一种适合教学的开关电源设计及调试

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一种适合教学的开关电源设计及调试

一种适合教学的开关电源设计及调试

(厦门大学嘉庚学院

福建漳州363105)

摘要:开关稳压电源与线性稳压电源相比,具有效率禹,体积小等优点,并且在日常生活中应用广泛。但大多数的开

关电源设计都只给出整体设计图,并没有详细解说具体的调试过程,这样不利于学生彻底理解和掌握。基于此,采用分模块

的调试方法,先测试TI,494性能,明确备管脚的输入/输出特性;再弄Ij用信号发生器模拟TL494的输出,进而测试升压变换

器的工作特性;接着将两部分联调;最后在上述电路基础上,加入MOSFET驱动电路,改善系统性能。学生运用此调试方法,不仅能深刻理解此类型开关电源的工作原理,而且测得的性能指标都较高。因此,该设计是实用可行的。

关键词:开关电源;TI。494;整体设计图;调试中图分类号:TP303+.3

文献标识码:A

文章编号:1004—373X(2009)16—208一03

DesignandDebugofSwitchingPowerSupplyforTeaching

LIUPing

(TanKah

KeeCollege XiamenUniversity,Zhangzhou,363105,China)

Abstract:Comparedwith

linearregulatedpowersupply,switchingpowersupplyis

highefficiency,smallsize,anditis

widelyusedindailylife.However。mostswitchingpowersupplydesignofthearticleonlyofferstheoveralldesign,n0detailedexplanationofspecificdebugging

process,SO

are

thatis

not

conduciveto

thestudentsthoroughlyunderstandandgrasp.Based

on

this,sub—moduledebugmethodspins.Then,reusingsignalthat

generator

adopted.Atfirst,testingTI。494performanceforunderatandingitsinputandsimulateTL494output,therebytestingthe

output

tO

jobcharacteristicsofboost

to

converter

safter

jointdebuggingthetWOparts.Finally,addingMOSFETdrivercircuitintotheabove—mentionedcircuit

use

improvesystem

performance.Students

thistestingmethod,notonlyunderstandingthis

are

type

ofswitchingpowersupplyworkingprinciple,

butalsothemeasuredperformance

Keywords:switching

power

higher.Therefore,thisdesignispracticalandfeasible.

supply;TI。494;overalldesigndiagram;debug

0引言

多的篇幅介绍。此系统的核心模块是方框图中的闭合(负反馈)模块。如果直接采用Boost型DC—DC升压器,实现起来简单,但输出/输入电压比太大,占空比也大,而将使输出电压范围变小,难以达到较高的指标,且为开环控制。对此采用Maxim公司生产的专用开关芯片TL494芯片,它采用开关脉宽调制(PWM),效率高,外围电路也较简单,可以方便实现闭环控制。

1.1

线性稳压电路具有结构简单,调整方便,输出电压脉动小的优点,但缺点是效率低,一般只有20%~40%,并且比较笨重。开关型稳压电路能克服线性稳压电源的缺点,具有效率高,一般能达到65%~90%,并且体积小,重量轻,对电网电压要求不高¨j,因而在实际生活中得到广泛应用。也正因为其应用的广泛性,相应专业的学生就更应该深刻和熟练地掌握它,在此以设计脉冲宽度调制型开关电路(PWM)为基础,详细解说该系统的调试过程。1系统设计原理

PWM型的开关电源整体框图如图1所示。变压、整流、滤波模块处理起来比较简单,只要采用相应的变压器、单相全波整流、电容式滤波即可实现,这里不用更

收稿日期:2009—02—23

TL494工作原理

TL494内部结构如图2所示心],它是一种固定频率可自行设置,并应用脉空调制的控制电路,其中,振荡频率fo。=1.1/(RTG)。具体来讲。由于误差放大器输入口1,2(或3,4)的值不等,产生偏差,偏差送入PWM比较器与锯齿波(锯齿波的频率由振荡频率确定,幅值是定值)比较,在偏差大于锯齿波范围内时,9口(或10口)输出低电平,在偏差小于锯齿波范围内时,9口(或10口)输出高电平。若偏差值越大,TL494输出高电平的区间越小。由此可见,通过调整误差放大器输入

口的偏差可改变占空比。

208

万方数据

一种适合教学的开关电源设计及调试

图1

PWM型开关电源整体框图

图2

TL494内部结构图

1.2升压变换器的工作原理

如图3所示,通过控制开关管Q,的导通比,可控制升压变换器的输出电压。它的工作原理[31是:设开关

管Q。由信号K控制,当耽为高电平时,Q,导通 反

之,Q,关断。当Q,导通时,电感两端电压V。=Vi,电感储能增加,同时负载由电容供电。当Q。断开时,因电感L上的电流不能突变,故电感电流it向电容和负载供电,电感上储存的能量传递到电容、负载侧。此时,ic减

