本文介紹了一種功率穩(wěn)壓逆變電源，具有工作穩(wěn)定可靠、輸入功率因數(shù)高、輸出精 度高、波形失真度小、效率高的優(yōu)點。

　　采用 PWM 穩(wěn)壓系統(tǒng)，可使啟動瞬間降壓幅度明顯減小。無論電風(fēng)扇還是電冰箱，應(yīng)用逆變電源供電時，均應(yīng)在逆變器輸出端增設(shè)圖 1 中的 LC 濾波器，以改善波形，避免脈沖上升沿尖峰擊穿電機繞組。

　　采用雙極型開關(guān)管的逆變器，基極驅(qū)動電流基本上為開關(guān)電流的 1/ β，因此大電流開關(guān)電路必須采用多級放大，不僅使電路復(fù)雜化，可靠性也變差而且隨著輸出功 率的增大，開關(guān)管驅(qū)動電流需大于集電極電流的 1/β， 致使普通驅(qū)動 IC 無法直接驅(qū)動。 雖說采用多級放大可以達(dá)到目的， 但是波形失真卻明顯增大， 從而導(dǎo)致開 關(guān)管的導(dǎo)通/截止損耗也增大。 目前解決大功率逆變電源及 UPS 的驅(qū)動方案，大多采用 MOSFET 管作開關(guān)器件。

　　MOSFET 的驅(qū)動

　　近年來， 隨著 MOSFET 生產(chǎn)工藝的改進(jìn)， 各種開關(guān)電源、 變換器都廣泛采用 MOSFET 管作為高頻高壓開關(guān)電路， 但是， 專用于驅(qū)動 MOSFET 管的集成電 路國內(nèi)極少見。 驅(qū)動 MOSFET管的要求是，低輸出阻抗，內(nèi)設(shè)灌電流驅(qū)動電路。所以，普通用于雙極型開關(guān)管的驅(qū)動 IC不能直接用于驅(qū)動場效應(yīng)管。

　　目前就世界范圍來說，可直接驅(qū)動 MOSFET 管的 IC 品種仍不多，單端驅(qū)動器常用的 是UC3842 系列， 而用于推挽電路雙端驅(qū)動器有 SG3525A（驅(qū)動 N 溝道場效應(yīng)管）、 SG3527A（驅(qū)動 P 溝道場效應(yīng)管） 和 SG3526N（驅(qū)動 N 溝道場效應(yīng)管）。然而在開關(guān)電源快速發(fā)展的近 40年中，畢竟有了一大批 優(yōu)秀的、功能完善的雙端輸出驅(qū)動 IC.同時隨著 MOSFET 管應(yīng)用普及，又開發(fā)了不少新電路，可將其用于驅(qū)動 MOSFET 管，解決 MOSFET 的驅(qū)動無非 包括兩個內(nèi)容： 一是降低驅(qū)動 IC 的輸出阻抗； 二是增設(shè) MOSFET 管的灌電流通路。 為此， 不妨回顧 SG3525A、SG3527A、SG3526N 以及單 端驅(qū)動器 UC3842 系列的驅(qū)動級。

　　圖 2a 為上述 IC 的驅(qū)動輸出電路（以其中一路輸出為例）。振蕩器的輸出脈沖經(jīng)或非門，將脈沖上升沿和下降沿輸出兩路時序不同的驅(qū)動脈沖。在脈沖正程期 間，Q1 導(dǎo)通，Q2 截止，Q1 發(fā)射極輸出的正向脈沖， 向開關(guān)管柵極電容充電， 使漏-源極很快達(dá)到導(dǎo)通閾值。 當(dāng)正程脈沖過后， 若開關(guān)管柵-源極間充電電荷不 能快速放完， 將使漏源極驅(qū)動脈沖不能立即截止。為此，Q1 截止后，或非門立即使 Q2 導(dǎo)通，為柵源極電容放電提供通路。此驅(qū)動方式中，Q1 提供驅(qū)動電 流，Q2 提供灌電流（即放電電流）。Q1 為發(fā)射極輸出器，其本身具有極低的輸出阻抗。

