D类功放电路.doc

D类放大器
第四章电路设计

为方便电路设计，根据第二章的方案论证，可得出光伏并网模拟装置的整体框架图，如图4.1所示。

图4.1光伏并网模拟装置总体框架
（一）高速开关电路
高速开关电路运用高速的VMOSFET管推挽单端输出方式。优点在于电路输出载波峰-峰值较小，电路简单明了。最大输出功率可以达到题目中的要求。推挽单端输出方式如图4.2所示。

SHAPE\*MERGEFORMAT图4.2推挽单端输出方式

我们选择IRF540型号的VMOSFET管。IRF540的管脚如图4.3所示。为避免感性负载电流不能突变产生电压的冲激，可加一个快恢复二极管FR107提供放电通路。FR107是高压快速恢复二极管，1A1000V。

图4.3IRF540管脚图
（二）脉宽调制电路
采用专用的脉宽调制集成块TL494。TL494是美国德州仪器公司最先生产的PWM发生器，TL494的内部结构和工作原理框图如图4.4所示。从图可见，该集成电路内集成有一个振荡器OSC,两个误差放大器、两个比较器(死区时间控制比较器和PWM比较器)、一个触发器FF、两个与门和两个或非门、一个或门、一个+5V基准电源，两个NPN输出功率放大用开关晶体管。工作原理可简述为:当TL494的引脚5与6接上电容与电阻后，集成在其内部的振荡器便使引脚5所接电容恒流充电和快速放电，在电容CT上形成锯齿波，该锯齿波同时加给死区时间控制比较器和PWM比较器，死区时间控制比较器按TL494的引脚4所设定的电平高低输出相应宽度的脉冲信号;另一方面2#误差放大器输出的保护信号无效(为低电平时)，PWM比较器根据1#误差放大器输出的调节信号(或引脚3直接输入的电平信号)与锯齿波比较在输出形成相应的PWM脉冲波，该脉冲波与死区时间控制比较器输出的脉冲相或后，一方面提供给触发器作为时间信号，同时提供给输出控制或非门，触发器按CK端的时钟信号，在与端输出相位互差π的PWM脉冲信号，若引脚13为高电平，则内部的两个与门输出的PWM脉冲信号，该信号经输出两个或非门与前述的信号或非后由输出功率放大的开关晶体管放大后输出;相反，当引脚13为低电平时，两个与门输出恒为低电平，所以两个或非门输出相同的脉冲信号，若用TL494的误差放大器做保护比较器，保护动作时，引脚3被置为恒低电平，TL494两路均输出高电平。引脚说明如表4.1所示。

图4.4TL494控制器的内部结构与方块图

表4.1TL494引脚说明
脚号代号名称或功能1、2IN1+、IN1-内部1#误差放大器同相与反相输入端端3V0内部两误差放大器的输出端4RD死区时间设置端5、6CT、GT设定振荡器频率用电容与电阻接端7GND工作参考地8、11P+、P-正脉冲输出端和负脉冲输出端9GND+对应引脚8输出脉冲参考地端10GND-对应引脚11输出脉冲参考地端12VCCTL494工作电源连接端13C工作方式选择端14VREF基准电压输出端15、16IN2+、IN2-内部2#误差放大器同相与反相输入端端TL494可作为单端式、推挽式、全桥式、半桥式开关电源控制器。TL494的输出三极管可接成共发射极及射极跟随2种方式，因而可以选择双端推挽输出或单端输出方式。在推挽输出方式时，他的两路驱动脉冲相差180°；而在单端方式时，其两路驱动脉冲为同步同相。TL494的3脚为脉宽调制补偿端，4脚为死区电平控制端，5脚和6脚为内部锯齿波振荡器的外界振荡电阻和振荡电容连接端。当在TL494的12脚和7脚接上直流辅助电源，并在他的6脚和5脚分别接上振荡电阻R和振荡电容C后，就可在他的5脚上得到一个振荡频率为：f=1.1/RC的锯齿波振荡电压V；直流输入供电范围在7～4OV之间。该器件既可调频又可调脉宽，且其可调性强，工作区间大，可用他搭建不同的驱动电路。由他构成的半桥变换开关电源，体积小、重量轻，可应用于其他各个领域。TL494是专用双端脉冲调制器件，为固定频率的PWM控制电路，它结合了全部方块图所需之功能，在切换式电源供给器里可单端式或双坡道式的输出控制。由TL494产生PWM信号的电路图如图4.5所示，以及各点的波形图如图4.6所示。
因其输出电压较小，达不到后面高速开关管饱和时导通电压的要求，需进行升压，我们采用IR2110进行自举升压。
为避免后面的功率管上下同时导通，短路电流，需对它进行输入脉冲宽度进行调整，用延时电路缩减一个小小的脉冲宽度。死区时间电路如图4.7所示。当电容放电时，时间很短，很快变为低电平，充电时，使R向电容放电，有一个缓慢的过程，然后IR110芯片内部的施密特触发器自动调整方波的波形，整形后仍为方波。通过延时电路，脉冲变窄。整形波形如图4.8所示。

图4.5产生PWM信号的电路图

图4.6各点的波形图

图4.7死