中心議題：
- 雙管正激變換器電路優(yōu)點(diǎn)
- PWM驅(qū)動(dòng)芯片TL494 的特點(diǎn)
- 雙管正激小功率電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
解決方案：
- 電源主電路設(shè)計(jì)
- 直流側(cè)電壓采樣
- 流過主電路開關(guān)管的電流采樣
- 電源主控制電路及MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
本文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。
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關(guān)管電壓應(yīng)力高， 為兩倍輸入電壓， 有時(shí)甚至超過兩倍輸入電壓。過高的開關(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)開關(guān)管串聯(lián)組成， 不存在橋臂直通的問題， 可靠性高。
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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。
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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. 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 流過主電路開關(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流而可能出現(xiàn)燒壞主電路功率開關(guān)管的現(xiàn)象。為此， 必須對(duì)流過MOSFET 開關(guān)管的脈沖電流大小進(jìn)行采樣。當(dāng)發(fā)生過流時(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MOFET 脈沖電流經(jīng)開環(huán)霍爾電流傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)， 再經(jīng)過簡(jiǎn)單RC 濾波和同相比例放大器得到需要的電流采樣值。
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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)成了過流保護(hù)電路， 一旦檢測(cè)到電流過流， 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)過了電壓閉環(huán)電路后， ULOOP 變小， 經(jīng)過了電流閉環(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 開關(guān)管要求同時(shí)開通， 同時(shí)關(guān)閉。主控芯片TL494 發(fā)出的控制信號(hào)， 要一分為二來驅(qū)動(dòng)MOSFET。驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過推挽電路， 再經(jīng)過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
開關(guān)電源最重要的兩個(gè)部分就是DC-DC 變換器和控制電路。文中通過樣機(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，沒有進(jìn)行PFC 和軟開關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)。
