p><p><b>　　1． 緒論</b></p><p>　　1.1 什么是電源適配器</p><p>

14、　　近年來(lái)，電子產(chǎn)品，如筆記本電腦，液晶顯示器，數(shù)碼相機(jī)，PDA，手機(jī)，隨身聽(tīng)等發(fā)展迅速，其中絕大多數(shù)需要低壓直流電源為其供電或?yàn)槠錂C(jī)內(nèi)電池充電，為了從市政電力的交流系統(tǒng)中獲取電力，兩者之間必須有AC/DC的轉(zhuǎn)換裝置，這就是電源適配器。它是將交流電網(wǎng)的交流電變換成電子產(chǎn)品所要求的直流電壓，其輸出電壓一般較低(幾伏到十幾伏)，功率較小UL瓦到一百多瓦)。示意圖如下：</p><p><b>　　交流電網(wǎng)&

15、lt;/b></p><p>　　圖 1.1電源適配器示意圖</p><p>　　1.2電源適配器的發(fā)展與趨勢(shì)</p><p>　　筆記本電源適配器的作用是將日常的市電轉(zhuǎn)換為筆記本電腦工作所需的電壓和電流．承擔(dān)著電壓轉(zhuǎn)換的重任。因此它品質(zhì)的好壞將直接威脅到本本的安全性。筆記本電源適配器屬于開(kāi)關(guān)電源．具有線圈式變壓器所不具備的很多優(yōu)點(diǎn)。在相同功率的情況下開(kāi)關(guān)電源

16、具有體積小、重量輕、低損耗、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)。并具有輸入電壓寬、穩(wěn)壓精度高、過(guò)流過(guò)壓、短路保護(hù)等功能。正是因?yàn)榫哂猩鲜鰞?yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在大多數(shù)的電子產(chǎn)品都用開(kāi)關(guān)電源作為電源適配器。</p><p>　　在20世紀(jì)七、八十年代，電源適配器采用線性電源技術(shù)，其原理圖如圖1.2所示。交流電壓經(jīng)過(guò)工頻變壓器變壓后得到較低的交流電壓，通過(guò)全橋整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路，然后得到穩(wěn)定的直流電壓輸出，其中穩(wěn)壓電路的調(diào)整管工作在放

17、大狀態(tài)。</p><p>　　線性電源穩(wěn)定度較高、輸出電壓紋波較低，沒(méi)有EMI干擾的問(wèn)題。但線性電源存在以下缺點(diǎn):1)它需要工頻變壓器，電源體積和重量較大;2)輸入電壓范圍很窄;3)穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，損耗較大，效率很低(35%左右)，需要較大的散熱片。</p><p>　　開(kāi)關(guān)直流電源組成的方框圖如圖 1.3所示。交流電壓經(jīng)過(guò)全波整流電路和濾波電路得到較為穩(wěn)定的直流電壓

18、，再經(jīng)過(guò)直直變換器得到需要的直流穩(wěn)壓電源。其中直直變換器中的功率管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。它效率高，體積小，重量輕，但是由于功率管工作在開(kāi)關(guān)模式，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾(Electro Magnetic Interference, EMI)問(wèn)題，同時(shí)由于交流電網(wǎng)直接接到整流橋和濾波電路上。 在電網(wǎng)的半個(gè)周期內(nèi)，只有在輸入電壓的峰值時(shí)間才有輸入電流，導(dǎo)致電源的輸入功率因數(shù)很低 (大約為0.6)。該電流中含有大量電流諧波分量，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波 “污染”。隨著

19、用電設(shè)備的日益增多，諧波污染問(wèn)題引起了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。</p><p>　　圖1.2,線形直流電源組成的方框圖</p><p>　　圖1.3.開(kāi)關(guān)直流電源組成的方框圖</p><p>　　我國(guó)70年代初期開(kāi)始研制無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。1974年成功研制出了工作頻率為10KHZ、輸出電壓為5V的無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。近10多年來(lái)，我國(guó)的許多研究所、工廠及高等

20、院校已研制出多種型號(hào)的工作頻率在20KHZ左右，輸出功率在1000W以下的無(wú)工頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，并且應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、電視等方面，取得了較好的效果。工作頻率為100KHZ——200KHZ的高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源于80年代初期就開(kāi)始研制，90年代初就已試制成功。目前正在走向?qū)嵱秒A段和再進(jìn)一步提高工作頻率。許多年來(lái)，雖然我國(guó)在無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源方面做出了巨大的努力，并且取得了可喜的成果，但是，目前我國(guó)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)和一些先進(jìn)的國(guó)家還

21、是有較大的差距，此外，這些年來(lái)，我國(guó)雖然把無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率從10KHZ提高到了數(shù)百KHZ，把輸出功率由數(shù)十瓦提高到了數(shù)百瓦甚至數(shù)千瓦，但是，由于我國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)與工藝跟不上時(shí)代的發(fā)展，導(dǎo)致我們自己研制和生產(chǎn)出的無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的開(kāi)關(guān)管大部分采用的仍是進(jìn)口的晶體管。所以我國(guó)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源事業(yè)要發(fā)展，要趕超世界的先進(jìn)水平，最根本的是要提高我國(guó)的半導(dǎo)體的技術(shù)</p><p>　　1.3 半橋

22、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源</p><p>　　所謂的“全橋”是指它是有四個(gè)“臂”的橋電路，簡(jiǎn)稱為“橋式”或“橋”，在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的“全橋”，四個(gè)臂就是四個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)整管，所謂的“半橋”式開(kāi)關(guān)電源，那它就是全橋的一半，也就是它只有兩個(gè)臂，用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管調(diào)整就可以。半橋式開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是能“提高”開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁導(dǎo)率，這是因?yàn)椴捎昧藘芍婚_(kāi)關(guān)調(diào)整管。會(huì)使磁通的變化率要大得多。</p><p>　　半橋變換器實(shí)

23、際上也是由兩個(gè)單端正激變換器組合而成，其中一個(gè)橋臂由兩個(gè)特性相同.容量相等的電容器承擔(dān)，每個(gè)電容承受二分之一的電源電壓；另一個(gè)橋臂由兩個(gè)受PWM信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)的功率開(kāi)關(guān)管承擔(dān)。輸出從兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)取出，或接高頻變壓器隔離變壓。兩個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)。</p><p>　　半橋變換器的高頻變壓器的磁芯是雙向磁化，工作在磁化曲線的第一象限和第三象限。由于開(kāi)關(guān)頻率的不對(duì)稱和驅(qū)動(dòng)電路的不對(duì)稱等原因，會(huì)引起直流分量，產(chǎn)生偏磁

