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1、基于TL494 他激型半桥开关电源 开关电源基本概念 凡是用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另外一形态的主电路叫做开关变换器电路。在转变时，以自动控制稳定输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源。开关电源是进行AC/DC、DC/DC、DC/AC功率变换的装置。这些变换由主回路和控制回路两大部分完成。主回路将输入的交流电传递给负载，它决定开关电路的结构形式，变换要求，功率大小，负载能力等。控制回路按输入、输出的条件来检测、控制回路的工作状况。推挽正激式开关电源由于输出电感和续流二极管的作用。输出电源是连续的。变换器在开关晶体管导通时经变换器向负载传输能量。输出功率范围较大。高频变压
2、器既要起变压器隔离和传输能量的作用。又起到电感线圈储能的作用。控制电路以集成的PWM脉宽调制电路为基础组成。能十分方便实现稳压调节及过压、欠压、限流和关断电源输出等保护控制功能。该电源既能独立使用。又可相互并联使用。输入可以是交流电压。也可以是直流电压。应用灵活、运行可靠、能长期稳定地运行于工业环境中。一 方案选择及电路的工作原理方案一： 首先用一个桥式整流电路将输入的交流电压变成直流电压，然后经过电容滤波，然后在经过一个NPN型三级管Q1调整管，最后整过电路形成一个通路，达到最终的效果。方案二： 采用脉宽调制式开关电源1. 脉宽调制式开关电源的基本原理如图2.2所示。交流220V输入电压经过
3、整流滤波后变成直流电压y1，再由功率开关管VT斩波、高频变压器T降压，得到高频矩形波电压，最后通过输出整流滤波器VD、C2，获得所需要的直流输出电压Uo。脉宽调制器是这类开关电源的核心，它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动信号，控制功率开关管的通断状态，来调节输出电压的高低，达到耪压目的。锯齿波发生器提供时钟信号。利用误差放大器和PWM比较器构成闭环调节系统。假如由于某种原因致使Uo下降，脉宽调制器就改变驱动信号的脉冲宽度，亦即改变占空比D，使斩波后的平均值电压升高，导致Uo升高。反之亦然。 图2.2 脉宽调制式开关电源的基本原理2.EMI滤波 目前，随着电子设备、计算机和家用电器的大量涌现与
4、广泛普及，电磁干扰正日益严重并形成一种公害。因为这种干扰可导致电子设备无法正常工作，特别是瞬态电磁干扰，其电压幅度高、上升速度快、持续时间短、随机性强，容易引起数字电路产生严重干扰，常使人们防不胜防，这已引起国内外电子界的高度重视。电源噪声及其抑制方法 电源噪声是电磁干扰的一种，它属于射频干扰，其传导噪声的频谱大致是为10KHz30MHz，最高可达150MHz。根据传播方向的不同，电源噪声可以分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰；另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰对向，又是一个噪声源。若从形式特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干
5、扰两种。串模干扰是两条电源线之间的噪声，共模干扰则是两条电源线对大地的噪声。因此，EMI滤波器应符合电磁兼容性的要求，也必须是双向频滤波器，一方面要滤除从交流电源线上引出的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。电磁干扰滤波器亦称电源噪声滤波器，是近年来被推广应用的一种组合器件，它能有效地抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性。因此，被广泛应用于开关电源、电子测量仪器、计算机机房设备等领域。EMI滤波器是由电容器、电感等元件组成的，其优点是结构简单，成本低廉，便于推广应用。简易电磁干扰滤波器的设计 图2.5 EMI滤
6、波器的基本电路 EMI滤波器的基本电路如图2.5所示。该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应该接通大地。电路中包括共模扼流圈L、滤波电容器C1C4。L对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高磁导率的铁氧体磁环上。当有共模电流通过时，两个线圈上产生的磁场就会互相加强。L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，当额定电流较大时，共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。此外，适当增加电感量，可改善低频衰减特性。C1和C2
7、主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端，并将电容器的中点接通大地，能有效地抑制共模干扰3。3. 脉宽调制集成电路TL494 介绍 TL494 是美国德州仪器公司生产的电压驱动型脉宽调制器，在显示器、计算机等系统电路中作为开关电源电路，TL494 的输出三极管可接成共发射极及射极跟随器两种方式， 因而可以选择双端推挽输出或单端输出方式，在推挽输出方式时，它的两路驱动脉冲相差180 度，而在单端方式时，其两路驱动脉冲为同频同相。 1. TL494 的内部功能框图如图5.9 所示。其引脚功能如下： 1、2 脚分别为误差比较放大器的同相输入端和反相输入端。 3 脚为控制比较放大器和误差比较放大器
