功率穩(wěn)壓逆變電源的設(shè)計(jì)與制作

目前所有的雙端輸出驅(qū)動(dòng)IC中,，可以說(shuō)美國(guó)德州儀器公司開(kāi)發(fā)的TL494功能zui完善、驅(qū)動(dòng)能力zui強(qiáng),，其兩路時(shí)序不同的輸出總電流為SG3525的兩倍,，達(dá)到400mA.*一點(diǎn)，使輸出功率千瓦級(jí)及以上的開(kāi)關(guān)電源,、DC/DC變換器,、逆變器,，幾乎無(wú)一例外地采用TL494.雖然TL494設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)雙極型開(kāi)關(guān)管，然而目前絕大部分采用MOS FET開(kāi)關(guān)管的設(shè)備,，利用外設(shè)灌流電路,，也廣泛采用TL494.為此，本節(jié)中將詳細(xì)介紹其功能及應(yīng)用電路,。其內(nèi)部方框圖如圖3所示,。其內(nèi)部電路功能、特點(diǎn)及應(yīng)用方法如下：

A.內(nèi)置RC定時(shí)電路設(shè)定頻率的獨(dú)立鋸齒波振蕩器,，其振蕩頻率fo（kHz）=1.2/R（kΩ）,。C（μF），其zui高振蕩頻率可達(dá)300kHz,，既能驅(qū)動(dòng)雙極性開(kāi)關(guān)管,，增設(shè)灌電流通路后，還能驅(qū)動(dòng)MOS FET開(kāi)關(guān)管,。

B.內(nèi)部設(shè)有比較器組成的死區(qū)時(shí)間控制電路,，用外加電壓控制比較器的輸出電平，通過(guò)其輸出電平使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),，控制兩路輸出之間的死區(qū)時(shí)間,。當(dāng)?shù)?腳電平升高時(shí)，死區(qū)時(shí)間增大,。

C.觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路,，使Q1、Q2既可輸出雙端時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖,，驅(qū)動(dòng)推挽開(kāi)關(guān)電路和半橋開(kāi)關(guān)電路,，同時(shí)也可輸出同相序的單端驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)單端開(kāi)關(guān)電路,。

D.內(nèi)部?jī)山M*相同的誤差放大器,，其同相輸入端均被引出芯片外，因此可以自由設(shè)定其基準(zhǔn)電壓,，以方便用于穩(wěn)壓取樣,，或利用其中一種作為過(guò)壓、過(guò)流超閾值保護(hù),。

E.輸出驅(qū)動(dòng)電流單端達(dá)到400mA,，能直接驅(qū)動(dòng)峰值電流達(dá)的開(kāi)關(guān)電路。雙端輸出脈沖峰值為2×200mA,，加入驅(qū)動(dòng)級(jí)即能驅(qū)動(dòng)近千瓦的推挽式和橋式電路,。

TL494的各腳功能及參數(shù)如下：第1、16腳為誤差放大器A1,、A2的同相輸入端,。zui高輸入電壓不超過(guò)VCC+0.3V.第2,、15腳為誤差放大器A1、A2的反相輸入端,?？山尤胝`差檢出的基準(zhǔn)電壓。第3腳為誤差放大器A1,、A2的輸出端,。集成電路內(nèi)部用于控制PWM比較器的同相輸入端，當(dāng)A1,、A2任一輸出電壓升高時(shí),，控制PWM比較器的輸出脈寬減小。同時(shí),，該輸出端還引出端外,，以便與第2、15腳間接入RC頻率校正電路和直接負(fù)反饋電路,，一則穩(wěn)定誤差放大器的增益,，二則防止其高頻自激。另外,，第3腳電壓反比于輸出脈寬,，也可利用該端功能實(shí)現(xiàn)高電平保護(hù),。第4腳為死區(qū)時(shí)間控制端,。當(dāng)外加1V以下的電壓時(shí)，死區(qū)時(shí)間與外加電壓成正比,。如果電壓超過(guò)1V,，內(nèi)部比較器將關(guān)斷觸發(fā)器的輸出脈沖。第5腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容端,，第6腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電阻端,，一般用于驅(qū)動(dòng)雙極性三極管時(shí)需限制振蕩頻率小于40kHz.第7腳為接地端。第8,、11腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器NPN管的集電極開(kāi)路輸出端,。當(dāng)?shù)?、11腳接Vcc,，第9,、10腳接入發(fā)射極負(fù)載電阻到地時(shí)，兩路為正極性圖騰柱式輸出,，用以驅(qū)動(dòng)各種推挽開(kāi)關(guān)電路,。當(dāng)?shù)?、11腳接地時(shí),，兩路為同相位驅(qū)動(dòng)脈沖輸出,。第8,、11腳和9、10腳可直接并聯(lián),，雙端輸出時(shí)zui大驅(qū)動(dòng)電流為2×200mA,，并聯(lián)運(yùn)用時(shí)zui大驅(qū)動(dòng)電流為400mA.第14腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端。輸出5V±0.25V的基準(zhǔn)電壓,，zui大負(fù)載電流為10mA.用于誤差檢出基準(zhǔn)電壓和控制模式的控制電壓,。TL494的極限參數(shù)：zui高瞬間工作電壓（12腳）42V，zui大輸出電流250mA,，zui高誤差輸入電壓Vcc+0.3V,，測(cè)試/環(huán)境溫度≤45℃，zui大允許功耗1W,，zui高結(jié)溫150℃,，使用溫度范圍0～70℃，保存溫度-65～+150℃,。

TL494的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用參數(shù)：Vcc（第12腳）為7～40V,，Vcc1（第8腳）、Vcc2（第11腳）為40V,，Ic1,、Ic2為200mA，RT取值范圍1.8～500kΩ,，CT取值范圍4700pF～10μF,，zui高振蕩頻率（fOSC）≤300kHz.

