一種適合教學的開關電源設計及調試
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線性穩(wěn)壓電路具有結構簡單，調整方便，輸出電壓脈動小的優(yōu)點，但缺點是效率低，一般只有20％～40％，并且比較笨重。開關型穩(wěn)壓電路能克服線性穩(wěn)壓電源的缺點，具有效率高，一般能達到65％～90％，并且體積小，重量輕，對電網電壓要求不高，因而在實際生活中得到廣泛應用。也正因為其應用的廣泛性，相應專業(yè)的學生就更應該深刻和熟練地掌握它，在此以設計脈沖寬度調制型開關電路(PWM)為基礎，詳細解說該系統(tǒng)的調試過程。
1 系統(tǒng)設計原理
PWM型的開關電源整體框圖如圖1所示。變壓、整流、濾波模塊處理起來比較簡單，只要采用相應的變壓器、單相全波整流、電容式濾波即可實現(xiàn)，這里不用更多的篇幅介紹。此系統(tǒng)的核心模塊是方框圖中的閉合(負反饋)模塊。如果直接采用Boost型DC-DC升壓器，實現(xiàn)起來簡單，但輸出／輸入電壓比太大，占空比也大，而將使輸出電壓范圍變小，難以達到較高的指標，且為開環(huán)控制。對此采用Maxim公司生產的專用開關芯片TL494芯片，它采用開關脈寬調制(PWM)，效率高，外圍電路也較簡單，可以方便實現(xiàn)閉環(huán)控制。
1．1 TL494工作原理
TL494內部結構如圖2所示，它是一種固定頻率可自行設置，并應用脈空調制的控制電路，其中，振蕩頻率fosc=1．1／(RTCT)。具體來講，由于誤差放大器輸入口1，2(或3，4)的值不等，產生偏差，偏差送入PWM比較器與鋸齒波(鋸齒波的頻率由振蕩頻率確定，幅值是定值)比較，在偏差大于鋸齒波范圍內時，9口(或10口)輸出低電平，在偏差小于鋸齒波范圍內時，9口(或10口)輸出高電平。若偏差值越大，TL494輸出高電平的區(qū)間越小。由此可見，通過調整誤差放大器輸入口的偏差可改變占空比。
1．2 升壓變換器的工作原理
如圖3所示，通過控制開關管Q1的導通比，可控制升壓變換器的輸出電壓。它的工作原理是：設開關管Q1由信號VG控制，當VG為高電平時，Q1導通，反之，Q1關斷。當Q1導通時，電感兩端電壓VL=Vi，電感儲能增加，同時負載由電容供電。當Q1斷開時，因電感L上的電流不能突變，故電感電流iL向電容和負載供電，電感上儲存的能量傳遞到電容、負載側。此時，iL減小，L上的感應電動勢VL0，所以Vo>Vi。由此，當Q1導通的時間越長(即占空比越大)，電感上儲存的能量越多，Vo也越大。
2 系統(tǒng)總體設計
基于前面的分析，設計的系統(tǒng)接線圖如圖3所示。
誤差放大器的反相端2口輸入給定值(可用單片機實現(xiàn)，限于篇幅，不做介紹)，用來控制輸出電壓；同相端1口輸入／輸出電壓的反饋電壓，形成閉環(huán)控制。當輸出電壓高于期望值時，反饋輸入1口的電壓升高，誤差放大器的輸出增加，占空比減?。划斴敵鲭妷簻p小時，基本可以做到與期望值相等，從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。若想增大輸出，可升高2口的電壓。控制過程如下：原系統(tǒng)穩(wěn)定，當升高2口電壓，1口電壓瞬時不變，誤差放大器輸出減小，占空比變大，電壓升高。若想減小輸出，可降低2口的電壓。
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