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功率場(chǎng)效應管MOSFET是一種單極型電壓控制器件，它不但具有自關(guān)斷能力，而且具有驅動(dòng)功率小，關(guān)斷速度快等優(yōu)點(diǎn)，是目前開(kāi)關(guān)電源中常用的開(kāi)關(guān)器件。采用MOSFET 控制的開(kāi)關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高、成本低的優(yōu)勢，因此，較適合作儀器電源。本文給出了一種由MOSFET 控制的大范圍連續可調(0～45V) 的小功率穩壓電源設計實(shí)例。 總體結構與主電路 圖1 為該電源的總體結構框圖。工作原理如下： 圖1 原理方框圖 全橋整流電路將電網(wǎng)電壓220V 整流成不可調的直流電壓Ud = 1. 2U約等于198V。兩個(gè)等值濾波電容上的電壓分別為99V 以上，經(jīng)DC/AC 變換器逆變之后輸出20kHz、脈寬可調的交流電壓，又經(jīng)高頻變壓器的兩個(gè)副邊分正負半周送入整流濾波電路，輸出直流電壓。該電源直流輸出電壓的大小靠 PWM發(fā)生器的輸出脈沖寬度來(lái)控制。 主電路如圖2 所示。 圖2 主電路 主電路中實(shí)現DCPAC 變換的關(guān)鍵元件是功率場(chǎng)效應管VT1 和VT2 。當VT1 管開(kāi)通，VT2 截止時(shí)，電路中的電流從電容C1 正極到VT1 的D1 - S1 ，再通過(guò)變壓器原邊回到電容器C1 的負極形成回路，uAB為正電壓。變壓器的副邊感應電壓同名端為正，VD1 導通，輸出U0 上正下負。 當VT2 開(kāi)通，VT1 關(guān)斷時(shí)，同樣可推出上述結論：U0 上正下負。U0 的大小取決于控制電路使VT1 、VT2 的導通時(shí)間。 (1) PWM的控制原理 脈寬PWM波形產(chǎn)生采用功能強大的TL494 定頻調制芯片，該芯片有16 個(gè)引腳，內部電路與外圍電路如圖3 示。 圖3 TL494 內部電路及外圍電路 TL494 芯片的引腳13 低電平時(shí)，引腳8 和11 同步工作，單端輸出；引腳13 高電平時(shí)，引腳8 和11推挽工作，雙路輸出。本電路采用后種工作方式。該芯片的最高工作頻率為300kHz ，實(shí)際工作頻率由引腳5、6 所接的電阻與電容決定，其振蕩頻率算式為f = 1.1P(RTCT ) ，本設計選擇的振蕩頻率為20kHz ，鋸齒波在片內被送到比較器1 和2 的反相端。鋸齒波與片內的誤差放大器的輸出在PWM 比較器2 中比較，而死區控制電平與鋸齒波在死區時(shí)間比較器1 中比較，兩者的輸出分別為一定寬度的矩形波，它們同時(shí)送到或門(mén)電路，經(jīng)分頻器分頻后，再經(jīng)相應的門(mén)電路去控制內部三極管交替導通，使得引腳8 和11 向外輸出相位互差180°的PWM 波形。其工作波形如圖4 所示。 圖4 工作波形 誤差放大器1 的反相端(引腳2) 接可調給定電壓Ug 。改變Ug ，可改變引腳3 的電壓值，從而改變PWM比較器2 輸出波形的寬度，實(shí)現U0 從0～45V連續可調。 (2) 死區時(shí)間的控制 為了保證開(kāi)關(guān)器件VT1 與VT2 在一只管子關(guān)斷另一只管子開(kāi)通時(shí)有足夠的時(shí)間間隔，防止功率開(kāi)關(guān)元件上下直通造成的直流側短路，該電路用引腳4 控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的死區時(shí)間。由內部基準源引腳14 串聯(lián)電容器C5 提供死區電壓參考數值，并通過(guò)R5 接地來(lái)共同決定死區時(shí)間最小值Toff (min) 。 另外，在輸入電源剛接通時(shí)，R5 與C5 又構成軟起動(dòng)器。由于電容上的電壓不能突變，所以起動(dòng)瞬間，死區控制端4 與內部基準電壓14 端等電位，為高電平，死區比較器1 也輸出高電平，封鎖輸出端的兩個(gè)晶體管；隨著(zhù)電容電壓的不斷上升，4 端電位逐漸降低，這兩個(gè)晶體管才逐漸開(kāi)通，使得該電源的輸出電壓不會(huì )突變，實(shí)現軟起動(dòng)。正常工作時(shí)，R5 上的電壓約為0。這時(shí)主電路開(kāi)關(guān)元件的導通時(shí)間(它決定正常工作時(shí)的輸出電壓值) 將由接入誤差放大器1 反相端的給定電壓Ug 和接入同相端的反饋電壓Uf 比較確定。 隔離、驅動(dòng)電路 VT1 、VT2 采用專(zhuān)用集成驅動(dòng)模塊IR2110 來(lái)驅動(dòng)，隔離驅動(dòng)電路如圖5 所示： 圖5 IR2110 驅動(dòng)模塊及外部接線(xiàn)電路 過(guò)壓過(guò)流保護 為改變負載曲線(xiàn)，保護MOSFET的安全運行，防止過(guò)電壓和減小du/dt ，在MOSFET 的D1 - S1 間并入電阻、快速二極管和電容組成的過(guò)電壓吸收電路。過(guò)流信號從主電路檢出，從引腳16 送向誤差放大器2的同相端，引腳15 為比較基準，當出現過(guò)流時(shí)，引腳16 的電壓上升，則比較器2的輸出引腳3為高電平，封鎖脈寬信號。 結束語(yǔ) 該電源盡量采用在工業(yè)環(huán)境下具有高可靠性的常用集成電路及功率模塊，以易實(shí)現、易維修為出發(fā)點(diǎn)，以實(shí)用性為宗旨。經(jīng)過(guò)實(shí)驗驗證，本電路抗干擾能力強，輸出電壓穩定，工作可靠，輸出電流可達15A ，較適合于做儀器和裝置的直流供電電源，有較好的推廣價(jià)值 |
