可调压大功率电源方案分享之控制电路设计

在昨天的可调压大功率电源方案分享过程中，我们为大家分享了一种可调压的大功率电源主电路系统设计方案，并对其原理框图和主电路设计思路进行了整理。在今天的分享中，我们将会进一步就这一大功率电源的控制电路设计情况进行详细分析和分享。

辅助电源设计

在这一高集成的可调压大功率电源方案设计过程中，本方案的辅助电源部分主要由三端集成稳压器等构成。分别为控制电路和保护电路提供±15V和±15V直流稳压电源。必须合理设置辅助电源。才能实现本机主要技术指标。

集成PWM控制器及其外围电路设计

本方案所设计的这一高集成度的可调压大功率电源，其开关频率为20kHz，为能够实现开关控制、电压稳定及调节，并进一步完成功率输出要求，本电源采用了功能较强的TL494定频脉宽调制（PWM）芯片，其内部原理框图及采用的外围电路入下图图1所示。

图1 TL494内部原理框图及所用外围电路

在图1所显示的内部原理框图及外围电路图中，我们可以看到，12端接直流15V正电源的极限使用值是+42V，7端接地。在TL494中，其内部基准电压调整器为5V，对所有内电路供电，同时可作为外部参考基准电压，从14端输出。其芯片的5、6端分别外接定时电容CT和定时电阻RT，TL494的振荡器OSC工作时，在5端产生振荡频率f=1.1/RTCT的锯齿波电压U5，在本方案中，f=20kHz。

在TL494PWM芯片中，其输出级是由两支NPN晶体管VT1、VT2而构成的，从上图图中我们可以很明显的看到其集电极和发射极分别为8、11和9、10端，它输出由振荡频率决定的两列矩形波，从而决定了开关频率。高频大大减小变压器和滤波电感的重量和体积。误差放大器的Ⅰ、Ⅱ反相输入端分别为2和l5，接可调给定电压Ug，同相输入端分别为1和16，接在开关电源主电路的电压或电流采样电路上。在本方案的设计中，由于并不用到误差放大器Ⅱ，因此这里令15、16端接地。3端接阻容元件C1、R1，作消振校正用。

在本方案的设计中，由于这一大功率电源方案所使用的PWM芯片型号为TL494，这也使得本方案中的控制电路拥有了诸多优势，其中主要的一个就是TL494有一个独立的死区时间比较器Ⅰ，控制其输入端4的电位，除了能够改变调节器的死区时间外，还可以构成软起动和保护电路。死区时间控制和软起动电路的外接元件为R2、R3和C2。死区时间控制是在主电路采用推挽、半桥或全桥变换器结构时，为防止开关元件共同通导而设置的死区，即两个开关元件都无驱动信号的时间间隔，以留给开关元件足够的关断时间。R2、R3决定了死区时间最小值Toff（min）。在这一大功率电源的控制电路设计过程中，由于采用的是单端正激式变换器，不存在共同通导问题，因此对Toff（min）值要求不高，可小些，主开关元件工作也因此更安全可靠。R2、R3和C2构成软起动，作用是开机时能逐渐建立高频逆变电压和直流输出电压，防止引起过大冲击电流。

由图1所给出的可调压大功率电源PWM外围电路设计图来看，当电源接通并开始运行时，由于电容C2未充电，相当于短接，此时U4+0.12V>U5max=3V，死区时间比较器Ⅰ输出为“高”，VT1、VT2截止，矩形波脉冲被封锁，而后14端的5V电压对C2充电，电压逐渐上升，U4逐渐下降，当下降到U4+0.12V<U5max=3V时，开始有脉冲输出，而且随U4进一步下降，输出脉冲逐渐变宽，主电路开关导通时间增长，输出电压逐渐增高，直至C2充电完毕，这时的U4电位，由R2、R3分压确定，由于R2≥R3，因此，正常工作时U4≈0V，脉冲全部开放，起动过程结束。这时，主电路开关元件导通时间（它决定正常工作时的输出电压值），将由误差放大器。Ⅰ的输入端2、1相应的Ug、Uf和由此决定的比较器Ⅱ的输出状态所决定。

图2 13端为低电平时开关电源调压、稳压过程波形图

在PWM控制电路的设计过程中，TL494芯片的13脚为输出方式控制端，以此来控制TL494的应用方式。当该端处于高电平状态时，VT1、VT2两路输出分别由触发器Q和Q控制，形成双端输出方式，其最大占空比各为48%。当13端为低电平时，触发器失去作用，两路输出同时由PWM比较器后的“或”门输出控制，同步地工作，这时若两路并联应用，输出驱动电流较大，达400mA。本方案在此采用后者输出控制方式。

由图1所提供的TL494内部原理框图及所用外围电路图中可以看到，当软起动过程结束后，此时a=“0”。在误差放大器输出电压U3>U5+0.7V时，则b=“1”，c=“1”，h=k=“0”VT1、VT2截止。在U3>U5+0.7V时，则b=“1”，c=“1”，h=k=“0”VT1、VT2截止。在U3<U5+0.7V时，b=“0”，C=“0”，h=k=“1”，VT1、VT2导通，两路并联输出的脉冲列经放大、隔离驱动电路，使主开关元件关断或导通，主电路输出直流电压U0。改变给定电压Ug，可改变U3值，从而改变主开关元件通、断时间，实现U0从0～150V连续可调。当Ug值一定时，则U0一定，但由于某种因素使U0升高(或降低)时，开关电源采样电路R4、R5的电压反馈信号Uf，从TL494的1端引入，经误差放大器Ⅰ，使U3升高或降低，使VT1、VT2和主开关元件每半周内的截止时间增长（或缩短），导通时间减小（或增大），补偿了U0的增大（或减小），从而保持了输出电压U0的稳定。调压、稳压过程波形见图2。

以上就是本文对可调压大功率电源的控制电路设计所进行的分享，在明天的分享中我们将会就这一大功率电源设计过程中的驱动电路设计情况进行分享和分析，欢迎大家继续关注。