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基于MOSFET控制的PWM型直流可调电源的研制
发布时间：2017-01-02 08:35:10 来源：大电流电感厂家 查看： 次
摘 要：由于仪器所用电源的体积和重量通常受到限制，为此提出一种由MOSFET控制，并且由高频变压器隔离的电感厂家开关电源设计方法。该电源具有体积小、重量轻、抗干扰性能强，输出电压稳定，调压范围广，电压动态响应快，性价比高，使用方便等特点。
关键词：PWM；MOSFET；驱动模块
引言
功率场效应管MOSFET是一种单极型电压控制器件，它不但具有自关断能力，而且具有驱动功率小，关断速度快等优点，是目前开关电源中常用的开关器件。采用MOSFET 控制的开关电源具有体积小、重量轻、效率高、成本低的优势，因此，较适合作仪器电源。本文给出了一种由MOSFET 控制的大范围连续可调(0～45V) 的小功率稳压电源设计实例。
总体结构与主电路
图1 为该电源的总体结构框图。工作原理如下：
图1 原理方框图
全桥整流电路将电网电压220V 整流成不可调的直流电压Ud = 1. 2U约等于198V。两个等值滤波电容上的电压分别为99V 以上，经DC/AC 变换器逆变之后输出20kHz、脉宽可调的交流电压，又经高频变压器的两个副边分正负半周送入整流滤波电路，输出直流电压。该电源直流输出电压的大小靠 PWM发生器的输出脉冲宽度来控制。
主电路如图2 所示。
图2 主电路
主电路中实现DCPAC 变换的关键元件是功率场效应管VT1 和VT2 。当VT1 管开通，VT2 截止时，电路中的电流从电容C1 正极到VT1 的D1 - S1 ，再通过变压器原边回到电容器C1 的负极形成回路，uAB为正电压。变压器的副边感应电压同名端为正，VD1 导通，输出U0 上正下负。
当VT2 开通，VT1 关断时，同样可推出上述结论：U0 上正下负。U0 的大小取决于控制电路使VT1 、VT2 的导通时间。
控制电路
控制电路功能是实现PWM 波形合成及可控DC/AC 变换器的隔离驱动。
PWM波形的产生
该电路的电源设计是以三端集成稳压器为核心的±15V 直流稳压电源。
(1) PWM的控制原理
脉宽PWM波形产生采用功能强大的TL494 定频调制芯片，该芯片有16 个引脚，内部电路与外围电路如图3 示。
图3 TL494 内部电路及外围电路
TL494 芯片的引脚13 低电平时，引脚8 和11 同步工作，单端输出；引脚13 高电平时，引脚8 和11推挽工作，双路输出。本电路采用后种工作方式。该芯片的最高工作频率为300kHz ，实际工作频率由引脚5、6 所接的电阻与电容决定，其振荡频率算式为f = 1.1P(RTCT ) ，本设计选插件电感择的振荡频率为20kHz ，锯齿波在片内被送到比较器1 和2 的反相端。锯齿波与片内的误差放大器的输出在PWM 比较器2 中比较，而死区控制电平与锯齿波在死区时间比较器1 中比较，两者的输出分别为一定宽度的矩形波，电感器在电路中的作用它们同时送到或门电路，经分频器分频后，再经相应的门电路去控制内部三极管交替导通，使得引脚8 和11 向外输出相位互差180°的PWM 波形。其工作波形如图4 所示。
图4 工作波形
误差放大器1 的反相端(引脚2) 接可调给定电压Ug 。改变Ug ，可改变引脚3 的电压值，从而改变PWM比较器2 输出波形的宽度，实现U0 从0～45V连续可调。
(2) 死区时间的控制
为了保证开关器件VT1 与VT2 在一只管子关断另一只管子开通时有足够的时间间隔，防止功率开关元件上下直通造成的直流侧短路，该电路用引脚4 控制两个开关器件的死区时间。由内部基准源引脚14 串联电容器C大功率电感贴片电感器5 提供死区电压参考数值，并通过R5 接地来共同决定死区时间最小值Toff (min) 。
