本文介绍了一种功率稳压逆变电源,具有作业安稳牢靠、输入功率因数高、输出精 度高、波形失真度小、效率高的长处。
选用 PWM 稳压体系,可使发动瞬间降压起伏显着减小。不管电风扇仍是电冰箱,运用逆变电源供电时,均应在逆变器输出端增设图 1 中的 LC 滤波器,以改善波形,避免脉冲上升沿尖峰击穿电机绕组。
选用双极型开关管的逆变器,基极驱动电流基本上为开关电流的 1/ β,因而大电流开关电路有必要选用多级扩大,不只使电路复杂化,牢靠性也变差并且跟着输出功 率的增大,开关管驱动电流需大于集电极电流的 1/β, 致使一般驱动 IC 无法直接驱动。 尽管选用多级扩大能够到达意图, 可是波形失真却显着增大, 然后导致开 关管的导通/截止损耗也增大。 现在处理大功率逆变电源及 UPS 的驱动计划,大多选用 MOSFET 管作开关器材。
MOSFET 的驱动
近年来, 跟着 MOSFET 生产工艺的改善, 各种开关电源、 改换器都广泛选用 MOSFET 管作为高频高压开关电路, 可是, 专用于驱动 MOSFET 管的集成电 路国内很少见。 驱动 MOSFET管的要求是,低输出阻抗,内设灌电流驱动电路。所以,一般用于双极型开关管的驱动 IC不能直接用于驱动场效应管。
现在就世界规模来说,可直接驱动 MOSFET 管的 IC 种类仍不多,单端驱动器常用的 是UC3842 系列, 而用于推挽电路双端驱动器有 SG3525A(驱动 N 沟道场效应管)、 SG3527A(驱动 P 沟道场效应管) 和 SG3526N(驱动 N 沟道场效应管)。但是在开关电源快速开展的近 40年中,究竟有了一大批 优异的、功用完善的双端输出驱动 IC.一起跟着 MOSFET 管运用遍及,又开发了不少新电路,可将其用于驱动 MOSFET 管,处理 MOSFET 的驱动无非 包含两个内容: 一是下降驱动 IC 的输出阻抗; 二是增设 MOSFET 管的灌电流通路。 为此, 无妨回忆 SG3525A、SG3527A、SG3526N 以及单 端驱动器 UC3842 系列的驱动级。
图 2a 为上述 IC 的驱动输出电路(以其间一路输出为例)。振动器的输出脉冲经或非门,将脉冲上升沿和下降沿输出两路时序不同的驱动脉冲。在脉冲正程期 间,Q1 导通,Q2 截止,Q1 发射极输出的正向脉冲, 向开关管栅极电容充电, 使漏-源极很快到达导通阈值。 当正程脉冲往后, 若开关管栅-源极间充电电荷不 能快速放完, 将使漏源极驱动脉冲不能当即截止。为此,Q1 截止后,或非门当即便 Q2 导通,为栅源极电容放电供给通路。此驱动办法中,Q1 供给驱动电 流,Q2 供给灌电流(即放电电流)。Q1 为发射极输出器,其自身具有极低的输出阻抗。
为了到达上述要求,将一般用于双极型开关管驱动输出接入图 2b 的外设驱动电路,也能够满意 MOSFET 管的驱动要求。 规划驱动双极型开关管的集成电路, 常 选用双端图腾柱式输出两路脉冲,即两路输出脉冲极性是相同的,以驱动推挽的两只 NPN 型三极管。为了让推挽两管轮番导通,两路驱动脉冲的时刻次第不同。如 果榜首路输出正脉冲,经截止后,过一死区时刻, 第二路方开端输出。 两路驱动级选用双极型三极管集射极开路输出, 以便于获得不同的脉冲极性,用于驱动 NPN 型或 PNP 型开关管。
前级驱动 IC 内部缓冲器的发射极,在负载电阻 R1 上树立未倒相的正极性驱动脉冲使三极管 Q 截止。在驱动脉冲上升沿开端,正极性脉冲经过二极管 D 加到 MOSFET 开关管栅-源极,对栅源极电容 CGS 充电,当充电电压到达开关管栅极电压阈值时,其漏源极导通。正脉冲持续期往后, IC 内部缓冲扩大器发射极 电平为零, 输出端将有必守时刻的死区。 此刻,Q 的发射极带有 CGS 充电电压,因而 Q 导通,CGS 经过 Q 的 ec 极放电,Q 的集电极电流为灌电流通路。 R2 为 开关管的栅极电阻, 意图是避免开关管的栅极在 Q、 D 转化过程中悬空, 不然其近似无穷大的高输入阻抗极简单被搅扰电平所击穿。 选用此办法运用一般双端输出集 成电路,驱动 MOSFET 开关管,可到达比较抱负的作用。为下降导通 /截止损耗,D应选用快速开关二极管.Q 的集电极电流应根据开关管决议, 若为了进步输 出功率, 每路输出选用多只 MOSFET 管并联运用,则应挑选 ICM 足够大的灌流三极管和高速开关二极管。
TL494 运用