　　為了達(dá)到上述要求，將普通用于雙極型開關(guān)管驅(qū)動輸出接入圖 2b 的外設(shè)驅(qū)動電路，也可以滿足 MOSFET 管的驅(qū)動要求。 設(shè)計驅(qū)動雙極型開關(guān)管的集成電路， 常 采用雙端圖騰柱式輸出兩路脈沖，即兩路輸出脈沖極性是相同的，以驅(qū)動推挽的兩只 NPN 型三極管。為了讓推挽兩管輪流導(dǎo)通，兩路驅(qū)動脈沖的時間次序不同。如 果第一路輸出正脈沖，經(jīng)截止后，過一死區(qū)時間， 第二路方開始輸出。 兩路驅(qū)動級采用雙極型三極管集射極開路輸出， 以便于取得不同的脈沖極性，用于驅(qū)動 NPN 型或 PNP 型開關(guān)管。

　　前級驅(qū)動 IC 內(nèi)部緩沖器的發(fā)射極，在負(fù)載電阻 R1 上建立未倒相的正極性驅(qū)動脈沖使三極管 Q 截止。在驅(qū)動脈沖上升沿開始，正極性脈沖通過二極管 D 加到 MOSFET 開關(guān)管柵-源極，對柵源極電容 CGS 充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到開關(guān)管柵極電壓閾值時，其漏源極導(dǎo)通。正脈沖持續(xù)期過后， IC 內(nèi)部緩沖放大器發(fā)射極 電平為零， 輸出端將有一定時間的死區(qū)。 此時，Q 的發(fā)射極帶有 CGS 充電電壓，因而 Q 導(dǎo)通，CGS 通過 Q 的 ec 極放電，Q 的集電極電流為灌電流通路。 R2 為 開關(guān)管的柵極電阻， 目的是避免開關(guān)管的柵極在 Q、 D 轉(zhuǎn)換過程中懸空， 否則其近似無窮大的高輸入阻抗極容易被干擾電平所擊穿。 采用此方式利用普通雙端輸出集 成電路，驅(qū)動 MOSFET 開關(guān)管，可達(dá)到比較理想的效果。為降低導(dǎo)通 /截止損耗，D應(yīng)選用快速開關(guān)二極管.Q 的集電極電流應(yīng)根據(jù)開關(guān)管決定， 若為了提高輸 出功率， 每路輸出采用多只 MOSFET 管并聯(lián)應(yīng)用，則應(yīng)選擇 ICM 足夠大的灌流三極管和高速開關(guān)二極管。

　　TL494 應(yīng)用

　　目前所有的雙端輸出驅(qū)動 IC 中， 可以說美國德州儀器公司開發(fā)的 TL494 功能最完善、 驅(qū)動能力最強，其兩路時序不同的輸出總電流為 SG3525 的兩倍，達(dá)到 400mA.僅此一點，使輸出功率千瓦級及以上的開關(guān)電源、DC/DC 變換器、逆變器，幾乎無一例外地采用 TL494.雖然 TL494 設(shè)計用于驅(qū)動雙極型開關(guān)管，然而目前絕大部分采用 MOSFET 開關(guān)管的設(shè)備， 利用外設(shè)灌流電路，也廣泛采用 TL494 。為此，本節(jié)中將詳細(xì)介紹 其功能及應(yīng)用電路。其內(nèi)部方框圖如圖 3 所示。其內(nèi)部電路功能、特點及應(yīng)用方法如下：

　　A.內(nèi)置 RC 定時電路設(shè)定頻率的獨立鋸齒波振蕩器 ， 其振蕩頻率 fo（kHz）=1.2/R（kΩ）。 C（μF），其最高振蕩頻率可達(dá) 300kHz， 既能驅(qū)動雙極性開關(guān)管，增設(shè)灌電流通路后，還能驅(qū)動MOSFET 開關(guān)管。

　　B.內(nèi)部設(shè)有比較器組成的死區(qū)時間控制電路， 用外加電壓控制比較器的輸出電平， 通過其輸出電平使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)， 控制兩路輸出之間的死區(qū)時間。 當(dāng)?shù)?4 腳電平升高時， 死區(qū)時間增大。

　　C.觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路， 使 Q1、 Q2 既可輸出雙端時序不同的驅(qū)動脈沖， 驅(qū)動推挽開關(guān)電路和半橋開關(guān)電路，同時也可輸出同相序的單端驅(qū)動脈沖，驅(qū)動單端開關(guān)電路。