24、并可能因?yàn)榉e累而使變壓器磁飽和，產(chǎn)生過(guò)大的電流，使變壓器的效率因損耗增加而下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使開(kāi)關(guān)管件損壞，因此在半橋電路中應(yīng)有防偏磁措施。另外，由于強(qiáng)點(diǎn)磁干擾，兩只開(kāi)關(guān)管因誤觸法可能同時(shí)導(dǎo)通，即形成直通而造成逆變崩潰，為此應(yīng)有抗電磁干擾抑制措施，特別是驅(qū)動(dòng)電路的屏蔽和布局工藝。但是半橋電路與其他電路相比因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管只承受電源電壓的電壓應(yīng)力，所以可用于輸入電壓高的場(chǎng)合。</p><p>　　1.4 目前正在克服的困難&

25、lt;/p><p>　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，集成度高、功能強(qiáng)的大規(guī)模集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設(shè)備的體積在不斷縮小，重量在不斷的減輕，但是從事這方面研究和生產(chǎn)的人們對(duì)于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的開(kāi)關(guān)變壓器還感到不是十分的理想，所以他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開(kāi)關(guān)變壓器或者通過(guò)別的途徑來(lái)取代開(kāi)關(guān)變壓器，使之能夠滿足電子儀器和設(shè)備微小型化的需要。這是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制的科技人員目前需要克服

26、的第一個(gè)困難。</p><p>　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率是與開(kāi)關(guān)管的變換速度成正比的，并且開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中由于采用了開(kāi)關(guān)變壓器以后，才能使之由一組輸出得到極性、大小各不相同的多組輸出。要進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，就必須提高電源的工作頻率。但是，當(dāng)頻率提高以后，對(duì)整個(gè)電路中的元器件又有了新的要求。例如，高頻電容、開(kāi)關(guān)管、開(kāi)關(guān)變壓器、儲(chǔ)能電感等都會(huì)出現(xiàn)新的問(wèn)題。進(jìn)一步研制適應(yīng)高頻率工作的有關(guān)電路元器件，是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓

27、電源研制科技人員要解決的第二個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　工作在線性狀態(tài)的線性穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因此串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開(kāi)關(guān)干擾，且紋波電壓輸出較小。但是，在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和電流會(huì)通過(guò)電路中的其他元器件產(chǎn)生很強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾。這些干擾會(huì)污染市電電網(wǎng)，影響臨近的電子儀器和設(shè)備的正常工作。隨著開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路和抑制干擾措施的不斷改進(jìn)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)得

28、到了進(jìn)一步的克服，可以達(dá)到不妨礙一般的電子儀器、設(shè)備和家用電器正常工作的程度。但是一些精密電子儀器中，由于開(kāi)關(guān)電源的這一缺點(diǎn)，卻使得它不能得到使用。所以克服開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高它的應(yīng)用范圍，是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第三個(gè)問(wèn)題。</p><p><b>　　近期要解決的問(wèn)題：</b></p><p>　　1 實(shí)現(xiàn)PWM的軟開(kāi)關(guān)；</p&

29、gt;<p>　　2 有源濾波器中采用諧振開(kāi)關(guān)及軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，效率提高悼90%以上；</p><p>　　3 逆變器中采用諧振開(kāi)關(guān)及軟開(kāi)關(guān)技術(shù)；</p><p>　　4 諧振及軟開(kāi)關(guān)中的浪涌分析；</p><p>　　5 采用高頻同步整流技術(shù)；</p><p>　　6 用于模擬傳導(dǎo)噪聲的變換器電路的模擬實(shí)驗(yàn)；</p>

30、<p>　　7 使變壓器、電抗熱回路的變換器電路的分析和CAD；</p><p>　　8 MHZ級(jí)開(kāi)關(guān)中功率開(kāi)關(guān)的智能化；</p><p>　　9 使變壓器、電抗器體積最小的開(kāi)關(guān)頻率的確定；</p><p>　　10 采用薄膜技術(shù)使3mm以下的薄形變壓器實(shí)用化；</p><p>　　11 超薄非晶形磁芯的高頻特性分析，并用于噪聲濾

31、波器；</p><p>　　12 磁性部件的屏蔽和輻射噪聲抑制方法的確定；</p><p>　　1.5開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向</p><p>　　隨著電源的發(fā)展，人們對(duì)電源提出了更高的要求，對(duì)電源從不同的角度提出了理想的發(fā)展方向，具體包括：輸入電壓通用；擴(kuò)大輸出電壓范圍；提高輸入側(cè)功率因數(shù)；要求附加備用電池；普遍要求安全，具有過(guò)壓保護(hù)功能及抗電磁干擾等；分布式結(jié)構(gòu)增多，

32、高頻化和高功率密度化，高可靠性以及低噪聲。</p><p>　　總之,效率更高、性能更強(qiáng)、系統(tǒng)更穩(wěn)定、滿足更多功能需求的要求是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向。</p><p>　　2．系統(tǒng)的總體概述及部分元件介紹</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的功能及工作過(guò)程</p><p>　　筆記本電源適配器實(shí)際上就是一個(gè)直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，就是將某一種數(shù)值的直流電

33、壓，變換成另一種數(shù)值或多種數(shù)值的直流電壓輸出的穩(wěn)壓電源，也就是所謂的DC-DC變換器。簡(jiǎn)化圖如2.1所示，由五個(gè)部分組成。從圖中可以知道，由左邊輸入的交流電壓有效值為220V，首先經(jīng)過(guò)整流濾波變成直流電壓VI。而后經(jīng)過(guò)逆變器，又將直流電壓變成方波電壓Vi.給開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)繞組輸入，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器變壓后，在次級(jí)繞組輸出所需的電壓，由開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)繞組輸出的電壓是正負(fù)交替的方波電壓，所以必須得經(jīng)過(guò)整流濾波（二次整流），最后才能輸出直流電壓V

34、O，供負(fù)載用電，另外還要從輸出電壓VO端引出一小部分電壓，通過(guò)穩(wěn)壓控制系統(tǒng)反饋給逆變電路，進(jìn)行穩(wěn)壓控制，這就是所謂的深負(fù)反饋穩(wěn)壓電路，這樣才能使輸出電壓VO穩(wěn)定。</p><p>　　直流輸出

35、 </p><p>　　交流輸入 </p><p>　　圖2.1 直流變換式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的方框圖</p><p>　　筆記本電源適配器的設(shè)計(jì)指標(biāo)：</p><p>　　輸入交流電壓： 220v(15%), 50Hz</p>

36、;<p>　　恒流輸出電流 : 4A</p><p>　　額定輸出電壓: 16V</p><p>　　開(kāi)關(guān)頻率： 100KHz</p><p>　　電源效率： 80%</p><p>　　2.2 TL494芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　TL494是美國(guó)德州儀器公司

