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基于TL494的DC-DC开关电源设计
摘 要
随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种
类也越来越多,电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。近年来 ,随着功
率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术及开关电源理论的发展 ,新一代的
电源开始逐步取代传统的电源电路。该电路具有体积小,控制方便灵活,输出
特性好、纹波小、负载调整率高等特点。
开关电源中的功率调整管工作在开关状态,具有功耗小、效率高、稳压
范围宽、温升低、体积小等突出优点,在通信设备、数控装置、仪器仪表、视
频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。开关电源的高频变换电路形式
很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。本
论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计小汽车中的
音响供电电源,利用MOSFET管作为开关管,可以提高电源变压器的工作效率
有利于抑制脉冲干扰,同时还可以减小电源变压器的体积。
关键词:IGBT,PWM,推挽电路,半桥电路,单端正激
I
BASED ON THE DC-DC TL494 SWITCHING POWER
SUPPLY
ABSTRACT
W i t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f e l e c t r o n i c t e c h n o l o g y , e l e c t r o n i c s y s t e m s ,
m o r e a n d m o r e e x t e n s i v e a p p l i c a t i o n s , t h e t y p e s o f e l e c t r o n i c e q u i p m e n t , m o r e
a n d m o r e e l e c t r o n i c e q u i p m e n t a n d p e o p l e w o r k a n d l i v e c l o s e r a n d c l o s e r . I n
recent years, with the power electronic devices (such as IGBT, MOSFET), PWM
s w i t c h i n g p o w e r s u p p l y t e c h n o l o g y a n d d e v e l o p m e n t o f t h e t h e o r y , a n e w
g e n e r a t i o n o f p o w e r b e g a n t o g r a d u a l l y r e p l a c e t h e t r a d i t i o n a l p o w e r s u p p l y
c i r c u i t s . T h e c i r c u i t i s s m a l l , f l e x i b l e t o c o n t r o l t h e o u t p u t c h a r a c t e r i s t i c s o f a
good, ripple, load adjustment rate and so on.
S w i t c h i n g p o w e r s u p p l y i n t h e p o w e r a d j u s t m e n t c o n t r o l w o r k i n t h e o f f
s t a t e , w i t h l o w p o w e r c o n s u m p t i o n , h i g h e f f i c i e n c y , w i d e v o l t a g e r a n g e , l o w
t e m p e r a t u r e r i s e , a n d o t h e r o u t s t a n d i n g a d v a n t a g e s o f s m a l l s i z e , t h e
communication equipment, CNC equipm ent, Instrumentation, video audio, home
a p p l i a n c e s s o w i d e l y u s e d i n e l e c t r o n i c c i r c u i t s . H i g h f r e q u e n c y c o n v e r t e r
s w i t c h i n g p o w e r s u p p l y s o m a n y f o r m s o f c o m m o n l y u s e d w i t h p u s h - p u l l
co nv e r t e r, f u l l b ri dge , h a lf br idg e, s in g le - en d ed fo r war d a nd th e fo rm of si n gl e -
ended flyback. In this thesis, two-side driver IC - TL494 PWM pulse output of the
c o n t r o l l e r d e s i g n c a r a u d i o p o w e r s u p p l y i n u s e a s a s w i t c h M O S F E T , c a n
i m p r o v e t h e e f f i c i e n c y o f t h e p o w e r t r a n s f o r m e r, i s c o n d u c i v e t o i m p u l s e n o i s e
suppression, but also can reduce the size of the power transformer.
KEY WORDS: IGBT,MOSFET,Push-pull circuit,Half bridge circuit,
Single-ended forward
II
前 言
电源是实现电能变换和功率传递的主要设备、在信息时代,农业、能源
交通运输、信息、国防教育等领域的迅猛发展,对电源产业提出了更多、更高
的要求,如:节能、节电、节材、缩体、减重、环保、可靠、安全等。这就迫
使电源工作者在电源研发过程中不断探索,寻求各种相关技术,做出最好的电
源产品,以满足各行各业的要求。开关电源是一种新型电源设备,较之于传统
的线性电源,其技术含量高,耗能低,使用方便,并取得了较好的经济效益。
随着电力电子技术的高速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关
系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实
现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年代开关电源相继进入
各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备
电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。开关
电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持
稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和
MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加
而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于
开关电源,这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源
技术在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源
提供了广泛的发展空间。
由于小汽车音响受到12V供电的制约,无论输出功率还是音场效果都难以
进一步提高。在此情况下 ,从上世纪末,欧洲生产的汽车音响中开始采用
DC-DC变换器,将12V蓄电池供电变换为±24V-±50V,向汽车音响提供电源。
目 前 , DC - D C变 换 器 与 机 械 变 流 器 相 比 , 已 今 非 昔 比 , 其 开 关 频 率 可 达
100KHZ以上,效率接近90%。
1
第1章 开关电源基础技术
1.1 开关电源概述
1.1.1 开关电源的工作原理
开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。图中输入的直流不稳定电压
U
i
经开关S加至输出端,S为受控开关,是一个受开关脉冲控制的开关调整管。
使开关S按要求改变导通或断开时间,就能把输入的直流电压U
i
变成矩形脉冲
电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波就可得到稳定的直流输出电压
U
0
。
图1-1 开关电源的工作原理
(a)为原理性电路图,(b)为波形图
为方便分析开关电路,定义脉冲占空比如下:
(1-1)
式中T表示开关S的开关重复周期;T
ON
表示开关S在一个开关周期中的导
通时间
[1]
。
开关电源直流输出电压U
0
与输入电压U
i
之间有如下关系:
(1-2)
由(1-2)式可以看出,若开关周期T一定,改变开关S的导通时间T
ON
,即可
改变脉冲占空比D,达到调节输出电压的目的。T不变,只改变T
ON
来实现占空
比调节的方式叫做脉冲宽度调制(PWM)。由于PWM式的开关频率固定,输出
滤波电路比较容易设计,易实现最优化,所以PWM式开关电源用得较多。若
2
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