CN108400719A - 一种基于tl494的新型开关稳压电源 - Google Patents

一种基于tl494的新型开关稳压电源 Download PDF

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Abstract

一种基于TL494的新型开关稳压电源，包括整流滤波电路、开关管电路、驱动电路、脉宽调制电路、辅助电源电路、反馈电路和保护电路。基于TL494的脉宽调制电路用于将反馈电路输出的小信号脉冲调制后放大，得到具有与小信号脉冲电压值相关联的占空比的PWM控制信号；基于IR2101芯片的驱动电路用来升高PWM波的输出电压，以驱MOS开关管；反馈电路利用TL431可控稳压源配合PC817光耦器件实现了输入输出的隔离和反馈；辅助电源利用主变压器辅助绕组供电，省去了独立辅助电源；利用低通滤波扼制了传导干扰，并在电源电路中加入了热敏电阻、保险丝以及过流保护等保护措施。具有结构紧凑、安全可靠、输出电压纹波小、电压调整率高、无需另加辅助电源的特点。

Description

一种基于TL494的新型开关稳压电源
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种开关稳压电源。
背景技术
近年来，开关电源凭借着其采用的非线性稳压方法带来的效率高，稳压范围宽，噪声低等优势被广泛应用。开关电源设计通常选用控制电路、保护电路集成到一块芯片上的开关电源集成控制器外加辅助变压器的结构，并利用主变压器的辅助绕组供电省去了独立的变压器等器件，减小了整体电源的体积和重量。目前，开关电源正朝着小型化、低成本、轻量化的方向发展。
开关电源中常见的MOSFET驱动采用变压器驱动，其有着电路结构较简单可靠，且具有电气隔离作用的优点。但采用变压器驱动，会使得电路要求的电阻、电容、二极管等元件较多；而且还存在漏感、线路杂散电感等分布参数，影响开关电源电路的动态性能。将变压器驱动电路改进为集成电路驱动，将提高电源供电的可靠性和稳定性并降低电源成本。同时为了提高开关电源的安全性、可靠性，对于保护电路、反馈电路的改进也尤为重要。
发明内容
为解决以上问题，本发明设计了一种基于TL494的新型开关稳压电源。
为本发明解决其技术问题所采用的的技术方案是：一种基于TL494的新型开关稳压电源由整流滤波电路、开关管电路、驱动电路、脉宽调制电路、辅助电源电路、反馈电路和保护电路组成。
所述整流滤波电路的输出为所述开关管和保护电路的一方输入，所述驱动电路的输出为开关管的第二方输入，所述开关管的输出为所述辅助电源电路一方输入，所述整流滤波电路的输出为辅助电源电路的第二方输入，所述辅助电源电路的输出为所述驱动电路和所述脉宽调制电路的一方输入，所述反馈电路的输出为所述脉宽调制电路的第二方输入，所述脉宽调制电路的输出为所述驱动电路的第二方输入，所述保护电路的输出为脉宽调制电路的第三方输入。
所述整流滤波电路，用于对输入的交流电压进行整流和滤波，得到直流电压，同时扼制由开关电源由内向外的传导干扰和电网由外向内的共模和差模信号干扰；
所述驱动电路和所述开关管，用于将所述直流电压转变为脉冲直流电压；
所述脉宽调制电路，用于根据反馈电路生成的调节电压输入至驱动电路从而控制所述开关管的通断时间；
所述辅助电源电路，用于为驱动电路和脉宽调制电路提供工作电压；
所述反馈电路，用于对输出电压进行采样比较后，输出一定电流值经电阻变成调节电压给到脉宽调制电路；
所述保护电路，用于根据交流输入电源经整流滤波电路后输出的电流大小来控制PWM波的占空比。
所述的驱动电路采用IR2101驱动器。
所述的脉宽调制电路采用TL494芯片，TL494芯片是一种频率固定的脉冲宽度调制器，利用其内部锯齿波振荡器和误差放大器等结构，通过对反馈电压与基准电压比较放大后，调节输出PWM波的占空比，再经过驱动电路实现对开关管工作状态的控制。