37、生產(chǎn)的電壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制器，可在顯示器、計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)電路中作為開(kāi)關(guān)電源電路的控制電路，TL494的輸出三極管可接成共發(fā)射極和集電極跟隨器兩種方式，因而可以選擇雙端推挽輸出或單端輸出方式，在推挽輸出方式時(shí)，它的兩路驅(qū)動(dòng)脈沖相差180度，而在單端輸出方式時(shí)，其兩驅(qū)動(dòng)脈沖為同頻同相脈沖。TL494的內(nèi)部功能框圖如圖2-1所示。其引腳功能下：</p><p>　　圖2-1 494內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><

38、p>　　1，2腳分別為誤差比較放大器的同相輸入端和反相輸入端。3腳為控制比較放大器和誤差比較放大器的公共輸出端，輸出時(shí)表現(xiàn)為或輸出控制特性，也就是就在兩個(gè)放大器中，輸出幅度大者起作用。當(dāng)3腳的電平變高時(shí)，TL494送出的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度變窄，當(dāng)3腳電平低時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖寬度變寬。</p><p>　　4腳為死區(qū)電平控制端，從4腳加入死區(qū)控制電壓可對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖的最大寬度進(jìn)行控制，使其不超過(guò)180度，這樣可以保護(hù)開(kāi)關(guān)電源

39、電路中的三極管。</p><p>　　5、6腳分別用于外接振蕩電阻和電容。7腳為接地端。8、9腳和11、12腳分別為T(mén)L494內(nèi)部末級(jí)兩個(gè)輸出三極管的集電極和發(fā)射極。</p><p>　　12腳為電源供電端。13腳為功能控制端。14腳為內(nèi)部5V基準(zhǔn)電壓輸出端。15、16腳分別為控制比較放大器的反相輸入端和同相輸入端。</p><p>　　2.2.1 TL494芯片工

40、作原理</p><p>　　TL494在工作時(shí)，其工作頻率僅取決于外接在鋸齒波發(fā)生器（即震蕩器）上的定時(shí)元件RT和CT的數(shù)值，一旦定時(shí)元件固定后，TL494輸出信號(hào)的工作頻率也就固定不變了。一般通過(guò)5、6腳分別接定時(shí)元件RT和CT。鋸齒波發(fā)生器起振后，可在5腳所接定時(shí)電容CT上產(chǎn)生鋸齒波電壓，其頻率是f=1.1/RTCT，該鋸齒波在片內(nèi)分別送到比較器1和2的同相輸入端一般為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓控制、過(guò)流保護(hù)控制、過(guò)

41、壓保護(hù)控制等采樣電壓是加在誤差放大器的同相輸入端（1或16腳）或死區(qū)控制端（4腳）的。因此，在片內(nèi)誤差放大器的輸出電平和鋸齒波在比較器2中進(jìn)行比較，而死區(qū)控制電平與鋸齒波在比較器1中進(jìn)行比較二者的輸出分別得到一串具有一定寬度的矩形脈沖。它們同時(shí)送入門(mén)電路，經(jīng)D觸發(fā)器分頻后再經(jīng)響應(yīng)的門(mén)電路去控制TL494芯片內(nèi)部的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管交替導(dǎo)通和截止，經(jīng)8腳和11腳向外輸出相位差為180度的脈寬調(diào)制脈沖。</p><p>

42、　　工作波形如下圖所示：若TL494內(nèi)部的兩個(gè)誤差放大器的反相輸入端（2腳和15腳）的參考電位一定，當(dāng)它們的同相輸入端的電平升高時(shí)，則可使片內(nèi)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管輸出的脈寬調(diào)治控制脈沖的寬度變窄；反之，可使脈沖寬度變寬。另外死區(qū)控制端的電位高于CT上的電壓時(shí)，片內(nèi)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管截止；當(dāng)死區(qū)控制端電位不斷下降時(shí)，則可使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管輸出的脈沖寬度增加。在實(shí)際中，多利用TL494的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓電源向外提供5V基準(zhǔn)參考電壓，再通過(guò)設(shè)置不同的電阻

43、分壓器來(lái)為兩個(gè)誤差放大器的反相輸入端提供參考電位。</p><p>　　另外TL494內(nèi)部的兩個(gè)三極管再工作電壓7～40V范圍內(nèi)工作時(shí)，最大輸出電流可達(dá)到250mA，將13腳和14腳相連，就可推挽工作，若13腳和7腳相連，就形成單端輸出想要增大輸出可將兩個(gè)三極管并聯(lián)。</p><p>　　如果保護(hù)信號(hào)出現(xiàn)后，會(huì)使第4腳電壓上升到＋4V,而使比較起A1輸出高電位，使或門(mén)HM也輸出高電位，使兩

44、個(gè)非門(mén)HF1和HF2都輸出低電位，而使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)三極管Q1和Q2都截至，這樣就達(dá)到了保護(hù)的目的。</p><p>　　圖 2-2 TL494各管腳波形示意圖</p><p>　　另外TL494內(nèi)部的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管在工作電壓7—40V范圍內(nèi)工作時(shí)，最大輸出電流可達(dá)250mA，若將13腳和14腳相連，就可以推挽工作，如將13腳和7腳相連，則形成單端輸出。為增大輸出可將2個(gè)三極管并聯(lián)。</p

45、><p>　　為了防止半橋式變換器驅(qū)動(dòng)電路中所用的一對(duì)高反壓功率開(kāi)關(guān)晶體管發(fā)生同時(shí)導(dǎo)通而被損壞要求在TL494的死區(qū)控制電平控制端4腳送一個(gè)死區(qū)控制電平。它的原則是：使得TL494輸出的兩路相差180度的兩路驅(qū)動(dòng)脈沖之間幅度為零的時(shí)間間隔（死區(qū)時(shí)間）至少要大于開(kāi)關(guān)晶體管的延遲時(shí)間td,上升的時(shí)間TR和下降的時(shí)間TF。</p><p><b>　　3． 系統(tǒng)元件設(shè)計(jì)</b>

46、</p><p>　　3.1 輸入整流與濾波電路</p><p>　　一次整流與濾波部分電路原理圖如下：</p><p><b>　　220V AC</b></p><p>　　圖3-1 輸入整流濾波電路</p><p>　　3.1.1 一次整流電路</p><p>　

47、　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中輸入部分的工頻整流電路稱為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的一次整流部分是由四個(gè)二極管接成全橋的形式，把220V、50HZ的工頻電網(wǎng)電壓或其他的交流輸入電壓直接引入，進(jìn)行全波整流，然后送到下一級(jí)濾波器變成直流電壓輸出。</p><p>　　在開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，一般都選四個(gè)整流二極管的反相耐壓值600V，整流二極管的導(dǎo)通電流要根據(jù)所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率要求決定，可由下式計(jì)算；</p>&

