功率穩(wěn)壓逆變電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

TL494應(yīng)用

目前所有的雙端輸出驅(qū)動(dòng)IC中，可以說(shuō)美國(guó)德州儀器公司開(kāi)發(fā)的TL494功能最完善、驅(qū)動(dòng)能力最強(qiáng)，其兩路時(shí)序不同的輸出總電流為SG3525的兩倍，達(dá)到400mA.僅此一點(diǎn)，使輸出功率千瓦級(jí)及以上的開(kāi)關(guān)電源、DC/DC變換器、逆變器，幾乎無(wú)一例外地采用TL494.雖然TL494設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)雙極型開(kāi)關(guān)管，然而目前絕大部分采用MOS FET開(kāi)關(guān)管的設(shè)備，利用外設(shè)灌流電路，也廣泛采用TL494.為此，本節(jié)中將詳細(xì)介紹其功能及應(yīng)用電路。其內(nèi)部方框圖如圖3所示。其內(nèi)部電路功能、特點(diǎn)及應(yīng)用方法如下：

A.內(nèi)置RC定時(shí)電路設(shè)定頻率的獨(dú)立鋸齒波振蕩器，其振蕩頻率fo（kHz）=1.2/R（kΩ）。C（μF），其最高振蕩頻率可達(dá)300kHz，既能驅(qū)動(dòng)雙極性開(kāi)關(guān)管，增設(shè)灌電流通路后，還能驅(qū)動(dòng)MOS FET開(kāi)關(guān)管。

B.內(nèi)部設(shè)有比較器組成的死區(qū)時(shí)間控制電路，用外加電壓控制比較器的輸出電平，通過(guò)其輸出電平使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，控制兩路輸出之間的死區(qū)時(shí)間。當(dāng)?shù)?腳電平升高時(shí)，死區(qū)時(shí)間增大。

C.觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路，使Q1、Q2既可輸出雙端時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)推挽開(kāi)關(guān)電路和半橋開(kāi)關(guān)電路，同時(shí)也可輸出同相序的單端驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)單端開(kāi)關(guān)電路。

D.內(nèi)部?jī)山M完全相同的誤差放大器，其同相輸入端均被引出芯片外，因此可以自由設(shè)定其基準(zhǔn)電壓，以方便用于穩(wěn)壓取樣，或利用其中一種作為過(guò)壓、過(guò)流超閾值保護(hù)。

E.輸出驅(qū)動(dòng)電流單端達(dá)到400mA，能直接驅(qū)動(dòng)峰值電流達(dá)5A的開(kāi)關(guān)電路。雙端輸出脈沖峰值為2×200mA，加入驅(qū)動(dòng)級(jí)即能驅(qū)動(dòng)近千瓦的推挽式和橋式電路。

圖3

TL494的各腳功能及參數(shù)如下：第1、16腳為誤差放大器A1、A2的同相輸入端。最高輸入電壓不超過(guò)VCC+0.3V.第2、15腳為誤差放大器A1、A2的反相輸入端?？山尤胝`差檢出的基準(zhǔn)電壓。第3腳為誤差放大器A1、A2的輸出端。集成電路內(nèi)部用于控制PWM比較器的同相輸入端，當(dāng)A1、A2任一輸出電壓升高時(shí)，控制PWM比較器的輸出脈寬減小。同時(shí)，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(fù)反饋電路，一則穩(wěn)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(shí)現(xiàn)高電平保護(hù)。第4腳為死區(qū)時(shí)間控制端。當(dāng)外加1V以下的電壓時(shí)，死區(qū)時(shí)間與外加電壓成正比。如果電壓超過(guò)1V，內(nèi)部比較器將關(guān)斷觸發(fā)器的輸出脈沖。第5腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容端，第6腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電阻端，一般用于驅(qū)動(dòng)雙極性三極管時(shí)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(qū)動(dòng)放大器NPN管的集電極開(kāi)路輸出端。當(dāng)?shù)?、11腳接Vcc，第9、10腳接入發(fā)射極負(fù)載電阻到地時(shí)，兩路為正極性圖騰柱式輸出，用以驅(qū)動(dòng)各種推挽開(kāi)關(guān)電路。當(dāng)?shù)?、11腳接地時(shí)，兩路為同相位驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。第8、11腳和9、10腳可直接并聯(lián)，雙端輸出時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流為2×200mA，并聯(lián)運(yùn)用時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流為400mA.第14腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端。輸出5V±0.25V的基準(zhǔn)電壓，最大負(fù)載電流為10mA.用于誤差檢出基準(zhǔn)電壓和控制模式的控制電壓。TL494的極限參數(shù)：最高瞬間工作電壓（12腳）42V，最大輸出電流250mA，最高誤差輸入電壓Vcc+0.3V，測(cè)試/環(huán)境溫度≤45℃，最大允許功耗1W，最高結(jié)溫150℃，使用溫度范圍0~70℃，保存溫度-65~+150℃。

TL494的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用參數(shù)：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，最高振蕩頻率（fOSC）≤300kHz.

