降壓式開關(guān)電源

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上開關(guān)電源主電路第1節(jié) 開關(guān)電源概述一、開關(guān)電源的構(gòu)成開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件（GTR、MOSFET、IGBT等）作為調(diào)整管，通過控制電路控制調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間，使輸出電壓保持穩(wěn)定。開關(guān)電源的電路構(gòu)成如圖4-1所示。DC/AC變換器二次整流/濾波采樣電路基準(zhǔn)電壓比較電路控制電路一次整流/濾波輸入輸出圖4-1 開關(guān)電源的電路構(gòu)成（一）一次整流/濾波電路將交流輸入電壓（通常是市電電網(wǎng)的交流電壓220V或380V）進(jìn)行整流濾波，轉(zhuǎn)化成為直流電壓（300V或500V），然后將直流電壓供給DC/AC變換器。相比與線性直流穩(wěn)壓電源，開關(guān)電源在這一環(huán)節(jié)可以省去工頻變壓器，消除了工頻變

2、壓器帶來的損耗。（二）DC/AC變換器DC/AC變換器的主要作用是將一次整流/濾波電路提供的直流電壓變換成高頻交流電壓（一般頻率可達(dá)到幾十KHZ到幾百KHZ甚至更高）。（三）二次整流/濾波電路將DC/AC變換器變換輸出的高頻交流電壓進(jìn)行整流濾波，轉(zhuǎn)化成平滑的直流輸出電壓。（四）反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)包括基準(zhǔn)電壓、采樣電路和比較電路。采樣電路把輸出電壓的一部分或者全部采樣回來，采樣到的電壓和基準(zhǔn)電壓送入比較電路進(jìn)行比較，比較的結(jié)果送給控制電路。（五）控制電路控制電路根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果輸出占空比可調(diào)的控制脈沖去控制調(diào)整管的通斷時(shí)間，這是所謂的“時(shí)間控制法”。（六）輔助電路開關(guān)電源中常見的其它電路主要有軟

3、啟動(dòng)電路、輸出過壓保護(hù)電路、輸出過流保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路等等。二、開關(guān)電源的分類開關(guān)電源的分類方式有很多，可以按激勵(lì)方式、調(diào)制方式、調(diào)整管類型、輸入電壓/輸出電壓大小、調(diào)整管的連接方式和儲(chǔ)能電感的連接方式等分類方式進(jìn)行分類。（一）按激勵(lì)方式劃分開關(guān)電源按激勵(lì)方式劃分可分為自激式開關(guān)電源和它激式開關(guān)電源。在自激式開關(guān)電源中功率開關(guān)管既作為調(diào)整管，又兼作控制脈沖信號(hào)產(chǎn)生的振蕩管。在它激式開關(guān)電源中則專門設(shè)置有產(chǎn)生控制脈沖信號(hào)的控制電路。（二）按調(diào)制方式劃分開關(guān)電源按調(diào)制方式劃分可分為脈寬調(diào)制型開關(guān)電源、脈頻調(diào)制型開關(guān)電源和混合調(diào)制型開關(guān)電源。脈寬調(diào)制（PWM）指的是控制脈沖周期不變，導(dǎo)通時(shí)間改變，進(jìn)

4、而改變占空比的調(diào)制方式。脈頻調(diào)制（PFM）指的是控制脈沖導(dǎo)通時(shí)間不變，周期（頻率）改變，進(jìn)而改變占空比的調(diào)制方式?；旌险{(diào)制指的是控制脈沖導(dǎo)通時(shí)間和周期都改變，進(jìn)而改變占空比的調(diào)制方式。（三）按調(diào)整管的類型劃分開關(guān)電源根據(jù)調(diào)整管的類型不同可分為晶體管（GTR）開關(guān)電源、場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）開關(guān)電源和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）開關(guān)電源。（四）按輸入/輸出電壓大小劃分開關(guān)電源按輸入電壓和輸出電壓的大小劃分可分為降壓式開關(guān)電源、升壓式開關(guān)電源和極性反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源。降壓式開關(guān)電源的輸出電壓小于輸入電壓，升壓式開關(guān)電源的輸出電壓大于輸入電壓，極性反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源的輸出電壓和輸入電壓極性相反。降壓式、

