基于TL494恒流源的设计 - 图文

毕业设计（论文）说明书

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

图2.13 自激式反激式高频变换器构成的辅助电源

开始时由于通过R1、R2的基级驱动电流，Q开始导通，绕组P2上的反馈电压 将加速Q的开通过程。随着Q的导通，初级线圈P1上的电流将线性增加，而R3上的电流也线性增加，Q发射级电压增加，导致R2上的电流减小,Q开始关断。由于P2上的反馈电压方向，所以将加速Q1的关断过程。在反激阶段，绕组P3和D2把反激的大部分能量回馈到输入，只有一小部分能量通过D3传送到输出。根据变压器铁芯选择适当的初级线圈，使得在Q开通阶段储存的能量至少是所需辅助输出能量的3-4倍，这样二极管D2在反激阶段始终导通，次级电压就完全由初级电压和匝数比决定，这样做的好处是易于设定辅助电源的输出电压。

2.5 保护电路的设计

评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，比如防浪涌的软启动，防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。同时，在同一开关电源电路中，设计多种保护电路的相互关联和应注意的问题也要引起足够的重视。

2.5.1 防浪涌软启动电路

如图为晶闸管保护法。采用晶闸管VS和限流电阻R0和主变压器辅助绕组N2组成的防浪涌电流电路。在电源接通瞬间，输入电压将通过限流电阻R0向整流桥D1～D4供电，限制浪涌电流。当脉冲宽度达到设计的宽度后，主变压器辅助绕组NS感应电压，该电压将使VS有截止趋向导通并将R短路，开关电源处于正常运行状态。

第 21 页 共 36 页

毕业设计（论文）说明书

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

图2.14 晶闸管和限流电阻组成的防浪涌电流电路

为了抑制浪涌电流，也可以在输入端的滤波电容处串入NTC热敏电阻RT，因其具有负的电阻温度特性，随着温度的升高电阻值逐渐减小。因此，在电源启动初期，它变为大电阻，抑制浪涌电流；之后伴随着电流的流过，自身发热（焦耳热）从而降低自己的电阻值以限制功耗。

2.5.2 缓冲电路设计

充放电型RCD缓冲电路如图2.15所示，这种缓冲电路既能够起到电压钳位的作用，又能够控制电压的上升率。该缓冲电路对浪涌电压有抑制效果，与RC缓冲电路不同，由于外加了缓冲二极管D，缓冲电阻值能够变大，降低了电阻损耗，而且能够回避开通时场效应管的负担问题。本电源选择了充放电型RCD缓冲电路。

图2.15 RCD电路

1.缓冲电容C的计算缓冲电容器所需要的电容值可以由下式计算出:

LI02 CS? （2-1） 2(VDSP?Ed)其中:L是主电路的寄生电感; Io是场效应管关断时的漏极电流; VDSP是缓冲电容器电压的最高值; Ed是直流电源电压。

缓冲电容器的电压最高值应该控制在场效应管的耐压值以下，而且应该选用 高频性能良好，等效串联电阻、电感小的薄膜电容。 2.缓冲电阻R的计算. 如果要控制电压的上升率，应该在MOSFET的每一个开通周期内将电容的电荷完全释放，要求缓冲电路的RC常数比开关周期小，通常是开关周期的1/3。在本电源中，

第 22 页 共 36 页

毕业设计（论文）说明书

要求缓冲电阻在场效应管进行下一次断开动作之前，要将储存电荷的90%放电，缓冲电阻应该是:

1 ( 2-2) RS?2.3CSf其中:f是开关频率;

缓冲电阻值如果取得太低，由于缓冲电路的电流振荡，场效应管开通时漏极流峰值也会增加，在满足上式的情况下应该尽量取大值。缓冲电阻发生的损耗电阻值无关.另外，应该选用寄生电感小的功率电阻，以减小电路的寄生振荡。

3.缓冲二极管的选择 缓冲二极管选择快恢复外延二极管FRED，其反向恢复又快又软，并且正向恢复、高温性能也好，应用这种二极管能够减小开关损耗，减小电磁干扰噪声。

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

2.6 本章小结

本章围绕硬件电路的设计，以基于TL494芯片PWM控制为核心，介绍各模块主电路、控制电路、驱动电路、保护电路设计方法，通过比较各模块各个实现方法优缺点选择设计方案。开关电源主电路中转换器拓扑结构的选择与设计，在满足性能要求的前提下还要综合考验电源系统造价、性能指标和输入、输出负载特性等因素。在所有实际应用中，就电气特性而言，没有哪一个DC/DC 转换器是最佳的。换言之，不同的应用，应选取最合适的转换器。

第 23 页 共 36 页

毕业设计（论文）说明书

第3章 变压器及关键元器件参数选择

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

3.1 变压器的设计

设计变压器工作频率为30 kHz，由于工作频率较高趋肤效应影响比较大，因此，在设计时应注意选择导线线径，避免由于趋肤效应引起有效面积减少。

以下采用功率体积法计算,主要参数如下： 工作频率f=30kHz； 输入电压Ui=±150V；

输出电压U0=24V；

输出电流Io=5A； 整流电路：全波整流； 输出效率η≥80％；

变压器允许温升△τ=50℃；

工作环境温度 t=-45℃～85℃。

3.1.1 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定

1. 变压器磁芯选择

目前，高频开关电源变压器所用的磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品的成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料的饱和磁感应强度虽然高，但在假定的测试频率和整个磁通密度的测试范围内，它们呈现的铁损最高，因此，受到高功率密度和高效率的制约，它们也不宜采用。虽然铁氧体材料的损耗比坡莫合金大些，饱和磁感应强度也比非晶合金和超微晶材料低，但铁氧体材料价格便宜，可以做成多种几何形状的铁芯。对于大功率、低漏磁变压器设计，用E-E型铁氧体铁芯制成的变压器是最符合其要求的，而且E-E型铁芯很容易用铁氧体材料制作。所以，综合来考虑，变换器的变压器磁芯选择功率铁氧体材料，E-E型。

2. 工作磁感应强度Bm的确定 工作磁感应强度Bm是开关电源变压器设计中的一个重要指标，它与磁芯结构形式、材料性能、工作频率及输出功率的因素有关。若工作磁感应强度选择太低，则变压器体积重量增加，匝数增加，分布参数性能恶化；若工作磁感应强度选择过高，则变压器温升高，磁芯容易饱和，工作状态不稳定。一般情况下，开关电源变压器的Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些，对于铁氧体材料，工作磁感应强度选取一般在0.16T到0.3T之间。设计中，根据特定的工作频率、温升、工作环境等因素，把工作磁感应强度定在0.2T。

第 24 页 共 36 页