tl494開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著開關(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。電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)展，將開關(guān)電

2、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。開關(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)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。開關(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。其中, 在半橋式變換器電路中, 變壓器初級(jí)在整個(gè)周期中都流過電流, 磁芯利用得更加充分。本文介紹了一款基于PWM技術(shù)的半橋式開關(guān)穩(wěn)壓電源。給出了高頻變壓器、PWM

3、控制及驅(qū)動(dòng)電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)思路，并用該方法設(shè)計(jì)了一臺(tái)輸出電壓可自由調(diào)節(jié)的開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　關(guān)鍵詞： PWM；半橋電路；開關(guān)電源</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the switch power source extensive use in the field of

4、computer , communicate by letter , aeronautics and astronautics , instrument appearance and domestic appliances etc., people increases by gradually to whose need amounts, have brought forward higher request to aspect suc

5、h as power source efficiency , bulkfactor, and reliability. The switch power source is small with it's efficiency height , volume , weight makes light of to wait for advantage to have substituted the inefficient , bo

6、th st</p><p>　　Keywords: PWM; Half bridge circuit; switch power source</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 背景和意義1</p>

7、;<p>　　1.2 開關(guān)電源的現(xiàn)狀及趨勢(shì)1</p><p>　　1.3 課題研究意義3</p><p>　　2 脈寬調(diào)制電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)基本設(shè)想4</p><p>　　2.2 主電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2.1 輸入濾波電路6</p&g

8、t;<p>　　2.2.2 整流與濾波電路6</p><p>　　2.2.3 逆變電路6</p><p>　　2.2.4 輸出濾波電路6</p><p>　　2.2.5 控制驅(qū)動(dòng)電路6</p><p>　　3 脈寬調(diào)制芯片TL4948</p><p>　　3.1 TL494管腳圖8

9、</p><p>　　3.2 TL494內(nèi)部電路介紹8</p><p>　　3.3 TL494管腳功能及參數(shù)9</p><p>　　3.4 TL494脈寬調(diào)壓原理11</p><p>　　4 脈寬調(diào)制硬件設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1 高壓濾波電路設(shè)計(jì)13</p><p&g

10、t;　　4.2 PWM控制電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.3 啟動(dòng)回路部分設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.4 輸出回路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.5 主電路設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)與分析21</p><p>　　5 PCB設(shè)計(jì)制作與電路調(diào)試24</p><p>　　5.1 原理圖的設(shè)計(jì)步驟2

11、4</p><p>　　5.2 特殊元件的布局26</p><p>　　5.3 布線處理27</p><p>　　5.4 調(diào)試計(jì)劃29</p><p><b>　　結(jié) 論31</b></p><p><b>　　致 謝32</b></p><

12、;p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　附 錄33</b></p><p>　　附錄A 英文原文33</p><p>　　附錄B 漢語翻譯33</p><p>　　附錄C 實(shí)物圖33</p><p><b>　　1

13、 引言</b></p><p>　　1.1 背景和意義</p><p>　　電源是電子設(shè)備的心臟部分，其質(zhì)量的好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性，而且電子設(shè)備的故障60%來自電源，因此，電源越來越受人們的重視。開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整工作在開關(guān)狀態(tài)，主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可達(dá)70%-95%。因此目前空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通信、雷達(dá)、電視及家用電器中的穩(wěn)壓電源逐步被開關(guān)電源所取代。開關(guān)

14、穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：功耗小，穩(wěn)壓范圍寬，體積小、重量輕?！?lt;/p><p>　　傳統(tǒng)的線性電源雖然具有穩(wěn)壓性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，但其所用的工頻變壓器往往體積龐大，而且調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，導(dǎo)致電源功耗大、效率低、發(fā)熱嚴(yán)重。開關(guān)電源采用功率管作為開關(guān)器件，工作在開關(guān)狀態(tài)，故損耗??；由于工作頻率在幾十到上百千赫茲，故濾波電容、電感的數(shù)值也較小。因此，開關(guān)電源具有功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。另外

15、，由于功耗小，機(jī)內(nèi)溫升低，提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，開關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也很強(qiáng)，一般線性穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍為220v×(1±10％)，而開關(guān)電源則在電網(wǎng)電壓在100～260V范圍內(nèi)變化時(shí)，都可以獲得穩(wěn)定的輸出電壓。</p><p>　　由于開關(guān)電源具有上述優(yōu)點(diǎn)，故在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。但開關(guān)電源由于理論復(fù)雜，設(shè)計(jì)過程需要較多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)過程遇到的不少關(guān)鍵問題往往

16、要靠資深電源工程師的豐富經(jīng)驗(yàn)來解決。一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)好壞往往決定著一個(gè)電源能否穩(wěn)定可靠地工作，但這些環(huán)節(jié)的理論卻往往不夠系統(tǒng)化或者與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，導(dǎo)致開關(guān)電源的設(shè)計(jì)成為一大難題，成為資深電源工程師的“專利"。為此更好的理論聯(lián)系實(shí)際，開發(fā)出性能更好，效率更高的顯得尤為重要。</p><p>　　1.2 開關(guān)電源的現(xiàn)狀及趨勢(shì)</p><p>　　目前常用的直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源兩

17、大類。由于開關(guān)電源本身消耗的能量低，電源效率比普通線性穩(wěn)壓電源提高一倍，被廣泛用于電子計(jì)算機(jī)、通訊、家電等各個(gè)行業(yè).開關(guān)電源（Switch Mode Power Supply,即SMPS)被譽(yù)為高效節(jié)能型電源，它代表著文雅電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。半個(gè)世紀(jì)以來，開關(guān)電源大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。早期的開關(guān)電源全部由分立元件構(gòu)成，不僅開關(guān)頻率低、效率不高，而且電路復(fù)雜，不易調(diào)試。在20世紀(jì)70年代研制出的脈寬調(diào)制器集成電路

18、，僅對(duì)開關(guān)電源種的控制電路實(shí)現(xiàn)了集成化[1]。20世紀(jì)80年代問世的單片開關(guān)穩(wěn)壓器，從本質(zhì)上講仍屬于AC/DC電源變換器。隨著各種類型單片開關(guān)電源集成電路的問世。AC/DC電源變換器的集成化變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。</p><p>　　隨著全球?qū)δ茉磫栴}的重視，電子產(chǎn)品的耗能問題將愈來愈突出，如何降低其待機(jī)功耗，提高供電效率成為一個(gè)急待解決的問題。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但它存在著效率低、體積大、銅鐵消耗

19、量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小的缺點(diǎn)。</p><p>　　開關(guān)電源的效率比線性電源高很多。這樣就節(jié)省了能源，因此它受到了人們的青睞。但它也有缺點(diǎn)，就是電路復(fù)雜維修困難，對(duì)于電路的污染嚴(yán)重。電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路。開關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下四個(gè)方面:小型化、微型化、輕量化、高頻化。開關(guān)電源的體積、重量主要由儲(chǔ)能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是竟可能減小其中儲(chǔ)

