TLSGA是常用的典型的固定頻率的脈沖寬調(diào)制控制電路

1、設(shè)計案例分析單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源或降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計一技術(shù)指標(biāo)1.電源容量輸入：交流1524Vac。輸出：電源電壓+12V(不可調(diào))，紋波小于150mVP-P，最大輸出電流0.5A(限流型保護(hù))。2.工作頻率開關(guān)電源的工作頻率為3040kHz。3.控制電路采用脈沖寬度調(diào)制控制集成電路。二課題的意義1.具有實用性：幾乎所有的電子設(shè)備都涉及電源設(shè)計，容量較大時多采用開關(guān)電源。2.掌握一種共性技術(shù)：脈沖寬度調(diào)制技術(shù)PWM是一項共性技術(shù)，應(yīng)用面廣，如硅整流弧焊電源控制、逆變電源設(shè)計、恒溫控制、直流電機調(diào)速等。3.學(xué)習(xí)集成電路應(yīng)用方法：TL494、SG3525A是常用的、典型的固定頻率的脈沖寬度調(diào)

2、制控制電路，應(yīng)用方法有一定代表性。4.易于建立工程設(shè)計概念：課題涉及多個典型的工程要素，如：功率器件的最大電流、耐壓、開關(guān)速度，磁性材料的選擇、功率電感的設(shè)計與繞制等。5.較典型的設(shè)計驗證方法和負(fù)載實驗。三、單端正激式開關(guān)電源的工作原理1. 導(dǎo)通狀態(tài)2. 截止?fàn)顟B(tài)3. 輸入輸出關(guān)系稱為占空比11tLUUtLUIOILON22tLUtLUIOLOFFOFFONIIIOUU211ttt四、TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能1.結(jié)構(gòu)CTRT3.5V4.9V0.7V0.12V0.7mAQ1Q213891110127141615321456DCKQQ振蕩器死區(qū)時間比較器PWM比較器死區(qū)時間控制誤差放大器1 反饋

3、/PWM比較器輸入誤差放大器2基準(zhǔn)調(diào)整器Ref輸出欠壓鎖定VCCVCC觸發(fā)器輸出控制圖一：TL494內(nèi)部框圖四、TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能1.結(jié)構(gòu)2.TL494的時序p當(dāng)鋸齒波電平死區(qū)時間控制電平時，死區(qū)時間比較器輸出高電平。p當(dāng)鋸齒波電平反饋/PWM輸入電平時，PWM比較器輸出高電平。p死區(qū)時間控制電壓和反饋/PWM輸入電壓，二者中較高的電平控制觸發(fā)器時鐘寬度。CT反饋/PWM比較器輸入死區(qū)時間控制觸發(fā)器時鐘QQQ1射極Q2射極輸出控制圖二：TL494時序圖2.TL494的時序(續(xù))p當(dāng)輸出控制電壓=H時， Q和時鐘信號均為0時，Q1基極獲高電平導(dǎo)通， /Q和時鐘信號均為0時， Q2基極獲高

4、電平導(dǎo)通，兩管輪流導(dǎo)通，稱為推挽工作方式。p當(dāng)輸出控制電壓=L時，時鐘信號為0時， Q1和Q2基極獲高電平導(dǎo)通，兩管同時導(dǎo)通，稱為單端工作方式。CT反饋/PWM比較器輸入死區(qū)時間控制觸發(fā)器時鐘QQQ1射極Q2射極輸出控制圖二：TL494時序圖3.功能描述含有控制開關(guān)式電源所需的主要功能塊。線性鋸齒波振蕩器(3V)，頻率用兩個外部元件RT 和CT 設(shè)置，近似 osc = 1.1/ (RT* CT )輸出脈沖寬度由“死區(qū)時間控制”和“反饋/PWM比較器輸入”兩個信號中電平較高的一個控制，控制信號電平與電容器CT 上的鋸齒波進(jìn)行比較，實現(xiàn)脈沖寬度的調(diào)整?？刂菩盘栯娖骄€性增加輸出晶體管Q1 和Q2 的

5、導(dǎo)通時間線性減少?！拜敵隹刂啤?5V為推挽輸出，最小死區(qū)時間為48%；=0為單端輸出，最小死區(qū)時間為96%。五、TL494的工作條件1.工作條件條條 件件符符 號號最小最小典型典型最大最大單位單位電源電壓電源電壓VCC7.01540V集電極電壓集電極電壓VC1,VC2-3040V集電極輸出電流集電極輸出電流(每個三極管每個三極管)IC1,IC2-200mA誤差放大器輸入共模電壓誤差放大器輸入共模電壓Vin-0.3-VCC2V反饋反饋/PWM比較器輸入端電流比較器輸入端電流Ifb-0.3mA基準(zhǔn)輸出電流基準(zhǔn)輸出電流Iref-10mA計時電阻計時電阻RT1.830500k計時電容計時電容CT0.0