圖4

圖4為外刊介紹的利用TL494組成的400W大功率穩(wěn)壓逆變器電路。它激式變換部分采用TL494，VT1、VT2、VD3、VD4構(gòu)成灌電流驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)兩路各兩只60V/30A的MOS FET開(kāi)關(guān)管。如需提高輸出功率，每路可采用3~4只開(kāi)關(guān)管并聯(lián)應(yīng)用，電路不變。TL494在該逆變器中的應(yīng)用方法如下：

第1、2腳構(gòu)成穩(wěn)壓取樣、誤差放大系統(tǒng)，正相輸入端1腳輸入逆變器次級(jí)取樣繞組整流輸出的15V直流電壓，經(jīng)R1、R2分壓，使第1腳在逆變器正常工作時(shí)有近4.7~5.6V取樣電壓。反相輸入端2腳輸入5V基準(zhǔn)電壓（由14腳輸出）。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，1腳電壓降低，誤差放大器輸出低電平，通過(guò)PWM電路使輸出電壓升高。正常時(shí)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(shí)輸出AC電壓為235V（方波電壓）。第4腳外接R6、R4、C2設(shè)定死區(qū)時(shí)間。正常電壓值為0.01V.第5、6腳外接CT、RT設(shè)定振蕩器三角波頻率為100Hz.正常時(shí)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(nèi)部驅(qū)動(dòng)輸出三極管集電極，第12腳為T(mén)L494前級(jí)供電端，此三端通過(guò)開(kāi)關(guān)S控制TL494的啟動(dòng)/停止，作為逆變器的控制開(kāi)關(guān)。當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，TL494無(wú)輸出脈沖，因此開(kāi)關(guān)管VT4~VT6無(wú)任何電流。S1接通時(shí)，此三腳電壓值為蓄電池的正極電壓。第9、10腳為內(nèi)部驅(qū)動(dòng)級(jí)三極管發(fā)射極，輸出兩路時(shí)序不同的正脈沖。正常時(shí)電壓值為1.8V.第13、14、15腳其中14腳輸出5V基準(zhǔn)電壓，使13腳有5V高電平，控制門(mén)電路，觸發(fā)器輸出兩路驅(qū)動(dòng)脈沖，用于推挽開(kāi)關(guān)電路。第15腳外接5V電壓，構(gòu)成誤差放大器反相輸入基準(zhǔn)電壓，以使同相輸入端16腳構(gòu)成高電平保護(hù)輸入端。此接法中，當(dāng)?shù)?6腳輸入大于5V的高電平時(shí)，可通過(guò)穩(wěn)壓作用降低輸出電壓，或關(guān)斷驅(qū)動(dòng)脈沖而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。在它激逆變器中輸出超壓的可能性幾乎沒(méi)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(jí)繞組采用直徑1.2mm的漆包線，兩根并繞2×20匝。次級(jí)取樣繞組采用0.41mm漆包線繞36匝，中心抽頭。次級(jí)繞組按230V計(jì)算，采用0.8mm漆包線繞400匝。開(kāi)關(guān)管VT4~VT6可用60V/30A任何型號(hào)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(jīng)調(diào)試即可正常工作。當(dāng)C9正極端電壓為12V時(shí)，R1可在3.6~4.7kΩ之間選擇，或用10kΩ電位器調(diào)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(jí)電流過(guò)大，增大電阻性損耗，宜將蓄電池改用24V，開(kāi)關(guān)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(lián)，而不選用單只IDS大于50A的開(kāi)關(guān)管，其原因是：一則價(jià)格較高，二則驅(qū)動(dòng)太困難。建議選用100V/32A的2SK564，或選用三只2SK906并聯(lián)應(yīng)用。同時(shí)，變壓器鐵芯截面需達(dá)到50cm2，按普通電源變壓器計(jì)算方式算出匝數(shù)和線徑，或者采用廢UPS- 600中變壓器代用。如為電冰箱、電風(fēng)扇供電，請(qǐng)勿忘記加入LC低通濾波器。

由于本文中的交流穩(wěn)流源實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電壓型電流源，即通過(guò)快速調(diào)節(jié)輸出電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)流。當(dāng)輸出開(kāi)路時(shí)，輸出電壓會(huì)迅速上升到到直流母線電壓附近，而不會(huì)像電流型電流源那樣升得很高。盡管如此，負(fù)載開(kāi)路時(shí)，輸出電壓仍會(huì)迅速上升，并引起輸出電壓以LC諧振頻率進(jìn)行振蕩，這兩者均會(huì)導(dǎo)致輸出波形嚴(yán)重畸變；此外，當(dāng)輸出負(fù)載重新接上時(shí)會(huì)引起輸出瞬態(tài)過(guò)流。因此，所描述的交流穩(wěn)流逆變電源應(yīng)用于低壓電器長(zhǎng)延時(shí)熱脫扣試驗(yàn)，適用于對(duì)斷路器、熱繼電器等低壓電器作長(zhǎng)延時(shí)特性的校驗(yàn)和測(cè)試。