20、能元件的體積。在一定范圍能，這樣就節(jié)省了能源，因此它受到人們的青睞。但它也有缺點(diǎn)，就是電路復(fù)雜，維修困難，對(duì)電路的污染嚴(yán)重。電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路。開關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下四個(gè)方面：</p><p>　　1）小型化、薄型化、輕量化、高頻化。開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲(chǔ)能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率

21、的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，因此高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。</p><p>　　2）高可靠性。開關(guān)電源比連續(xù)工作電源使用的元器件多數(shù)十倍，因此降低了可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。所以，要從設(shè)計(jì)方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高集成度，采用模塊化技術(shù)可以滿足分布式電源系統(tǒng)的需要提高系統(tǒng)的可靠性。&

22、lt;/p><p>　　3）低噪聲。開關(guān)電源的缺點(diǎn)之一是噪聲大，單純地追求高頻化，噪聲也會(huì)隨之增大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲，所以，盡可能降低噪聲影響是開關(guān)電源的又一發(fā)展方向。</p><p>　　4）采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制。在電路中引入微機(jī)檢測(cè)和控制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄并自動(dòng)報(bào)警等。</p><p>　　5

23、）低輸出電壓技術(shù)。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器和便攜式電子設(shè)備的工作越來越低，這就要求未來的DC-DC變換器能夠提供低輸出電壓以適應(yīng)微處理器和便攜式電子設(shè)備的供電要求。</p><p>　　開關(guān)電源的發(fā)展從來都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)，高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展電力M O S F E T、I G B T等新型高速器件，開發(fā)高頻用的低損磁性材料，改

24、進(jìn)磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，提高濾波電容的介電常數(shù)及降低其等效串聯(lián)電阻等方面的工作，對(duì)于開關(guān)電源小型化始終產(chǎn)生著巨大的推動(dòng)作用?？傊?，人們?cè)陂_關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域里，邊開發(fā)低損耗回路技術(shù)，邊開發(fā)新型元器件，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)的市場(chǎng)增長(zhǎng)率向小型、薄型、高頻、低噪聲、高可靠方向發(fā)展。</p><p>　　1.3 課題研究意義</p><p>　　在開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中，由于開關(guān)

25、功率管工作在開關(guān)狀態(tài)，因此它所產(chǎn)生的高頻交流電壓和電流將會(huì)通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振噪聲，這些干擾和噪聲如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重地影響整機(jī)的正常工作。此外，由于開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中的振蕩器沒有工頻降壓變壓器的隔離，因此這些干擾和噪聲就會(huì)竄入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴(yán)重的干擾。而且這種高頻干擾還會(huì)通過開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中的磁性元件（如電感和開關(guān)變壓器等）輻射到空間，使周圍的其他

26、電子儀器、設(shè)備和家用電器也同樣受到嚴(yán)重的干擾。</p><p>　　對(duì)于無工頻變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中的高壓、高溫電解電容，高反壓、大電流功率開關(guān)管，高頻開關(guān)變壓器的磁性材料，高反壓、大電流、快恢復(fù)肖特基二極管等器件，在我們國(guó)家還處于研究、開發(fā)和試制階段。在一些技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家，開關(guān)穩(wěn)壓電源雖然有了一定的發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用中也還存在著一些問題，不能令人十分滿意。這就暴露出了開關(guān)穩(wěn)壓電源的另一個(gè)缺點(diǎn)，那就是電路結(jié)構(gòu)

27、復(fù)雜，故障率高，維修麻煩。對(duì)此，如果設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者不予以充分重視，它將直接影響開關(guān)穩(wěn)壓電源的推廣應(yīng)用。</p><p>　　目前，由于國(guó)內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料燒結(jié)技術(shù)等與一些技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，因此其造價(jià)和成本不能進(jìn)一步降低，也影響到其可靠性的進(jìn)一步提高。這就導(dǎo)致了在我國(guó)的電子儀器、儀表以及機(jī)電一體化設(shè)備中，開關(guān)電源還不能得到十分廣泛的普及與應(yīng)用。因此，開關(guān)電源的設(shè)計(jì)還存在很大的提升空

28、間。</p><p>　　2 脈寬調(diào)制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)基本設(shè)想</p><p>　　PWM型開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理就是通過脈寬調(diào)制以消除紋波，得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。</p><p>　　我們的控制電路的基本設(shè)想，就是使輸入、輸出電壓存在關(guān)系式：</p><p><b>　?。?

29、.1）</b></p><p>　　式（2.1）中Vg為給定輸入電壓，Vo為輸出電壓。這樣，通過調(diào)節(jié)系數(shù)D，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓了。D為輸出占空比，D＝Ton／Ts。PWM型控制電路把Ｔs保持固定，通過調(diào)Ton來調(diào)D。</p><p>　　控制電路的基本工作有理可用下面的框圖2.1表示。</p><p>　　圖 2.1 工作原理框圖</p>

30、<p>　　穩(wěn)壓原理：當(dāng)Vo上升時(shí)，Vcom上升，Ton下降，D下降（因Ts固定），Vo下降（當(dāng)Vg不變時(shí)），從而使Vo回到正常值。當(dāng)Vcom上升時(shí)，Ton隨之下降的示意圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 穩(wěn)壓波形圖</p><p>　　上述過程是一個(gè)負(fù)反饋過程。同樣有：當(dāng)Vo下降時(shí)，Vcom下降，Ton上升，D上升，Vo上升。從而使Vo回到正常值。在本次設(shè)計(jì)中，

31、就是根據(jù)以上理論，用TL494設(shè)計(jì)而成。</p><p>　　根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求及隔離型開關(guān)穩(wěn)壓電源各種型號(hào)電路的優(yōu)缺點(diǎn)綜合考慮，本設(shè)計(jì)擬采用半橋式開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)，變壓器雙向勵(lì)磁，開關(guān)較少，成本較低，輸出功率可達(dá)幾百瓦到幾千瓦，并且無偏磁問題[2]。但是半橋式電路結(jié)構(gòu)也存在一定的缺點(diǎn)，即存在直通問題，可靠性能相對(duì)較低，并且需要較復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　2.2 主電

32、路設(shè)計(jì)</p><p>　　半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電路主要有主電路和控制驅(qū)動(dòng)電路兩大部分組成。其中主電路，可分為整流、逆變和高頻整流濾波三個(gè)環(huán)節(jié)，輸入～220V經(jīng)橋式整流濾波后獲得 +300V左右的直流電壓。半橋型逆變電路是由兩個(gè)功率 MOS管組成，他們交替觸發(fā)導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為 U／2的交流電壓。改變開關(guān)導(dǎo)通的占空比，即能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓Uo。</p><p>　　從

33、交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括：</p><p>　　輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。</p><p>　　整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。</p><p>　　逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。<