5、升壓式和極性反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源都沒有實(shí)現(xiàn)電氣隔離的變壓器。（五）按連接方式劃分開關(guān)電源按連接方式可分為單端反激式開關(guān)電源、單端正激式開關(guān)電源、推挽式開關(guān)電源、半橋式開關(guān)電源和全橋式開關(guān)電源。其中單端反激式開關(guān)電源適用于電氣隔離的輸出小功率場(chǎng)合，單端正激式開關(guān)電源適用于電氣隔離的輸出較大功率場(chǎng)合，半橋式和全橋式開關(guān)電源適用于電氣隔離的大功率輸出場(chǎng)合（全橋式開關(guān)電源的輸出功率要比半橋式開關(guān)電源的輸出功率更大），推挽式開關(guān)電源適用于電氣隔離的低電壓輸入場(chǎng)合。三、開關(guān)電源的設(shè)計(jì)（一）確定開關(guān)電源的主回路開關(guān)電源的主回路也叫做開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常見的開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有以下七種：（1）降壓式變換器（2）

6、升壓式變換器（3）單端反激式變換器（4）單端正激式變換器（5）推挽式變換器（6）半橋式變換器（7）全橋式變換器確定開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的依據(jù)主要有兩個(gè)方面：首先考慮電路是否需要電氣隔離，如果電路需要電氣隔離，則選擇單端反激式變換器、單端正激式變換器、推挽式變換器、半橋式變換器、全橋式變換器中的某一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如果電路不需要電氣隔離，則可選擇升壓式變換器和降壓式變換器。其次考慮電源的輸出功率，輸出小功率選擇單端反激式變換器，輸出較大功率選擇單端正激式變換器，大功率輸出選擇半橋式和全橋式變換器，輸出功率較大輸入電壓比較低選擇推挽式變換器。（二）選擇控制電路控制電路按激勵(lì)方式有自激式和它激式控制電路，

7、其中自激式控制電路通過啟動(dòng)電阻，利用高頻變壓器的正反饋實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的飽和導(dǎo)通，利用功率管的退飽和特性實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的截止斷開。它激式控制電路一般使用的是集成控制電路IC，其中比較常用的集成控制電路有電壓型脈寬調(diào)制控制電路TL494，電流型脈寬調(diào)制控制電路UC3845。（三）確定輔助電路開關(guān)電源通常由一次整流/濾波電路，功率變換器，控制電路，二次整流/濾波電路，電壓反饋網(wǎng)絡(luò)等組成，其中電路主回路也就是功率變換器是整個(gè)開關(guān)電源的核心。開關(guān)電源除了功率變換器和控制電路以外，還需要一些輔助電路才能保證正常工作。開關(guān)電源中常見的輔助電路有：（1）輸入EMI濾波電路（2）整流/濾波電路（3）驅(qū)動(dòng)電路（4）軟啟動(dòng)

8、電路（5）保護(hù)電路（6）電壓反饋電路其中輸入EMI濾波電路的主要作用是防止電網(wǎng)的干擾傳入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作，同樣也可防止設(shè)備產(chǎn)生的干擾傳到電網(wǎng)上，干擾其他設(shè)備的正常工作。整流/濾波電路分為一次整流/濾波電路和二次整流/濾波電路，這兩種電路的主要區(qū)別是工作頻率的差異，一次整流/濾波電路工作的頻率為電網(wǎng)交流電頻率50/60HZ，二次整流/濾波電路工作的頻率為開關(guān)電源的頻率，其頻率通常為幾十KHZ到幾百KHZ甚至更高。驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是保證調(diào)整管能夠有效可靠的工作，使調(diào)整管在該關(guān)斷的時(shí)候迅速關(guān)斷，并在整個(gè)關(guān)斷期間維持關(guān)斷；在該開通的時(shí)候迅速開通，并在整個(gè)導(dǎo)通期間維持導(dǎo)通。軟啟動(dòng)電路主要防止開

