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R29是脚充电电流取样电阻,由该电阻上取得的电压变化,经R13送入IC1的第15脚。
充电电流越大,第15脚电位越低。
当第15脚电位低于第16脚(接地)电位时,IC输出端将被封闭,从而实现过流保护。
Rb是过流保护调试电阻,本机予设为1.8A。
外部输入信号的变化,经片内电路处理后,由8、10脚输出一对大小相等,相位相差180度,脉宽可变的方波,经V3、V4推挽放大后,由变压器T2耦合至功率开关变换电路。
2.功率开关变换电路
V1、V2两个开关管串联接在+300V供电电压和地之间,组成半桥式开关电路,在调宽脉冲的作用下,轮流导通和截止,将+300V直流转换为高频交流电。
电流流向示意图如图3所示。
V1导通时,C5+→V1ce→T2的2、4端→T3的2、1端→C6→C5-。
V2导通时,C5+→C4→T3的1、2端→T2的4、2端→V2ce→C5-。
T3次级输出电压经D15、C17全波整流滤波,输出+44V供蓄电池充电。
T3次级另一绕组经D、D10、C18整流滤波,输出+24V向IC1和IC2供电。
R7、R是启动电阻,在开机瞬间向V1、V2基极提供激励电流,使电路自激启动。
C7、D5、R4或C8、D8、R11)是加速网络。
D6、D7为保护二极管。
C3、R1为尖峰吸收网络。
3.交流输入电路
220V市电经D1-D4桥式整流、C5滤波,取得+300V电压,向功率开关变换电路供电。
4.充电状态指示电路
由IC2(HA17358)和双色发光管LED2构成。
IC2是双运放集成电路,这里接成两个电压比较器。
由充电电流取样电阻R29取得的电压变化信号,经R31送入IC2的第2脚。
充电初期,充电电流较大,R29上电压增大(注意:
R2上的电压对地为负电压),第2脚电位低于第3脚电位,第1脚输出高电平,充电指示灯LED2-A点亮。
当电池接近充满时,充电电流减小,R29上的电压也降低,当第2脚电位高于第3脚电位时,第1、6脚变为低电平,第7脚输出高电平,充满指示灯LED2-B点亮。
Rc是充电状态指示调整电阻,选用适当的阻值接入,使之达到设定的指示状态(200mA)。
二、检修方法
本机有热地和冷地之分,测量时不要选错参考点。
热地和市电相通,若加电检修,应加隔离变压器,以防触电。
多数情况下,使用万用表的电阻档就能找到故障元件。
检修PWM电路用外接电源(即在+24V滤波电容C18两端外接15-20V稳压电源)最为安全有效。
加电试机,正常情况下,LED1应点亮。
+44V端不接负载时,充电指示LED2-B应亮(绿色),+44V略有下降,实测为+44V不要误为故障。
接入假负载时(可用1000W电炉丝代)充电指示LEED2-A应亮。
1.保险烧断、玻璃管内壁发黑或炸裂
此现象说明电路有严重短路之处,以滤波电容C5、市电整流管D1-D4、开关管V1-V2、整流管D15等多个元件同时击穿多见。
用万用表电阻档在路即可找出故障元件。
2.电源指示灯LED1不亮,无+44V电压输出
此现象说明电路没有工作,在+300V电压输出正常的情况下,应重点检查启动电阻R7、R9有无断路,V1、V2基极回路元件D5、R4、R6、D8、R11、R8损坏,IC1、V3、V4损坏而无调宽脉冲输出。
外接电源,用示波器测IC1第5脚,应有正常的锯齿波形,若定时元件R19、C10正常而无波形,可判定IC1损坏。
IC1的8脚和11脚应测得正常方波,当测其无波形或波形不正常时,若各脚电压正常,应更换IC1。
若V3、V4波形不正常,查R12、V3、V4和外围元件。
表1、表2和图4、图5列出在外接+15V稳压电源、+44V输出端空载条件下IC1、IC2各脚对地电压值和关键点波形图,供检修参考。
IC1第14脚(+5V基准电压)若不正常,IC1第13、2、4、脚电压都会不正常,IC2有关引脚电压也会不正常。
断开IC1第14脚外电路后,若各脚电压仍不正常,则可判定IC1损坏。
表1
表2
图4
TL494脉宽调制控制电路
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。
其主要特性如下:
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。
推或拉两种输出方式。
工作原理简述
TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路,内置了线性锯齿波振荡器,振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节,其振荡频率如下:
