基于TL494恒流源的设计 - 图文(3)

2019-08-30 23:12

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满足要求时,与不平衡的伏秒值成正比的直流偏压将被次电容滤掉,这样在晶体管导通期间,就会平衡电压的伏秒值,达到消除偏磁的目的。

从半桥电路结构上看,选用桥臂上的两个电容C1、C2时,需要考虑电容的均压问题,尽量选用C1=C2的电容。一般情况下,还要在两个电容两端各并联一个电阻(原理图中的R1和R2)并且R1=R2进一步满足要求。电阻上流过的电流应比电容器的漏电流大5倍以上来选择电阻,以避免漏电流偏差影响均压,此时在选择阻值和功率时需要注意降额。

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2.1.2 整流电路

主电路中有两处用到整流电路,交流侧一般采用单相桥式整流电路,阀侧输出整流电路可选用全波整流电路。

1.交流侧单相桥式整流电路

整流电路中采用四个快恢复二极管组成桥式整流,将输入220V交流电压经桥式整流滤波后获得+300V左右的直流电压。滤波电容两端的波形,与电源内阻,电阻,电容,负载大小都有关系。220V交流输入时市电整流后直接接滤波电容,以得到波形较为平直的直流电压。

图2.4 输入整流滤波电路工作原理图

2.副边整流电路

选择副边整流电路主要是考虑以下几点:

(1)根据输出电压的高低,考虑管子的安全问题;

(2)功率损耗的问题,主要是开关管和副边绕组的损耗问题;

LRR1VD1C21C22U0UiC1VD2

图2.5 单相全波整流电路

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在整流电路的设计时,采用全波整流方式。全波整流电路的优点是变压器输出功率的利用率为100%,整流电路使用的器件数少,结构简单,通态损耗小,输出直流电压中的纹波电压较低。缺点是高频开关变压器必须加工有中心抽头。在整流二极管的两端并联有一电阻和电容串联的电路,其作用是滤除高频杂波信号。C21的作用是滤除交流信号。电感L对直流电无电压降,对交流电能够储藏能量。利用电感的储能作用可以减小输出电压的纹波,从而得到比较平滑的直流。电容C22为二次滤波电容,用来再次滤除交流信号。

2.1.3 EMI滤波器的设计

EMI滤波电路主要是为了滤除来自市电电网的突发脉冲和高频干扰,同时将自身产生的电磁辐射降到最低。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10KHz~30MHz,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象,又是一个噪声源。若从形式特点看,噪声干扰分差模干扰与共模干扰两种。差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。

在一般情况下,差模模幅度小,频率低,所造成的干扰较小;共模干扰幅度大,频率高,还可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大。解决这个问题最有效的方法是在开关电源输入和输出电路中加装电磁干扰滤波器。它的作用就是抑制干扰信号的通过。为此设计了下图所示的滤波器。如图2.6所示。

图2.6主电路滤波设计 其中L1 、L2 为共模扼流圈,由于它的两个线圈匝数相等,这两个电感对于差模电流和主电流所产生的磁通是方向相反、互相抵消的,因而不起作用;而对于共模干扰信号,能够得到一个大的电感量呈现高阻抗,以获得最大的滤波效果,因此对其有良好的抑制作用。它的线圈绕在低损耗、高磁导率的铁养体磁环上。为确保两个线圈的绝缘,需分别绕在磁环的两侧。C1和C2主要用来滤除差模干扰。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。

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在这里选择L1 、L2 为20mH。C1和C2采用薄膜电容器,容量范围大致是0.01μF~0.47μF,主要用来滤除差模干扰。C3和C4跨接在输出端,并将电容器的中点接地,能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在输入端,仍选用陶瓷电容,容量范围是2200pF~0.1μF。为减小漏电流,电容量不得超过0.1μF,并且电容器中点应和大地接通。C1~C4的耐压值均为DC 630V或AC 250V。在选择滤波元件时,一定要保证输入滤波器谐振频率低于开关电源的工作频率。由于随着电源工作频率的升高,滤波器对运行噪声将更容易抑制,所以设计中要注意滤波器在工作频率低时的抑制效果。此次参数选取均在要求范围内,可以有效的滤波。

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2.1.4 输出滤波电路

本文采用LC滤波电路。与RC滤波电路相比,这种滤波电路综合了电容滤波电路纹波小和电感滤波电路带负载能力强的优点。其电路图见图2.7

图2.7 LC滤波电路

2.2 控制电路的设计

本系统脉宽控制芯片选用TLL494芯片。TL494 是美国德克萨斯仪器公司开发的一款高性能固定频率的电压驱动型PWM脉宽调制控制电路,具有功能完善、工作性能稳定、驱动能力强等优点。它包含了控制开关电源所需的全部功能,可作为单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源的控制器。TL494广泛于1000W以下的大功率开关电源中,它既可以驱动 150W以下的单端式开关电源,也可以驱动300~1000W的桥式和半桥式电路。现结合电路的工作特点,通过对电路要点的剖析,来阐述基于TL494 芯片PWM控制电路检测的方法和技巧。

