一款功率穩壓逆變電源的設計與制作

功率穩壓逆變電源的設計與制作

目前所有的雙端輸出驅動IC中，可以說美國德州儀器公司開發的TL494功能zui完善、驅動能力zui強，其兩路時序不同的輸出總電流為SG3525的兩倍，達到400mA.*一點，使輸出功率千瓦級及以上的開關電源、DC/DC變換器、逆變器，幾乎無一例外地采用TL494.雖然TL494設計用于驅動雙極型開關管，然而目前絕大部分采用MOS FET開關管的設備，利用外設灌流電路，也廣泛采用TL494.為此，本節中將詳細介紹其功能及應用電路。其內部方框圖如圖3所示。其內部電路功能、特點及應用方法如下：

A.內置RC定時電路設定頻率的獨立鋸齒波振蕩器，其振蕩頻率fo（kHz）=1.2/R（kΩ）。C（μF），其zui高振蕩頻率可達300kHz，既能驅動雙極性開關管，增設灌電流通路后，還能驅動MOS FET開關管。

B.內部設有比較器組成的死區時間控制電路，用外加電壓控制比較器的輸出電平，通過其輸出電平使觸發器翻轉，控制兩路輸出之間的死區時間。當第4腳電平升高時，死區時間增大。

C.觸發器的兩路輸出設有控制電路，使Q1、Q2既可輸出雙端時序不同的驅動脈沖，驅動推挽開關電路和半橋開關電路，同時也可輸出同相序的單端驅動脈沖，驅動單端開關電路。

D.內部兩組*相同的誤差放大器，其同相輸入端均被引出芯片外，因此可以自由設定其基準電壓，以方便用于穩壓取樣，或利用其中一種作為過壓、過流超閾值保護。

E.輸出驅動電流單端達到400mA，能直接驅動峰值電流達的開關電路。雙端輸出脈沖峰值為2×200mA，加入驅動級即能驅動近千瓦的推挽式和橋式電路。

TL494的各腳功能及參數如下：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VCC+0.3V.第2、15腳為誤差放大器A1、A2的反相輸入端。可接入誤差檢出的基準電壓。第3腳為誤差放大器A1、A2的輸出端。集成電路內部用于控制PWM比較器的同相輸入端，當A1、A2任一輸出電壓升高時，控制PWM比較器的輸出脈寬減小。同時，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反饋電路，一則穩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現高電平保護。第4腳為死區時間控制端。當外加1V以下的電壓時，死區時間與外加電壓成正比。如果電壓超過1V，內部比較器將關斷觸發器的輸出脈沖。第5腳為鋸齒波振蕩器外接定時電容端，第6腳為鋸齒波振蕩器外接定時電阻端，一般用于驅動雙極性三極管時需限制振蕩頻率小于40kHz.第7腳為接地端。第8、11腳為兩路驅動放大器NPN管的集電極開路輸出端。當第8、11腳接Vcc，第9、10腳接入發射極負載電阻到地時，兩路為正極性圖騰柱式輸出，用以驅動各種推挽開關電路。當第8、11腳接地時，兩路為同相位驅動脈沖輸出。第8、11腳和9、10腳可直接并聯，雙端輸出時zui大驅動電流為2×200mA，并聯運用時zui大驅動電流為400mA.第14腳為內部基準電壓精密穩壓電路端。輸出5V±0.25V的基準電壓，zui大負載電流為10mA.用于誤差檢出基準電壓和控制模式的控制電壓。TL494的極限參數：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，測試/環境溫度≤45℃，zui大允許功耗1W，zui高結溫150℃，使用溫度范圍0～70℃，保存溫度-65～+150℃。

TL494的標準應用參數：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大功率穩壓逆變器電路。它激式變換部分采用TL494，VT1、VT2、VD3、VD4構成灌電流驅動電路，驅動兩路各兩只60V/30A的MOS FET開關管。如需提高輸出功率，每路可采用3～4只開關管并聯應用，電路不變。TL494在該逆變器中的應用方法如下：

第1、2腳構成穩壓取樣、誤差放大系統，正相輸入端1腳輸入逆變器次級取樣繞組整流輸出的15V直流電壓，經R1、R2分壓，使第1腳在逆變器正常工作時有近4.7～5.6V取樣電壓。反相輸入端2腳輸入5V基準電壓（由14腳輸出）。當輸出電壓降低時，1腳電壓降低，誤差放大器輸出低電平，通過PWM電路使輸出電壓升高。正常時1腳電壓值為5.4V，2腳電壓值為5V，3腳電壓值為0.06V.此時輸出AC電壓為235V（方波電壓）。第4腳外接R6、R4、C2設定死區時間。正常電壓值為0.01V.第5、6腳外接CT、RT設定振蕩器三角波頻率為100Hz.正常時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腳為內部驅動輸出三極管集電極，第12腳為TL494前級供電端，此三端通過開關S控制TL494的啟動/停止，作為逆變器的控制開關。當S1關斷時，TL494無輸出脈沖，因此開關管VT4～VT6無任何電流。S1接通時，此三腳電壓值為蓄電池的正極電壓。第9、10腳為內部驅動級三極管發射極，輸出兩路時序不同的正脈沖。正常時電壓值為1.8V.第13、14、15腳其中14腳輸出5V基準電壓，使13腳有5V高電平，控制門電路，觸發器輸出兩路驅動脈沖，用于推挽開關電路。第15腳外接5V電壓，構成誤差放大器反相輸入基準電壓，以使同相輸入端16腳構成高電平保護輸入端。此接法中，當第16腳輸入大于5V的高電平時，可通過穩壓作用降低輸出電壓，或關斷驅動脈沖而實現保護。在它激逆變器中輸出超壓的可能性幾乎沒有，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。初級繞組采用直徑1.2mm的漆包線，兩根并繞2×20匝。次級取樣繞組采用0.41mm漆包線繞36匝，中心抽頭。次級繞組按230V計算，采用0.8mm漆包線繞400匝。開關管VT4～VT6可用60V/30A任何型號的N溝道MOS FET管代替。VD7可用1N400X系列普通二極管。該電路幾乎不經調試即可正常工作。當C9正電壓為12V時，R1可在3.6～4.7kΩ之間選擇，或用10kΩ電位器調整，使輸出電壓為額定值。如將此逆變器輸出功率增大為近600W，為了避免初級電流過大，增大電阻性損耗，宜將蓄電池改用24V，開關管可選用VDS為100V的大電流MOS FET管。需注意的是，寧可選用多管并聯，而不選用單只IDS大于50A的開關管，其原因是：一則價格較高，二則驅動太困難。建議選用100V/32A的2SK564，或選用三只2SK906并聯應用。同時，變壓器鐵芯截面需達到50cm2，按普通電源變壓器計算方式算出匝數和線徑，或者采用廢UPS- 600中變壓器代用。如為電冰箱、電風扇供電，請勿忘記加入LC低通濾波器。