34、/p><p>　　輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。</p><p>　　2.2.1 輸入濾波電路</p><p>　　電路中采用共模扼流圈和濾波電容共同組成輸入濾波電路。其中L是在一個(gè)閉合磁路的磁芯上繞制相同的電感量的兩個(gè)繞阻。當(dāng)這兩個(gè)電感為獨(dú)立電感時(shí)，由于其上有電流流過，電流產(chǎn)生變化時(shí)，磁芯磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化會(huì)導(dǎo)致有效磁導(dǎo)率發(fā)生變化，甚至飽和，亦即

35、對(duì)于電源頻率分量和高頻噪聲分量的有效導(dǎo)磁率隨著導(dǎo)線電流的增加而減少，將兩個(gè)電感繞制在一個(gè)磁芯上且構(gòu)成往復(fù)線路式繞阻。由于電源頻率分量所產(chǎn)生的磁通彼此的相位差為180度，因它們的匝數(shù)相等而被相互抵消，對(duì)電源頻率分量的電感為零，而對(duì)于共模噪聲成分則呈現(xiàn)很高的有效導(dǎo)磁率，因而將得到很大的衰減。</p><p>　　2.2.2 整流與濾波電路</p><p>　　整流電路中采用四個(gè)肖特基整流二極

36、管組成橋式整流，將輸入220V交流電壓經(jīng)橋式整流濾波后獲得+300V左右的直流電壓。</p><p>　　2.2.3 逆變電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)開關(guān)電源的逆變擬采用半橋式電路。在半橋式功率變換電路中的功率開關(guān)管MOSFET輸入阻抗很高且是電壓控制器件，所需驅(qū)動(dòng)電流小，其開關(guān)時(shí)間以ns計(jì)且不受溫度變化的影響。導(dǎo)通電阻R的溫度系數(shù)為正，當(dāng)Ｒ隨溫度升高而增大時(shí)電流自動(dòng)減小，這使其本身

37、就具有自動(dòng)均流能力。電路中的分壓電容起著較強(qiáng)的搞不平衡作用。半橋型開關(guān)電路對(duì)由于兩管開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成變壓器一次側(cè)的直流分量有自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁現(xiàn)象[3]。由于TL494中存在死區(qū)時(shí)間，所以不存在由于兩個(gè)MOS管共同導(dǎo)通而損壞功率管的情況。</p><p>　　2.2.4 輸出濾波電路</p><p>　　輸出電路從次級(jí)線圈經(jīng)全波整流后接一個(gè)∏型LC濾波器，得

38、到穩(wěn)定的直流輸出電壓。</p><p>　　2.2.5 控制驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　該開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制驅(qū)動(dòng)電路是以TL494為核心，采用恒頻脈寬調(diào)制控制方式。誤差放大器的輸入信號(hào)分別是給定信號(hào)和電壓反饋信號(hào)。反饋信號(hào)是由輸出電壓經(jīng)分壓電路獲取，系統(tǒng)為了得到較好的靜 、動(dòng)態(tài)特性，在誤差放大器的輸入和輸出端接入了RC反饋網(wǎng)絡(luò)。該控制電路一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去

39、控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定的目的。 </p><p>　　3 脈寬調(diào)制芯片TL494</p><p>　　3.1 TL494管腳圖</p><p>　　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)用于推挽式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。TL494采用標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式16引腳（DIP16）封裝[4]。它的管腳圖如圖3.

40、1所示：</p><p>　　圖3.1 TL494管腳圖</p><p>　　3.2 TL494內(nèi)部電路介紹</p><p>　　TL494是一種電壓控制模式的PWM控制和驅(qū)動(dòng)集成電路芯片，由于它具有兩路相位相差180°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）開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。TL494內(nèi)部電路如

41、圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 TL494內(nèi)部電路框圖</p><p>　　(1)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><p>　　f =1.1/ Ct* Rt (3.1)</p><p>　　式中，f單位為KHz，R的單位為kΩ，C的單位為μF，其最高

42、振蕩頻率為300KHz，能驅(qū)動(dòng)雙極型開關(guān)管或MOSFET管[5]。</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)⑷腳輸出電平升高時(shí)，死區(qū)時(shí)間增大。</p><p>　　(3)觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路，使內(nèi)部2只開關(guān)管既可輸出雙端時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)推挽開關(guān)電路和半橋開關(guān)電

43、路，也可輸出同相序的單端驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)單端開關(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)定其基準(zhǔn)電壓，以方便用于穩(wěn)壓取樣，或用其中一種作為過壓、過流的超閾值保護(hù)。</p><p>　　(5)輸出驅(qū)動(dòng)電流單端達(dá)到400mA，能直接驅(qū)動(dòng)峰值開關(guān)電流達(dá)5A的開關(guān)電路。雙端輸出為2×200mA，加入驅(qū)動(dòng)級(jí)即能驅(qū)動(dòng)

44、近千瓦的推挽式和半橋式電路[6]。</p><p>　　3.3 TL494管腳功能及參數(shù)</p><p>　　1腳為內(nèi)部1#誤差放大器的同向輸入端IN1+。 </p><p>　　2腳為內(nèi)部1#誤差放大器的反向輸入端IN1—。</p><p>　　3腳為誤差放大器A1、A2輸出端。集成電路內(nèi)部用于控制PWM比較器的同相輸入，當(dāng)A1、A2

45、任一輸出電壓升高時(shí)，控制PWM比較器的輸出脈寬減小。同時(shí)，該輸出端還引出端外，以便與2、15腳間接入RC頻率校正電路和直流負(fù)反饋電路，穩(wěn)定誤差放大器的增益以及防止其高頻自激。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)。</p><p>　　4腳為死區(qū)時(shí)間控制端。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。如果電壓超過1V，內(nèi)部比較器將關(guān)斷觸發(fā)器的輸出脈沖，起到保護(hù)作用。</p>&

46、lt;p>　　5腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容端。</p><p>　　6腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電阻端。</p><p><b>　　7腳為共地端。</b></p><p>　　8、11腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器NPN管的集電極開路輸出端。當(dāng)通過外接負(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型雙極型開關(guān)管或P溝

47、道MOS FET管。此時(shí)兩管發(fā)射極接共地。</p><p>　　9、10腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器的發(fā)射極開路輸出端，也是對(duì)應(yīng)的脈沖參考地端。</p><p>　　12腳為Vcc、輸入端。供電范圍適應(yīng)8～40V。</p><p>　　13腳為輸出模式控制端。外接5V高電平時(shí)為雙端圖騰柱式輸出，用以驅(qū)動(dòng)各種推挽開關(guān)電路。接地時(shí)為兩路同相位驅(qū)動(dòng)脈沖輸出，8、11腳和9、10腳可

