基于PWM的微型高壓電源設(shè)計(jì)

　　摘要：本文介紹了一種利用脈寬調(diào)制(PWM)芯片TL494設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的新方法，通過(guò)對(duì)電路圖的設(shè)計(jì)優(yōu)化，充分利用TL494芯片內(nèi)部的三極管實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制;再通過(guò)對(duì)所制作的集成電路PCB板的合理布局布線，最終達(dá)到降低成本和功耗、減小模塊體積的效果。經(jīng)過(guò)實(shí)踐測(cè)試，該電源模塊可實(shí)現(xiàn)輸入+12V直流電源，輸出200~1000V可調(diào)高壓，空載功率小于0.3W，紋波小于60mV，輸出電壓穩(wěn)定小于度0.5%。電源性能穩(wěn)定可靠，可用作相應(yīng)工程應(yīng)用儀器的微型高壓偏置源。

　　前言

　　電源可以看成是一個(gè)典型系統(tǒng)的心臟，它給系統(tǒng)的電路提供持續(xù)的、穩(wěn)定的能量，使系統(tǒng)免受外部的侵?jǐn)_，并防止系統(tǒng)對(duì)其自身作出傷害。在各種工程應(yīng)用儀器儀表中往往要用到高壓偏置源，因此，在這一類(lèi)器件中能否擁有功耗低、體積小、重量輕的高壓偏置電源就比較重要。

　　實(shí)踐中設(shè)計(jì)電源時(shí)通常用到兩種技術(shù)：線性電源和開(kāi)關(guān)電源。相比較而言，線性電源設(shè)計(jì)成本低、開(kāi)發(fā)周期短，但是成品電源模塊體積大、效率低、穩(wěn)定性差，一般都只用在對(duì)功耗要求不高的場(chǎng)合;而開(kāi)關(guān)電源具有功耗低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)發(fā)展比較廣泛。其中主要包括高效率的諧振開(kāi)關(guān)電源和脈沖寬度調(diào)制(PWM)開(kāi)關(guān)電源。前者主要用于工作環(huán)境要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合;而PWM被廣泛應(yīng)用于對(duì)溫度、濕度等變化不敏感，對(duì)電磁噪聲干擾不敏感的環(huán)境。

　　PWM開(kāi)關(guān)電源在使用時(shí)具有較高的效率和靈活性，在很多方面如醫(yī)療器械、航空航天、自動(dòng)化、儀器儀表、離線式等領(lǐng)域的便攜式產(chǎn)品中都能發(fā)現(xiàn)它的蹤影。PWM開(kāi)關(guān)電源通常被應(yīng)用于要求效率高、功耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)和可靠性高的場(chǎng)合，這也是本次高壓偏置電源設(shè)計(jì)的基本原則。

　　PWM控制芯片的選用

　　PWM開(kāi)關(guān)電源控制原理是利用開(kāi)關(guān)電源控制芯片輸出的脈沖調(diào)制波對(duì)開(kāi)關(guān)器件通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖;按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，改變變換電路輸出電壓的大小;最后經(jīng)濾波電路濾波就變成了平滑的直流電壓^[1]。按照這樣的要求我們選用TL494作為本設(shè)計(jì)的PWM控制芯片。TL494采用電壓和電流雙閉環(huán)控制電路，外環(huán)由輸出電壓反饋形成，內(nèi)環(huán)由電流采樣和控制電路形成。這樣構(gòu)成的電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)具有瞬態(tài)性好、穩(wěn)態(tài)精度高、結(jié)構(gòu)合理、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了MOSFET開(kāi)關(guān)管功率損耗，比常規(guī)開(kāi)關(guān)電源提高了效率和可靠性^[2]。

　　TL494介紹

　　TL494是由美國(guó)德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的一款脈寬調(diào)制PWM發(fā)生器。它包含了控制開(kāi)關(guān)電源所需的全部功能，可作為單端正激雙管式、半橋式、全橋式開(kāi)關(guān)電源的控制器，是典型的固定頻率脈寬調(diào)制控制集成電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理框圖如圖1所示，相應(yīng)引腳名稱(chēng)和功能如表1。

　　電路設(shè)計(jì)

　　該高壓偏置電源主要由PWM集成控制電路、變壓器、倍壓整流濾波電路和取樣反饋電路組成，其原理如圖2所示。