6、0470.0110F振蕩器頻率振蕩器頻率Fosc1.040200kHz六、原理圖p穩(wěn)壓原理輸出電壓負(fù)反饋。若某種原因?qū)е螺敵鲭妷哼^高，則誤差放大器1同向端電位升高，反饋/PWM端電位上升，Q1管導(dǎo)通時間減少，占空比減少，結(jié)果輸出電壓減少。最終使輸出電壓保持穩(wěn)定，R17和R16中點電壓為5V。R12/R10為誤差放大器1的靜態(tài)放大倍數(shù)，影響控制精度。C6和R13影響誤差放大器1的動態(tài)放大倍數(shù)，抑制瞬變。L1 10mH/0.5AR510KR34K7T2TIP127R163K6R175K1C10104C8470u/25VD4FR107C6104R134K7R12 100KR1410KC710u/16

7、VR152KR11 4K7R104K7R90.1R847R74K7R610KC5332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494R2 47C4103/250VC11000u/35V1A/400V+12圖三：由TL494組成降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25V六、原理圖p 過載保護(hù)過載時，降低輸出電壓使負(fù)載電流保持在保護(hù)值。不論開關(guān)管T2是否導(dǎo)通，流過負(fù)載的電流都經(jīng)過R9(由上向下)，R9的下端電位為負(fù)，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)一定值時，誤差放大器2的反相端電位為

8、負(fù)，誤差放大器2的輸出（即反饋/PWM端）為正，Q1管不導(dǎo)通，輸出電壓降低。L1 10mH/0.5AR510KR34K7T2TIP127R163K6R175K1C10104C8470u/25VD4FR107C6104R134K7R12 100KR1410KC710u/16VR152KR11 4K7R104K7R90.1R847R74K7R610KC5332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494R2 47C4103/250VC11000u/35V1A/400V+12圖三：由TL49

9、4組成降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25V六、原理圖p 軟啟動上電時輸出電壓由低到高建立，需要一定時間。上電時，C7充電需要一定時間，死區(qū)電壓由高逐漸變低，Q1管的導(dǎo)通時間逐漸增大，輸出電壓逐漸升高。L1 10mH/0.5AR510KR34K7T2TIP127R163K6R175K1C10104C8470u/25VD4FR107C6104R134K7R12 100KR1410KC710u/16VR152KR11 4K7R104K7R90.1R847R74K7R610KC5332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C21

10、1VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494R2 47C4103/250VC11000u/35V1A/400V+12圖三：由TL494組成降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25V七、參數(shù)選擇1.整流管：橋式整流，整流管工作電流=0.5負(fù)載電流，大反向電壓=輸入交流電壓峰值，IN4007(1A/1kV)可以滿足要求。2.濾波電容：RLC=(35)T，整流濾波后電壓VIN=1828.8V,RL18V/0.5A=36，T10mS，1000uF/35V電解電容可滿足要求。最常用電解電容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相應(yīng)十百千uF，耐壓

11、有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。3.工作頻率：音頻上限20kHz，F(xiàn)osc33kHz，TOSC=30uS，tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.021.4uS。七、參數(shù)選擇4.開關(guān)管：開關(guān)速度2(VIN)max，電流2(IO)maxTIP127(100V/5A,Darl-L,hFE1000,tr和td1uS)滿足要求，內(nèi)帶保護(hù)二極管可不帶RC吸收回路，需帶散熱器。ICVECPTtONtOFFtVIN+VFVSTAIECO圖四：開關(guān)管開關(guān)速度與功耗分析七、參數(shù)選擇5.輸出電壓：VO=5V*(1+R17/R16)12.1V6.保護(hù)電流： Imax

12、= (Vref /R7)*R8/ R90.5A7.電感量：L100H。8.續(xù)流二極管：快恢復(fù)二極管，反向偏壓(VIN)max-VSTA-VO，峰值電流2(IO)max，F(xiàn)R1031A/300V或FR1071A/1kV 滿足要求。OFFOOtIVL2(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpkt續(xù)流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負(fù)載電流IO (tON)min(tOFF)max儲能充分 (VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpk=2(IO)maxt續(xù)流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負(fù)載電流IO (tON)min(tOFF)max臨界儲能(VIN)max-VSTA-VF(I

13、O)maxt續(xù)流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負(fù)載電流IO (tON)min(tOFF)max儲能不足 VO圖五：最大輸入/滿負(fù)荷時的續(xù)流波形七、參數(shù)選擇8.輸出電容：一個工作周期共向輸出電容充電荷Q0.5(IO)max(0.5TOSC) 紋波0.5VP-P= Q/CO，CO=(35)(IO)maxTOSC/2 VP-PCO=C8=220uF能滿足要求注產(chǎn)生紋波的兩個因素：1.輸出電容容量有限；2.開關(guān)過程產(chǎn)生的過沖，這部分較難濾除。10.軟啟時間：100mS。(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpkt續(xù)流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負(fù)載電流IO (tON)min(tOF

