TL494用在正激電源中 散發(fā)能量無(wú)限大

1 雙管正激變換器電路

雙管正激變換器電路如圖1所示。

該主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1) 克服了單端正激變換器中開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力高的缺點(diǎn)。

(2) 不需要采用特殊的磁通復(fù)位技術(shù)，避免復(fù)雜的去磁繞組的設(shè)計(jì)和減少高頻變壓器的體積，使電路變得簡(jiǎn)潔，也不需要加RCD來(lái)進(jìn)行復(fù)磁箝位，并能對(duì)電源進(jìn)行饋電，提高了效率。

(3) 與全橋變換器和半橋變換器相比，每一個(gè)橋臂都是由一個(gè)二極管和一個(gè)開(kāi)關(guān)管串聯(lián)組成，不存在橋臂直通的問(wèn)題，可靠性高。

2 PWM驅(qū)動(dòng)芯片TL494 的特點(diǎn)

TL494是典型的固定頻率脈寬調(diào)制控制集成電路，它包含了控制開(kāi)關(guān)電源所需的全部功能，可作為雙管正激式、半橋式、全橋式開(kāi)關(guān)電源的控制系統(tǒng)。它的工作頻率為1~ 300 kHz，輸入電壓達(dá)40V，輸出電流為200mA，其內(nèi)部原理圖如圖2 所示。

TL494 內(nèi)部設(shè)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率f = 1. 1/ ( R C) ，它可由兩個(gè)外接元件R 和C 來(lái)調(diào)節(jié)( 分別接6 腳和5 腳) 。TL494 內(nèi)設(shè)兩個(gè)誤差放大器，可構(gòu)成電壓反饋調(diào)節(jié)器和電流反饋調(diào)節(jié)器，分別控制輸出電壓的穩(wěn)定和輸出過(guò)流的保護(hù); 設(shè)置了5V 1%的電壓基準(zhǔn)( 14 腳) ，它的死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)輸出形式可單端， 也可以雙端，一般是作為雙端輸出類型的脈寬調(diào)制PWM，TL494作為一種PWM 控制芯片有如下特點(diǎn)：

(1) 控制信號(hào)由IC 外部輸入，一路送到死區(qū)時(shí)間控制端，一路送到兩路誤差放大器輸入端，又稱PWM比較器輸入端。

(2) 死區(qū)時(shí)間控制比較器具有120 mV 有效輸入補(bǔ)償電壓，它限制最小輸出死區(qū)時(shí)間近似等于鋸齒波周期時(shí)間的4% 。在死區(qū)時(shí)間控制端，設(shè)置固定電壓時(shí)( 范圍0~ 0. 3 V) 就能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。

(3) 在輸出控制13 腳接地時(shí)，這將使最大占空系數(shù)為已知輸出的96 %，而在輸出控制13 腳接參考電平時(shí)，占空比則是給定輸出的48 % 。

(4) 脈寬調(diào)制比較器、誤差放大器能調(diào)節(jié)輸出脈寬。

圖4 是對(duì)直流側(cè)輸出的電壓進(jìn)行采樣，其中光耦選擇至關(guān)重要。我們用TLP521，內(nèi)部是兩只光耦集成在一個(gè)芯片中，其傳輸特性幾乎完全一致，根據(jù)電流相等的原理，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的直流高壓隔離采樣。

TL494 內(nèi)部設(shè)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率f = 1. 1/ ( R C) ，它可由兩個(gè)外接元件R 和C 來(lái)調(diào)節(jié)( 分別接6 腳和5 腳) 。TL494 內(nèi)設(shè)兩個(gè)誤差放大器，可構(gòu)成電壓反饋調(diào)節(jié)器和電流反饋調(diào)節(jié)器，分別控制輸出電壓的穩(wěn)定和輸出過(guò)流的保護(hù); 設(shè)置了5V 1%的電壓基準(zhǔn)( 14 腳) ，它的死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)輸出形式可單端， 也可以雙端，一般是作為雙端輸出類型的脈寬調(diào)制PWM，TL494作為一種PWM 控制芯片有如下特點(diǎn)：

(1) 控制信號(hào)由IC 外部輸入，一路送到死區(qū)時(shí)間控制端，一路送到兩路誤差放大器輸入端，又稱PWM比較器輸入端。

(2) 死區(qū)時(shí)間控制比較器具有120 mV 有效輸入補(bǔ)償電壓，它限制最小輸出死區(qū)時(shí)間近似等于鋸齒波周期時(shí)間的4% 。在死區(qū)時(shí)間控制端，設(shè)置固定電壓時(shí)( 范圍0~ 0. 3 V) 就能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。

(3) 在輸出控制13 腳接地時(shí)，這將使最大占空系數(shù)為已知輸出的96 %，而在輸出控制13 腳接參考電平時(shí)，占空比則是給定輸出的48 % 。

