本文介紹一款基于固定頻率脈寬調(diào)制控制芯片TL494的30W電源，分析了該電路的結(jié)構(gòu),，給出了具體的電路設計和實驗波形。通過實驗樣機測試表明,，該電路實用可靠,，工作穩(wěn)定,。

正激變換由于拓撲簡單，升/降壓范圍寬,，廣泛應用于中小功率電源變換場合,。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管電壓應力高,，為兩倍輸入電壓，有時甚至超過兩倍輸入電壓,。過高的開關管電壓應力成為限制正激變換器容量繼續(xù)增加的一個關鍵因素,。驅(qū)動芯片TL494是一種價格便宜、驅(qū)動能力強,、死區(qū)時間可控,，同時帶有兩個誤差放大器,，當負載變化時來進行電壓和電流反饋PI調(diào)節(jié),，這樣進一步加強了電源的穩(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,。



該主電路拓撲結(jié)構(gòu)有三個優(yōu)點：

(1)克服了單端正激變換器中開關電壓應力高的缺點,。

(2)不需要采用特殊的磁通復位技術，避免復雜的去磁繞組的設計和減少高頻變壓器的體積,，使電路變得簡潔,，也不需要加RCD來進行復磁箝位，并能對電源進行饋電,，提高了效率,。

(3)與全橋變換器和半橋變換器相比，每一個橋臂都是由一個二極管和一個開關管串聯(lián)組成,，不存在橋臂直通的問題,，可靠性高。

2 PWM驅(qū)動芯片TL494的特點

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,、全橋式開關電源的控制系統(tǒng),。它的工作頻率為1~300kHz，輸入電壓達40V,，輸出電流為200mA,，其內(nèi)部原理圖如圖2所示。

 

TL494內(nèi)部設置了線性鋸齒波振蕩器,，振蕩頻率f =1.1/(RC),，它可由兩個外接元件R和C來調(diào)節(jié)(分別接6腳和5腳),。TL494內(nèi)設兩個誤差放大器，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,；設置了5V 1%的電壓基準(14腳)，它的死區(qū)時間調(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：

(1)控制信號由IC外部輸入,，一路送到死區(qū)時間控制端,，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)時間控制比較器具有120mV有效輸入補償電壓,，它限制最小輸出死區(qū)時間近似等于鋸齒波周期時間的4%。在死區(qū)時間控制端,，設置固定電壓時(范圍0~0.3V)就能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時間,。

(3)在輸出控制13腳接地時，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,，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是對直流側(cè)輸出的電壓進行采樣， 其中光耦選擇至關重要,。我們選用TLP521,， 內(nèi)部是兩只光耦集成在一個芯片中，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：



當反饋電壓3腳從0.5V~ 3.5V時,，輸出脈寬從被死區(qū)時間控制輸入端確定的最大導通時間里下降到零,。

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)簡單,，容易實現(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,，設計的電路板增加了雙路輸出的功能，只要改變變壓器的設計，即可以完成多路輸出,。當兩個主功率開關管截止時,，原邊繞組的電壓極性相反，使另外一橋臂的兩個二極管導通,，電壓被箝位在輸入電壓值,。因此開關管承受的電壓與輸入電壓相同。在輸入電壓最大值低于350V時,，開關管只需要選擇450V的耐壓值即可,。這里我們選用N溝道MOSFET，IRF830(4.5A/500V),。



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管的現(xiàn)象,。為此，必須對流過MOSFET開關管的脈沖電流大小進行采樣,。當發(fā)生過流時,，系統(tǒng)應能夠快速反應做出相應的保護措施。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,，再經(jīng)過簡單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,，運行在推挽輸出模式。10腳作為驅(qū)動信號輸出接口,，驅(qū)動電流可達500mA,。4腳外圍電路是軟啟動部分。由于TL494內(nèi)部放大器15,、16,、3腳組成的放大器構(gòu)成了過流保護電路，一旦檢測到電流過流,，則3腳輸出高電平封閉了1,、2、3腳組成的放大器,。同時,，使得PWM輸出占空比減少，保證主電路開關管的安全,。



反饋電壓的PI調(diào)節(jié)部分的LM324內(nèi)部的一個放大器組成的電壓閉環(huán),。TL494的1、2、3腳組成的內(nèi)部放大器構(gòu)成了電流閉環(huán),。當輸出電壓偏高時,，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,。當變壓器原邊電流增大時，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)定的運行,。

3.5 MOSFET驅(qū)動電路

主電路的兩個MOSFET開關管要求同時開通，同時關閉,。主控芯片TL494發(fā)出的控制信號,，要一分為二來驅(qū)動MOSFET。驅(qū)動信號經(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同相位的控制信號,。

4 試驗波形

通過調(diào)壓器在供電電源端輸入110V的交流電壓，使得系統(tǒng)穩(wěn)定的工作在30V,、1A的負載下,，觀察TL494電源芯片輸出的驅(qū)動信號波形、MOSFET開關管Ugs,、Uds,、負載正常工作時的波形、以及突然加載,、突然掉載情況,，其試驗波形如圖7。



5 結(jié)束語

開關電源最重要的兩個部分就是DC-DC變換器和控制電路,。文中通過樣機測試表明,，該電路實用可靠，工作穩(wěn)定,。其不足之處是在提倡環(huán)保技術的今天,，沒有進行PFC和軟開關技術設計。