2.2.1 关于PWM控制芯片TL494的介绍

1. TL494的电路结构

TL494是有16引脚双列直插式塑料封装集成芯片,集成了全部的脉宽调制电路,内置+5V 参考基准电压源、欠压保护电路、线性锯齿波振荡器,外置振荡元件一个电阻RT和一个电容CT、脉宽调制比较器、死区时间比较器、触发器、两个误差放大器以及输出控制器等电路组成。具有其工作频率可在1~300kHz之间任选且输出电压高达40V,输出电流为250mA。输出方式有推拉或单端两种。

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图2.8 TL494各脚功能与典型简化方框图

2.TL494各引脚功能及有关参数

(1)1与2脚分别为误差放大器1#的同相输入端和反相输入端,耐压值41V。 (2)3脚为脚为控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端,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。同时在2、15脚间接入RC频率校正电路和直流负反馈电路,稳定误差放大器的增益以及防止其高频自激。3脚电压反比于输出脉宽,也可利用该端功能实现高电平保护。

(3)4脚为死区时间控制端,通过给该端施加0~3.5V电压,可使占空比在49%~0之间变化,从而控制输出端的输出。

(4)5脚为锯齿波振荡器外接定时电容端。RT取值范围1.8~500kΩ (5)6脚为锯齿波振荡器外接定时电阻端。CT取值范围4700pF~10μF。 (6)7脚为共地端。

(7)8、11脚为两路驱动放大器NPN管的集电极开路输出端。当通过外接负载电阻引出输出脉冲时,为两路时序不同的倒相输出,脉冲极性为负极性,适合驱动P型双极型开关管或P沟道MOSFET管。此时两管发射极接共地。

(8)9、10脚为两路驱动放大器的发射极开路输出端。当8、11脚接VCC,在9、10脚接入发射极负载电阻到地时,输出为两路正极性图腾柱输出脉冲,适合于驱动N型双极型开关管或N沟道MOSFET管。

(9)12脚为VCC输入端。供电范围适应8~40V,极限电压41V,低于7V电路不启动。

(10)13脚为输出模式控制端。外接5V高电平时为双端图腾柱式输出,用以驱动各种推挽开关电路。接地时为两路同相位驱动脉冲输出,8、11脚和9、10脚可直接并联。双端输出时最大驱动电流为2×200mA,并联运用时最大驱动电流为400mA。

(11)14脚为内部基准电压精密稳压电路端。输出5V±0.25V的基准电压,最大负载电流为10mA。用于误差检出基准电压和控制模式的控制电压。

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(12)16脚为误差放大器2#的同相输入端。最高输入电压不超过VCC+0.3V。 (13)15脚为误差放大器2#的反相输入端。正常工作的条件必须维持15脚的电位大于0伏,可接入误差检出的基准电压。

3. TL494的工作原理

TL494的工作原理可简述为:当TL494的引脚5与引脚6接上电容与电阻后,集成在其内部的振荡器便使引脚5所接电容恒流充电和快速放电,在电容CT上形成锯齿波,该锯齿波同时加给死区时间控制比较器和PWM比较器,死区时间控制比较器按引脚4的引脚所设定的电平高低输出相应宽度的脉冲信号;另一方面在2#误差放大器输出的保护信号无效(为高电平时),比较器根据1#误差放大器输出的调节信号(或引脚3直接输入的电平信号)与锯齿波比较在输出形成相应的脉冲波,该脉冲波与死区时间控制比较器输出的脉冲相或后,一方面提供给触发器作为时间信号,同时提供给输出控制或非门,触发器按CK端的时钟信号,在与端输出相位互差π的PWM脉冲信号,若引脚13为高电平,则内部的两个与门输出的PWM脉冲信号,给信号经输出两个或非门与前述的信号或非后有输出功率放大的开关晶体管放大后输出;相反,当引脚13为低电平时,两个与门输出恒为低电平,所以两个或非门输出相同的脉冲信号。若用TL494的误差放大器作保护比较器,保护动作时引脚3被置为恒低电平,TL494两路均输出低电平。

(1)振荡电路 当TL494的12脚VCC直流电源端和7脚直流地形成供电回路,5脚C T端外接电容C;6脚R T 端外接电阻R这样TL494就会产生振荡,并可在5脚得到一个频率为f =1.1/RC的锯齿波振荡电压。其振荡频率由外接RC决定;改变R或C值可得到所需频率值。并通过电容C T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对输出脉冲的宽度的控制。

(2)死区电压比较控制电路

由振荡电路产生的锯齿波振荡电压送到IC内部电压比较1的同相端,与输入到电压比较器1反相端的死区电平控制信号V B,设置该死区控制信号的目的是防止当从误差放大器或控制放大器输出的V A 信号过小,以至于出现V1 变成幅度为电源电压的直流高电平。该VB 信号经IC的4脚送至电压比较1的反相端。死区电压比较控制电路具有0.12V 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%。当输出控制端3接地,最大输出占空比为96% ,接参考电压时,占空比为48%。当把死区时间控制输入端IC的4脚接上固定电压即范围在0.4~ 3.3V之间时,能在输出脉冲上产生附加的死区时间。IC的4脚电位越高,死区时间越宽,占空比越小。

(3)PWM 比较控制电路

由误差放大器和控制放大器的所输出的两路控制信号经过门控电路后产生一个控制信号V A,并将控制信号VA 送到电压比较器2#的反相端与由锯齿波振荡器产生的锯齿波振荡电压进行比较。根据电压比较器的工作原理:当送到电压比较器的同相端

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