基于tl494的開關電源設計_畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 出電壓為： DUU i ?? 1 10 (13) 圖 14 為一種輸出升壓型開關電源，電路中有一個儲能電感，適當利用這個儲能電感，可將并聯開關電源轉變為廣泛使用的變壓器耦合并聯開關電源。 安徽財貿職業學院畢業設計 5 圖 14 并聯開關電源原理圖 變壓器耦合并聯開關電源工作框圖如圖 15 所示；功率開關晶體管 VT 與開關變壓器初級線圈相串聯接在電源供電輸入端，功率開關晶體管 VT 在開關脈沖信號的控制下，周期性地導通與截止，集電極輸出的脈沖電壓通過變壓器耦合在次級得到脈沖電壓，這個脈沖電壓經整流濾波后得到直流輸出電壓 U0。同樣經 過取樣電路將取樣電壓與基準電壓 UE 進行比較被誤差放大器放大，由誤差放大器輸出至功率開關晶體管 VT，通過控制功率開關晶體管 VT的導通、截止達到控制脈沖占空比的目的，從而穩定直流輸出電壓。由于采用變壓器耦合，所以變壓器的初、次級側可以相互隔離，從而使初級側電路地與次級側電路地分開，做到次級側電路地不帶電，使用安全。同時由于變壓器耦合，可以使用多組次級線圈，在次級得到多組直流輸出電壓。 圖 15 變壓器耦合并聯開關電源原理圖 安徽財貿職業學院畢業設計 6 第 2 章 開關電源主控元件 功率晶體管（ GTR） 功率晶體管的結 構 達林頓 NPN 功率晶體管就是將幾只單個晶體管在元件內部做成射極跟隨器，晶體管模塊是指將幾級達林頓晶體管集成在一起，對外構成一定電路形式的一個組合單元，目前功率晶體管模塊的電流 /電壓已達 1000V/1200V。功率晶體管內部結構和圖形符號如圖21所示，功率晶體管模塊如圖 22所示： 圖 21 功率晶體管內部結構和圖形符號 圖 22功率晶體管模塊 （ a）單管模塊電路；（ b）雙管模塊電路 安徽財貿職業學院畢業設計 7 功率晶體管的工作原理 功率晶體管和小信號晶體管一樣都有電壓和電流放大的重要功能，基本原理類似，都 是電流控制雙極型器件。對于共射極電路，基極注入一定的基極電流 IB，器件進入“開通”的飽和狀態，集電極電流 IC 產生，集電極和發射極之間的壓降 UCES 就很低；基極電流 IB消失或者注入一定的反向電流，器件立刻進入“關斷”的截止狀態，集電極電流IC為零，集電極和發射極之間能承受較高的電壓 UCEO。功率晶體管的電流放大倍數β是在一定條件下測定的，使用條件不同，電流放大倍數β就不同。一般來說，集電極電流IC越小，電流放大倍數β就大；集電極電流 IC越大，電流放大倍數β就小。對于單只功率晶體管而言，晶體管集電極 IC達到元件 額定電流一半以上時，電流放大倍數β明顯下降，一般會下降到β =8~10。因此功率晶體管在一定要求的基極脈沖電流 IB的作用下，就能夠在開通過程、導通狀態、關斷過程、截止狀態四種不同階段中轉換，完成功率晶體管開關的動作。 功率晶體管的特性與參數 ICUCE。 功率晶體管共射極電路輸出特性 ICUCE如圖 23 所示，有截止區、線性區、準飽和區、深飽和區組成，分別對應不同的基極驅動電流 IB。 圖 23 功率晶體管共射極電路輸出特性 安徽財貿職業學院畢業設計 8 飽和壓降 UCES 是在一定的基極驅動電流 IB，功率晶體管 處于飽和狀態下，集電極和發射極之間的電壓。飽和度越深，飽和壓降 UCES 越小，導通損耗越小，但是導致關斷過程中退出飽和的時間延長。 