输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。
功率输出管Q1和Q2受控于或非门。
当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通,即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。
当控制信号增大,输出脉冲的宽度将减小。
参见图2。
控制信号由集成电路外部输入,一路送至死区时间比较器,一路送往误差放大器的输入端。
死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压,它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%,当输出端接地,最大输出占空比为96%,而输出端接参考电平时,占空比为48%。
当把死区时间控制输入端接上固定的电压(范围在0—3.3V之间)即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段:
当反馈电压从0.5V变化到3.5时,输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。
两个误差放大器具有从-0.3V到(Vcc-2.0)的共模输入范围,这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。
误差放大器的输出端常处于高电平,它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算,正是这种电路结构,放大器只需最小的输出即可支配控制回路。
当比较器CT放电,一个正脉冲出现在死区比较器的输出端,受脉冲约束的双稳触发器进行计时,同时停止输出管Q1和Q2的工作。
若输出控制端连接到参考电压源,那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管,输出频率等于脉冲振荡器的一半。
如果工作于单端状态,且最大占空比小于50%时,输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。
输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。
在单端工作模式下,当需要更高的驱动电流输出,亦可将Q1和Q2并联使用,这时,需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。
这种状态下,输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。
TL494内置一个5.0V的基准电压源,使用外置偏置电路时,可提供高达10mA的负载电流,在典型的0—70℃温度范围50mV温漂条件下,该基准电压源能提供±
5%的精确度。
TL494的极限参数
名称
代号
极限值
单位
工作电压
Vcc
42
V
集电极输出电压
Vc1,Vc2
集电极输出电流
Ic1,Ic2
500
mA
放大器输入电压范围
VIR
-0.3V—+42
功耗
PD
1000
mW
热阻
RθJA
80
℃/W
工作结温
TJ
125
℃
工作环境温度
TL494B
TL494C
TL494I
NCV494B
TA
-40—+125
0—+70
-40—+85
额定环境温度
40
1.采用开关电源技术的电动自行车充电器
(1)山东GD36充电器
电路原理图见图12所示。
该充电器为半桥式充电器.主要性能指标为:
输入电压:
170-260V;
输出电压:
44V(可调);
最大充电电流:
1.8A;
浮充充电电流:
200~100mA。
1)电路原理
本充电器电路主要由市电整流滤波、自激加他激半桥转换、PWM控制、电压控制、电流控制、输出整流滤波六部分组成。
整流滤波
市电220V/50Hz经二极管D1~D4桥式整流、电容C5~C7滤波,得到310V左右的直流电压,作为开关变换器的电源。
自激加他激半桥输出电路主要由Q1、Q2、B2、B3等元件组成。
自激启动该电路的特点是自激启动,控制电路所需辅助电源由其本身提供,无需另设。
自激振荡是利用磁心饱和特性产生的,具体过程为:
接通电源,C5、C6上的150V电压经R5、R7、R9、R10给开关管Q1、Q2提供基极偏压。