48、lt;p>　　在單相橋式不可控電路中整流二極管的最大正向與最大反向電壓都為，所以整流二極管的能承受的最大反向擊穿電壓應(yīng)滿足：</p><p>　　(V) (3-1)</p><p>　　公式中的為輸入的交流電的最大峰值電壓，整流二極管的最大反向擊穿電壓為1000V。流經(jīng)二極管的最大電流應(yīng)該滿足：</p><p>　　(A)

49、 (3-2)</p><p>　　公式中的為流經(jīng)二極管的最大電流，考慮到二極管的額定電流要有50%的裕量，去二極管的額定電流為5A。所以二極管要取額定值為1000V/5A。</p><p>　　3.1.2 一次濾波部分</p><p>　　一次濾波部分即為一次整流部分后面的LC濾波電路。它的主要功能是將一次整流部分整流后的波動(dòng)電壓濾波成紋波電壓符合要

50、求的直流電壓。對(duì)于濾波電容中的電容容量，如果想從所要求的紋波電壓值來(lái)確定是非常困難的事，其原因在于濾波電路中所用的電解電容，從等效電路看并不是單純的電容，而是包含有串聯(lián)電阻RC和串聯(lián)電感LC的電路，因此從要求輸出的紋波電壓值來(lái)確定濾波電容的容量主要受其等效的串聯(lián)阻抗的溫度和頻率特性的影響，這些參數(shù)的數(shù)值又是隨溫度變化的，不過(guò)根據(jù)電容的允許的波紋電流值來(lái)確定濾波電容量就比較簡(jiǎn)單了。</p><p>　　單向整流電路

51、的輸出電壓一般都含有較大的脈動(dòng)成分，后接的濾波電容的一種目的是盡量抑制脈動(dòng)成分，另一種目的是盡量保留直流部分，使輸出電壓接近理想的直流。電容量的選擇與紋波系數(shù)有關(guān)，對(duì)于全波和橋式整流濾波電路，濾波電容的選擇可參照以下的經(jīng)驗(yàn)公式：設(shè)濾波電容為，則</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　取電容的大小為110。電容的額定電壓為，則</p&

52、gt;<p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　取=500V，所以濾波電容為一個(gè)大小為110uF,額定電壓為500V的電容。</p><p>　　3.2 變壓器的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　變壓器是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路最主要的元器件，按頻率分有高頻變壓器和工頻變壓器，高頻變壓器用于開(kāi)關(guān)電源電路，工頻變壓器是對(duì)市

53、電交流（頻率為50HZ）進(jìn)行電壓變換，用做一般支流電源中的電源變壓器。正確選擇電源變壓器是設(shè)計(jì)直流電源的關(guān)鍵，電源變壓器有市售成品可供選用，但市售成品的各種參數(shù)不一定符合擁護(hù)的要求，這就需要擁護(hù)自己設(shè)計(jì)制作。</p><p>　　變壓器的設(shè)計(jì)要求是：</p><p>　　漏磁要小，以便能獲得小的繞組漏感；</p><p>　　2 便于繞制，引出線及整個(gè)變壓器安裝方

54、便，有利于生產(chǎn)和維護(hù)；</p><p><b>　　3 有利于散熱；</b></p><p>　　4 傳輸功率要留有一定的裕量；</p><p>　　5 當(dāng)輸入電壓和占空比為最大值時(shí)，磁芯不會(huì)飽和；</p><p>　　6 在順向型電路中，原邊線圈的電感量必須足夠大；在回掃型電路中，原邊線圈的電感量必須符合所需功

55、率而規(guī)定的數(shù)值；</p><p>　　必須滿足初、次繞組上的銅耗與磁芯的鐵耗相等的設(shè)計(jì)原則；</p><p>　　電源變壓器的設(shè)計(jì)步驟是：</p><p>　　根據(jù)所需要的輸出功率，確定變壓器鐵心截面積的大??；再根據(jù)鐵心截面積和繞組的電壓值確定其匝數(shù)；最后根據(jù)各繞組所通過(guò)的電流大小，確定所需要包線的直徑。</p><p>　　變壓器磁性材料和

56、磁芯結(jié)構(gòu)的選擇：</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源變壓器通常工作在20-50KHZ，甚至更高的頻率上。它要求磁性材料在工作頻率上的功耗盡可能的小，此外，還要求磁性材料飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、溫度穩(wěn)定性好。鐵氧體磁芯由于價(jià)格便宜，磁芯形式多種多樣，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但是，鐵氧體存在著許多缺點(diǎn)，例如飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值較低，溫度穩(wěn)定性差，易碎等。在體積重量、環(huán)境條件及性能指標(biāo)要求高的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源變壓器中可以采用坡莫合金和非晶體

57、態(tài)合金等材料。坡莫合金和非晶體態(tài)合金通常制成環(huán)形鐵芯，有特殊要求時(shí)也可以制成矩形或其他形狀。</p><p>　　3.2.1 開(kāi)關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)</p><p>　　主電路是半橋式變換器，所以開(kāi)關(guān)變壓器應(yīng)按半橋式變換器中的變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　開(kāi)關(guān)頻率fs=

58、100kHz. </p><p>　　輸入源電壓VAC：220V15%.</p><p>　　輸出電壓V0：16V。</p><p>　　輸出電流I0：4A。</p><p>　　整流電路：全波整流，整流管壓降VDF=0.5V。</p><p><b>　　工作效率：80%。</b></p&

59、gt;<p><b>　　濾波電感：10H。</b></p><p><b>　　預(yù)先估計(jì)；</b></p><p>　　1 額定輸出功率: </p><p>　　P0ut=4A（16+0.5）V=66W (3-5)</p><p>　　2 估計(jì)

60、輸入功率： </p><p>　　Pin=66w/o.8=82.5W （3-6）</p><p>　　3 直流輸入電壓： Vin(min)=187V=264.4V (3-7)</p><p>　　Vin(max)= 253=357.7V</p><p>　　4

61、 平均輸入電流： Lin(max)=66W/264.4V=0.249A (3-8)</p><p>　　Lin(min)=66W/357.7V=0.185A</p><p>　　5 估計(jì)最大峰值電流： </p><p>　　I pk= kPout/ Vin(low)=2.866W/264.4V= 0.70 A</p>

62、<p>　　控制器選用電流控制器TL494，工作頻率為100KHz，在這種場(chǎng)合下，用得最普遍的是E-E型磁芯。對(duì)于這種功率等級(jí)的磁芯足夠了，這里選用了Mangnetig 公司的 F 磁芯材料 。</p><p>　　所選用的磁芯型號(hào)為 F-43515-EC磁芯(因?yàn)檫@種磁芯的繞線面積最大)；PC-b3515-L1骨架.</p><p><b>　　一次電感最小值為：&l

63、t;/b></p><p>　　= = =1363H （3-9）</p><p>　　2.為防止磁飽和所要加的氣隙為：</p><p>　　===0.039cm（3-10）</p><p>　　最接近這個(gè)氣隙的磁芯是AL為100mH/1000 ，氣隙為67mil的磁芯</p><p>　　最后選擇的型號(hào)