小,L上的感应电动势U<0,所以U>V;。由此,当

Q。导通的时间越长(即占空比越大),电感上储存的能量越多,U也越大。

2系统总体设计

基于前面的分析,设计的系统嘲接线图如图3

所示。

图3PWM升压式开关电源的设计

误差放大器的反相端2口输入给定值(可用单片机实现,限于篇幅,不做介绍),用来控制输出电压;同相端1口输入/输出电压的反馈电压,形成闭环控制。

当输出电压高于期望值时,反馈输入1口的电压升高,误差放大器的输出增加,占空比减小;当输出电压减小时,基本可以做到与期望值相等,从而维持输出电压

万方数据

的稳定。若想增大输出,可升高2口的电压。控制过程如下:原系统稳定,当升高21:3电压,1口电压瞬时不变,误差放大器输出减小,占空比变大,电压升高。若想减小输出,可降低2口的电压。

3系统调试

在确定上述总体设计后,采用分模块的调试方法进行电路调试。

3.1

TL494性能测试

按图4接线,测试2口的输入电压(误差放大器反相端2口采用基准电压输入),改变1口的输入电压,观察9,3口的输出波形。由实验可以得到:TL494的基

准电压是3.5V;输出波形为PWM波;误差放大器工

作在非线性区,只有当输入(1,2)口的偏差在零到几十个毫伏之间时,PWM才是可调的;改变1El的电压,可改变PWM的占空比。

图4

TL494性能测试接线图

3.2升压变换器的工作性能测试

按图5接线,给1口加入使开关管达到饱和的方波信号:

(1)改变方波信号的占空比和方波信号的频率;(2)给输出端加上负载。

由实验可以得到,改变占空比,可以改变输出电压的大小;加上负载,电压降低,但通过调节占空比,可使电压升高;方波信号的频率越大,改变占空比,调节输出电压的范围越小。

图5升压变换器工作性能测试接线图

209

一种适合教学的开关电源设计及调试

3.3’联调

在上述两步都能得到准确信息之后,将两模块进行联调,见图4。若无误,即可实现输出端稳定的电压输出,且可通过改变2口的给定值实现在一定范围内(升压)改变输出电压。具体范围与所选择电感、电容和系统工作的频率有关,限于篇幅,这里不做介绍。

3.4加入MOSFET(IRF640)驱动

理、负反馈的工作原理等,而且查找电路错误也比较方便。对于该电路的性能指标测试,由于元器件的参数不

’1訇,指标略有不同,但基本上各参数的指标都较高,如

DC—DC变换器的效率可达85%以上。

参考文献

完成上述电路后,接下来要考虑系统的性能指标,除上述电容、电感、工作频率的参数外,性能指标的优越还与MOSFET有关。为此,在TL494的9口和IRF9540开关管之间加入驱动电路IR2111,如图6

所示[4]。

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[3]刘志刚.电力电子学[M].北京:清华大学出版社,2004.[4]2IC中国电子网.IR2111[EB/OL].http://www.21ic—

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电出版社,2007.

[6]黄燕.开关电源故障检修方法[M].北京:国防工业出版

社,2004.

[7][美]StevenMSandier.开关电源仿真一Pspice和Spice3应

用[M].北京:人民邮电出版社,2007.

图6

MOSFET驱动电路

[8]周志敏,周纪海,纪爱华.开关电源实用技术[M].北京:人

民邮电出版社,2007.

[9]SanjayaManiktala.电源设计与优化[M].北京:电子工业出

版社,2006.

4结语

按上述步骤进行系统设计,不仅电路简单,可以比较深刻地掌握TL494的工作原理、开关电源的工作原

作者简介

[10]高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训教程、模拟电子线

路设计[M].北京:电子工业出版社,2007.

萍女,1981年出生,江西丰城人,硕士研究生,助教。研究方向为控制理论与控制过程。

210

万方数据

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一种适合教学的开关电源设计及调试

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):引用次数:

刘萍, LIU Ping

厦门大学嘉庚学院,福建,漳州,363105现代电子技术

MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE2009,32(16)0次

参考文献(10条)

1.倪海东.玉萍 开关电源专用电路设计与应用 20082.21IC中国电子网 TL4943.刘志刚 电力电子学 20044.21IC中国电子网 IR2111

5.赵同贺 开关电源设计技术与应用实例 20076.黄燕 开关电源故障检修方法 2004

7.Steven M Sandler 开关电源仿真-Pspice和Spice3应用 20078.周志敏.周纪海.纪爱华 开关电源实用技术 20079.Sanjaya Maniktala 电源设计与优化 2006

10.高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训教程、模拟电子线路设计 2007

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下载时间:2010年4月30日

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/74yl.html

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