9、關(guān)電源開機(jī)時(shí)的沖擊電流，保證開關(guān)電源能夠正常工作。開關(guān)電源的保護(hù)電路有很多，比如過壓保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路、過流保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路等等。電壓反饋電路是各類開關(guān)電源都必須具有的輔助電路，它通常由采樣電路，基準(zhǔn)電壓和比較電路組成。（四）PCB設(shè)計(jì)開關(guān)電源的主回路、控制電路和輔助電路確定以后，就可以開始繪制電路原理圖，然后根據(jù)電路原理圖創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表。在創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表的時(shí)候需要注意元器件的封裝形式，因?yàn)樵陂_關(guān)電源中很多元器件的封裝形式不是標(biāo)準(zhǔn)封裝形式，需要自己定義封裝。在定義封裝時(shí)，根據(jù)元器件實(shí)際的外形尺寸和引腳位置進(jìn)行確定。在確定了所有的元器件封裝以后，導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，開始進(jìn)行元器件的布局。在進(jìn)行元器件布

10、局時(shí)要盡量符合以下原則：（1）按照電路的流向和各個(gè)功能電路單元的位置，使布局適合于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡量保持方向一致；（2）以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞這個(gè)中心來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量使各元器件之間的引線和連接簡(jiǎn)單化；（3）在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且安裝、焊接容易，易于批量生產(chǎn)；（4）位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm；（5）應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。另外在布局特殊元件時(shí)，還應(yīng)注意以下問題：（1）盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分

11、布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入、輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離；（2）某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡可能布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方；（3）重量超過15g的元器件，應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又重又大、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，應(yīng)安裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問題；（4）熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件；（5）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)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上方便調(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

12、適應(yīng)。元器件的布局完成以后，進(jìn)行印制電路板的布線。合理的布線可使印制電路板獲得最佳性能，布線的一般原則有：（1）信號(hào)線與其回路構(gòu)成的環(huán)的面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對(duì)外的輻射越少，接收外界的干擾也越小；（2）串?dāng)_是指PCB上不同網(wǎng)絡(luò)之間因較長的平行布線引起的相互干擾，主要是由于平行線間的分布電容和分布電感的引起的。克服串?dāng)_的主要措施是：加大平行布線的間距，遵循3W規(guī)則。3W規(guī)則是指：當(dāng)線和線的中心間距不少于3倍線寬時(shí)，可保持70%的電場(chǎng)不互相干擾。另外還可以在平行線間插入接地的隔離線或減小布線層與地平面的距離來減少串?dāng)_；（3）對(duì)一些特別重要或頻率特別高的信號(hào)，應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，

13、即將所布的線上下左右用地線隔離，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實(shí)際地平面有效結(jié)合；（4）避免將不同的信號(hào)線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間竄擾；當(dāng)由于板結(jié)構(gòu)限制（如某些背板）難以避免出現(xiàn)該情況，特別是信號(hào)速率較高時(shí)，應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層，用地信號(hào)線隔離各信號(hào)線；（5）一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線,主要是為了避免產(chǎn)生"天線效應(yīng)"，減少不必要干擾的輻射和接收；（6）為了減小高頻信號(hào)對(duì)外的輻射與耦合，布線時(shí)拐角應(yīng)盡量使用45°或圓弧形，切忌采用90°拐角。（五）安裝調(diào)試第2節(jié) 降壓式變換器一、電路組成降壓式變換器也叫做buck變換器，其拓?fù)浣Y(jié)

14、構(gòu)如圖4-2所示。圖中VT為功率調(diào)整管（功率開關(guān)管），為輸入的直流電壓，為輸出的直流電壓，VD為續(xù)流二極管，L為儲(chǔ)能電感，C為濾波電容。該電路完成把輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成輸出的直流電壓的功能。圖4-2 降壓式變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)二、工作原理控制脈沖導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)管VT導(dǎo)通，續(xù)流二極管VD截止，輸入直流電壓經(jīng)過開關(guān)管VT和儲(chǔ)能電感L加載到負(fù)載上。在電感線圈沒有飽和之前，流過電感L的電流逐漸增加，由于電感的時(shí)間常數(shù)要比控制脈沖的導(dǎo)通時(shí)間大的多，電流的增加近似是一個(gè)線性增加過程。在電感電流線性增加的過程中，電感儲(chǔ)存能量?？刂泼}沖截止時(shí)，開關(guān)管VT截止，流過電感線圈的電流減小，為了阻礙電流的減小，電感線圈L產(chǎn)