圖4為外刊介紹的利用TL494組成的400W大功率穩(wěn)壓逆變器電路。它激式變換部分采用TL494,，VT1,、VT2、VD3,、VD4構(gòu)成灌電流驅(qū)動(dòng)電路,，驅(qū)動(dòng)兩路各兩只60V/30A的MOS FET開(kāi)關(guān)管。如需提高輸出功率,，每路可采用3～4只開(kāi)關(guān)管并聯(lián)應(yīng)用,，電路不變。TL494在該逆變器中的應(yīng)用方法如下：

第1,、2腳構(gòu)成穩(wěn)壓取樣,、誤差放大系統(tǒng)，正相輸入端1腳輸入逆變器次級(jí)取樣繞組整流輸出的15V直流電壓,，經(jīng)R1,、R2分壓，使第1腳在逆變器正常工作時(shí)有近4.7～5.6V取樣電壓,。反相輸入端2腳輸入5V基準(zhǔn)電壓（由14腳輸出）,。當(dāng)輸出電壓降低時(shí),，1腳電壓降低，誤差放大器輸出低電平,，通過(guò)PWM電路使輸出電壓升高,。正常時(shí)1腳電壓值為5.4V，2腳電壓值為5V,，3腳電壓值為0.06V.此時(shí)輸出AC電壓為235V（方波電壓）,。第4腳外接R6、R4,、C2設(shè)定死區(qū)時(shí)間,。正常電壓值為0.01V.第5、6腳外接CT,、RT設(shè)定振蕩器三角波頻率為100Hz.正常時(shí)5腳電壓值為1.75V,，6腳電壓值為3.73V.第7腳為共地。第8,、11腳為內(nèi)部驅(qū)動(dòng)輸出三極管集電極,，第12腳為TL494前級(jí)供電端，此三端通過(guò)開(kāi)關(guān)S控制TL494的啟動(dòng)/停止,，作為逆變器的控制開(kāi)關(guān),。當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，TL494無(wú)輸出脈沖,，因此開(kāi)關(guān)管VT4～VT6無(wú)任何電流,。S1接通時(shí)，此三腳電壓值為蓄電池的正極電壓,。第9,、10腳為內(nèi)部驅(qū)動(dòng)級(jí)三極管發(fā)射極，輸出兩路時(shí)序不同的正脈沖,。正常時(shí)電壓值為1.8V.第13、14,、15腳其中14腳輸出5V基準(zhǔn)電壓,，使13腳有5V高電平，控制門電路,，觸發(fā)器輸出兩路驅(qū)動(dòng)脈沖,，用于推挽開(kāi)關(guān)電路。第15腳外接5V電壓,，構(gòu)成誤差放大器反相輸入基準(zhǔn)電壓,，以使同相輸入端16腳構(gòu)成高電平保護(hù)輸入端。此接法中,，當(dāng)?shù)?6腳輸入大于5V的高電平時(shí),，可通過(guò)穩(wěn)壓作用降低輸出電壓,，或關(guān)斷驅(qū)動(dòng)脈沖而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。在它激逆變器中輸出超壓的可能性幾乎沒(méi)有,，故該電路中第16腳未用,，由電阻R8接地。

該逆變器采用容量為400VA的工頻變壓器,，鐵芯采用45×60mm2的硅鋼片,。初級(jí)繞組采用直徑1.2mm的漆包線，兩根并繞2×20匝,。次級(jí)取樣繞組采用0.41mm漆包線繞36匝,，中心抽頭。次級(jí)繞組按230V計(jì)算,，采用0.8mm漆包線繞400匝,。開(kāi)關(guān)管VT4～VT6可用60V/30A任何型號(hào)的N溝道MOS FET管代替。VD7可用1N400X系列普通二極管,。該電路幾乎不經(jīng)調(diào)試即可正常工作,。當(dāng)C9正電壓為12V時(shí)，R1可在3.6～4.7kΩ之間選擇,，或用10kΩ電位器調(diào)整,，使輸出電壓為額定值。如將此逆變器輸出功率增大為近600W,，為了避免初級(jí)電流過(guò)大,，增大電阻性損耗，宜將蓄電池改用24V,，開(kāi)關(guān)管可選用VDS為100V的大電流MOS FET管,。需注意的是，寧可選用多管并聯(lián),，而不選用單只IDS大于50A的開(kāi)關(guān)管,，其原因是：一則價(jià)格較高，二則驅(qū)動(dòng)太困難,。建議選用100V/32A的2SK564,，或選用三只2SK906并聯(lián)應(yīng)用。同時(shí),，變壓器鐵芯截面需達(dá)到50cm2,，按普通電源變壓器計(jì)算方式算出匝數(shù)和線徑，或者采用廢UPS- 600中變壓器代用,。如為電冰箱,、電風(fēng)扇供電，請(qǐng)勿忘記加入LC低通濾波器。