64、為：F-43515-EC-02</p><p>　　3.一次繞組匝數(shù)計(jì)算：</p><p>　　型號(hào)為F-43515磁芯的有效橫截面積為0.914.</p><p>　　設(shè)一次繞組的匝數(shù)為NP,則一次繞組的匝數(shù)可由下式計(jì)算：</p><p>　　= （3-11）</p><p&

65、gt;<b>　　==41.9（匝）</b></p><p>　　其中---輸入最大直流工作電壓</p><p>　　--------所用的磁芯的有效橫截面積</p><p>　　------最大的工作磁通密度</p><p>　　線圈匝數(shù)應(yīng)該取整數(shù)，要滿足要求一次繞組的匝數(shù)取42匝。</p><p&

66、gt;　　設(shè)二次繞組為NS，因?yàn)槭前霕蚴阶儞Q器，所以，</p><p>　　===5.8 （3-12）</p><p>　　其中 VDF----預(yù)先估計(jì)的輸出整流電路的正向壓降</p><p>　　D----預(yù)先估計(jì)的最大占空比，取0.9</p><p>　　----預(yù)期的最小輸入電壓</p><p>

67、;　　由所得數(shù)據(jù)最終取NS為6匝。</p><p>　　3.2.2 導(dǎo)線線徑的選取</p><p>　　根據(jù)輸入輸出的估算,初線線圈的平均電流值應(yīng)該允許達(dá)到2A。</p><p><b>　　1、初級(jí)繞組</b></p><p>　　初級(jí)繞組的線徑可選d=0.80mm,其截面積為0.5027的圓銅線。</p>

68、;<p><b>　　2、次級(jí)繞組</b></p><p>　　次級(jí)繞組的線徑可根據(jù)各組輸出電流的大小,利用原級(jí)相同線徑采用多股并繞的辦法解決。為了方便線圈繞制,也可選用線徑較粗的導(dǎo)線。由于工作頻率較高,應(yīng)考慮集膚效應(yīng)的影響。</p><p>　　3.2.3 線圈繞制與絕緣</p><p>　　繞制開(kāi)關(guān)變壓器最重要的問(wèn)題是想辦法

69、使初、次級(jí)線圈緊密地耦合在一起,這樣可以減小變壓器漏感。因?yàn)槁└羞^(guò)大,將會(huì)造成較大的尖峰脈沖,從而擊穿開(kāi)關(guān)管。因此,在繞制高頻變壓器線圈時(shí),應(yīng)盡量使初、次級(jí)線圈之間的距離近些。</p><p>　　具體可采用以下方法:</p><p><b>　　1、雙線并繞法</b></p><p>　　將初、次級(jí)線圈的漆包線合起來(lái)并繞,即所謂雙線并繞。這樣

70、初、次級(jí)線間距離最小,可使漏感減小到最小值。但這種繞法不好繞制,同時(shí)兩線間的耐壓值較低。</p><p><b>　　2、逐層間繞法</b></p><p>　　為克服并繞法耐壓低、繞制困難的缺點(diǎn),用初、次級(jí)分層間繞法,即1、3、5行奇數(shù)層繞初級(jí)繞組,2、4、等偶數(shù)層繞次級(jí)繞組。這種繞法仍可保持初、次級(jí)間的耦合,又可在初、次級(jí)間墊絕緣紙,以提高絕緣程度。</p&

71、gt;<p><b>　　3、夾層式繞法</b></p><p>　　把次級(jí)繞組繞在初級(jí)繞組的中間,初級(jí)分兩次繞這種繞法只在初級(jí)繞組中多一個(gè)接頭,工藝簡(jiǎn)單,便于批量生產(chǎn)。本例中,為減小分布參數(shù)的影響,初級(jí)采用雙線并繞連接的結(jié)構(gòu),次級(jí)采用分段繞制,串聯(lián)相接的方式即所謂堆疊繞法。降低繞組間的電壓差,提高變壓器的可靠性。在變壓器的絕緣方面,線圈絕緣應(yīng)盡量選用抗電強(qiáng)度高、介質(zhì)損耗低的復(fù)

72、合纖維絕緣紙,提高初、次級(jí)之間的絕緣強(qiáng)度和抗電暈?zāi)芰?本例中,因?yàn)椴簧婕案邏?絕緣問(wèn)題不必特殊考慮。</p><p>　　3.3 功率開(kāi)關(guān)管的選擇</p><p>　　功率開(kāi)關(guān)部分的主要作用就是把直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制的交流電壓。緊接在功率開(kāi)關(guān)后的這一級(jí)可以用變壓器把交流波形升高或降低，最后由變換器的輸出級(jí)把交流電壓換成直流。為了完成這個(gè)DC-DC變換，功率開(kāi)關(guān)只工作在飽和關(guān)斷兩種狀

73、態(tài)，這就可使開(kāi)關(guān)損耗盡可能小。目前主要用到兩種功率開(kāi)關(guān)：雙極型功率晶體管和功率MOSFET，IGBT一般用在功率更大的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，比如功率遠(yuǎn)大于1KW的電源和電動(dòng)機(jī)電路。和MOSFET相比，IGBT的開(kāi)關(guān)速度比較慢，所以通常用在開(kāi)關(guān)頻率小于20KHZ的情況。電源電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為逆變半橋電路，需要用到2個(gè)開(kāi)關(guān)管，相比較IGBT，MOS管具有開(kāi)關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，所以選擇大功率三極管作為開(kāi)關(guān)管，這樣可以大大提高開(kāi)關(guān)頻率，減小電源的

74、體積，并且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單易于設(shè)計(jì)。</p><p>　　功率開(kāi)關(guān)管由脈寬調(diào)制芯片TL494的輸出脈沖管腳8腳和11腳輸出的兩個(gè)相位相差180度的方波電壓控制導(dǎo)通與關(guān)斷。每一時(shí)刻，只能有一個(gè)開(kāi)關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，這樣，由一次整流、濾波電路輸出的直流電壓就被變成為一個(gè)高頻的交流電壓，這樣變壓器才能發(fā)生作用將電壓降壓為所需要的低壓工作電壓，這樣的逆變過(guò)程可以大大減小電源的體積，降低成本，滿足客戶對(duì)電源的要求。</p&

75、gt;<p>　　3.4 輸出二極管VD2的選用</p><p>　　二極管VD2中的電流與變壓器5V繞組中的電流相同。但實(shí)際上TOFF時(shí)必須考慮反向漏電流。</p><p>　　TOFF時(shí)反向電壓Vdr為</p><p><b>　　（3-13）</b></p><p><b>　　其最大值為