所述辅助电源电路在电源启动时采用电阻将母线电压进行降压为IR2101和TL494俩个芯片供电，启动后则由带有中心抽头的变压器辅助绕组的输出电压经整流滤波后为俩个芯片供电，省去了独立的辅助电源。
所述开关管为金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
所述反馈电路采用了TL431可控稳压源与PC817光电耦合器，取样电压采用电阻分压输出电压得到，通过取样电压与可控稳压源的基准电压比较，再通过电阻电容调整光电二极管的流入电流，从而改变二极管的发光强度，进而改变光耦输出侧的电流，改变TL494引脚1的输入电压。
所述的保护电路采用电阻取样于高压侧的母线，且取得的是相对稳定的直流电流，取得的电流直接连接到TL494芯片内误差放大器的一端，通过控制PWM波输出，进而控制开关管工作状态。
本发明的有益效果是，一种基于TL494的新型开关稳压电源其驱动电路采用IR2101驱动MOSFET比变压器驱动电路简单、驱动波形好、体积小、重量轻。IR2101是专用驱动MOSFET的芯片，从匹配方面更优于变压器。其过流保护电路采用电阻取样，信号源自于高压侧的母线，且是相对较稳定的直流电流，较在高压侧用电流互感器取样同样有着信号直接、稳定、电路简单、体积小、重量轻的优点。其电源启动采用电阻将母线电压降压为控制电路供电，启动后则由主变压器的辅助绕组供电，省去了独立的辅助电源。设计利用低通滤波扼制了传导干扰,采用光耦器件实现了输入输出的隔离和反馈,具有结构紧凑、安全可靠、输出电压纹波小、电压调整率高、无需另加辅助电源的特点。
附图说明
图1是本发明一种基于TL494的新型开关稳压电源的组成原理框图。
图2是整流滤波电路图。
图3是驱动电路与开关管的连接电路图。
图4是辅助电源和反馈电路的电路图。
图5是脉宽调制电路的电路图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，结合附图，作进一步的详细描述如下：
如图1所示，本发明一种基于TL494的新型开关稳压电源组成原理图，包括整流滤波电路、开关管电路、驱动电路、辅助电源电路、反馈电路、脉宽调制电路、保护电路等。总体来看，输入交流电通过整流滤波电路后输出直流电压，再通过开关管给到辅助电源电路，进而辅助电源电路实现为驱动电路和脉宽调制电路提供工作电压，之后反馈电路通过电阻进行输出电压的采集，通过光电耦合后经过电阻把一定的电压值反馈到脉宽调制电路的输入端口，脉宽调制电路相应输出一定占空比的PWM波，(再给到)通过驱动电路(，再)控制开关管的通断，也就控制了输出电压值，从而完成了稳压输出的功能。
如图2所示，整流滤波电路主要由低通滤波器、一全桥的整流器D1组成。低通滤波器主要由电阻R3，电容C1-C4，共模滤波电感T1等组成，起到滤掉高频电压，防止开关电源自身产生的高频干扰信号窜入到电网上，也防止电网上的高频干扰信号窜到开关电源中来的作用。在低通滤波器的前端还设有负温度系数热敏电阻R2和保险丝R1起到限流作用，交流电源通过低通滤波器和整流桥后又经过C6，C7串联后滤波，在输入220V交流电的情况下，最后输出大约300V的直流电压，电阻R7，R8是电容的释放电阻。
如图3所示，左侧开关管电路由俩个场效应管Q1，Q2组成半桥，上桥臂的源极与下桥臂的漏级相连，上桥臂的漏级接电源，下桥臂的源极接地，电阻R9，R10分别并联在它们的栅极和源极之间，同时俩个管子的栅极和源极之间还并联有双向稳压管D2-D5，用于对开关管的保护。俩个管子的栅极通过电阻R11与R12与右侧驱动电路的HO与L0相连，半桥的中点既与驱动电路的VS端相连，同时也作为对外的输出端口。右侧驱动电路主要包括IR2101芯片及其外围电路，采用超快恢复型二极管D6接在IR2101的VB和Vcc俩端，高质量电容C8正极接在VB端负极与Vs连接，它们共同组成自举电路，利用电容C8上充的电来驱动MOS管，芯片2脚和3脚连接脉宽调制电路的输出，2脚HIN输入高时，7脚HO输出也是高，3脚LIN与5脚LO同理，当7脚输出高电平时，上桥臂导通，这样在主变压器初级线圈形成正的电压输入，当5脚输出高电平时下桥臂导通，在主变压器初级线圈就形成负的电压输入。