基于tl494的开关电源设计-毕业(论文)设计.doc

安徽财贸职业学院毕业设计毕业设计报告书 设计题目： 基于TL494的开关电源制作 系 部： 电子信息系 专 业： 新能源应用技术 班 级： 能源1001 基于TL494的12V开关电源制作摘要随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切近年来 ,随着功率电子器件(如GTR、MOSFET)、PWM技术以及电源理论发展 ,新一代的电源开始逐步取代传统的电源电路该电路具有体积小，控制方便灵活，输出特性好、纹波小、负载调整率高等特点开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式本论文是基于TL494的12V开关电源设计，利用MOSFET管作为开关管，可以提高电源变压器的工作效率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器的体积。

关键词：直流磁偏 自激振荡 TL494目录第1章 开关电源基础技术 11.1 开关电源概述 11.1.1 开关电源的工作原理 11.1.2 开关电源的组成 21.1.3 开关电源的特点 31.2 关电源典型结构 31.2.1 串联开关电源结构 31.2.2 并联开关电源结构 4第2章 开关电源主控元件 62.1 功率晶体管（GTR） 62.1.1 功率晶体管的结构 62.1.2 功率晶体管的工作原理 72.1.3 功率晶体管的特性与参数 72.2 电力场效应晶体管（MOSFET） 82.2.1 电力场效应晶体管特点 82.2.2 MOSFET的结构和工作原理 8第3章 开关电源中的TL494 103.1 TL494的内部功能 103.2 TL494的特点 103.3 TL494的工作原理 113.4 TL494内部电路 12第4章 开关电源的原理图设计 144.1 交流滤波设计 144.2 整流桥电路设计 144.3 半桥逆变和全波整流设计 164.4 变压器电路设计 164.5 主控电路设计 174.6 滤波电路设计 18第5章 组装与调试 195.1 开关电源的组装 195.2 开关电源的调试 19总结 20致谢 21参考文献 22II第1章 开关电源基础技术1.1 开关电源概述1.1.1 开关电源的工作原理开关电源的工作原理图如图1-1所示；图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管。

使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波就可得到稳定的直流输出电压U0图1-1 开关电源的工作原理 (a)为原理性电路图，(b)为波形图为方便分析开关电路，定义脉冲占空比如下： (1-1)式中T表示开关S的开关重复周期；TON表示开关S在一个开关周期中的导通时间开关电源直流输出电压U0与输入电压Ui之间有如下关系： (1-2) 由(1-2)式可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间TON，即可改变脉冲占空比D，达到调节输出电压的目的T不变，只改变TON来实现占空比调节的方式叫做脉冲宽度调制(PWM)由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，所以PWM式开关电源用得较多若保持TON不变，利用改变开关频率f=1/T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压U0稳压的方法，称做脉冲频率调制(PFM)方式开关电源由于开关频率不固定，所以输出滤波电路的设计不易实现最优化。

既改变TON，又改变T，实现脉冲占空比的调节的稳压方式称做脉冲调频调宽方式在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节方式均有应用1.1.2 开关电源的组成开关电源由以下四个基本环节组成，见图1-2所示其中DC/DC变换器用以进行功率变换，是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号放大，整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，由它激或自激电路产生，可以是PWM信号，也可以是PFM信号或其它信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值，频率，波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，达到稳定输出电压值的目的除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动电路、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等DC/DC变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍开关电源与线性电源相比，输入的瞬态变换比较多地表现在输出端，在提高开关频率的同时，由于反馈放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应指标也能得到改善负载变换瞬态响应主要由输出端LC滤波器的特性决定所以可以通过提高开关频率、降低输出滤波器LC的方法改善瞬态响应态。

图1-2 电源基本组成框图1.1.3 开关电源的特点1.效率高：开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小，效率高，一般在80%—90%，高的可达90%以上2.重量轻：由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的漆包线和硅钢片，电源的重量只有同容量线性电源的1/5，体积也大大缩小3.稳压范围宽：开关电源的交流输入电压在90—270V范围变化时，输出电压的变化在±2%以下合理设计电路，还可使稳压范围更宽，并保证开关电源的高效率4.可靠安全：在开关电源中，由于可以方便的设置各种形式的保护电路，所以当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保护功能可靠5.功耗小：由于功率开关管工作在开关状态，损耗小，不需要采用大面积散热器，电源温升低，周围元件不致因长期工作在高温环境而损坏，所以采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性1.2 关电源典型结构1.2.1 串联开关电源结构串联开关电源工作原理的方框图如图1-3所示；功率开关晶体管VT串联在输入与输出之间正常工作时，功率开关晶体管VT在开关驱动控制脉冲的作用下周期性地在导通、截止之间交替转换，使输入与输出之间周期性的闭合与断开输入不稳定的直流电压通过功率开关晶体管VT后输出为周期性脉冲电压，再经滤波后，就可得到平滑直流输出电压U0。