设Q1由TR5偏压而微导通,则推动变压器B2的②-④绕组感应出极性是②脚正、④脚负的电压,于是①-②绕组感应出①脚正、②脚负电压加到Q1的发射极,加速Q1的导通。
这是一个十分强烈的正反馈过程,Q1迅速饱和导通。
与此同时,③-⑤绕组感应出③脚正、⑤脚负的电压,使Q2截止。
Q1饱和导通后,150电压给B3①-②主绕组充电储能,线圈中的电流和由它产生的磁感应强度随时间线性增加。
但当磁感应强度增大到饱和点Bm时,电感量迅速减小,Q1的集电极电流急剧增加,增加的速率远大于其基极电流的增加,Vce升高,于是Q1退出饱和进入放大区,推动变压器B2的②-④、①-②、③-⑤绕组感应电压将反向。
这又是一个强烈的正反馈过程,结果是Q1截止、Q2饱和导通。
此后,这种过程重复进行而形成振荡。
工作原理如下:
他激振荡:
自激振荡过程中,B3的次级输出电压经D9、D10全波整流、C19滤波,建立起PWM控制电路芯片TL494所需的工作电源。
TL494开始工作,由Q3、Q4输出相位差为180°
的PWM脉冲,经B2⑥-⑦、⑦-⑧绕组感应至①-②或③-⑤绕组。
于是Q1、Q2便由自激转为在他激PWM脉冲驱动下轮流导通。
B3的次级⑨-⑦、⑨-⑧绕组输出电压经D15全波整流、C21滤波得到+44V电压给蓄电池充电。
D6、D7是两只钳位二极管.保护开关管Q1、Q2。
保护机理是泄放B3初级的反激能量和漏感储能,消除反峰电压。
当Q1由导通变为截止而Q2又尚未导通时,D7导通,把反激能量再生给C6充电;
当Q2由导通变为截止而Q1又尚未导通时,D6导通,把反激能量再生给C5充电。
这样,一方面消除了反峰电压,另一方面因反激能量回送电源而极大地提高了电源的效率。
PWM控制以TL494为核心组成。
C12、R19与内部电路形成振荡,当这两只阻容元件参数为图标数值时,振荡频率约为50kHz。
(13)脚接+5V,脉冲输出方式被设置为推挽输出。
⑧、(11)脚输出的推挽调宽脉冲,经驱动电路放大后送半桥输出级,控制Q1、Q2轮流导通。
R20、R24分压值设定死区控制端④脚的电位,限定最大导通占空比小于45%。
C18是缓启动电容,接通电源后,C18两端电压为零,④脚的电位近似为+5V,输出脉冲占空比为零。
随着C18的充电,④脚电压逐渐降低,导通占空比逐渐增大,输出电压逐渐受控。
TL494制作的400W大功率稳压逆变器电路图
目前所有的双端输出驱动IC中,可以说美国德克萨斯仪器公司开发的TL494功能最完善、驱动能力最强,其两路时序不同的输出总电流为SG3525的两倍,达到400mA。
仅此一点,使输出功率千瓦级及以上的开关电源、DC/DC变换器、逆变器,几乎无一例外地采用TL494。
虽然TL494设计用于驱动双极型开关管,然而目前绝大部分采用MOSFET开关管的设备,利用外设灌流电路,也广泛采用TL494。
为此,本节中将详细介绍其功能及应用电路。
其内部方框图如图3所示。
其内部电路功能、特点及应用方法如下:
A.内置RC定时电路设定频率的独立锯齿波振荡器,其振荡频率fo(kHz)=1.2/R(kΩ)·
C(μF),其最高振荡频率可达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间控制电路,用外加电压控制比较器的输出电平,通过其输出电平使触发器翻转,控制两路输出之间的死区时间。
当第4脚电平升高时,死区时间增大。
C.触发器的两路输出设有控制电路,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,同时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误差放大器,其同相输入端均被引出芯片外,因此可以自由设定其基准电压,以方便用于稳压取样,或利用其中一种作为过压、过流超阈值保护。
E.输出驱动电流单端达到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,加入驱动级即能驱动近千瓦的推挽式和桥式电路。
TL494的各脚功能及参数如下:
第1、16脚为误差放大器A1、A2的同相输入端。
最高输入电压不超过Vcc+0.3V。
第2、15脚为误差放大器A1、A2的反相输入端。
可接入误差检出的基准电压。
第3脚为误差放大器A1、A2的输出端。
集成电路内部用于控制PWM比较器的同相输入端,当A1、A2任一输出电压升高时,控制PWM比较器的输出脉宽减小。