8、的公共输出端，输出时表现为或输出控制特性，也就是就在两个放大器中，输出幅度大者起作用。当3 脚的电平变高时，TL494 送出的驱动脉冲宽度变窄，当3 脚电平低时，驱动脉冲宽度变宽。 4 脚为死区电平控制端，从4 脚加入死区控制电压可对驱动脉冲的最大宽度进行控制， 使其不超过180 度，这样可以保护开关电源电路中的三极管。 5、6 脚分别用于外接振荡电阻和电容。 7 脚为接地端。 8、9 脚和11、12 脚分别为TL494 内容末级两个输出三极管的集电极和发射极。 12 脚为电源供电端。 13 脚为功能控制端。 14 脚为内部5V 基准电压输出端。 15、16 脚分别为控制比较放大器的反相输入端
9、和同相输入端。 TL494 是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494 有SO-16 和PDIP-16 两种封装形式，以适应不同场合的要求。 2. TL494 的特点 l 集成了全部的脉宽调制电路。 l 片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。 l 内置误差放大器。 l 内止5V 参考基准电压源。 l 可调整死区时间。 l 内置功率晶体管可提供500mA 的驱动能力。 l 推或拉两种输出方式。 3. TL494 的工作原理简述 TL494 是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿
10、波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下： 输出脉冲的宽度是通过电容CT 上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1 和Q2 受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV 的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端
11、接上固定的电压（范围在03.3V 之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。 脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V 变化到3.5 时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V 到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流获得。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算， 正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可决定控制回路。 当比较器CT 放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1 和Q2 的工作。若
12、输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1 或Q2 取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。 在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1 和Q2 并联使用，这时， 需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。 TL494 内置一个5.0V 的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA 的负载电流，在典型的070温度范围50mV 温漂条件下，该基准电压源能提供5%的精确度。 TL494的测试波形如图
13、5.10所示。 综合各方面优势，采用方案二。二. 稳压电路的性能指标 稳压电路的枝术指标分为两大类：一类为特性指标，用来表示稳压电路规格，有输入电压、输出功率或输出直流电压和电流范围；另一类为质量指标，用来表示稳压性能，有以下几种指标。 1. 稳压系数ST 该指标反映了电网电压波动对稳压电路输出电压稳定性的影响。 2. 负载调整特性SI 该指标反映了负载变化对输出电压稳定性的影响 3. 输出电阻Ro 其含义与SI 相似。Ro 越小，负载变化对Uo 变化的影响越小，表示带负载能力越强。一般Ro1 。 4. 纹波抑制比 SR 该指标反映稳压电路输入电压UI 中含有100Hz 交流分量峰值或纹波电压
14、的有效值经稳压后的减小程度。一般输出电压峰值UIP 为几毫伏至几百毫伏。 SR 越大，表示UOP 越小。 5. 输出电压的温度系数ST 该指标反映温度对输出电压稳定性的影响， ST 越小表示温度对稳压电路的影响越小。 6其它指标 图5.30 电源规格书 三 电源局部电路分析 四 总电路图 见后面附件五 附录元件清单：序号元件代号名称 材料及规格数量0R1 R2 R4 R8 R39 R40金属膜电阻 150K/0.5W61R6 R10碳膜电阻 15/0.25W22R5 R9 R17 R19碳膜电阻 3.9K/0.25W43R7 R11金属膜电阻 2.2/0.5W24R18 R16碳膜电阻 1.5K/0.25W25R20碳膜电阻 22K/0.25W16R21 R31 R38碳膜电阻 10K/0.25W37R30 R37碳膜电阻 2.2K/0.25W28R23 R24 R26 R28碳膜电阻 5.6K/0.25W49R22碳膜电阻 47K/0.25W110R25 R35碳膜电阻 100K/0.25W211R27 R36碳膜电阻 1.2K/0.25W21213R2