　　D.內(nèi)部兩組完全相同的誤差放大器， 其同相輸入端均被引出芯片外， 因此可以自由設(shè)定其基準(zhǔn)電壓，以方便用于穩(wěn)壓取樣，或利用其中一種作為過壓、過流超閾值保護(hù)。

　　E.輸出驅(qū)動電流單端達(dá)到 400mA， 能直接驅(qū)動峰值電流達(dá) 5A 的開關(guān)電路。雙端輸出脈沖峰值為 2×200mA，加入驅(qū)動級即能驅(qū)動近千瓦的推挽式和橋式電路。

　　電壓不超過 VCC+0.3V.第 2、15 腳為誤差放大器 A1、A2 的反相輸入端?？山尤胝`差檢出的基準(zhǔn)電壓。 第 3 腳為誤差放大器 A1、 A2 的輸出端。 集成電路內(nèi)部用于控制 PWM 比較器的同相輸入端，當(dāng) A1、 A2 任一輸出電壓升高時，控制 PWM 比較器的輸出脈寬減小。同時，該輸出端還引出端外，以便與第 2、15 腳間接入 RC 頻率校正電路和直接負(fù)反饋電路，一則 穩(wěn)定誤差放大器的增益，二則防止其高頻自激。另外，第 3 腳電壓反比于輸出脈寬，也可利用該端功能實現(xiàn)高電平保護(hù)。 第 4 腳為死區(qū)時間控制端。 當(dāng)外加 1V 以下 的電壓時，死區(qū)時間與外加電壓成正比。如果電壓超過 1V，內(nèi)部比較器將關(guān)斷觸發(fā)器的輸出脈沖。第 5腳為鋸齒波振蕩器外接定時電容端，第 6 腳為鋸齒波振蕩器 外接定時電阻端，一般用于驅(qū)動雙極性三極管時需限制振蕩頻率小于 40kHz. 第 7 腳為接地端。第 8、11 腳為兩路驅(qū)動放大器 NPN 管的集電極開路輸出端。 當(dāng)?shù)?8、11 腳接 Vcc， 第 9、10 腳接入發(fā)射極負(fù)載電阻到地時，兩路為正極性圖騰柱式輸出，用以驅(qū)動各種推挽開關(guān)電路。當(dāng)?shù)?8、11 腳接地時，兩路為同 相位驅(qū)動脈沖輸出。第 8、11 腳和 9、10 腳可直接并聯(lián)，雙端輸出時最大驅(qū)動電

　　流為 2×200mA， 并聯(lián)運用時最大驅(qū)動電流為 400mA.第 14 腳為內(nèi)部 基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端。 輸出 5V ±0.25V 的基準(zhǔn)電壓， 最大負(fù)載電流為 10mA. 用于誤差檢出基準(zhǔn)電壓和控制模式的控制電壓。TL494 的極限參數(shù)： 最高瞬間工作電壓（12 腳）42V，最大輸出電流 250mA，最高誤差輸入電壓 Vcc+0.3V，測試/環(huán)境溫度≤45℃，最大允許功耗 1W，最高結(jié)溫 150℃，使用溫度范圍 0~70 ℃，保存溫度-65~+150 ℃。

　　TL494 的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用參數(shù)： Vcc（第 12 腳）為 7~40V， Vcc1（第 8 腳）、 Vcc2（第 11 腳）為 40V， Ic1、Ic2 為 200mA ， RT 取值范圍 1.8~500kΩ ， CT 取值范圍 4700pF~10μF ，最高振蕩頻率（fOSC）≤300kHz。

　　圖 4 為外刊介紹的利用 TL494 組成的 400W 大功率穩(wěn)壓逆變器電路。它激式變換部分采用TL494， VT1、 VT2、 VD3、 VD4 構(gòu)成灌電流驅(qū)動電 路， 驅(qū)動兩路各兩只 60V/30A 的 MOSFET開關(guān)管。 如需提高輸出功率， 每路可采用 3~4 只開關(guān)管并聯(lián)應(yīng)用， 電路不變。

　　編輯點評：由于本文中的交流穩(wěn)流源實質(zhì)上是一個電壓型電流源， 即通過快速調(diào)節(jié)輸出電壓來實現(xiàn)輸出穩(wěn)流。因此，所描述的交流穩(wěn)流逆變電源應(yīng)用于低壓電器長延時熱脫扣試驗，適用于對斷路器、熱繼電器等低壓電器作 長延時特性的校驗和測試。
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