48、直接并聯(lián)。雙端輸出時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流為2×200mA，并聯(lián)運(yùn)用時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流為400mA。</p><p>　　14腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端。輸出5V±0.25V的基準(zhǔn)電壓，最大負(fù)載電流為10mA。用于誤差檢出基準(zhǔn)電壓和控制模式的控制電壓。</p><p>　　15腳為內(nèi)部2#誤差放大器的反向輸入端IN2-。 </p><p>　　16腳為內(nèi)

49、部2#誤差放大器的同向輸入端IN2+。</p><p>　　RT取值范圍1.8～500kΩ，CT取值范圍4700pF～10μF，最高振蕩頻率fOSC≤300KHz。</p><p>　　TL494在工作時(shí)，通過5、6腳分別接定時(shí)元件CT和RT。經(jīng)相應(yīng)的門電路去控制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8腳和11腳向外輸出相位相差180°的脈寬調(diào)制控制脈沖。工作波形如圖

50、3-3所示。TL494若將13腳與14腳相連．可形成推挽式工作；若將13腳與7腳相連．可形成單端輸出方式。為增大輸出可將2個(gè)三極管并聯(lián)[7]。</p><p>　　TL494工作時(shí)的波形圖如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 工作波形圖</p><p>　　3.4 TL494脈寬調(diào)壓原理</p><p>　　振蕩器產(chǎn)生的鋸齒形振蕩

51、波送到PWM比較器的反相輸入端,脈沖調(diào)寬電壓送到PWM比較器的同相輸入端,通過PWM比較器進(jìn)行比較,輸出一定寬度的脈沖波。當(dāng)調(diào)寬電壓變化時(shí),TL494輸出的脈沖寬度也隨之改變,從而改變開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間TON ,達(dá)到調(diào)節(jié)、穩(wěn)定輸出電壓的目的 。</p><p>　　脈沖調(diào)寬電壓可由3腳直接送入的電壓來控制,也可分別從兩個(gè)誤差放大器的輸入端送入，通過比較、放大，經(jīng)隔離二極管輸出到PWM比較器的正相輸入端。兩個(gè)放大器可

52、獨(dú)立使用，如分別用于反饋穩(wěn)壓和過流保護(hù)等，此時(shí)3腳應(yīng)接RC網(wǎng)絡(luò)，提高整個(gè)電路的穩(wěn)定性。</p><p>　　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)行比較來實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。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

53、間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大，輸出脈沖的寬度將減小。 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。死區(qū)時(shí)間比較器具有120mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的4%，當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時(shí)，占空比為48%。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—3.3V之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。</p><p>

54、;　　4 脈寬調(diào)制硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 高壓濾波電路設(shè)計(jì)</p><p>　　高頻開關(guān)電源首先將工頻交流整流為直流,再逆變?yōu)楦哳l,最后經(jīng)過整流濾波電路輸出,得到穩(wěn)定的直流電壓, 因此自身含有大量的諧波干擾,同時(shí),由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復(fù)電流造成的尖峰,都形成了潛在的電磁干擾。開關(guān)電源中的干擾源主要集中在電壓、電流變化大的元器件上,突出表現(xiàn)在開關(guān)管、二極管、

55、高頻變壓器等上。</p><p>　　首先,開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾是開關(guān)電源的主要干擾源之一。開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心,主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的du/ dt 具有較大幅度的脈沖,頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是:開關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈,是感性負(fù)載,在開關(guān)管導(dǎo)通瞬間,初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流,并在初級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;在開關(guān)管斷開瞬間,由于初級(jí)線圈的漏磁通,致使一

56、部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈,電源電壓中斷會(huì)產(chǎn)生與初級(jí)線圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變,這種瞬變是一種傳導(dǎo)型電磁干擾。其次,整流電路中,在輸出整流二極管截止時(shí)有一個(gè)反向電流,它恢復(fù)到零點(diǎn)的時(shí)間與二極管結(jié)電容等因素有關(guān)。</p><p>　　其中能將反向電流迅速恢復(fù)到零的二極管稱為硬恢復(fù)特性二極管,這種二極管在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾,其頻率可達(dá)幾十兆赫。最后,高頻變壓器初級(jí)線圈

57、、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射,形成輻射干擾。如果電容濾波容量不足或高頻特性不好,電容上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳導(dǎo)騷擾[8]。</p><p>　　任何電源線上的傳導(dǎo)干擾信號(hào),均可用差模和共模信號(hào)來表示。在一般情況下,差模幅度小,頻率低,所造成的干擾較小;共模干擾幅度大,頻率高,還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射,所造成的干擾較大。解決這個(gè)問題最有效的方法是在開

58、關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝電磁干擾濾波器。它的作用就是抑制干擾信號(hào)的通過。</p><p>　　為此設(shè)計(jì)了下圖所示的濾波器。如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 主電路濾波設(shè)計(jì)</p><p>　　其中L1 、L2 為共模扼流圈，由于它的兩個(gè)線圈匝數(shù)相等，這兩個(gè)電感對(duì)于差模電流和主電流所產(chǎn)生的磁通是方向相反、互相抵消的，因而不起作用；而對(duì)于共模干擾信號(hào)，能

59、夠得到一個(gè)大的電感量呈現(xiàn)高阻抗，以獲得最大的濾波效果，因此對(duì)其有良好的抑制作用。它的線圈繞在低損耗、高磁導(dǎo)率的鐵養(yǎng)體磁環(huán)上。為確保兩個(gè)線圈的絕緣，需分別繞在磁環(huán)的兩側(cè)。</p><p>　　在這里我們選擇L1，L2 為20mH, C1、C2主要來衰減差模干擾，可以選擇:0. 1～2μF。這里我們選擇0.1uF的電容，耐壓值選擇為1kv。C3、C4跨接在輸出端，經(jīng)過電容分壓后接地，能有效的抑制共模干擾。C3、C4可

60、以選擇的范圍為2200p F～1033μF，這里我們選擇C3，C4為4n7，4n7即4700pF. 在選擇濾波元件時(shí),一定要保證輸入濾波器諧振頻率低于開關(guān)電源的工作頻率。由于隨著電源工作頻率的升高,濾波器對(duì)運(yùn)行噪聲將更容易抑制,所以設(shè)計(jì)中要注意濾波器在工作頻率低時(shí)的抑制效果。此次參數(shù)選取均在要求范圍內(nèi)，可以有效的濾波。</p><p>　　本電路設(shè)計(jì)主要參數(shù)：（1）輸出電壓:額定工作電壓48V；（2）輸出電流:額

61、定工作電流2A；（3）輸入條件:50Hz，交流220V；（4）紋波電壓Vor為20mV。依照此參數(shù)來進(jìn)行具體的參數(shù)計(jì)算。</p><p>　　對(duì)于二極管整流橋D1-D4的選擇，考慮到實(shí)際電網(wǎng)中的交流電電壓值變化較大，其上限值取220V×(1+20%）=264V，其幅值電壓可達(dá)264×1.414≈373.3V。由于整流橋中的二極管在承受反向電壓時(shí)由兩只二極管串聯(lián)承擔(dān)，因此，選取耐壓為400V、電