15、生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向“右正左負(fù)”，此時(shí)續(xù)流二極管VD導(dǎo)通，電感線圈L經(jīng)過續(xù)流二極管VD給負(fù)載供電。在供電的過程中，電感線圈L釋放能量，流過電感線圈的電流線性減小。在降壓式變換器整個(gè)工作過程中濾波電容C通過不斷的充放電使流過負(fù)載的電流連續(xù)穩(wěn)定。當(dāng)流過電感線圈的電流大于負(fù)載電流時(shí)，電容充電（），當(dāng)流過電感線圈的電流小于負(fù)載電流時(shí)，電容放電（）。三、電路中各點(diǎn)波形降壓式變換器在控制脈沖導(dǎo)通時(shí)電感線圈儲(chǔ)存能量，流過電感線圈的電流線性增加，在控制脈沖截止時(shí)電感線圈釋放能量，流過電感線圈的電流線性減小。按電感線圈在控制脈沖導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的總能量是否足夠在控制脈沖截止期間釋放，可把降壓式變換器的工作模

16、式分為連續(xù)工作模式和不連續(xù)工作模式。如果電感線圈在控制脈沖導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的總能量足夠在控制脈沖截止期間釋放，這種工作模式稱為連續(xù)工作模式。如果電感線圈在控制脈沖導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的總能量不夠在控制脈沖截止期間釋放，這種工作模式稱為不連續(xù)工作模式。連續(xù)工作模式和不連續(xù)工作模式的波形如圖4-3所示。 (a)連續(xù)工作模式 (b)不連續(xù)工作模式 圖4-3 降壓式變換器連續(xù)工作模式和不連續(xù)工作模式在連續(xù)工作模式，電感線圈在控制脈沖導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的總能量足夠在控制脈沖截止期間釋放，也就是控制脈沖截止的最后時(shí)刻流過電感的電流的值大于或等于零。在不連續(xù)工作模式，電感線圈在控制脈沖導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的總能量不夠在控制脈沖截止期

17、間釋放，也就是電感線圈中能量釋放完時(shí)（流過電感的電流降為零時(shí)），控制脈沖截止時(shí)間還沒結(jié)束，也就是控制脈沖還沒有重新導(dǎo)通，因而能量得不到及時(shí)的補(bǔ)充，這樣就出現(xiàn)了電流不連續(xù)的工作狀態(tài)，這就是所謂的不連續(xù)工作模式。在降壓式變換器設(shè)計(jì)過程中，一般要求變換器工作在連續(xù)工作模式，接下來講述的電壓增益和輸出電壓紋波的計(jì)算以及元件的選擇等問題都是指連續(xù)工作模式的情況。四、電壓增益和輸出電壓紋波的計(jì)算（一）電壓增益的計(jì)算為了分析穩(wěn)態(tài)特性，簡(jiǎn)化推導(dǎo)公式的過程，作如下假定：開關(guān)管、續(xù)流二極管均是理想元件，導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于短路，截止時(shí)相當(dāng)于斷路。電感、電容也是理想元件，僅僅只需考慮其本身的感抗或容抗。在控制脈沖導(dǎo)通時(shí)，因

18、為電感線圈兩端的電壓為，流過電感L的電流線性增加，所以在整個(gè)控制脈沖導(dǎo)通期間，流過電感的電流的增加量為： （4-1）式中：電流的增加量（A）； 電感兩端的電壓（V）； 電感線圈的電感（H）； 輸入的直流電壓（V）； 輸出的直流電壓（V）； 控制脈沖的導(dǎo)通時(shí)間（s）。在控制脈沖截止時(shí)，因?yàn)殡姼芯€圈兩端的電壓為，流過電感L的電流線性減小，所以在整個(gè)控制脈沖截止期間，流過電感的電流的減小量為： （4-2）式中：電流的減小量（A）； 控制脈沖的截止時(shí)間（s）。要使降壓式變換器電路能夠穩(wěn)定工作，控制脈沖導(dǎo)通期間電流的增加量應(yīng)該等于控制脈沖截止期間電流的減小量（），也就是： （4-3）因此可以得到降壓式變

19、換器的電壓增益為 （4-4）式（4-4）表明，輸出直流電壓隨著占空比D的變化而變化，由于，輸出直流電壓總是小于輸入直流電壓，所以稱為降壓式變換器。（二）輸出直流電壓紋波的計(jì)算輸出直流電壓的紋波計(jì)算公式為: （4-5）式中：輸出直流電壓的紋波（V）； 輸出直流電壓（V）； 控制脈沖的占空比（）； 電感線圈的電感（H）； 濾波電容的電容（F）； 控制脈沖的周期（s）。從式（4-5）可以看出，降壓式變換器輸出電壓紋波除了和輸出電壓有關(guān)外，增大儲(chǔ)能電感L和濾波電容C可以降低輸出電壓紋波值，但是增大儲(chǔ)能電感L和濾波電容C的代價(jià)是體積和重量變大，另外減小控制脈沖的周期T也就是增大電源工作頻率f也可以降低輸