另外，在输入电源刚接通时，R5 与C5 又构成软起动器。由于电容上的电压不能突变，所以起动瞬间，死区控制端4 与内部基准电压14 端等电位，为高电平，死区比较器1 也输出高电平，封锁输出端的两个晶体管；随着电容电压的不断上升，4 端电位逐渐降低平面变压器厂家 | 平面电感厂家
关键词：PWM；MOSFET；驱动模块
引言
功率场效应管MOSFET是一种单极型电压控制器件，它不但具有自关断能力，而且具有驱动功率小，关断速度快等优点，是目前开关电源中常用的开关器件。采用MOSFET 控制的开关电源具有体积小、重量轻、效率高、成本低的优势，因此，较适合作仪器电源。本文给出了一种由MOSFET 控制的大范围连续可调(0～45V) 的小功率稳压电源设计实例。
总体结构与主电路
图1 为该电源的总体结构框图。工作原理如下：
图1 原理方框图
全桥整流电路将电网电压220V 整流成不可调的直流电压Ud = 1. 2U约等于198V。两个等值滤波电容上的电压分别为99V 以上，经DC/AC 变换器逆变之后输出20kHz、脉宽可调的交流电压，又经高频变压器的两个副边分正负半周送入整流滤波电路，输出直流电压。该电源直流输出电压的大小靠 PWM发生器的输出脉冲宽度来控制。
主电路如图2 所示。
图2 主电路
主电路中实现DCPAC 变换的关键元件是功率场效应管VT1 和VT2 。当VT1 管开通，VT2 截止时，电路中的电流从电容C1 正极到VT1 的D1 - S1 ，再通过变压器原边回到电容器C1 的负极形成回路，uAB为正电压。变压器的副边感应电压同名端为正，VD1 导通，输出U0 上正下负。
当VT2 开通，VT1 关断时，同样可推出上述结论：U0 上正下负。U0 的大小取决于控制电路使VT1 、VT2 的导通时间。
控制电路
控制电路功能是实现PWM 波形合成及可控DC/AC 变换器的隔离驱动。
PWM波形的产生
该电路的电源设计是以三端集成稳压器为核心的±15V 直流稳压电源。
(1) PWM的控制原理
脉宽PWM波形产生采用功能强大的TL494 定频调制芯片，该芯片有16 个引脚，内部电路与外围电路如图3 示。
图3 TL494 内部电路及外围电路
TL494 芯片的引脚13 低电平时，引脚8 和11 同步工作，单端输出；引脚13 高电平时，引脚8 和11推挽工作，双路输出。本电路采用后种工作方式。该芯片的最高工作频率为300kHz ，实际工作频率由引脚5、6 所接的电阻与电容决定，其振荡频率算式为f = 1.1P(RTCT ) ，本设计选插件电感择的振荡频率为20kHz ，锯齿波在片内被送到比较器1 和2 的反相端。锯齿波与片内的误差放大器的输出在PWM 比较器2 中比较，而死区控制电平与锯齿波在死区时间比较器1 中比较，两者的输出分别为一定宽度的矩形波，电感器在电路中的作用它们同时送到或门电路，经分频器分频后，再经相应的门电路去控制内部三极管交替导通，使得引脚8 和11 向外输出相位互差180°的PWM 波形。其工作波形如图4 所示。
图4 工作波形
误差放大器1 的反相端(引脚2) 接可调给定电压Ug 。改变Ug ，可改变引脚3 的电压值，从而改变PWM比较器2 输出波形的宽度，实现U0 从0～45V连续可调。
(2) 死区时间的控制
为了保证开关器件VT1 与VT2 在一只管子关断另一只管子开通时有足够的时间间隔，防止功率开关元件上下直通造成的直流侧短路，该电路用引脚4 控制两个开关器件的死区时间。由内部基准源引脚14 串联电容器C大功率电感贴片电感器5 提供死区电压参考数值，并通过R5 接地来共同决定死区时间最小值Toff (min) 。
另外，在输入电源刚接通时，R5 与C5 又构成软起动器。由于电容上的电压不能突变，所以起动瞬间，死区控制端4 与内部基准电压14 端等电位，为高电平，死区比较器1 也输出高电平，封锁输出端的两个晶体管；随着电容电压的不断上升，4 端电位逐渐降低平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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