開關電源設計報告

2022-02-27 04:06:53 字數 2920 閱讀 8755

設計10w,12v/5-10v可調電源,設計,除錯電源過流保護,盡量用tl494 15,16腳實現。原邊,副邊用光耦進行隔離,用pc817 和tl431實現。副邊設計成3繞組輸出的,實現多路輸出。

主要特徵:

整合了全部的脈寬調變電路。

片內建線性鋸齒波振盪器,外接振盪元件僅兩個(乙個電阻和乙個電容)。

內建誤差放大器。

內止5v參考基準電壓源。

可調整死區時間。

內建功率電晶體可提供500ma的驅動能力。

推或拉兩種輸出方式。

工作原理:

tl494是乙個固定頻率的脈衝寬度調製電路,內建了線性鋸齒波振盪器,振盪頻率可通過外部的乙個電阻和乙個電容進行調節,其振盪頻率如下:

輸出脈衝的寬度是通過電容ct上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制訊號進行比較來實現。功率輸出管q1和q2受控於或非門。當雙穩觸發器的時鐘訊號為低電平時才會被選通,即只有在鋸齒波電壓大於控制訊號期間才會被選通。

當控制訊號增大,輸出脈衝的寬度將減小。控制訊號由積體電路外部輸入,一路送至死區時間比較器,一路送往誤差放大器的輸入端。死區時間比較器具有120mv的輸入補償電壓,它限制了最小輸出死區時間約等於鋸齒波週期的4%,當輸出端接地,最大輸出占空比為96%,而輸出端接參考電平時,占空比為48%。

當把死區時間控制輸入端接上固定的電壓(範圍在0—3.3v之間)即能在輸出脈衝上產生附加的死區時間。脈衝寬度調製比較器為誤差放大器調節輸出脈寬提供了乙個手段:

當反饋電壓從0.5v變化到3.5時,輸出的脈衝寬度從被死區確定的最大導通百分比時間中下降到零。

兩個誤差放大器具有從-0.3v到(vcc-2.0)的共模輸入範圍,這可能從電源的輸出電壓和電流察覺得到。

誤差放大器的輸出端常處於高電平,它與脈衝寬度調製器的反相輸入端進行「或」運算,正是這種電路結構,放大器只需最小的輸出即可支配控制迴路。當比較器ct放電,乙個正脈衝出現在死區比較器的輸出端,受脈衝約束的雙穩觸發器進行計時,同時停止輸出管q1和q2的工作。若輸出控制端連線到參考電壓源,那麼調製脈衝交替輸出至兩個輸出電晶體,輸出頻率等於脈衝振盪器的一半。

如果工作於單端狀態,且最大占空比小於50%時,輸出驅動訊號分別從電晶體q1或q2取得。輸出變壓器乙個反饋繞組及二極體提供反饋電壓。在單端工作模式下,當需要更高的驅動電流輸出,亦可將q1和q2併聯使用,這時,需將輸出模式控制腳接地以關閉雙穩觸發器。

這種狀態下,輸出的脈衝頻率將等於振盪器的頻率。

tl494內建乙個5.0v的基準電壓源,使用外接偏置電路時,可提供高達10ma的負載電流,在典型的0—70℃溫度範圍50mv溫漂條件下,該基準電壓源能提供±5%的精確度。

a陽極(接地)

r參考極

k陰極tl431是乙個有緣半導體材料,這個三端器件提供了乙個精準的電壓基準和乙個放大器。

這裡用tl431和乙個光電耦合器來提供反饋環路隔離。

內部工作原理圖:

通用光電耦合器

由乙個發光二極體和乙個光敏三極體組成。

集電極飽和電壓和反饋電流曲線

由最簡單的線路圖開始設計,先設計出乙個能讓tl494 工作的電路,可以由5端**產生三角波,9端放射出方波。並可以實現輸出變壓的可調性。電壓可由5v到10v可調。

然後自己繞制乙個變壓器,接入電路之後可以實現占空比的可調性。然後實現電流保護,再然後加上三端器件tl431調節基準電壓,通用光電耦合器pc817實現光耦隔離反饋,是電路更加穩定。最後再繞制另外兩個副邊線圈。

實現三路輸出。

1. tl494振盪週期

代入數值可求得t為22k左右。

2. tl494電阻分壓

14端為基準電壓,13端接基準電壓是為了占空比最大可以調到48.

2端基準電壓一般選2.5v。

15端電阻分壓與過流保護相比較。過流保護限流2a,所以15端電壓為0.2v。

選用0.1歐姆的電阻作為電流取樣。是因為電阻越小。功率越小。

3.光耦隔離部分

從tl431的技術引數知,vka在2.5v-37v變化時,ika可以在從1ma到100ma以內很大範圍裡變化,一般選20ma即可,既可以穩定工作,又能提供一部分死負載。

對於這一部分的電路,就是要確定r22、r23、r25及r26的值

該電路利用輸出電壓與tl431構成的基準電壓比較,通過光電耦合器pc817二極體-三極體的電流變化去控制tl494的反饋端,從而改變pwm寬度,達到穩定輸出電壓的目的。

vr為參考電壓,vr=2.50v,vo=(1+ r25/r26) vr

vo為輸出電壓,vr為參考電壓,先取r6乙個值,例如r26=50k,根據vo的值就可以算出r5了。

再來確定r22和r23。由前所述,pc817的if取3ma,先取r22的值為470ω,則其上的壓降為vr1=if* r1,由pc817技術手冊知,其二極體的正向壓降vf典型值為1.2v,則可以確定r23上的壓降vr3=vr1+vf,又知流過r23的電流ir3=ika-if,因此r23的值可以計算出來:

r23= vr3/ ir3= (vr1+vf)/( ika-if)

根據以上計算可以知道tl431的陰極電壓值vka,vka=vo』-vr3,式中vo』取值比vo大0.1-0.2v即可。

可以求得 r22=470ω、r23=150ω

通過這次開關電源的設計。學習了開關電源的相關知識。好多知識都是以前沒有接觸過的,比如pwm,光耦隔離,。

還有就是自己繞制變壓器。同時也複習了以前學習過的模電數電知識。在這次設計中最難的就是功率的要求。

因為一直設計的過程中沒有注意功率是否達到要求。結果出來之後功率太小。達不到要求。

其他的輸出電壓的最大電壓值和最小電壓值都能達到要求,限流部分和光耦隔離部分也可以工作。在這次設計過程中的另外乙個難點就是光耦隔離部分的引數計算。其中涉及到的有pc817和tl431之間的配合問題。

還有就是他們各自的引數要求。最重要是實現光耦隔離,反饋和保護作用,就要計算好引數。另外,電容的耐壓值得選擇。

三極體的電流最大值的選擇。都要注意。還有就是焊接問題。

一定要注意。否則。不會出現理想的結果。

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