使用TL494芯片设计实现开关电源的设计论文

　　随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用， 人们对其需求量日益增长， 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。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。其中， 在半桥式变换器电路中， 变压器初级在整个周期中都流过电流， 磁芯利用得更加充分。本文介绍了一款基于PWM技术的半桥式开关稳压电源。给出了高频变压器、PWM控制及驱动电路的详细设计方法及设计思路，并用该方法设计了一台输出电压可自由调节的开关稳压电源。

　　1.1 开关稳压电源的性能特点

　　1.1.1开关稳压电源的优点

　　1.1.1.1内部功率损耗小，转换效率高

　　在开关稳压电源原理框图中，开关功率管V在PWM驱动信号的驱动下，交替地工作在导通-截止与截止-导通开关状态，转换速度非常快，频率一般可高达100kHz左右。在一些电子工业发达国家，可以做到MHz以上。这便使得开关功率管V上的功率损耗大为减小，储能电感的电感量大为减小，储能效率大为提高，从而使整个开关稳压电源的转换效率得到大幅度的提高，其转换效率可高达90％左右［1］。

　　1.1.1.2体积小，重量轻

　　从开关稳压电源的原理电路图中我们可以清楚地看出，这里没有采用笨重的工频变压器。由于开关功率管V工作在开关状态，因此其本身的功率损耗大幅度地降低，这就省去了较大的散热器。另外由于电路的工作频率比线性稳压电源中的50Hz工频高了好几个数量级，因此滤波效率大大提高，滤波电容的容量也大为减小。这三方面的原因，就使得开关稳压电源具有体积小，重量轻的显著优点。

　　1.1.1.3稳压范围宽，线性调整率高

　　开关稳压电源的输出电压是由PWM/PFM（脉频调制）驱动信号的占空比来调节的，输出电压由于输入信号电压的变化而引起的不稳定，可以通过调节脉冲宽度或脉冲频率来进行补偿。这样，在输入工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有非常稳定的输出电压。因此，开关稳压电源除具有稳压范围宽的优点外，还具有稳压效果好和线性调整率高的优点。此外，由于改变占空比的方法有脉宽调制型和脉频调制型两种，因此开关稳压电源不仅具有以上所说的优点，而且实现稳压的方法和技术也较多，设计人员可以根据实际应用的要求和需要，灵活地选用各种类型的开关稳压电源电路。

　　1.1.1.3滤波效率大为提高，滤波电容的容量和体积大为减小

　　开关稳压电源的工作频率目前基本在5kHz以上，是线性稳压电源工作频率的1000倍以上。因此，开关稳压电源整流后的滤波效率也几乎提高了1000倍左右。就是采用半波整流后加电容滤波，滤波效率也比线性稳压电源高500倍左右。在要求有相同输出纹波电压的情况下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容容量的1/500～1/1000。

　　1.1.1.3电路形式灵活多样，选择余地大

　　有自激式和它激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式，等等。

　　1.1.2开关稳压电源的缺点

　　1.1.2.1开关稳压电源存在着较为严重的开关噪声和干扰

　　在开关稳压电源电路中，由于开关功率管工作在开关状态，因此它所产生的高频交流电压和电流将会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振噪声，这些干扰和噪声如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外，由于开关稳压电源电路中的振荡器没有工频降压变压器的隔离，因此这些干扰和噪声就会窜入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。而且这种高频干扰还会通过开关稳压电源电路中的磁性元件（如电感和开关变压器等）辐射到空间，使周围的其他电子仪器、设备和家用电器也同样受到严重的干扰。

　　1.1.2.2电路结构复杂，不便于维修

　　对于无工频变压器的开关稳压电源电路中的高压、高温电解电容，高反压、大电流功率开关管，高频开关变压器的磁性材料，高反压、大电流、快恢复肖特基二极管等器件，在我们国家还处于研究、开发和试制阶段。在一些技术发达的国家，开关稳压电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在着一些问题，不能令人十分满意。这就暴露出了开关稳压电源的另一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。对此，如果设计者和生产者不予以充分重视，它将直接影响开关稳压电源的推广应用。

　　1.1.2.3成本高，可靠性低

　　目前，由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料烧结技术等与一些技术发达国家还有一定的差距，因此其造价和成本不能进一步降低，也影响到其可靠性的进一步提高。这就导致了在我国的电子仪器、仪表以及机电一体化设备中，开关电源还不能得到十分广泛的普及与应用。