20、出電壓紋波，但是提高工作頻率又會(huì)對(duì)元器件提出更高要求。當(dāng)然，在降低輸出電壓紋波時(shí)，要利弊兼顧，綜合考慮各方面的因素。五、元件的選擇（一）開關(guān)管的選擇1類型的選擇開關(guān)管的選擇首先應(yīng)根據(jù)輸入條件、輸出電壓、輸出電流、工作場(chǎng)合以及負(fù)載特性等要求來確定管子的類型。一般確定的原則是：輸出功率在幾十千瓦或更高時(shí)選擇IGBT；輸出功率在幾千瓦到幾十千瓦時(shí)選擇MOSFET，輸出功率在幾千瓦以下時(shí)選擇GTR。但是這個(gè)原則并不是一成不變的，設(shè)計(jì)者還得根據(jù)其他一些因素綜合考慮，比如工作頻率、性能、價(jià)格等因素。2極限參數(shù)的選擇在確定好開關(guān)管的類型以后，接下來確定開關(guān)管的極限參數(shù)。開關(guān)管的極限參數(shù)是保證電路能夠正常工作

21、的參數(shù)，所以在確定極限參數(shù)時(shí)，一般需要留有一定的裕量。集電極發(fā)射極之間所允許的最大電壓： （4-6）最大允許集電極電流： （4-7）3其他參數(shù)選擇開關(guān)管其他參數(shù)的選擇主要包括導(dǎo)通壓降、反向漏電流、高頻特性、驅(qū)動(dòng)功率以及開關(guān)時(shí)間等方面的選擇，選擇的原則是綜合考慮性價(jià)比，優(yōu)先選擇導(dǎo)通壓降小的、反向漏電流小的、高頻特性好的、開關(guān)速度快的和驅(qū)動(dòng)功率小的型號(hào)的開關(guān)管。（二）續(xù)流二極管的選擇當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，儲(chǔ)能電感L中所儲(chǔ)存的磁能通過續(xù)流二極管傳輸給負(fù)載電阻。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，因?yàn)殚_關(guān)管的導(dǎo)通壓降很小，這時(shí)輸入直流電壓就全部加到續(xù)流二極管的兩端，因此續(xù)流二極管的選擇應(yīng)符合以下條件：（1）正向最大平均電流：

22、（4-8）（2）反向最高工作電壓： （4-9）（3）為了減小由于開關(guān)轉(zhuǎn)換所引起的輸出電壓紋波，續(xù)流二極管應(yīng)選擇反向恢復(fù)時(shí)間很短的肖特基二極管或快速（超快速）恢復(fù)二極管。（4）為了提高整個(gè)電源的轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)先考慮正向?qū)▔航敌〉亩O管。（三）電感線圈的選擇在控制脈沖導(dǎo)通時(shí)，流過電感L的電流線性增加；在控制脈沖截止時(shí)，流過電感L的電流線性減小。電感線圈的電感越大流過電感L的電流變化起伏越平滑，電感線圈的電感越小流過電感L的電流變化起伏越陡峭。在降壓式變換器中當(dāng)電感線圈的電感小到一定值時(shí)就會(huì)發(fā)生這樣的一種情況：在控制脈沖由截止變成導(dǎo)通的瞬間，電感線圈中儲(chǔ)存的能量剛好釋放完畢，這時(shí)流過電感線圈的電流。

23、這個(gè)電感線圈的電感值我們稱之為臨界電感值。在設(shè)計(jì)降壓式變換器時(shí)，電感線圈的電感值選擇應(yīng)該大于臨界電感值。臨界電感值的計(jì)算公式為： （4-10）式中：負(fù)載電阻的阻值（）； 控制脈沖的占空比；控制脈沖的頻率（HZ）。（四）濾波電容的選擇若給定了輸入電壓、輸出電壓、輸出電壓紋波的要求，可以根據(jù)公式（4-5）計(jì)算濾波電容C的電容值： （4-11）式中：輸出直流電壓的紋波（V）； 輸出直流電壓（V）；輸出直流電壓（V）； 控制脈沖的占空比（）； 電感線圈的電感（H）； 控制脈沖的周期（s）。第2節(jié) 電壓型PWM控制電路TL494一、TL494的主要特性TL494是美國德州儀器公司生產(chǎn)的一種固定頻率脈寬調(diào)

