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一种适合教学的开关电源设计及调试一种适合教学的开关电源设计及调试来源：现代电子技术 时间：2009-09-27 阅读：37次标签：开关电源教学0 引 言线性稳压电路具有结构简单，调整方便，输出电压脉动小的优点，但缺点是效率低，一般只有20%40%，并且比较笨重。开关型稳压电路能克服线性稳压电源的缺点，具有效率高，一般能达到65%90%，并且体积小，重量轻，对电网电压要求不高，因而在实际生活中得到广泛应用。也正因为其应用的广泛性，相应专业的学生就更应该深刻和熟练地掌握它，在此以设计脉冲宽度调制型开关电路(PWM)为基础，详细解说该系统的调试过程。 信息来源:http:/365 1 系统设计原理 信息来源: PWM型的开关电源整体框图如图1所示。变压、整流、滤波模块处理起来比较简单，只要采用相应的变压器、单相全波整流、电容式滤波即可实现，这里不用更多的篇幅介绍。此系统的核心模块是方框图中的闭合(负反馈)模块。如果直接采用Boost型DC-DC升压器，实现起来简单，但输出/输入电压比太大，占空比也大，而将使输出电压范围变小，难以达到较高的指标，且为开环控制。对此采用Maxim公司生产的专用开关芯片TL494芯片，它采用开关脉宽调制(PWM)，效率高，外围电路也较简单，可以方便实现闭环控制。 信息来源:365 信息来源: 请登陆: 浏览更多信息1.1 TL494工作原理 信息来源:365 TL494内部结构如图2所示，它是一种固定频率可自行设置，并应用脉空调制的控制电路，其中，振荡频率fosc=1.1/(RTCT)。具体来讲，由于误差放大器输入口1，2(或3，4)的值不等，产生偏差，偏差送入PWM比较器与锯齿波(锯齿波的频率由振荡频率确定，幅值是定值)比较，在偏差大于锯齿波范围内时，9口(或10口)输出低电平，在偏差小于锯齿波范围内时，9口(或10口)输出高电平。若偏差值越大，TL494输出高电平的区间越小。由此可见，通过调整误差放大器输入口的偏差可改变占空比。 信息来源: 1.2 升压变换器的工作原理 请登陆: 浏览更多信息如图3所示，通过控制开关管Q1的导通比，可控制升压变换器的输出电压。它的工作原理是：设开关管Q1由信号VG控制，当VG为高电平时，Q1导通，反之，Q1关断。当Q1导通时，电感两端电压VL=Vi，电感储能增加，同时负载由电容供电。当Q1断开时，因电感L上的电流不能突变，故电感电流iL向电容和负载供电，电感上储存的能量传递到电容、负载侧。此时，iL减小，L上的感应电动势VLVi。由此，当Q1导通的时间越长(即占空比越大)，电感上储存的能量越多，Vo也越大。 信息来源:http:/365 2 系统总体设计 信息来源:http:/365基于前面的分析，设计的系统接线图如图3所示。 信息来源:http:/365 信息来源:http:/365 信息来源:http:/365 误差放大器的反相端2口输入给定值(可用单片机实现，限于篇幅，不做介绍)，用来控制输出电压;同相端1口输入/输出电压的反馈电压，形成闭环控制。当输出电压高于期望值时，反馈输入1口的电压升高，误差放大器的输出增加，占空比减小;当输出电压减小时，基本可以做到与期望值相等，从而维持输出电压的稳定。若想增大输出，可升高2口的电压。控制过程如下：原系统稳定，当升高2口电压，1口电压瞬时不变，误差放大器输出减小，占空比变大，电压升高。若想减小输出，可降低2口的电压。 信息来源:365 信息来源:365 信息来源:3653 系统调试 请登陆: 浏览更多信息在确定上述总体设计后，采用分模块的调试方法进行电路调试。 信息来源: 3.1 TL494性能测试 信息来源:365按图4接线，测试2口的输入电压(误差放大器反相端2口采用基准电压输入)，改变1口的输入电压，观察9，3口的输出波形。由实验可以得到：TL494的基准电压是3.5 V;输出波形为PWM波;误差放大器工作在非线性区，只有当输入(1，2)口的偏差在零到几十个毫伏之间时，PWM才是可调的;改变1口的电压，可改变PWM的占空比。 信息来源:http:/3653.2 升压变换器的工作性能测试 信息来源:按图5接线，给1口加入使开关管达到饱和的方波信号： 请登陆: 浏览更多信息 (1)改变方波信号的占空比和方波信号的频率; 信息来源:(2)给输出端加上负载。 信息来源:由实验可以得到，改变占空比，可以改变输出电压的大小;加上负载，电压降低，但通过调节占空比，可使电压升高;方波信号的频率越大，改变占空比，调节输出电压的范围越小。 信息来源: 信息来源: 信息来源:http:/365 3.3 联调 信息来源:http:/365 在上述两步都能得到准确信息之后，将两模块进行联调，见图4。若无误，即可实现输出端稳定的电压输出，且可通过改变2口的给定值实现在一定范围内(升压)改变输出电压。具体范围与所选择电感、电容和系统工作的频率有关，限于篇幅，这里不做介绍。 信息来源:http:/365 3.4 加入MOSFET(IRF640)驱动 信息来源:365 完成上述电路后，接下来要考虑系统的性能指标，除上述电容、电感、工作频率的参数外，性能指标的优越还与MOSFET有关。为此，在TL494的9口和IRF9540开关管之间加入驱动电路IR2111，如图6所示。 信息来源:365 请登陆: 浏览更多信息 信息来源: 4 结 语 请登陆: 浏览更多信息按上述步骤进行系统设计，不仅电路简单，可以