一般來說，應用于開關狀態的功率晶體管在導通在導通狀態集電極電流 IC大，飽和壓降 UCES 小，截止狀態集電極電流就是漏電流， ICEO 小，集電極和發射極之間的電壓UCE高，截止損耗 POFF=ICEOUCE小，加上開通過程和關斷過程的開關損耗小，因此開關狀態的功率晶體管總損耗比應用在線性區功率晶體管損耗 P=ICUCE小。 、導通狀態、關斷過 程、截止狀態四個階段中動作的快慢特點和時間參數。如圖所示功率晶體管的開關特性，有延遲時間 td、上升時間 tr、存儲時間 ts、下降時間 tf組成，其中導通時間 ton有延遲時間 td、上升時間 tr組成，關斷時間 toff有存儲時間 ts、下降時間 tf組成。為了加快功率晶體管的開關過程，必須優化基極驅動電流脈沖。 ，主要有集電極允許通過的最大電流 ICM，集電極最大允許耗散功率 PCM，最大允許結溫 TJM，晶體管擊穿電壓 UCEO、UCBO、 UEBO。 UCEO是基極開路、集電極 發射 極間的擊穿電壓： UCBO是發射極開路、集電極 基極間的擊穿電壓； UEBO是集電極開路、發射極 基極間的擊穿電壓。一般來講，晶體管在應用中任何時候都不允許超過極限參數。 電力場效應晶體管（ MOSFET） 電力場效應晶體管特點 電力場效應晶體管簡稱電力 Power Mosfet。 特點是用柵極電壓來控制漏極電流，驅動電路簡單，需要的驅動功率小，開關速度快，工作頻率高， 熱穩定性好。但是電流容量小，耐壓低，一般適用于功率不超過 10kW 的電源電子裝置。 MOSFET 的結構和工作原理 電力 MOSFET 的種類按導電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道，圖 24所示為 N溝道結構。電力 MOSFET 的工作原理是：在截止狀態，漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。 P安徽財貿職業學院畢業設計 9 基區與 N 漂移區之間形成的 PN 結反偏，漏源極之間無電流流過。在導電狀態，即當 UGS大于開啟電壓或閾值電壓 UT時，柵極下 P區表面的電子濃度將超過空穴濃度，使 P型半導體反型成 N型而成為反型層，該反型層形成 N溝道而使 PN 結消失，漏極和源極導電。 (a) 內部結構斷面示意圖 (b)電氣圖形符號 圖 24 電力 MOSFET的結 構和電氣圖形符號 MOSFET 開關時間在 10～ 100ns 之間，工作頻率可達 100kHz 以上，是電力電子器件中最高的。由于是場控器件，靜態時幾乎不需輸入電流。但在開關過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅動功率。開關頻率越高，所需要的驅動功率越大。 安徽財貿職業學院畢業設計 10 第 3章 開關電源中的 TL494 TL494 的內部功能 TL494 是美國德州儀器公司生產的電壓驅動型脈寬調制器，在顯示器、計算機等系統電路中作為開關電源電路， TL494 的輸出三極管可接成共發射極及射極跟隨器兩種方式，因而可以選擇雙端推挽輸出或單端輸出方式，在推 挽輸出方式時，它的兩路驅動脈沖 相差 180 度，而在單端方式時，其兩路驅動脈 沖 為同頻同相。內部功能 如圖 31 所示 。其引腳功能如下： 2 腳分別為誤差比較放大器的同相輸人端和反相輸人端。 3 腳為控制比較放大器和誤差比較放大器的公共輸出端，輸出時表現為或輸出控制特性，也就是就在兩個放大器中，輸出幅度大者起作用。當 3 腳的電平變高時， TL494 送出的驅動脈沖 寬度變窄，當 3 腳電平低時，驅動脈 沖 寬度變寬。 4 腳為死區電平控制