62、流為5A的整流橋完全可保證安全工作。</p><p>　　4.2 PWM控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　PWM脈沖控制電路采用美國(guó)硅通用電氣公司設(shè)計(jì)的適用于高頻功率MOS管驅(qū)動(dòng)的第二代集成電路脈沖寬度控制器芯片TL494作主控制芯片，用來驅(qū)動(dòng)功率MOS管。其控制的半橋型開道穩(wěn)壓電源具有逆變頻率高，穩(wěn)壓性能好。</p><p><b>　　主要性能&l

63、t;/b></p><p>　　1.電路中設(shè)置了欠電壓鎖定和限流關(guān)斷電路。</p><p>　　2.具有軟啟動(dòng)電路。</p><p>　　3.輸出級(jí)具有極強(qiáng)的圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　4.內(nèi)部具有寬帶誤差放大器。</p><p>　　5.內(nèi)部具有高精度的5.1V基準(zhǔn)電壓源。</p>

64、<p>　　TL494外圍電路具體電路圖如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 TL494外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　A點(diǎn)接輸出U0，B點(diǎn)接輸出的負(fù)端。誤差放大器1做過流保護(hù)。1腳接地，2腳電壓是14管腳輸出的5V電壓 經(jīng)(RP2 R27 )；(R24 ，R30) 分壓后獲得的，監(jiān)控電流控制信號(hào)。3腳 內(nèi)部2個(gè)誤差放大器的輸出端。用電阻和電容串聯(lián)分別接至2腳和15腳

65、，以此來消除寄生振蕩。5腳和6腳接內(nèi)部振蕩器 f =1.1/ Ct* Rt。8腳和11腳雙路脈沖輸出，相位差180°。雙路輸出時(shí)23管腳接至14管腳，單路輸出時(shí)接地。管腳15，14腳與地之間 R18 ，R20 分壓，分壓后 U15=2.5V 作為誤差放大器2的反向輸入端。 輸出電壓U（48V）經(jīng)R23 和(R21，RP1),分壓后 加到16腳，作為誤差放大器2的同向輸入。并且微調(diào)RP1可調(diào)整輸出電壓的數(shù)值。</p&

66、gt;<p>　　下圖4.3為PWM脈沖經(jīng)過的電路設(shè)計(jì)： </p><p>　　圖4.3 脈沖輸出電路</p><p>　　由于TL494驅(qū)動(dòng)大功率MOS管的效果很不好，因此本電路設(shè)計(jì)輸出脈沖先驅(qū)動(dòng)3極管，再來驅(qū)動(dòng)MOS管。設(shè)計(jì)電路中R7為TL494內(nèi)部三極管的集電極的負(fù)載電阻。在電路中放置C1和R2，C1和R2 分別為“加速電容器”和限流電阻。可使三極管更迅速的導(dǎo)通和關(guān)斷。

67、R8為接地電阻，發(fā)射集用二極管和電解電容并聯(lián)接地連接，這樣可使三極管在截止的時(shí)候釋放電流。</p><p>　　4.3 啟動(dòng)回路部分設(shè)計(jì)</p><p>　　電路的啟動(dòng)回路設(shè)計(jì)為半橋啟動(dòng)，半橋式電路顧名思義就是取掉橋式電路中的兩只開關(guān)管，半橋變換器電路如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 半橋電路原理圖</p><p>　　電路的

68、工作過程：VT1與VT2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2的交流電壓。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。VT1導(dǎo)通時(shí)，二極管V1處于通態(tài)，VT2導(dǎo)通時(shí)，二極管V2處于通態(tài)，當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組N1中的電流為零，V1和V2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。VT1或VT2導(dǎo)通時(shí)電感L的電流逐漸上升，兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，電感L的電流逐漸下降。VT1和VT2斷態(tài)時(shí)承受的最高電壓為Ui。由

69、于電容的隔離作用，半橋電路對(duì)由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱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[9]。</p><p>　　當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(4.1)</b></p><p>　　半橋式開關(guān)電路省去兩只開關(guān)管，采用連接電容分壓方式，使開

70、關(guān)管c-e極電壓與橋式電路相同，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路也大為簡(jiǎn)化，只需兩組在時(shí)間軸上不重合的驅(qū)動(dòng)脈沖，兩組驅(qū)動(dòng)電路的參考點(diǎn)為各自開關(guān)管的發(fā)射極，顯然比橋式電路的形式簡(jiǎn)單得多。根據(jù)上述原理，當(dāng)采用相同規(guī)格開關(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。半橋式電路具有全橋式電路的所有優(yōu)勢(shì)，因此其應(yīng)用比全橋式更普遍。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)具體電路設(shè)計(jì)如圖4.5所示。</p><p

71、>　　圖4.5 半橋電路設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)8腳和11腳產(chǎn)生PWM負(fù)脈沖，輪流輸出。這時(shí)在T1繞組上就有電流流過，于是T1變壓器的次級(jí)繞組上就會(huì)感應(yīng)出極性相反的電壓，這樣他們就輪流給V3，V4的基極輸入電流，使得他們?cè)趩挝粫r(shí)間內(nèi)只有一個(gè)是導(dǎo)通的，而另一個(gè)是截止的。V3，V4導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短完全受脈沖調(diào)制PWM控制的。</p><p>　　MOSFET額定電流Ice的選擇<

72、/p><p>　　MOSFET額定電流Ice的選擇，要根據(jù)實(shí)際電路中最大額定電流Ie、負(fù)載類型、允許過載的程度等因數(shù)。在一般性電阻性負(fù)載的電壓變換裝置中，若實(shí)際電路中電流最大有效值為Ie，則要選MOSFET的Ice≈1.5Ie。本電路中Ice的選擇為8A。</p><p>　　本電路采用變壓器耦合驅(qū)動(dòng)，有以下優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　1．可以將脈寬調(diào)制PWM和大功率開

73、關(guān)管隔離開，因?yàn)轵?qū)動(dòng)變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間，在電路上是絕緣的，而且耐壓是很高的，這樣脈寬調(diào)制器與大功率開關(guān)管，在電路上是相互絕緣的，不會(huì)因?yàn)榇蠊β书_關(guān)管擊穿而燒毀脈寬調(diào)制器，為此電流負(fù)反饋也必須采用變壓器隔離耦合。</p><p>　　2．改變變壓器的初級(jí)和次級(jí)的匝數(shù)比，可以改變輸出電壓的高低。</p><p>　　3．次級(jí)輸出的脈沖，變成有正負(fù)交替的脈沖，正脈沖能使開關(guān)管快速飽和