U0和功率开关晶体管VT的脉冲占空比D有关，见式(1－2)图1-3 串联开关电源原理图输入交流电压或负载电流的变化，会引起输出直流电压的变化，通过输出取样电路将取样电压与基准电压相比较，误差电压通过误差放大器放大，控制脉冲调宽电路的脉冲占空比D，达到稳定直流输出电压U0的目的1.2.2 并联开关电源结构并联开关电源工作原理方框图如图1-4所示，功率开关晶体管VT与输入电压、输出负载并联，输出电压为： (1-3)图1-4为一种输出升压型开关电源，电路中有一个储能电感，适当利用这个储能电感，可将并联开关电源转变为广泛使用的变压器耦合并联开关电源图1-4 并联开关电源原理图变压器耦合并联开关电源工作框图如图1-5所示；功率开关晶体管VT与开关变压器初级线圈相串联接在电源供电输入端，功率开关晶体管VT在开关脉冲信号的控制下，周期性地导通与截止，集电极输出的脉冲电压通过变压器耦合在次级得到脉冲电压，这个脉冲电压经整流滤波后得到直流输出电压U0同样经过取样电路将取样电压与基准电压UE进行比较被误差放大器放大，由误差放大器输出至功率开关晶体管VT，通过控制功率开关晶体管VT的导通、截止达到控制脉冲占空比的目的，从而稳定直流输出电压。

由于采用变压器耦合，所以变压器的初、次级侧可以相互隔离，从而使初级侧电路地与次级侧电路地分开，做到次级侧电路地不带电，使用安全同时由于变压器耦合，可以使用多组次级线圈，在次级得到多组直流输出电压图1-5 变压器耦合并联开关电源原理图第2章 开关电源主控元件2.1 功率晶体管（GTR）2.1.1 功率晶体管的结构达林顿NPN功率晶体管就是将几只单个晶体管在元件内部做成射极跟随器，晶体管模块是指将几级达林顿晶体管集成在一起，对外构成一定电路形式的一个组合单元，目前功率晶体管模块的电流/电压已达1000V/1200V功率晶体管内部结构和图形符号如图2-1所示，功率晶体管模块如图2-2所示： 图2-1 功率晶体管内部结构和图形符号图2-2功率晶体管模块（a）单管模块电路；（b）双管模块电路2.1.2 功率晶体管的工作原理功率晶体管和小信号晶体管一样都有电压和电流放大的重要功能，基本原理类似，都是电流控制双极型器件对于共射极电路，基极注入一定的基极电流IB，器件进入“开通”的饱和状态，集电极电流IC产生，集电极和发射极之间的压降UCES就很低；基极电流IB消失或者注入一定的反向电流，器件立刻进入“关断”的截止状态，集电极电流IC为零，集电极和发射极之间能承受较高的电压UCEO。

功率晶体管的电流放大倍数β是在一定条件下测定的，使用条件不同，电流放大倍数β就不同一般来说，集电极电流IC越小，电流放大倍数β就大；集电极电流IC越大，电流放大倍数β就小对于单只功率晶体管而言，晶体管集电极IC达到元件额定电流一半以上时，电流放大倍数β明显下降，一般会下降到β=8~10因此功率晶体管在一定要求的基极脉冲电流IB的作用下，就能够在开通过程、导通状态、关断过程、截止状态四种不同阶段中转换，完成功率晶体管开关的动作2.1.3 功率晶体管的特性与参数1.功率晶体管输出IC-UCE功率晶体管共射极电路输出特性IC-UCE如图2-3所示，有截止区、线性区、准饱和区、深饱和区组成，分别对应不同的基极驱动电流IB图2-3功率晶体管共射极电路输出特性饱和压降UCES是在一定的基极驱动电流IB，功率晶体管处于饱和状态下，集电极和发射极之间的电压饱和度越深，饱和压降UCES越小，导通损耗越小，但是导致关断过程中退出饱和的时间延长一般来说，应用于开关状态的功率晶体管在导通在导通状态集电极电流IC大，饱和压降UCES小，截止状态集电极电流就是漏电流，ICEO小，集电极和发射极之间的电压UCE高，截止损耗POFF=ICEOUCE小，加上开通过程和关断过程的开关损耗小，因此开关状态的功率晶体管总损耗比应用性区功率晶体管损耗P=ICUCE小。

2.功率晶体管的开关特性反应功率晶体管在开通过程、导通状态、关断过程、截止状态四个阶段中动作的快慢特点和时间参数如图所示功率晶体管的开关特性，有延迟时间td、上升时间tr、存储时间ts、下降时间tf组成，其中导通时间ton有延迟时间td、上升时间tr组成，关断时间toff有存储时间ts、下降时间tf组成为了加快功率晶体管的开关过程，必须优化基极驱动电流脉冲3.功率晶体管最大额定值表示功率晶体管极限参数，主要有集电极允许通过的最大电流ICM，集电极最大允许耗散功率PCM，最大允许结温TJM，晶体管击穿电压UCEO、UCBO、UEBOUCEO是基极开路、集电极-发射极间的击穿电压：UCBO是发射极开路、集电极-基极间的击穿电压；UEBO。