现在一切的双端输出驱动 %&&&&&% 中, 能够说美国德州仪器公司开发的 TL494 功用最完善、 驱动才能最强,其两路时序不同的输出总电流为 SG3525 的两倍,到达 400mA.仅此一点,使输出功率千瓦级及以上的开关电源、DC/DC 改换器、逆变器,简直无一例外地选用 TL494.尽管 TL494 规划用于驱动双极型开关管,但是现在绝大部分选用 MOSFET 开关管的设备, 运用外设灌流电路,也广泛选用 TL494 。为此,本节中将具体介绍 其功用及运用电路。其内部方框图如图 3 所示。其内部电路功用、特色及运用办法如下:
A.内置 RC 守时电路设定频率的独立锯齿波振动器 , 其振动频率 fo(kHz)=1.2/R(kΩ)。 C(μF),其最高振动频率可达 300kHz, 既能驱动双极性开关管,增设灌电流通路后,还能驱动MOSFET 开关管。
B.内部设有比较器组成的死区时刻操控电路, 用外加电压操控比较器的输出电平, 经过其输出电平使触发器翻转, 操控两路输出之间的死区时刻。 当第 4 脚电平升高时, 死区时刻增大。
C.触发器的两路输出设有操控电路, 使 Q1、 Q2 既可输出双端时序不同的驱动脉冲, 驱动推挽开关电路和半桥开关电路,一起也可输出同相序的单端驱动脉冲,驱动单端开关电路。
D.内部两组完全相同的差错扩大器, 其同相输入端均被引出芯片外, 因而能够自在设定其基准电压,以便运用于稳压取样,或运用其间一种作为过压、过流超阈值维护。
E.输出驱动电流单端到达 400mA, 能直接驱动峰值电流达 5A 的开关电路。双端输出脉冲峰值为 2×200mA,参加驱动级即能驱动近千瓦的推挽式和桥式电路。
电压不超越 VCC+0.3V.第 2、15 脚为差错扩大器 A1、A2 的反相输入端。可接入差错检出的基准电压。 第 3 脚为差错扩大器 A1、 A2 的输出端。 %&&&&&%内部用于操控 PWM 比较器的同相输入端,当 A1、 A2 任一输出电压升高时,操控 PWM 比较器的输出脉宽减小。一起,该输出端还引出端外,以便与第 2、15 脚间接入 RC 频率校对电路和直接负反馈电路,一则 安稳差错扩大器的增益,二则避免其高频自激。别的,第 3 脚电压反比于输出脉宽,也可运用该端功用完成高电平维护。 第 4 脚为死区时刻操控端。 当外加 1V 以下 的电压时,死区时刻与外加电压成正比。假如电压超越 1V,内部比较器将关断触发器的输出脉冲。第 5脚为锯齿波振动器外接守时%&&&&&%端,第 6 脚为锯齿波振动器 外接守时电阻端,一般用于驱动双极性三极管时需约束振动频率小于 40kHz. 第 7 脚为接地端。第 8、11 脚为两路驱动扩大器 NPN 管的集电极开路输出端。 当第 8、11 脚接 Vcc, 第 9、10 脚接入发射极负载电阻到地时,两路为正极性图腾柱式输出,用以驱动各种推挽开关电路。当第 8、11 脚接地时,两路为同 相位驱动脉冲输出。第 8、11 脚和 9、10 脚可直接并联,双端输出时最大驱动电
流为 2×200mA, 并联运用时最大驱动电流为 400mA.第 14 脚为内部 基准电压精细稳压电路端。 输出 5V ±0.25V 的基准电压, 最大负载电流为 10mA. 用于差错检出基准电压和操控形式的操控电压。TL494 的极限参数: 最高瞬间作业电压(12 脚)42V,最大输出电流 250mA,最高差错输入电压 Vcc+0.3V,测验/环境温度≤45℃,最大答应功耗 1W,最高结温 150℃,运用温度规模 0~70 ℃,保存温度-65~+150 ℃。
TL494 的规范运用参数: Vcc(第 12 脚)为 7~40V, Vcc1(第 8 脚)、 Vcc2(第 11 脚)为 40V, Ic1、Ic2 为 200mA , RT 取值规模 1.8~500kΩ , CT 取值规模 4700pF~10μF ,最高振动频率(fOSC)≤300kHz。
图 4 为外刊介绍的运用 TL494 组成的 400W 大功率稳压逆变器电路。它激式改换部分选用TL494, VT1、 VT2、 VD3、 VD4 构成灌电流驱动电 路, 驱动两路各两只 60V/30A 的 MOSFET开关管。 如需进步输出功率, 每路可选用 3~4 只开关管并联运用, 电路不变。
修改点评:因为本文中的沟通稳流源实质上是一个电压型电流源, 即经过快速调理输出电压来完成输出稳流。因而,所描绘的沟通稳流逆变电源运用于低压电器长延时热脱扣实验,适用于对断路器、热继电器等低压电器作 长延时特性的校验和测验。
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