摘 要：由于仪器所用电源的体积和重量通常受到限制，为此提出一种由mosfet控制，并且由高频变压器隔离的开关电源设计方法。该电源具有体积小、重量轻、抗干扰性能强，输出电压稳定，调压范围广，电压动态响应快，性价比高，使用方便等特点。
关键词：pwm；mosfet；驱动模块

　　引言

　　功率场效应管mosfet是一种单极型电压控制器件，它不但具有自关断能力，而且具有驱动功率小，关断速度快等优点，是目前开关电源中常用的开关器件。采用mosfet 控制的开关电源具有体积小、重量轻、效率高、成本低的优势，因此，较适合作仪器电源。本文给出了一种由mosfet 控制的大范围连续可调(0～45v) 的小功率稳压电源设计实例。

　　总体结构与主电路

　　图1 为该电源的总体结构框图。工作原理如下：

图1 　原理方框图

全桥整流电路将电网电压220v 整流成不可调的直流电压ud = 1. 2u约等于198v。两个等值滤波电容上的电压分别为99v 以上，经dc/ac 变换器逆变之后输出20khz、脉宽可调的交流电压，又经高频变压器的两个副边分正负半周送入整流滤波电路，输出直流电压。该电源直流输出电压的大小靠 pwm发生器的输出脉冲宽度来控制。

主电路如图2 所示。

图2 　主电路

主电路中实现dcpac 变换的关键元件是功率场效应管vt₁ 和vt₂ 。当vt₁ 管开通，vt₂ 截止时，电路中的电流从电容c₁ 正极到vt₁ 的d₁ - s₁ ，再通过变压器原边回到电容器c₁ 的负极形成回路，u_ab为正电压。变压器的副边感应电压同名端为正，vd₁ 导通，输出u₀ 上正下负。

当vt₂ 开通，vt₁ 关断时，同样可推出上述结论：u₀ 上正下负。u₀ 的大小取决于控制电路使vt₁ 、vt₂ 的导通时间。

(1) pwm的控制原理
脉宽pwm波形产生采用功能强大的tl494 定频调制芯片，该芯片有16 个引脚，内部电路与外围电路如图3 示。

图3 　tl494 内部电路及外围电路

tl494 芯片的引脚13 低电平时，引脚8 和11 同步工作，单端输出；引脚13 高电平时，引脚8 和11推挽工作，双路输出。本电路采用后种工作方式。该芯片的最高工作频率为300khz ，实际工作频率由引脚5、6 所接的电阻与电容决定，其振荡频率算式为f = 1.1p(r_tc_t ) ，本设计选择的振荡频率为20khz ，锯齿波在片内被送到比较器1 和2 的反相端。锯齿波与片内的误差放大器的输出在pwm 比较器2 中比较，而死区控制电平与锯齿波在死区时间比较器1 中比较，两者的输出分别为一定宽度的矩形波，它们同时送到或门电路，经分频器分频后，再经相应的门电路去控制内部三极管交替导通，使得引脚8 和11 向外输出相位互差180°的pwm 波形。其工作波形如图4 所示。

图4 　工作波形

误差放大器1 的反相端(引脚2) 接可调给定电压u_g 。改变u_g ，可改变引脚3 的电压值，从而改变pwm比较器2 输出波形的宽度，实现u₀ 从0～45v连续可调。

(2) 死区时间的控制
为了保证开关器件vt₁ 与vt₂ 在一只管子关断另一只管子开通时有足够的时间间隔，防止功率开关元件上下直通造成的直流侧短路，该电路用引脚4 控制两个开关器件的死区时间。由内部基准源引脚14 串联电容器c₅ 提供死区电压参考数值，并通过r₅ 接地来共同决定死区时间最小值t_{off (min)} 。

另外，在输入电源刚接通时，r₅ 与c₅ 又构成软起动器。由于电容上的电压不能突变，所以起动瞬间，死区控制端4 与内部基准电压14 端等电位，为高电平，死区比较器1 也输出高电平，封锁输出端的两个晶体管；随着电容电压的不断上升，4 端电位逐渐降低，这两个晶体管才逐渐开通，使得该电源的输出电压不会突变，实现软起动。正常工作时，r₅ 上的电压约为0。这时主电路开关元件的导通时间(它决定正常工作时的输出电压值) 将由接入误差放大器1 反相端的给定电压u_g 和接入同相端的