76、</b></p><p>　　VD2采用肖特基二極管D5SM3M，它的峰值反向電壓額定值為30V，有足夠的裕量。</p><p>　　計(jì)算二極管功耗從而確定散熱器大小。二極管流經(jīng)正向電流時(shí)功耗Pf為</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　流經(jīng)反向漏電流時(shí)的功耗Pf為</p

77、><p><b>　　(3-15) </b></p><p>　　從產(chǎn)品目錄上查到Vr＝17V，TC=100度時(shí)，二極管反向漏電流為2mA。所以Ir＝2mA，Vr由上述計(jì)算出Vr＝16.0V。功耗非常小可以忽略。</p><p>　　又PN結(jié)散熱器間熱阻Rjf與Pf計(jì)算出:</p><p><b>　　(3-16)

78、</b></p><p>　　若Tjmax=100,環(huán)境溫度為60，需要的散熱器的熱阻為</p><p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　再計(jì)算輸出電路中所用的二極管的參數(shù)。反向電壓最大值為</p><p><b>　　(3-18)</b></p>&

79、lt;p>　　因此選用的高耐壓肖特基二極管S2S6M,S2S6M的反向峰值電壓為60V，輸出電流為1.3A。</p><p><b>　　輸出電容的選用</b></p><p>　　流經(jīng)電容C2的紋波電流Ic2為Ic2＝I2－I0如圖所示。Ic2的有效值為；</p><p><b>　　(3-19)</b></

80、p><p>　　輸入電壓最低，輸出功率最大時(shí)，其值最大</p><p><b>　　(3-20)</b></p><p>　　輸出電路中電容C3的紋波電流也類似進(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　(3-21)</b></p><p>　　C2選用PL系列耐壓10V，容量為15

81、00的4個(gè) 電容并聯(lián)，每個(gè)電容允許紋波電流為730mA，因此</p><p><b>　　(3-22)</b></p><p>　　C3選用耐壓16V，容量為390電容，其電容允許的紋波電流為730 mA，選用3個(gè)并聯(lián)，對(duì)于1.94A來(lái)講有足夠的裕量。輸出紋波電壓較大時(shí)，再輸出回路中接入LC濾波器，抑制紋波電壓，L可選用幾～50電感，C選用C2和C3容量的1/4就可以

82、。</p><p>　　3.5 PWM控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制器，簡(jiǎn)稱“脈寬調(diào)制器”，用英文縮寫(xiě)PWM表示。目前在微機(jī)和顯示器中的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，都使用脈寬調(diào)制器來(lái)控制，脈寬調(diào)制器就是采用集成電路來(lái)完成的。在微機(jī)和顯示器中的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，雖然使用的脈寬調(diào)制器的型號(hào)不同，但就其型號(hào)的種類不是很多，本篇設(shè)計(jì)使用的是TL494。</p><p>　

83、　3.5.1 PWM控制模式的基本原理</p><p>　　PWM開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流的基本原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過(guò)被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開(kāi)關(guān)期間的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。PWM的開(kāi)關(guān)頻率一般為恒定值，控制取樣信號(hào)有輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓及開(kāi)關(guān)器件峰值電流。由這些信號(hào)可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋

84、系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)一些附帶的過(guò)流保護(hù)、抗偏磁及均流等功能。</p><p>　　TL494在工作時(shí)，其工作頻率僅取決于外接在鋸齒波發(fā)生器（即震蕩器）上的定時(shí)元件RT和CT的數(shù)值，一旦定時(shí)元件固定后，TL494輸出信號(hào)的工作頻率也就固定不變了。一般通過(guò)5、6腳分別接定時(shí)元件RT和CT。鋸齒波發(fā)生器起振后，可在5腳所接定時(shí)電容CT上產(chǎn)生鋸齒波電壓，其頻率是f=1.1/RTCT，該鋸齒

85、波在片內(nèi)分別送到比較器1和2的同相輸入端一般開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓控制、過(guò)流保護(hù)控制、過(guò)壓保護(hù)控制等采樣電壓是加在誤差放大器的同相輸入端（1或16腳）或死區(qū)控制端（4腳）的。因此，在片內(nèi)誤差放大器的輸出電平和鋸齒波在比較器2中進(jìn)行比較，而死區(qū)控制電平與鋸齒波在比較器1中進(jìn)行比較二者的輸出分別得到一串具有一定寬度的矩形脈沖。它們同時(shí)送門(mén)電路，經(jīng)D觸發(fā)器分頻后再經(jīng)響應(yīng)的門(mén)電路去控制TL494芯片內(nèi)部的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管交替導(dǎo)通和截止，經(jīng)8腳和11腳

86、向外輸出相位差為180度的脈寬調(diào)制脈沖。</p><p>　　控制電路選擇TL494的推挽工作方式，下面對(duì)推挽變換進(jìn)行一下介紹：</p><p>　　推挽變換相當(dāng)于兩個(gè)正激變換的組合。兩個(gè)變換器輪流互補(bǔ)工作,變壓器的一次側(cè)帶中心抽頭的兩個(gè)繞組隨各自連接的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通而輪流工作，推挽變換器的磁芯工作在磁化曲線的第一象限和第三象限，完成磁化和去磁功能。是雙極性變換器的一種。推挽變換適合于低輸入電

87、壓，比如12V、24V、48VDC-DC變換，功率可達(dá)1000W以上。開(kāi)關(guān)管利用率高，而且一個(gè)周期內(nèi)只有一只開(kāi)關(guān)管上有電壓,損耗小。開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路因?yàn)閮蓚€(gè)開(kāi)關(guān)發(fā)射極相連而變得簡(jiǎn)單。推挽電路的缺點(diǎn)是存在直流偏磁現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因是由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的特性不對(duì)稱，導(dǎo)通壓降，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)間不相等，變壓器容易磁通向某個(gè)方向偏移，嚴(yán)重時(shí)因輸入回路中存在不能轉(zhuǎn)化為輸出功率的無(wú)效直流電流，可能導(dǎo)致磁通飽和。為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，開(kāi)關(guān)管的特性參數(shù)一定要一致，

88、驅(qū)動(dòng)電路要求對(duì)稱，延長(zhǎng)消偏磁時(shí)間，采用電流型PWM控制芯片，限制過(guò)流發(fā)生。</p><p>　　3.5.2 PWM控制電路原理圖</p><p>　　圖3-2 控制電路原理圖</p><p>　　3.5.3 控制芯片TL494</p><p>　　TL494為雙輸出的PWM脈沖控制驅(qū)動(dòng)器，總體結(jié)構(gòu)比同類集成電SG3524更完善。TL494

89、內(nèi)部有兩組誤差放大器，以及由PWM比較器組成的主控系統(tǒng)、精度為5V士0.25V的基準(zhǔn)電壓輸出。其兩組時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端．內(nèi)置發(fā)射極和集電極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)緩沖器，以便于驅(qū)動(dòng)NPN、PNP雙極型開(kāi)關(guān)管或N溝道、P溝道MOS FET管。</p><p>　　TL494內(nèi)部電路功能、特點(diǎn)及應(yīng)用方法如下：</p><p>　　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</p>

