半桥式开关电源设计

半桥式开关电源设计摘要随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广,电子设备的种类也越来越多,电子设备与我们的工作、生活的关系日益密切。

近年来,随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术以及电源理论的快速发展,新一代的电源电路开始逐步取代传统的电源电路。

该电源电路具有体积小，控制灵活方便，输出特性好、纹波小、负载调整率高等显著优点。

由于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，因此在通信设备、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、单端正激式和单端反激式等形式。

本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计音响设备供电电源，利用BJT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。

关键词：TL494，PWM，半桥式电路，开关电源Design of Half Bridge Switching Power SupplyABSTRACTWith the rapid development of electronic technology, electronic systems, more and more extensive applications, the types of electronic equipment, more and more electronic equipment and people work and live closer and closer. In recent years, with the power electronic devices (such as IGBT, MOSFET), PWM switching power supply technology and development of the theory, a new generation of power began to gradually replace the traditional power supply circuits. The circuit is small, flexible to control the output characteristics of a good, ripple, load adjustment rate and so on.Switching power supply in the power adjustment control work in the off state, with low power consumption, high efficiency, wide voltage range, low temperature rise, and other outstanding advantages of small size, the communication equipment, CNC equipment, Instrumentation, video audio, home appliances so widely used in electronic circuits. High frequency converter switching power supply so many forms of commonly used with push-pull converter, full bridge, half bridge, single-ended forward and the form of single-ended flyback. In this thesis, two-side driver IC - TL494 PWM pulse output of the controller design car audio power supply in use as a switch MOSFET, can improve the efficiency of the power transformer, is conducive to impulse noise suppression, but also can reduce the size of the power transformer.KEY WORDS:TL494, PWM, Half bridge circuit, Switching power目录前言 (1)第1章开关电源基础技术 (2)1.1 开关电源概述 (2)1.1.1 开关电源的工作原理 (2)1.1.2 开关电源的构成 (3)1.1.3 开关电源的特点 (4)1.2 开关电源典型结构 (4)1.2.1 串联开关电源结构 (4)1.2.2并联开关电源结构 (5)1.2.3 正激式结构 (6)1.2.4 反激式结构 (7)1.2.5 半桥型结构 (8)1.2.6 全桥型结构 (9)1.3 开关电源的技术指标 (10)第2章半桥变换电路 (12)2.1 半桥变换电路工作原理 (12)2.2 半桥变换电路的应用 (13)2.3 半桥变换电路中应注意的问题 (14)2.3.1 偏磁问题 (15)2.3.2 用作桥臂的两个电容选用问题 (15)2.3.3直通问题 (16)2.3.4 半桥电路的驱动问题 (17)2.4 双极结型晶体管 (17)2.4.1结构和定义 (17)2.4.2 三极管的特性曲线 (19)第3章脉宽调制芯片TL494应用分析 (23)3.1 TL494管脚图 (23)3.2 TL494内部电路介绍 (23)3.3 TL494管脚功能及参数 (24)3.4 TL494脉宽调压原理 (26)第4章TL494在DC-DC变换中的应用 (28)4.1 音响设备电源简述 (28)4.2音响供电电路分析 (28)第5章PCB设计制作 (31)5.1 PCB的设计制作步骤 (31)5.2 注意事项 (33)5.2.1 特殊元件的布局 (33)5.2.2布线处理 (34)结论 (35)谢辞 (36)参考文献 (37)附录 (39)外文资料翻译 (40)前言电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。

在当今信息时代，随着农业、能源、交通运输、信息技术、国防教育等领域的迅猛发展，对电源产业提出了更多、更高的要求，如：节能、节电、节材、缩体、减重、环保、可靠、安全等。

这就迫使电源工作者在电源研发过程中不断探索，寻求各种相关技术，做出最好的电源产品，以满足各行各业的需求。

开关电源是一种新型电源设备，较之于传统的线性电源，其技术含量高，耗能低，使用方便，并取得了较好的经济效益。

近年来，随着电力电子技术的快速发展，电力电子设备与人们生活、工作的关系越来越密切，而所有的电子设备都离不开安全可靠的电源。

进入80年代以后计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成了计算机电源的更新换代。

进入90年代以后开关电源进入了电子、电器设备各个领域。

程控交换机、通讯设备、电子检测设备等都已广泛地使用了开关电源，进一步促进了开关电源技术的发展。

开关电源是采用现代电力电子技术，通过增大或者减小开关晶体管开通和关断时间的比值的方式，来使输出电压相对稳定的一种电源。

开关电源按照一般的分类方式可以分为脉冲频率调制方式（PFM)、脉冲宽度调制方式（PWM）和脉冲调频调宽方式三种。

开关电源和线性电源的成本都随着输出功率的增加而增长，可是二者增速的快慢却是不一样的。

在某一输出功率点上，线性电源成本有可能高于开关电源，这一功率点被形象的称为成本反转点。

随着电力电子技术的快速发展，使得开关电源技术在不断地前进，这一成本反转点也日益向低输出电力端移动，这些都为开关电源的发展提供了广阔的空间。

因为许多音响设备受到低电压电源供电的限制，因此无论输出功率还是音场效果都难以再进一步提高。

在此情况下，从上世纪末，欧洲生产的许多音响中开始采用DC-DC变换器，将12V蓄电池供电变换为±24V-±50V，向音响设备供电。

目前，DC-DC变换器与机械变流器相比，已今非昔比，其开关频率可达100KHZ以上，效率接近90%。

第1章 开关电源基础技术1.1 开关电源概述1.1.1 开关电源的工作原理开关电源的工作原理如图1-1所示。

图中输入的直流不稳定电压i U 经开关S 加到输出端。

S 为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管。

使开关S 按要求改变导通或断开时间，就可以把输入的直流电压i U 变成矩形脉冲电压。

这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后可得到稳定的直流输出电压0U 。

UO(a)原理性电路 (b)波形图图1-1 开关电源的工作原理为了方便分析开关电路，定义脉冲占空比如下：T T D ON= (1-1)式中T 表示开关S 的开关周期，T ON 表示开关S 在一个开关周期中的导通时间。

开关电源直流输出电压0U 与输入电压U i 之间关系如下：D U U i O = (1-2) 由(1-2)式可以看出，如果开关周期T 一定，改变开关S 的导通时间 T ON ，来实现占空比调节的方式叫做脉冲宽度调制(PWM )。

因为PWM 式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，所以PWM式开关电源用得比较多。

如果保持T ON不变，通过改变开关频率f=1/T来实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压0U稳压的方法，称为脉冲频率调制(PFM)。

由于开关频率不固定，所以输出滤波电路的设计不易实现最优化。

既改变T ON，又改变T，实现脉冲占空比的调节的稳压方式称作脉冲调频调宽方式。

在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节方式均有应用。

1.1.2 开关电源的构成开关电源由四个基本环节组成，如图1-2所示。

其中DC/DC变换器用来进行功率变换，是开关电源的核心部分。

驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大、整形，以适应开关管的驱动要求。

信号源用来产生控制信号，由它激或自激电路产生，可以是PWM信号，也可以是PFM信号或者其它信号。

比较放大器用来对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。

除此之外，开关电源还有其他辅助电路，包括启动电路、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等。

图1-2 电源基本组成框图DC/DC变换器有多种电路形式，其中以控制波形为方波的PWM变换器和工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。