74、和導(dǎo)通，負(fù)脈沖能使開關(guān)管迅速截止[10]。</p><p>　　電路啟動(dòng)過程分析： </p><p>　　當(dāng)接通電源后，由濾波電容器C5上的150V電壓的正端輸出電流，通過啟動(dòng)電阻R12、R15分壓給V3注入一個(gè)基極電流，這時(shí)V3流入的集電極電流通過發(fā)射極，又通過驅(qū)動(dòng)變壓器T1中的W3（T1中間的那段繞組）電流由上往下流，又通過主變壓器T2初級(jí)繞組由下往上流，最后通過電容C7，回到C5上的

75、150V負(fù)端。C6和C5類似，但流經(jīng)W3的電流方向相反，而幅值又相等，這樣W3中的電流就相互抵消了，W3中沒有電流也就不能震蕩起來了。這是一個(gè)非常重要的問題，但是W3中是有電流的，雖然V3，V4的外圍電路相同，元件參數(shù)也相等，所加的電壓也相等，但是元件參數(shù)的分散性還是比較大的，也就是說相同的元件，相同的參數(shù)，但是他們存在著誤差，不可能完全相等，所以抵消一部分電流后W3中還是有電流，在T2的初級(jí)繞組產(chǎn)生幅值+150~ -150的方波。來驅(qū)

76、動(dòng)反饋?zhàn)儔浩魇筎L494工作。 一但TL494正常工作，這個(gè)啟動(dòng)自激震蕩的波形就立刻停止了。</p><p>　　電路啟動(dòng)后，R12、R15就完成了任務(wù)，雖然在電路中沒有斷開，但在電路中已經(jīng)不起作用了，因?yàn)閱?dòng)電阻R1 R3的阻值很大（一般都在300K以上），對(duì)三極管的電流很小起不到控制作用，這樣三極管的導(dǎo)通和截止完全受PWM來控制。</p><p>　　4.4 輸出回路的設(shè)計(jì)</

77、p><p>　　本次設(shè)計(jì)中擬采用∏型RC濾波電路。如圖4.6所示：</p><p>　　圖4.6 二次回路中∏型RC濾波電路</p><p>　　電路中，由電感L3、電容C22、C23組成濾波電路。因?yàn)槎握麟娐芬话愣紴闉楦哳l整流電路，所以整流二極管必須高頻快恢復(fù)開關(guān)二極管。作為開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中的二次整流二極管，必須具有開關(guān)速度快、截止時(shí)反向漏電流小和恢復(fù)速度快等特

78、點(diǎn)。這些特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在高頻大功率輸出開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中表現(xiàn)得尤為突出。在無工頻變壓器但具有開關(guān)功率變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中，開關(guān)二極管或續(xù)流二極管即為二次整流部分的整流二極管。在整流電路的設(shè)計(jì)時(shí)，采用全波整流方式。全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)是變壓器輸出功率的利用率為100％，輸出直流電壓中的紋波電壓較低。缺點(diǎn)是高頻開關(guān)變壓器必須加工有中心抽頭。在整流二極管的兩端并聯(lián)有一電阻和電容串聯(lián)的電路，其作用是濾除高頻雜波信號(hào)，使高頻雜波通過C22導(dǎo)通到地

79、。其中C22的作用是濾除交流信號(hào)。電感L對(duì)直流電無電壓降，對(duì)交流電能夠儲(chǔ)藏能量，利用電感的儲(chǔ)能作用可以減小輸出電壓的紋波，從而得到比較平滑的直流。電容C23為二次濾波電容，用來再次濾除交流信號(hào)。</p><p>　　整流二極管的選擇因?yàn)檩敵稣鞫O管工作于高頻狀態(tài)(45 KHz)，所以應(yīng)選用快恢復(fù)二極管。</p><p>　　1.輸出整流二極管的耐壓。</p><p&g

80、t;　　高頻變壓器副邊的輸出最高電壓峰值用公式4.2可求得:</p><p>　　V2max= 公式（4.2）</p><p>　　=110×(1+25%)××=44.44（V）</p><p>　　為變壓器的變比。取一倍的裕量Voutmax=88.88V。<

81、;/p><p>　　2.輸出整流二極管的電流</p><p>　　因?yàn)檩敵稣鞫O管工作于高頻狀態(tài)(45KHz)， 所以應(yīng)選用快恢二極管或肖特基二極管。輸出整流二極管流出的電流為1A。根據(jù)以上的分析，同時(shí)考慮一定的裕量，選二極管的耐壓為800V,額定電流為3A。</p><p><b>　　濾波電感的選擇</b></p><p&

82、gt;　　電感選擇應(yīng)保證輸出電流在額定電流的1/10時(shí)，電感電流也保持連續(xù)。流電流等于電感電流斜坡峰-峰值一半時(shí)對(duì)應(yīng)臨界連續(xù)，所以I為20%的額定輸出直流。濾波電感值可由公式4.3確定：</p><p>　　==113.75 (uH) （4.3）</p><p><b>　　實(shí)際取200uH</b></p><p><b>

83、　　濾波電容的選擇</b></p><p>　　輸出電容C的選擇應(yīng)滿足最大輸出紋波電壓的要求，濾波電容的大小對(duì)輸出直流電源的紋波大小有決定作用。知，輸出紋波幾乎完全由濾波電容的等效串聯(lián)電阻Rc的大小來確定，而不是電容本身的大小決定。本設(shè)計(jì)最大紋波電壓Vo為20mV，出濾波電容的大小可由公式4.4求得：</p><p><b>　?。?.4）</b><

84、/p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=15.78uF</b></p><p>　　所選電容的耐壓值為50V，使用一個(gè)2200uF/50V的電容?；蜻x用值較小的幾個(gè)電容并聯(lián)，這樣寄生電阻更小，濾波效果更好。</p><p>　　4.5 主電路設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)與分析</p&g

85、t;<p>　　主電路圖設(shè)計(jì)如圖4.7所示：</p><p>　　圖4.7 主電路電路圖</p><p>　　主電路工作過程分析：閉合開關(guān)S1后，輸入電壓經(jīng)過保險(xiǎn)管F1，浪涌抑制電阻R1，濾波器C1、L1、C2、C3、C4及全橋整流后送入由C5、C6、V4、V5、T1、T2等構(gòu)成的半橋式變換器。 開關(guān)管V4和V5在TL494的控制下，兩管交替導(dǎo)通截止，將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流

86、電。高頻振蕩電壓有變壓去T2副繞組分兩路輸出。一路由V13、V14、C25整流濾波得到約12V直流電壓供給脈沖寬度調(diào)制器TL494專用，另一路則由V12、L2、C22、L3、C23 整流濾波作為48V主輸出。電路中R12、R15、R14、R17構(gòu)成啟動(dòng)回路，T1、V8、V9、C12、C14、R13、R16為正反饋元件，R4、C8及R29、C21構(gòu)成尖峰吸收網(wǎng)絡(luò)，用于改善波形及保護(hù)開關(guān)管。</p><p>　　在電

