基于PWM的微型高壓電源設計

　　摘要：本文介紹了一種利用脈寬調制(PWM)芯片TL494設計穩壓電源的新方法，通過(guò)對電路圖的設計優(yōu)化，充分利用TL494芯片內部的三極管實(shí)現脈沖寬度調制;再通過(guò)對所制作的集成電路PCB板的合理布局布線(xiàn)，最終達到降低成本和功耗、減小模塊體積的效果。經(jīng)過(guò)實(shí)踐測試，該電源模塊可實(shí)現輸入+12V直流電源，輸出200~1000V可調高壓，空載功率小于0.3W，紋波小于60mV，輸出電壓穩定小于度0.5%。電源性能穩定可靠，可用作相應工程應用儀器的微型高壓偏置源。

　　前言

　　電源可以看成是一個(gè)典型系統的心臟，它給系統的電路提供持續的、穩定的能量，使系統免受外部的侵擾，并防止系統對其自身作出傷害。在各種工程應用儀器儀表中往往要用到高壓偏置源，因此，在這一類(lèi)器件中能否擁有功耗低、體積小、重量輕的高壓偏置電源就比較重要。

　　實(shí)踐中設計電源時(shí)通常用到兩種技術(shù)：線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源。相比較而言，線(xiàn)性電源設計成本低、開(kāi)發(fā)周期短，但是成品電源模塊體積大、效率低、穩定性差，一般都只用在對功耗要求不高的場(chǎng)合;而開(kāi)關(guān)電源具有功耗低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)發(fā)展比較廣泛。其中主要包括高效率的諧振開(kāi)關(guān)電源和脈沖寬度調制(PWM)開(kāi)關(guān)電源。前者主要用于工作環(huán)境要求比較嚴格的場(chǎng)合;而PWM被廣泛應用于對溫度、濕度等變化不敏感，對電磁噪聲干擾不敏感的環(huán)境。

　　PWM開(kāi)關(guān)電源在使用時(shí)具有較高的效率和靈活性，在很多方面如醫療器械、航空航天、自動(dòng)化、儀器儀表、離線(xiàn)式等領(lǐng)域的便攜式產(chǎn)品中都能發(fā)現它的蹤影。PWM開(kāi)關(guān)電源通常被應用于要求效率高、功耗低、穩定性強和可靠性高的場(chǎng)合，這也是本次高壓偏置電源設計的基本原則。

　　PWM控制芯片的選用

　　PWM開(kāi)關(guān)電源控制原理是利用開(kāi)關(guān)電源控制芯片輸出的脈沖調制波對開(kāi)關(guān)器件通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖;按一定的規則對各脈沖的寬度進(jìn)行調制，改變變換電路輸出電壓的大小;最后經(jīng)濾波電路濾波就變成了平滑的直流電壓^[1]。按照這樣的要求我們選用TL494作為本設計的PWM控制芯片。TL494采用電壓和電流雙閉環(huán)控制電路，外環(huán)由輸出電壓反饋形成，內環(huán)由電流采樣和控制電路形成。這樣構成的電壓電流雙閉環(huán)控制系統具有瞬態(tài)性好、穩態(tài)精度高、結構合理、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了MOSFET開(kāi)關(guān)管功率損耗，比常規開(kāi)關(guān)電源提高了效率和可靠性^[2]。

　　TL494介紹

　　TL494是由美國德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的一款脈寬調制PWM發(fā)生器。它包含了控制開(kāi)關(guān)電源所需的全部功能，可作為單端正激雙管式、半橋式、全橋式開(kāi)關(guān)電源的控制器，是典型的固定頻率脈寬調制控制集成電路。其內部結構和工作原理框圖如圖1所示，相應引腳名稱(chēng)和功能如表1。

　　電路設計

　　該高壓偏置電源主要由PWM集成控制電路、變壓器、倍壓整流濾波電路和取樣反饋電路組成，其原理如圖2所示。