基于功率穩(wěn)壓逆變電源的設(shè)計與應用

TL494應用

目前所有的雙端輸出驅(qū)動IC中，可以說美國德州儀器公司開發(fā)的TL494功能最完善、驅(qū)動能力最強，其兩路時序不同的輸出總電流為SG3525的兩倍，達到400mA.僅此一點，使輸出功率千瓦級及以上的開關(guān)電源、DC/DC變換器、逆變器，幾乎無一例外地采用TL494.雖然TL494設(shè)計用于驅(qū)動雙極型開關(guān)管，然而目前絕大部分采用MOS FET開關(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)中將詳細介紹其功能及應用電路。其內(nèi)部方框圖如圖3所示。其內(nèi)部電路功能、特點及應用方法如下：

A.內(nèi)置RC定時電路設(shè)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)，其最高振蕩頻率可達300kHz,既能驅(qū)動雙極性開關(guān)管，增設(shè)灌電流通路后，還能驅(qū)動MOS FET開關(guān)管。

B.內(nèi)部設(shè)有比較器組成的死區(qū)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(fā)器翻轉(zhuǎn)，控制兩路輸出之間的死區(qū)時間。當?shù)?腳電平升高時，死區(qū)時間增大。

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

D.內(nèi)部兩組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)定其基準電壓，以方便用于穩(wěn)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(qū)動電流單端達到400mA,能直接驅(qū)動峰值電流達5A的開關(guān)電路。雙端輸出脈沖峰值為2×200mA,加入驅(qū)動級即能驅(qū)動近千瓦的推挽式和橋式電路。

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(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現(xiàn)高電平保護。第4腳為死區(qū)時間控制端。當外加1V以下的電壓時，死區(qū)時間與外加電壓成正比。如果電壓超過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(qū)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(qū)動放大器NPN管的集電極開路輸出端。當?shù)?、11腳接Vcc,第9、10腳接入發(fā)射極負載電阻到地時，兩路為正極性圖騰柱式輸出，用以驅(qū)動各種推挽開關(guān)電路。當?shù)?、11腳接地時，兩路為同相位驅(qū)動脈沖輸出。第8、11腳和9、10腳可直接并聯(lián)，雙端輸出時最大驅(qū)動電流為2×200mA,并聯(lián)運用時最大驅(qū)動電流為400mA.第14腳為內(nèi)部基準電壓精密穩(wěn)壓電路端。輸出5V±0.25V的基準電壓，最大負載電流為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(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的標準應用參數(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)動電路，驅(qū)動兩路各兩只60V/30A的MOS FET開關(guān)管。如需提高輸出功率，每路可采用3~4只開關(guān)管并聯(lián)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(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(shè)定死區(qū)時間。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(guān)S控制TL494的啟動/停止，作為逆變器的控制開關(guān)。當S1關(guān)斷時，TL494無輸出脈沖，因此開關(guān)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(nèi)部驅(qū)動級三極管發(fā)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(fā)器輸出兩路驅(qū)動脈沖，用于推挽開關(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電壓，以使同相輸入端16腳構(gòu)成高電平保護輸入端。此接法中，當?shù)?6腳輸入大于5V的高電平時，可通過穩(wěn)壓作用降低輸出電壓，或關(guān)斷驅(qū)動脈沖而實現(xiàn)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(guān)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(jīng)調(diào)試即可正常工作。當C9正極端電壓為12V時，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,為了避免初級電流過大，增大電阻性損耗，宜將蓄電池改用24V,開關(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的開關(guān)管，其原因是：一則價格較高，二則驅(qū)動太困難。建議選用100V/32A的2SK564,或選用三只2SK906并聯(lián)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(shù)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。

由于本文中的交流穩(wěn)流源實質(zhì)上是一個電壓型電流源，即通過快速調(diào)節(jié)輸出電壓來實現(xiàn)輸出穩(wěn)流。當輸出開路時，輸出電壓會迅速上升到到直流母線電壓附近，而不會像電流型電流源那樣升得很高。盡管如此，負載開路時，輸出電壓仍會迅速上升，并引起輸出電壓以LC諧振頻率進行振蕩，這兩者均會導致輸出波形嚴重畸變;此外，當輸出負載重新接上時會引起輸出瞬態(tài)過流。因此，所描述的交流穩(wěn)流逆變電源應用于低壓電器長延時熱脫扣試驗，適用于對斷路器、熱繼電器等低壓電器作長延時特性的校驗和測試。