这样通过管子的轮流导通，使得在主变压器俩端输入大约150V的交流脉冲电压。此处电路设计优势在于，IR2101是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率驱动器，其采用高度集成的电平转换技术，简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性，采用IR2101驱动MOSFET比变压器驱动有着驱动电路简单、驱动波形更好、体积小、重量轻的优势，在工程上减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本。
如图4所示，辅助电源电路主要由主变压器T，电阻R31与C20串联后并联在变压器初级线圈俩端，同时初级线圈一端通过电容C21连到C6，C7的中部，另一端连接到开关管中上桥臂的源极，电阻R31，电容C20作为吸收电路，其作用是可以降低反冲电压，电容C20起到降低高频自由振荡电压的频率，电阻R231起到降低电压的幅值。主变压器上部分次级绕组俩端分别连接着整流二极管D7和D8，同时在输出端还连有滤波电容C12和C13。工作过程为：在变压器初级线圈输入交流脉冲电压的情况下，次级线圈输出的降幅交流脉冲电压经二极管D7、D8整流再经过C12、C13滤波后输出的是没有稳压的15V直流电压，利用此输出电压来为俩个芯片供电。此处设计优点，电源启动首先采用电阻R4将母线电压降压后为TL494和IR2101芯片供电，启动后由主变压器的辅助绕组供电，省去了独立的辅助电源，减小了整体电源的体积和重量。反馈电路主要由TL431可控稳压源和PC817光电耦合器及它们外围电路组成，工作过程如下：输出电压经电阻R27与电阻R28分压后得到采样电压VF与TL431提供的2.5V参考电压比较，当输出电压偏高时，此时VF就会大于2.5V，会使得流过光耦PC817二极管的电流增大，从而使得流过光敏晶体管的电流增大，再给到脉宽调制电路，改变输出PWM波占空比。采用光耦器件优势是能保证电路安全，提高电路抗扰能力。
如图5所示，脉宽调制电路主要由TL494芯片及其外围电路构成，芯片1脚接光敏晶体管的射级输出端，作为芯片对输出电压变化的采集端，芯片工作时14脚会输出基准5V电压，通过电阻R13、R14为2脚提供基准比较电压，5脚通过电容CT接地，6脚通过电阻RT接地，通过调节它们的值可改变芯片内部产生的锯齿波振荡频率，芯片的8脚和11脚俩者连接电源端，9脚和10脚作为芯片内部的射级输出连到驱动电路，俩个脚会间隔的输出占空比与输出电压关联的PWM波，16脚通过电阻R17接地，15脚通过电阻R5与整流滤波输出端端相连，俩个引脚和电阻R5完成过流保护作用，电容C9负极端接在4脚，正极接在13脚和14脚起到软启动作用。上电时，输出电压由低到高建立，电容C9充电一定时间之后，4端口电压由高到低，在经过芯片内部一系列控制变化，使得输出电压逐渐升高。TL494提供一种频率固定的脉宽调制波，1脚通过反馈电路得到输出电压的变化，与2脚的基准电压进行比较，经过内部一系列控制后在9脚、10脚输出具有一定占空比的互补的PWM脉冲给到驱动电路，当输入电压升高时，PWM的占空比会下降，最后会导致开关管的导通时间下降，使得平均输出电压下降，进而完成稳压过程。保护电路主要是利用电阻R5取样和TL494芯片内部结构特性实现的。当输出电流增大时，输出电流经电阻R5取样后连接到TL494芯片的15脚，当15脚与16脚电压差经芯片内部误差放大器输出达到一定幅值时，会使得有芯片内部振荡产生的锯齿波电压永远小于误差放大器的输出电压，这样经过芯片内部一系列控制后，使得TL494芯片的俩个射级输出低电位，再经过IR2101使得管子都截止。此处设计是采用电阻取样于高压侧的母线，且取得的是相对稳定的直流电流，比在高压侧用电流互感器取样有着信号直接、稳定、电路简单、体积小、重量轻的优点。