24、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)用于單端正激式、推挽式、半橋式、全橋式開關(guān)電源控制器。TL494有SO-16和DIP-16兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。其主要特性如下：（1）集成了全部的脈寬調(diào)制電路；（2）片內(nèi)置鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅需要兩個(gè)（一個(gè)定時(shí)電阻和一個(gè)定時(shí)電容）；（3）最高工作頻率為300KHZ；（4）內(nèi)置兩個(gè)誤差放大器；（5）內(nèi)部參考基準(zhǔn)電壓5V；（6）可調(diào)整死區(qū)時(shí)間；（7）內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動(dòng)能力；（8）具有灌或拉電流兩種輸出方式；（9）可實(shí)現(xiàn)單端/雙端控制脈沖輸出；（10）輸入電壓范圍為：7-40V。TL494有許多引腳和功能完全相

25、同的芯片，如MB3759、MB3670、MST494、uA494、upc494、IR3M02、IR494等等，在使用時(shí)可以相互替換。圖5-3 L494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。它由鋸齒波振蕩器、誤差放大器1、誤差放大器2、死區(qū)比較器、PWM比較器、欠壓保護(hù)電路、基準(zhǔn)電壓、D觸發(fā)器、邏輯電路和驅(qū)動(dòng)晶體管等組成。其引腳功能如表5-1所示。表5-1 TL494引腳功能引腳符號(hào)功能1U1(+)誤差放大器1同相輸入端2U1(-)誤差放大器1反相輸入端3VOUTC誤差放大器1、2輸出信號(hào)補(bǔ)償元件連接端4CONT死區(qū)時(shí)間控制端5CT振蕩器外接定時(shí)電容連接端6

26、RT振蕩器外接定時(shí)電阻連接端7GND接地端8CA輸出三極管A的集電極9EA輸出三極管A的發(fā)射極10EB輸出三極管B的發(fā)射極11CB輸出三極管B的集電極12VCC工作電源電壓輸入端13OUTCON輸出控制端14UREF+5V基準(zhǔn)電壓輸出端15U2(-)誤差放大器2反相輸入端16U2(+)誤差放大器2同相輸入端三、TL494的工作原理及波形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)定時(shí)電阻和一個(gè)定時(shí)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：輸出脈沖的寬度是通過定時(shí)電容上的正極性鋸齒波電壓與4管腳（死區(qū)時(shí)間控制信號(hào)）及3管腳（PWM比較器同相端輸入信號(hào)）兩個(gè)控制

27、信號(hào)進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。功率輸出管和受控于或非門，當(dāng)D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。從圖XX可以看出，當(dāng)死區(qū)比較器和PWM比較器均輸出低電平時(shí)，D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)才可能為低電平，因此，輸出脈沖的寬度受死區(qū)比較器和PWM比較器雙重控制。當(dāng)控制信號(hào)增大時(shí)，輸出脈沖的寬度將減小，如圖5-4所示?？刂菩盘?hào)由集成電路外部輸入，可以送至死區(qū)時(shí)間比較器（4腳），也可以送往誤差放大器的輸入端或PWM比較器的同相輸入端（3腳）。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)輸出控制端接地，最大輸出占空比為96%，當(dāng)

28、輸出控制端接高電平時(shí)，最大輸出占空比為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03.3V之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。PWM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0.5V變化到3.5時(shí)，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大占空比下降到零。兩個(gè)誤差放大器具有從-0.3V到（Vcc-2.0）的共模輸入范圍，這可以從電源的輸出電壓和電流察覺得到。誤差放大器的輸出端均為高電平有效，它在PWM比較器的同相輸入端進(jìn)行“或”運(yùn)算，正是這種電路結(jié)構(gòu)，放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。圖5-4 TL494的時(shí)序波形當(dāng)定時(shí)電容放電時(shí)，一個(gè)正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的D觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)