90、<p><b>　　（3-23）</b></p><p>　　其最高振蕩頻率可達(dá)300kH z，既能驅(qū)動(dòng)雙極型開(kāi)關(guān)管，也能驅(qū)動(dòng)MOSFET管。</p><p>　　(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。當(dāng)④腳輸出電平升高時(shí)，死區(qū)時(shí)間增大。</p>

91、<p>　　(3)觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有抑制電路，使Q1、Q2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，也可輸出同相單端驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)單端開(kāi)關(guān)電路。</p><p>　　(4)內(nèi)部?jī)山M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)定其基淮電壓，以方便用于穩(wěn)壓取樣，或用其中一種作為過(guò)壓，過(guò)流的超閾值保護(hù)。</p><p>　　(5)

92、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。雙端輸出為2×200mA，加入驅(qū)動(dòng)級(jí)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) MOSFET管，則需另加入灌流驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的電源中，芯片管腳接法如下，1管腳接過(guò)壓保護(hù)信號(hào)和過(guò)流保護(hù)信號(hào)的經(jīng)過(guò)一個(gè)或門(mén)回饋信號(hào)，基準(zhǔn)電源輸出管腳14腳接兩個(gè)5.1K的分壓電阻然后接地，從這兩個(gè)份壓電阻中間接線到2管腳，這樣2

93、管腳就接入一個(gè)2.5V的電壓。2，3管腳接中間串聯(lián)接一4.7K的電阻和220PF的電容，以消除高頻震蕩信號(hào)。4和14管腳之間接一個(gè)4.7UF的電容作為電源的軟啟動(dòng)電路，用來(lái)保護(hù)電路，防止在開(kāi)機(jī)一瞬間，因電流過(guò)大而損害電路。5管腳接定時(shí)電阻，6管腳接定時(shí)電容，7，9，10，16，管腳都接地。8，11管腳輸出脈沖控制兩個(gè)p溝道場(chǎng)效應(yīng)管交替導(dǎo)通。12管腳輸出芯片的工作電源，為12V。14和13管腳接在一起，使得13管腳輸入一個(gè)5V的高電位，使

94、得芯片工作在推挽輸出狀態(tài)，以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管。 </p><p>　　TL494的工作頻率僅

95、決定于5管腳的定時(shí)電阻和6管腳的定時(shí)電容的數(shù)值，確定的工作頻率為100KHz,取定時(shí)電阻為10K。由公式</p><p><b>　　(3-24)</b></p><p>　　得定時(shí)電容大小為1100PF。 </p><p>　　3.6 逆變電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.3 逆變電路圖</

96、b></p><p>　　當(dāng)接通電源后，220V交流電壓，經(jīng)橋式全波整流電路BR整流后，又經(jīng)由兩個(gè)容量較大的，而且容量相同的電容器C1和C2串聯(lián)后濾波，輸出約300V直流電壓，電容器C1、C2因?yàn)槿萘肯嗤訡1和C2各分得的電壓都是150V，其極性都是上正下負(fù)。開(kāi)關(guān)變壓器T2的初級(jí)繞組一端接在VT3和VT4串聯(lián)的中間點(diǎn)上，另一端經(jīng)電容器C3后接在兩個(gè)濾波電容C1和C2串聯(lián)的中間點(diǎn)上。</p>

97、<p>　　先假設(shè)VT4是剛剛截止，稍后VT3就開(kāi)始導(dǎo)通，VT3的集電流是由濾波電容器C1供給的，C1兩端的150V電壓的正端，加在VT3的集電極上，電流通過(guò)VT3集電極到發(fā)射極后，又從開(kāi)關(guān)變壓器T2初級(jí)繞組流入，又另一端輸出后，又通過(guò)隔直電容器C3最后回到C1的負(fù)端，這時(shí)T2的初級(jí)繞組兩端加的是150直流電壓，極性是上正下負(fù)我們知道初級(jí)繞組的直流電阻很小，故初級(jí)繞組中的電流是線性增長(zhǎng)的，這樣會(huì)T2右邊的次級(jí)繞組感應(yīng)出一個(gè)

98、正的矩形脈沖。</p><p>　　圖 3-4 逆變電路波形圖</p><p>　　現(xiàn)在又假設(shè)VT3截止后，稍后VT4又開(kāi)始飽和導(dǎo)通，電流由濾波電容器C2上的150V電壓的正端流出，經(jīng)過(guò)電容器C3從T3初級(jí)繞組b 端流入，而由它的a 端流出又經(jīng)飽和導(dǎo)通VT4，最后回到C2的負(fù)端，這時(shí)加在初級(jí)繞組a 和b兩端上的電壓也是150V但是電壓的極性與VT3導(dǎo)通時(shí)相反，極性是b正 a負(fù)，在初級(jí)繞組中

99、的電流方向與VT3導(dǎo)通時(shí)相反，是b 端流向a端，這個(gè)相反的電流也是線性增長(zhǎng)的，在次級(jí)感應(yīng)出與VT3導(dǎo)通時(shí)相反極性的矩形脈沖，就是負(fù)脈沖。 </p><p>　　初級(jí)繞組上的電壓波形，如圖所示，如果150V的脈沖是VT3飽和導(dǎo)通供給的，那么－150V脈沖就是VT4飽和導(dǎo)通給的，整流器BR源源不斷的C1和C2補(bǔ)充能量，同時(shí)也供給負(fù)載用電。</p><p>　　開(kāi)關(guān)變壓器T2次級(jí)（右邊）為全波整

100、流繞組，其中的一端對(duì)地的電壓波形如上圖，它和初級(jí)繞組的波形完全不一樣，只是電壓幅度不同。假設(shè)次級(jí)輸出的電壓幅度不同。假設(shè)次級(jí)輸出正負(fù)交替脈沖的幅度是10V，經(jīng)D3和D4兩個(gè)二極管全波整流后，其輸出的電壓波形，如上圖所示，又假設(shè)這個(gè)矩形波的占空比為1：2，則平均電壓就是+5V，也就是經(jīng)過(guò)電感L1和電容器C5濾波后，最后輸出+5V的直流電壓，VT3導(dǎo)通后又截止，VT4還沒(méi)有導(dǎo)通的時(shí)候，這時(shí)T2儲(chǔ)存的磁能轉(zhuǎn)換成電能，在次級(jí)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的