14、F)max儲能充分 (VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpk=2(IO)maxt續(xù)流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負(fù)載電流IO (tON)min(tOFF)max臨界儲能(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxt續(xù)流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負(fù)載電流IO (tON)min(tOFF)max儲能不足 VO圖五：最大輸入/滿負(fù)荷時的續(xù)流波形八、電感的繞制1.鐵氧體磁芯或磁罐(高頻磁性材料、居里溫度230）。2.漆包線線徑：考慮趨膚效應(yīng)和機械強度，趨膚效應(yīng)：調(diào)頻電流只分布在導(dǎo)體表面，30kHz時，穿透濃度0.2mm，電流密度可按5A/mm2計算。漆包線直徑：0.4mm以

15、上可滿足要求。3.磁線截面：LS，截面小必匝數(shù)多，匝數(shù)過多引起飽和，飽和導(dǎo)致功率管、電感線圈與磁芯發(fā)熱，應(yīng)避免。4.匝數(shù)：LN2，設(shè)計時先用柒包線繞若干匝，用電感表測量電感量，按平方正比關(guān)系計算，確定匝數(shù)，再繞。線端刮柒、引至線架、搪錫，用電感表驗證電感量。5.國產(chǎn)MnZn鐵氧體（低、中頻）磁性材料，磁導(dǎo)率:50007000，飽和磁通密度BS:400530mTtILTllINBrr29. 0105500005. 05 . 025 .131014. 34)(2570max00九、設(shè)計步驟與設(shè)計驗證1.根據(jù)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行理論設(shè)計繪制原理圖器件參數(shù)選擇設(shè)計PCB元件檢查、焊裝2.設(shè)計驗證通電前外觀檢查

16、空載通電試驗觀察有否異常溫升觀測輸出電壓、鋸齒波觀測續(xù)流管陰極波形，脈沖過沖是否穩(wěn)態(tài)值改變輸入電壓，看波形占空比變化 加載實驗 半滿負(fù)載，觀察溫升情況 中等輸入電壓/滿載，觀測溫升和續(xù)流情況 最高輸入電壓/滿載，觀測溫升和續(xù)流情況，判斷電感量是否充足；觀測開關(guān)管EC極電壓，判斷其是否工作在飽和與截止兩狀態(tài)，開關(guān)速度是否滿足要求；輸出電壓紋波是否滿足要求 最小輸入電壓/滿載，觀測溫升和續(xù)流情況 過載實驗 輸入電壓分別為最小、中等、最大三種情況，超負(fù)載10%，觀測過載保護(hù)是否工作，保護(hù)時的工作波形 工作穩(wěn)定性 長時間工作情況（30min）十、設(shè)計報告（A4紙打?。?設(shè)計題目（2黑/居中） 設(shè)計人姓

17、名（4宋/居中） 指導(dǎo)老師姓名（5宋/居中） 設(shè)計內(nèi)容摘要（5宋/縮進(jìn)2字符） 關(guān)鍵詞（5宋/縮進(jìn)2字符） 報告正文（標(biāo)題4黑/左對齊，正文5宋/單倍行距） 設(shè)計指標(biāo) 設(shè)計方案、方案論證 工作原理分析 參數(shù)選擇（結(jié)合設(shè)計指標(biāo)選擇） 設(shè)計驗證 樣品測試波形、數(shù)據(jù)分析 設(shè)計評價 設(shè)計總結(jié) 參考文獻(xiàn)或資料（標(biāo)題4黑/居中，文獻(xiàn)列表5宋/單倍行距）序號. 作者姓名，書名M，出版社，出版時間，頁面。序號. 作者姓名，論文題目J，雜志名稱，出版時間，頁面。 附原理圖、PCB圖一技術(shù)指標(biāo)1.電源容量輸入：交流1524Vac。輸出：電源電壓+12V(不可調(diào))，紋波小于150mVP-P，最大輸出電流0.5A(限

18、流型保護(hù))。2.工作頻率開關(guān)電源的工作頻率為3040kHz。3.控制電路采用脈沖寬度調(diào)制控制集成電路。七、參數(shù)選擇1.整流管：橋式整流，整流管工作電流=0.5負(fù)載電流，大反向電壓=輸入交流電壓峰值，IN4007(1A/1kV)可以滿足要求。2.濾波電容：RLC=(35)T，整流濾波后電壓VIN=1828.8V,RL18V/0.5A=36，T10mS，1000uF/35V電解電容可滿足要求。最常用電解電容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相應(yīng)十百千uF，耐壓有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。3.工作頻率：音頻上限20kHz，F(xiàn)osc33kHz，TOSC=30uS，tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.021.4uS。九、設(shè)計步驟與設(shè)計驗證1.根據(jù)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行理論設(shè)計繪制原理圖器件參數(shù)選擇設(shè)計PCB元件