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基于TL494的开关功率放大器

关键词:开关功率放大器 TL494

时间:2022-06-23 10:24:07      来源:网络

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。

TL494是一种固定频率脉宽调制电路,它包含了开关电源控制所需的全部功能,广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关 电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式,以适应不同场合的要求。TL494主要特征 集成了全部的脉宽调制电路。 片内置线性锯齿波振荡器,外置振荡元件仅两个(一个电阻和一个电容)。 内置误差放大器。 内止5V参考基准电压源。可调整死区时间。内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力

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,电子设备的种类也越来越多,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IGBT、MOSFET)、PWM技术及开关电源理论的发展 ,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。本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计小汽车中的音响供电电源,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。

TL494广泛应用于半桥式开关电源,它具有工作频率和工作电压高、控制方式多、价格低廉等优点。输出部分在上下两端各自采用N沟道MOSFET和P沟道MOSFET构成独特的驱动方式来驱动,负载的另一侧连接到半桥方式的电容器,因此具有整体电路简单、工作状态稳定、价格低廉等特点,应用于工作频率低于10kHz、功率在15W~50W的工业用报警器时可提高产品的竞争力。

TL494的主要特性

TL494工作在7V~40V的宽电压范围内,工作频率为200kHz,内部具有锯齿波发生器、PWM发生器和滞后时间调整功能。

基于TL494的开关功率放大器

图1是基于TL494的开关功率放大器的框图。电路设计的关键是占空比调节电路、输入信号压缩电路和MOSFET驱动电路。

占空比调节电路

占空比是PWM信号调制时提高电压利用率的关键。因为TL494是开关电源用集成芯片,所以在其内部把滞后时间设定为0.1V电压。占空比在发射级输出时约为96%。图2所示为输入部分和PWM信号调制的部分电路。

在图2中,当C4=1000pF,R4=24k时,工作频率约为78kHz。如果没有占空比调节电路D8、D17、R23,则因为内部滞后时间比较器的比较点为0.1V,所以导通时间约为1.52μs,占空比为D=1.52/13≈12%。因此,PWM时电压利用率将下降。如果使用D8、D17、R23,则会在锯齿波发生用的电容器C4的E点产生0.82V的偏置电压,把锯齿波的起点从原来的0V提高到0.82V。因此导通时间减小到0.64μs,占空比减小到D=0.64/13≈4.9%,可明显地提高电压利用率。图3是无占空比调节电路时输出波形,图4是有占空比调节电路时输出波形。

输入信号压缩电路

因为报警器的输入信号变化范围较大,所以需要将幅度较大的信号按一定比例压缩。在图2中,R6、R16、D10、D11构成输入信号压缩电路,其关键是利用了二极管的输入特性。图5示出其输入特性,其中D10和D11并联,可在正负两个方向压缩信号。

压缩比取决于R6、R16的值,其值越大,压缩比越大。调整R6、R16的值,设定压缩信号的变化范围为-0.82V~0.82V,则变化量是1.64V。见图4,锯齿波电压变化范围是0.82V~3.25V,所以TL494内部误差放大器的输出信号变化范围是2.43V。内部误差放大器的增益取决于R7和R20,调整其值,当压缩信号的变化量在1.64V时,将内部误差放大器的输出信号变化范围设定为2.43V即可。警报器大都使用高音扬声器,因此可大幅度降低振幅较大的低音。

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