101、極性是上負(fù)下正，濾波電感L1產(chǎn)生的自感電壓串聯(lián)相加后，經(jīng)整流二極管D4向負(fù)載供電，這時(shí)整流二極管D4起到了續(xù)流二極管的作用如果是VT4導(dǎo)通后又截止，VT3還沒(méi)有導(dǎo)通時(shí)，這時(shí)T3在次級(jí)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓極性是上正下負(fù)，L1的自感電壓的極性還是左負(fù)右正，和次級(jí)繞組的上半部分感應(yīng)的電壓串聯(lián)相加后，經(jīng)整流二極管D3向負(fù)載供電，起到了濾波的作用，同樣二極管D3也起到了蓄流二極管的作用。由此可以看出，D3和D4起著互為續(xù)流二極管的作用，所以全波整流

102、電路，不必專設(shè)續(xù)流二極管。</p><p>　　3.7 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-5 驅(qū)動(dòng)級(jí)的完整電路</p><p>　　在功率相對(duì)較大的穩(wěn)壓電源中，要增設(shè)一個(gè)驅(qū)動(dòng)級(jí)，如上圖所示。這樣能都開(kāi)關(guān)調(diào)整管注入更大的基極電流，能使注入的基極脈沖電流的前沿和后沿更陡，使開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度更快，從而降低開(kāi)關(guān)調(diào)整管的管壓降，這樣開(kāi)關(guān)調(diào)整管的溫度不會(huì)升的很高。&l

103、t;/p><p>　　3.7.1 電路簡(jiǎn)介</p><p>　　三極管VTI和VT2是驅(qū)動(dòng)級(jí)的驅(qū)動(dòng)管，驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸入脈沖就是來(lái)自脈沖寬度調(diào)制器PWM（TL494），它在第8腳和第11腳輪流輸出的負(fù)脈沖去控制驅(qū)動(dòng)級(jí)的。電阻R3和R4分別為PWM內(nèi)部?jī)蓚€(gè)集電極的負(fù)載電阻。PWM的第8腳和第11腳間插輸出兩個(gè)負(fù)脈沖，分別去控制VTI和VT2的基極電流的有無(wú)，使其飽和導(dǎo)通或者截止。VTI和VT2的集電

104、極，通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器T2又分別去控制兩個(gè)大功率開(kāi)關(guān)晶體管VT3和VT4的導(dǎo)通或者截止。</p><p>　　3.7.2 工作過(guò)程</p><p>　　TL494的第8腳和第11腳輸出的負(fù)脈沖，直接接在驅(qū)動(dòng)管VTI和VT2的基極上，當(dāng)驅(qū)動(dòng)管VTI和VT2的基極輸入都是高電位，在都是高電位的這段時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)管VTI和VT2肯定同時(shí)都是基極電流的，那么驅(qū)動(dòng)管VTI和VT2它們是否同時(shí)都有集電

105、極電流呢？假設(shè)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)管VTI和VT2都同時(shí)是集電極電流，再看看驅(qū)動(dòng)變壓器T2中初級(jí)繞組的情況，兩個(gè)繞組的匝數(shù)是相同的，而他們的電流方向是相反的，由這兩個(gè)繞組產(chǎn)生的磁通是大小相等方向相反，磁通互相抵消為零，這是無(wú)法工作的。但在實(shí)際工作過(guò)程中并不是這樣，在單位時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)管VT4和VT3只有一個(gè)管子是飽和導(dǎo)通的，而另一個(gè)管子是沒(méi)有集電極電流，決定一個(gè)三極管是否有集電極電流，決定一個(gè)三極管是否具有集電極電流，不但要看它是否有基極電流，而

106、且還要看它是否具有集電極電壓，如果集電極電壓為0V或者為負(fù)電壓時(shí)，它決不會(huì)有集電極電流。</p><p>　　3.7.3 二極管D5的作用</p><p>　　驅(qū)動(dòng)管VT1截止時(shí)，在驅(qū)動(dòng)變壓器T2初級(jí)繞組兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，其幅值為30多伏，它的正端，抵消了+24v的自饋電壓后，還剩下6v多，其正端自饋電到地，又通過(guò)電容器C7，加在驅(qū)動(dòng)管VT2的發(fā)射極上，而它的負(fù)端就加在驅(qū)動(dòng)管

107、VT2的集電極上。我們知道，三極管的反向耐壓是比較低的，這樣就有可能將VT2擊穿。為此在自饋電+24V供電電路中，串聯(lián)一個(gè)二極管D5，雖然繞組下端的負(fù)電壓加在VT2的集電極上的，但繞組上端的正電壓，是接在二極管D5的負(fù)端，電路是不通的，不能加到驅(qū)動(dòng)管VT2的發(fā)射極上，從而二極管D5保護(hù)了驅(qū)動(dòng)管VT2。同樣在VT2截止時(shí)，二極管D5也保護(hù)了VT1。二極管D5在電路中起到了單向阻斷電壓的作用，所以二極管D5可以叫做“阻斷二極管”。</

108、p><p>　　3.8 輸出整流濾波電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.8.1 輸出濾波器的設(shè)計(jì) </p><p>　　輸出濾波器把經(jīng)過(guò)整流的交流方波變換成直流輸出。選擇合適的輸出濾波電容非常重要。這是因?yàn)榉醇な阶儞Q器自身與整流器之間沒(méi)有感性阻抗，使得有很大的瞬時(shí)電流流入和流處電容。較大的交流電流流過(guò)了電容的等效串聯(lián)電阻會(huì)導(dǎo)致電容發(fā)熱，減少電容壽命。 </p&

109、gt;<p>　　輸出濾波電容的最小值的大小可由下面的公式確定：</p><p><b>　　(3-25)</b></p><p>　　其中 ----------估計(jì)最小的占空比 取0.3</p><p>　　--期望的輸出電壓波紋峰峰值</p><p>　　則輸出濾波電容最小值為；</p>

110、<p><b>　　(3-29)</b></p><p>　　取電容大小為360uF。</p><p>　　在電源的輸出端，還安裝有一個(gè)直流濾波扼流圈，它的作用是進(jìn)一步抑制開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓和電流波紋。在此選擇一個(gè)電感值為10uF的電感。</p><p>　　3.8.2 輸出整流電路的結(jié)構(gòu)</p><p>

111、　　輸出整流電路采用全波整流模式，這種整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只用到兩個(gè)整流二極管。</p><p>　　整流二極管的最大反向擊穿電壓為,則</p><p><b>　　(3-26)</b></p><p>　　取整流二極管的反向擊穿電壓為500V。</p><p>　　整流二極管應(yīng)大于輸出的直流電流并留有一定的裕量，輸出直溜

112、電流為4A，所以取二極管的額定電流為10A。</p><p>　　圖3-6 輸出整流濾波電路</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本論文以硬件電路設(shè)計(jì)為核心，對(duì)筆記本電源適配器的設(shè)計(jì)過(guò)成進(jìn)行詳細(xì)的介紹。在查閱大量的相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)要求及性能指標(biāo)完成了本設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)是將市電220V電壓經(jīng)整流、濾波后經(jīng)主開(kāi)關(guān)電路