Claims (7)

1.一种基于TL494的新型开关稳压电源，其特征在于，包括整流滤波电路、开关管电路、驱动电路、脉宽调制电路、辅助电源电路、反馈电路和保护电路，其中：
所述整流滤波电路的输出为所述开关管和保护电路的一方输入，所述驱动电路的输出为开关管的第二方输入，所述开关管的输出为所述辅助电源电路一方输入，所述整流滤波电路的输出为辅助电源电路的第二方输入，所述辅助电源电路的输出为所述驱动电路和所述脉宽调制电路的一方输入，所述反馈电路的输出为所述脉宽调制电路的第二方输入，所述脉宽调制电路的输出为所述驱动电路的第二方输入，所述保护电路的输出为脉宽调制电路的第三方输入；
所述整流滤波电路，用于对输入的交流电压进行整流和滤波，得到直流电压，同时扼制由开关电源由内向外的传导干扰和电网由外向内的共模和差模信号干扰；
所述驱动电路和所述开关管，用于将所述直流电压转变为脉冲直流电压；
所述脉宽调制电路，用于根据反馈电路生成的调节电压输入至驱动电路从而控制所述开关管的通断时间；
所述辅助电源电路，用于为驱动电路和脉宽调制电路提供工作电压；
所述反馈电路，用于对输出电压进行采样比较后，输出一定电流值经电阻变成调节电压值给到脉宽调制电路；
所述保护电路，用于根据交流输入电源经整流滤波电路后输出的电流大小来调整PWM波的占空比,进而对开关管进行保护。
2.根据权利1要求所述的一种基于TL494的新型开关稳压电源，其特征在于，所述的驱动电路采用IR2101驱动器。
3.根据权利要求1所述的一种基于TL494的新型开关稳压电源，其特征在于，所述的脉宽调制电路采用TL494芯片，TL494芯片提供一种频率固定的脉冲宽度调制波，利用其内部的锯齿波振荡器和误差放大器，通过对反馈电压与基准电压比较放大后，调节输出PWM波的占空比，再经过驱动电路实现对开关管工作状态的控制。
4.根据权利要求1所述的一种基于TL494的新型开关稳压电源，其特征在于，所述辅助电源电路在电源启动时采用电阻将母线电压进行降压为IR2101和TL494俩个芯片供电，启动后则由带有中心抽头的变压器辅助绕组的输出电压经整流滤波后为俩个芯片供电，省去了独立的辅助电源。
5.根据权利要求1所述的一种基于TL494的新型开关稳压电源，其特征在于，所述开关管为金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
6.根据权利要求1所述的一种基于TL494的新型开关稳压电源，其特征在于，所述反馈电路采用TL431可控稳压源与PC817光电耦合器，取样电压采用电阻分压输出电压得到，通过取样电压与可控稳压源的基准电压比较，再通过电阻电容调整光电二极管的流入电流，从而改变二极管的发光强度，进而改变光耦输出侧的电流，改变TL494引脚1的输入电压。
7.根据权利1要求所述的一种基于TL494的新型开关稳压电源，其特征在于，所述的保护电路采用电阻取样于高压侧的母线，且取得的是相对稳定的直流电流，取得的电流直接连接到TL494芯片内误差放大器的一端，通过控制PWM波输出，进而控制开关管工作状态。
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