87、路中，TL494的13腳連14腳，即U13=5V; TL494由8腳和11腳雙端輸出，兩路輸出脈沖相位差半個(gè)周期，送到V2、V3倆個(gè)驅(qū)動(dòng)管，Q3和Q4的導(dǎo)通或截止又通過驅(qū)動(dòng)變壓器T1分別去控制兩個(gè)大功率開關(guān)調(diào)整管Q1和Q2的飽和導(dǎo)通或截止。</p><p>　　C7是耦合電容, 其作用是防止由于兩個(gè)開關(guān)管的特性差異而造成變壓器磁芯飽和,從而提高半橋逆變電路的抗不平衡能力</p><p>　

88、　R4 、C8 ；R29 、C21為吸收電路，用于改善波形和保護(hù)開關(guān)管。</p><p>　　吸收電路就是我們通常說的“消反沖電路”，其作用就是藥消除沒有用的反沖電壓。在開關(guān)穩(wěn)壓電壓中最高的反沖電壓，是在開關(guān)調(diào)整管截止時(shí)產(chǎn)生的，這個(gè)很高的反沖電壓，就產(chǎn)生在開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組的兩端，同時(shí)也加在了開關(guān)調(diào)整管的集電極和發(fā)射機(jī)的兩端，這樣就對(duì)開關(guān)管是一個(gè)很大的威脅，所以就將吸收電路加在開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組的兩端。 吸收

89、電路通常能起到兩個(gè)作用，那就是降低反沖電壓和消除高頻振蕩。</p><p>　　C20、R26分別接至TL494的5腳和6腳，使內(nèi)部振蕩器的震蕩頻率由C20和R26決定。</p><p>　　本電路利用TL494的內(nèi)部誤差放大器2進(jìn)行反饋穩(wěn)壓。反饋穩(wěn)壓過程如下：</p><p>　　誤差放大器2的反向輸入端15腳接與14腳和地之間的電阻R20、R18之間，分壓后U1

90、5=2.5V，輸出電壓U0經(jīng)R23和（R21、RP1）分壓后加到16腳，作為誤差放大器2的同向輸入。當(dāng)U0變化時(shí)，誤差放大器2的輸出電壓隨之改變，即與比較的電平改變，PWM比較器輸出的脈沖寬度改變，致使TL494輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖，即開關(guān)管V4和V5的導(dǎo)通時(shí)間TON 改變，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)寬穩(wěn)壓的目的。此外，微調(diào)RP1可調(diào)節(jié)輸出電壓的數(shù)值，使輸出電壓在45V~75V之間變化。</p><p>　　電路利用誤差放大器1作為過

91、流保護(hù)。從48V輸出主回路上取出的電流控制信號(hào)經(jīng)R24接至誤差放大器1的1腳和2腳上，其中反向輸入端2腳的電位由14腳輸出的5V基準(zhǔn)源經(jīng)過（RP2，R27）和（R24，R30）分壓后獲得。調(diào)整RP2大小可控制2腳門坎電位，即過流控制點(diǎn)。當(dāng)R30上取出的電壓信號(hào)足夠大使其絕對(duì)值超過2腳電位時(shí)，誤差放大器1將翻轉(zhuǎn)并關(guān)閉脈沖信號(hào)輸出，進(jìn)而起到過流保護(hù)作用。</p><p>　　本電源輸出的直流電壓為48V，輸出電流為0

92、~3A.。</p><p>　　5 PCB設(shè)計(jì)制作與電路調(diào)試</p><p>　　5.1 原理圖的設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用Protel99軟件來設(shè)計(jì)制作PCB。Protel99的印制電路板編輯器為用戶提供了一條快捷的設(shè)計(jì)電路板的途徑。PCB編輯器通過它的交互性編輯環(huán)境達(dá)到了手動(dòng)設(shè)計(jì)與自動(dòng)化設(shè)計(jì)的完美融合。PCB的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最大限度地考慮了用戶

93、對(duì)速度的要求，通過對(duì)功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)法則的設(shè)置，用戶可以有效地控制印制電路板的設(shè)計(jì)過程。</p><p>　　電路原理圖的設(shè)計(jì)是印制電路板中重要的一步，電路原理圖設(shè)計(jì)的好壞直接影響到后面的工作。首先原理圖的正確性是最基本的要求，其次原理圖應(yīng)該合理布局，這樣不僅可以盡量避免出錯(cuò)、也便于讀圖、便于查找和糾正錯(cuò)誤，最后，在滿足正確性和布局合理的前提下應(yīng)力求原理圖的美觀[11]。</p><p>　

94、　1.設(shè)置電路圖紙參數(shù)</p><p>　　用戶可以根據(jù)電路圖的復(fù)雜程度設(shè)置所用圖紙的格式、尺寸、方向等參數(shù)。</p><p>　　2.裝入所需要的元件庫(kù)</p><p>　　將包含有用戶所需元件的元件庫(kù)裝入設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，以便用戶從中央查找和選定所需的元器件。圖5.1為自制元件庫(kù)中的一些元件：</p><p><b>　　圖5.1

95、</b></p><p><b>　　3.放置元件</b></p><p>　　將用戶選定的元件放置到已建立好的工作平面上，并對(duì)元件在工作平面的位置進(jìn)行調(diào)整，對(duì)元件的序號(hào)、封裝形式、顯示狀態(tài)等進(jìn)行定義和設(shè)置。自己制作實(shí)物元件的封裝如圖5.2所示：</p><p><b>　　圖5.2</b></p>

96、<p><b>　　4.電路圖布線</b></p><p>　　將事先放置好的元件用具有電氣意義的導(dǎo)線、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等連接起來，使各元件之間具有用戶所設(shè)計(jì)的電氣連接關(guān)系。</p><p><b>　　5.建立網(wǎng)絡(luò)表</b></p><p>　　完成上面的步驟以后，可以看到一張完整的電路原理圖了，但是要完成電路板的

97、設(shè)計(jì)，就需要生成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)表文件。網(wǎng)絡(luò)表是電路板和電路原理圖</p><p>　　之間的重要紐帶。圖5.3為加載網(wǎng)絡(luò)表時(shí)的截圖，網(wǎng)絡(luò)表沒有錯(cuò)誤。</p><p><b>　　圖5.3</b></p><p>　　6.原理圖的電氣檢查</p><p>　　當(dāng)完成原理圖布線后，需要設(shè)置項(xiàng)目選項(xiàng)來編譯當(dāng)前項(xiàng)目，利用Protel9

98、9SE提供的錯(cuò)誤檢查報(bào)告修改原理圖。</p><p><b>　　7.編譯和調(diào)整</b></p><p>　　如果原理圖已通過電氣檢查，那么原理圖的設(shè)計(jì)就完成了。這是對(duì)于一般電路設(shè)計(jì)而言，尤其是較大的項(xiàng)目，通常需要對(duì)電路的多次修改才能夠通過電氣檢查。</p><p><b>　　8.存盤和報(bào)表輸出</b></p>