同时,该输出端还引出端外,以便与第2、15脚间接入RC频率校正电路和直接负反馈电路,一则稳定误差放大器的增益,二则防止其高频自激。
另外,第3脚电压反比于输出脉宽,也可利用该端功能实现高电平保护。
第4脚为死区时间控制端。
当外加1V以下的电压时,死区时间与外加电压成正比。
如果电压超过1V,内部比较器将关断触发器的输出脉冲。
第5脚为锯齿波振荡器外接定时电容端,第6脚为锯齿波振荡器外接定时电阻端,一般用于驱动双极性三极管时需限制振荡频率小于40kHz。
第7脚为接地端。
第8、11脚为两路驱动放大器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***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密稳压电路端。
输出5V±
0.25V的基准电压,最大负载电流为10mA。
用于误差检出基准电压和控制模式的控制电压。
TL494的极限参数:
最高瞬间工作电压(12脚)42V,最大输出电流250mA,最高误差输入电压Vcc+0.3V,测试/环境温度≤45℃,最大允许功耗1W,最高结温150℃,使用温度范围0~70℃,保存温度-65~+150℃。
TL494的标准应用参数:
Vcc(第12脚)为7~40V,Vcc1(第8脚)、Vcc2(第11脚)为40V,Ic1、Ic2为200mA,RT取值范围1.8~500kΩ,CT取值范围4700pF~10μF,最高振荡频率(fOSC)≤300kHz。
它激式变换部分采用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。
如需提高输出功率,每路可采用3~4只开关管并联应用,电路不变。
TL494在该逆变器中的应用方法如下:
第1、2脚构成稳压取样、误差放大系统,正相输入端1脚输入逆变器次级取样绕组整流输出的15V直流电压,经R1、R2分压,使第1脚在逆变器正常工作时有近4.7~5.6V取样电压。
反相输入端2脚输入5V基准电压(由14脚输出)。
当输出电压降低时,1脚电压降低,误差放大器输出低电平,通过PWM电路使输出电压升高。
正常时1脚电压值为5.4V,2脚电压值为5V,3脚电压值为0.06V。
此时输出AC电压为235V(方波电压)。
第4脚外接R6、R4、C2设定死区时间。
正常电压值为0.01V。
第5、6脚外接CT、RT设定振荡器三角波频率为100Hz。
正常时5脚电压值为1.75V,6脚电压值为3.73V。
第7脚为共地。
第8、11脚为内部驱动输出三极管集电极,第12脚为TL494前级供电端,此三端通过开关S控制TL494的启动/停止,作为逆变器的控制开关。
当S1关断时,TL494无输出脉冲,因此开关管VT4~VT6无任何电流。
S1接通时,此三脚电压值为蓄电池的正极电压。
第9、10脚为内部驱动级三极管发射极,输出两路时序不同的正脉冲。
正常时电压值为1.8V。
第13、14、15脚其中14脚输出5V基准电压,使13脚有5V高电平,控制门电路,触发器输出两路驱动脉冲,用于推挽开关电路。
第15脚外接5V电压,构成误差放大器反相输入基准电压,以使同相输入端16脚构成高电平保护输入端。
此接法中,当第16脚输入大于5V的高电平时,可通过稳压作用降低输出电压,或关断驱动脉冲而实现保护。
在它激逆变器中输出超压的可能性几乎没有,故该电路中第16脚未用,由电阻R8接地。
该逆变器采用容量为400VA的工频变压器,铁芯采用45×
60mm2的硅钢片。
初级绕组采用直径1.2mm的漆包线,两根并绕2×
20匝。
次级取样绕组采用0.41mm漆包线绕36匝,中心抽头。
次级绕组按230V计算,采用0.8mm漆包线绕400匝。
开关管VT4~VT6可用60V/30A任何型号的N沟道MOSFET管代替。
VD7可用1N400X系列普通二极管。
该电路几乎不经调试即可正常工作。
当C9正极端电压为12V时,R1可在3.6~4.7kΩ之间选择,或用10kΩ电位器调整,使输出电压为额定值。
如将此逆变器输出功率增大为近600W,为了避免初级电流过大,增大电阻性损耗,宜将蓄电池改用24V,开关管可选用VDS为100V的大电流MOSFET管。
需注意的是,宁可选用多管并联,而不选用单只IDS大于50A的开关管,其原因是:
一则价格较高,二则驱动太困难。
建议选用100V/32A的2SK564,或选用三只2SK906并联应用。
同时,变压器铁芯截面需达到50cm2,按普通电源变压器计算方式算出匝数和线径,或者采用废UPS-600中变压器代用。
如为电冰箱、电风扇供电,请勿忘记加入LC低通滤波器。