(4) 脈寬調(diào)制比較器、誤差放大器能調(diào)節(jié)輸出脈寬。

圖4 是對(duì)直流側(cè)輸出的電壓進(jìn)行采樣，其中光耦選擇至關(guān)重要。我們用TLP521，內(nèi)部是兩只光耦集成在一個(gè)芯片中，其傳輸特性幾乎完全一致，根據(jù)電流相等的原理，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的直流高壓隔離采樣。

由電路圖可知輸入輸出比：

當(dāng)反饋電壓3 腳從0. 5V~ 3.5V時(shí)，輸出脈寬從被死區(qū)時(shí)間控制輸入端確定的最大導(dǎo)通時(shí)間里下降到零。

3 電源電路

3. 1 電源主電路

從圖3 可以看出，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，并在MOSFET 橋臂增加了霍爾傳感器，以保證輸出反饋電流環(huán)的要求。為了增加電路的通用性， 設(shè)計(jì)的電路板增加了雙路輸出的功能，只要改變變壓器的設(shè)計(jì)，即可以完成多路輸出。當(dāng)兩個(gè)主功率開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，原邊繞組的電壓極性相反，使另外一橋臂的兩個(gè)二極管導(dǎo)通，電壓被箝位在輸入電壓值。因此開(kāi)關(guān)管承受的電壓與輸入電壓相同。在輸入電壓最大值低于350 V時(shí)，開(kāi)關(guān)管只需要選擇450 V 的耐壓值即可。這里我們選用N 溝道MOSFET ， IRF830( 4. 5 A/ 500 V) 。

3. 2 直流側(cè)電壓采樣

只要合理選擇電阻的參數(shù)值，就可以把高壓側(cè)的輸出電壓降為需要的采樣電壓值。

3. 3 流過(guò)主電路開(kāi)關(guān)管的電流采樣

圖5 中4R1接主電路上的霍爾傳感器，有效地避免因變壓器原邊電流過(guò)流而可能出現(xiàn)燒壞主電路功率開(kāi)關(guān)管的現(xiàn)象。為此，必須對(duì)流過(guò)MOSFET 開(kāi)關(guān)管的脈沖電流大小進(jìn)行采樣。當(dāng)發(fā)生過(guò)流時(shí)， 系統(tǒng)應(yīng)能夠快速反應(yīng)做出相應(yīng)的保護(hù)措施。流過(guò)MOFET 脈沖電流經(jīng)開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單RC 濾波和同相比例放大器得到需要的電流采樣值。

3. 4 主控制電路

主控芯片電路如圖6。TL494的13 腳接到高電平，運(yùn)行在推挽輸出模式。10 腳作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出接口，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)500 mA。4 腳外圍電路是軟啟動(dòng)部分。由于T L494 內(nèi)部放大器15、1 6、3 腳組成的放大器構(gòu)成了過(guò)流保護(hù)電路，一旦檢測(cè)到電流過(guò)流，則3 腳輸出高電平封閉了1、2、3腳組成的放大器。同時(shí)，使得PWM 輸出占空比減少，保證主電路開(kāi)關(guān)管的安全。

反饋電壓的PI 調(diào)節(jié)部分的LM324內(nèi)部的一個(gè)放大器組成的電壓閉環(huán)。T L494 的1、2、3 腳組成的內(nèi)部放大器構(gòu)成了電流閉環(huán)。當(dāng)輸出電壓偏高時(shí)，經(jīng)過(guò)了電壓閉環(huán)電路后，ULOOP 變小， 經(jīng)過(guò)了電流閉環(huán)后，F(xiàn)B 端口電壓變大，輸出PWM 脈寬變小，輸出電壓調(diào)低。當(dāng)變壓器原邊電流增大時(shí)，經(jīng)過(guò)了電流閉環(huán)后，F(xiàn)B 端口電壓變大，輸出PWM 脈寬變小，電流值減小，可見(jiàn)構(gòu)成的雙環(huán)系統(tǒng)可以穩(wěn)定的運(yùn)行。

3. 5 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路

主電路的兩個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)管要求同時(shí)開(kāi)通，同時(shí)關(guān)閉。主控芯片TL494 發(fā)出的控制信號(hào)，要一分為二來(lái)驅(qū)動(dòng)MOSFET。驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)推挽電路，再經(jīng)過(guò)脈沖變壓器可以很方便的得到一對(duì)同相位的控制信號(hào)。

4 試驗(yàn)波形

通過(guò)調(diào)壓器在供電電源端輸入110 V 的交流電壓，使得系統(tǒng)穩(wěn)定的工作在30 V、1 A 的負(fù)載下， 觀察TL494 電源芯片輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形、MOSFET開(kāi)關(guān)管Ugs、Uds 、負(fù)載正常工作時(shí)的波形、以及突然加載、突然掉載情況，其試驗(yàn)波形如圖7。

5 總結(jié)

開(kāi)關(guān)電源中最重要的要數(shù)DC-DC變換器和控制電路兩部分。文中通過(guò)對(duì)樣機(jī)測(cè)試，從而得以證明該電路實(shí)用可靠并工作穩(wěn)定，當(dāng)然技術(shù)細(xì)節(jié)上還有待提高，將來(lái)會(huì)對(duì)PFC和軟開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)一步研究。