摘要: 介紹一款基于固定頻率脈寬調(diào)制控制芯片T L494 的30 W 電源, 分析了該電路的結(jié)構(gòu), 給出了具體的電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)波形。通過(guò)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測(cè)試表明, 該電路實(shí)用可靠, 工作穩(wěn)定。

　　關(guān)鍵詞: 雙管正激; 閉環(huán)控制; 采樣; TL494

　　正激變換由于拓?fù)浜?jiǎn)單, 升/ 降壓范圍寬, 廣泛應(yīng)用于中小功率電源變換場(chǎng)合。正激變換器的輸出功率不象反激變換器那樣受變壓器儲(chǔ)能的限制, 因此輸出功率較反激變換器大, 但是正激變換器的開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力高, 為兩倍輸入電壓, 有時(shí)甚至超過(guò)兩倍輸入電壓。過(guò)高的開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力成為限制正激變換器容量繼續(xù)增加的一個(gè)關(guān)鍵因素。驅(qū)動(dòng)芯片T L494 是一種價(jià)格便宜、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、死區(qū)時(shí)間可控, 同時(shí)帶有兩個(gè)誤差放大器, 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)來(lái)進(jìn)行電壓和電流反饋PI調(diào)節(jié), 這樣進(jìn)一步加強(qiáng)了電源的穩(wěn)定性。

　　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)40 V, 輸出電流為200 mA, 其內(nèi)部原理圖如圖2 所示。

      TL494 內(nèi)部設(shè)置了線(xiàn)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5 V 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(lèi)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(chēng)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。我們選用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. 5 V~ 3. 5 V 時(shí), 輸出脈寬從被死區(qū)時(shí)間控制輸入端確定的導(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。T L494 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,FB 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,FB 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(guān)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  結(jié)束語(yǔ)

　　開(kāi)關(guān)電源重要的兩個(gè)部分就是DC-DC 變換器和控制電路。文中通過(guò)樣機(jī)測(cè)試表明, 該電路實(shí)用可靠, 工作穩(wěn)定。其不足之處是在提倡環(huán)保技術(shù)的今天,沒(méi)有進(jìn)行PFC 和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn):

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