99、;<p>　　Protel99SE提供了利用各種報(bào)表工具生成的報(bào)表（如網(wǎng)絡(luò)表、組件清單等），同時(shí)可以對(duì)設(shè)計(jì)好的原理圖和各種報(bào)表進(jìn)行存盤和輸出打印，為印刷板電路的設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。</p><p>　　原理圖的設(shè)計(jì)見圖4.7。</p><p>　　5.2 特殊元件的布局</p><p>　　高頻元件：高頻元件之間的連線越短越好，設(shè)法減小連線的分布參數(shù)和相互

100、之間的電磁干擾，易受干擾的元器件不能距離太近。</p><p>　　具有高電位差的元件：應(yīng)該加大具有高電位差元器件和連線之間的距離，以免出現(xiàn)意外短路時(shí)損壞元器件。一般要求2000V電位差之間的銅膜線距離應(yīng)該大于2mm，若對(duì)于更高的電位差，距離還應(yīng)該加大[12]。</p><p>　　重量太大的元件：重量過重的元器件應(yīng)該有支架固定，而對(duì)于又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜安裝在電路板上。<

101、;/p><p>　　發(fā)熱與熱敏元器件:注意發(fā)熱元器件應(yīng)該遠(yuǎn)離熱敏元器件。</p><p>　　可以調(diào)節(jié)的元件：對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)該放在電路板上容易調(diào)節(jié)的地方，若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相對(duì)應(yīng)。</p><p>　　電路板安裝孔和支架孔：應(yīng)該預(yù)留出電路板的安裝孔和支

102、架的安裝孔，因?yàn)檫@些孔附近是不能布線的。</p><p>　　元件布局如圖5.1所示：</p><p><b>　　圖5.1 元件布局</b></p><p><b>　　5.3 布線處理</b></p><p>　　布線是很重要的一環(huán)，總結(jié)下認(rèn)為應(yīng)該注意：（1）兩面板布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線宜相互垂直

103、、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸人及輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)線之間最好加接地線。（2）走線拐角盡可能大于90度，杜絕90度以下的拐角，也盡量少用90度拐角，盡量走在焊接面，特別是通孔工藝的ＰＣＢ盡量少用過孔、跳線。（3）器件和走線不能太靠邊放，一般的單面板多為紙質(zhì)板，受力后容易斷裂，如果在邊緣連線或放元器件就會(huì)受到影響（4）電源線設(shè)計(jì)根據(jù)印制線路板電流的大小盡量加粗電源線寬

104、度，減少環(huán)路電阻，尤其要注意使電源線地線中的供電方向與數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞方向相反，即從末級(jí)向前級(jí)推進(jìn)的供電方式，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。（5）對(duì)模擬電路來說處理地的問題是很重要的，地上產(chǎn)生的噪聲往往不便預(yù)料，可是一旦產(chǎn)生將會(huì)帶來極大的麻煩，應(yīng)該未雨綢緞。對(duì)于功放電路，極微小的地噪聲都會(huì)因?yàn)楹蠹?jí)的放大對(duì)音質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響；在高精度Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換電路中，如果地線上有高頻分量存在將會(huì)產(chǎn)生一定的溫漂，影響放大器的工作。這時(shí)可以在板子的4角加退藕電容，

105、一腳和板子上的地連，一腳連到安裝孔上去（</p><p>　?。?）線長(zhǎng)。銅膜線應(yīng)該盡可能短，在高頻回路中更應(yīng)該如此。銅膜線的拐彎處應(yīng)為圓角或斜角。當(dāng)雙面板布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合。</p><p>　?。?）線寬。銅膜線的寬度一般不易小于0.2mm。一般情況下1-1.5mm的線寬，允許流過2Ａ的電流。</p><p&

106、gt;　?。?）線間距。相鄰銅膜線之間的最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值。</p><p>　　本設(shè)計(jì)布線高壓線寬2mm，低壓線寬1mm，孔徑2mm，過孔0.8mm。</p><p>　　經(jīng)再一次修改封裝，布線圖如圖5.2所示：</p><p><b>　　圖5.2 布線圖</b></p><p><b>　

107、　5.4 調(diào)試計(jì)劃</b></p><p>　　1.對(duì)TL494 的檢測(cè)方法</p><p>　　(1) 準(zhǔn)備一臺(tái)輸出電壓可在12 - 30V 之間調(diào)節(jié)的直流穩(wěn)壓電源, 輸出電流為300mA ,并有短路,過流等保護(hù)功能。</p><p>　　(2) 測(cè)12 腳與地之間應(yīng)無短路現(xiàn)象,在12腳接一保護(hù)電阻約100Ω 左右串在電源正端,接入12V 電源,測(cè)1

108、2腳應(yīng)為12V 13 , 14 ,15 腳應(yīng)為+ 5V ,否則應(yīng)斷開電源,檢查外圍電路或焊下TL494 測(cè)量。</p><p>　　(3) 將外接電源提高到+ 20V 以上,電路仍應(yīng)正常,否則說明集成塊或外圍電路元件質(zhì)量不良(正常工作時(shí)電源電壓有可能高達(dá)27V) 。</p><p>　　(4) 測(cè)TL494 1腳此時(shí)電壓應(yīng)為0V ,因主電路無電源, 4腳應(yīng)為+ 5V ,因各組輸出均無保

109、護(hù)電路動(dòng)作, 8,11腳均為0V ,因?yàn)闆]有脈沖波輸出。如電壓不符則應(yīng)查外圍電路或組件本身有無故障。</p><p>　　(5) 用一阻值小于10kΩ 的電位器,中心頭接TL494 的1腳,兩端頭分別接14 腳和地,調(diào)節(jié)電位器, 8、11 腳電壓應(yīng)有變化,當(dāng)1腳電壓超過某值時(shí), 8、11 腳電壓為0 。用示波器可看到輸出脈沖的寬度有變化。經(jīng)過以上測(cè)試通過后,即可認(rèn)為TL494工作正常。</p>&l

110、t;p>　　2.在確定設(shè)計(jì)和芯片后，采用分模塊的調(diào)試方法進(jìn)行電路調(diào)試。先對(duì)圖4.4模塊進(jìn)行調(diào)試。測(cè)試15口的輸入電壓(誤差放大器反相端15口采用基準(zhǔn)電壓輸入)，改變16口的輸入電壓，觀察3，8口的輸出波形。由實(shí)驗(yàn)可以得到：TL494 的基準(zhǔn)電壓是3.5 V；輸出波形為PWM 波；誤差放大器工作在非線性區(qū)，只有當(dāng)輸入(15，16)口的偏差在零到幾十個(gè)毫伏之間時(shí)，PWM 才是可調(diào)的；改變16口的電壓，可改變PWM 的占空比。</