一款数控系统开关电源指标如下：输入的交流电220VAC经过输入整流滤波电路后，送入半桥式变换电路进行高频开关变换，再经过高频整流滤波电路后，输出各路电压提供给负载使用。该开关电源共有四种输出电压，其技术指标要求分别是：＋5 V，25 A，误差±1%，供主电路CPU板等使用；＋15 V，4 A误差±2%；-15 V，4 A误差±2%，供控制电路使用；＋24 V，2 A误差±10%，供继电器电路等使用。
1.开关电源工作原理框图
如图7-35所示，该开关电源的稳压原理是通过对输出＋5 V电压主回路取样，并反馈至脉宽集成芯片TL494内的误差放大器实现，驱动改变交替导通的大功率管VT1、VT2导通时间实现稳压的目的。电流取样变压器Tr2原边串接在主变换回路中，对工作电流取样，如发生过流或短路，则通过过流保护电路，让整个变换电路停止工作。
图7-35 某数控机床系统开关电源原理框图
2.驱动电路原理分析
采用TL494芯片作为脉宽驱动集成电路，可通过TL494芯片5脚、6脚的电容、电阻方便地进行振荡频率设置。其内部的两个误差放大器分别作为电压反馈和电流反馈处理，内部驱动三极管可交替导通或同时导通以提高驱动电流。
锯齿波的频率可由如下公式计算：
式中：RT和CT取值参考范围：RT取值5～100 kΩ，CT取值0.001～0.1μF，根据后级功率场效应管推荐的开关频率15 kHz，本电路中RT取7.5 kΩ，CT取0.01μF，由TL494产生PWM信号的电路如图7-36所示。
图7-36 PWM信号产生的电路
图7-37和图7-38中T1为主变压器，T2为电流感应变压器，T3为驱动变压器。外接三极管VT3、VT4以加大驱动电流交替驱动主变换回路大功率三极管VT1、VT2。当T3次边上绕组感应电压为上正下负时，驱动电压经二极管VD4、VD5驱动三极管VT1，并给电容C3充电。VD6、R7为VT1导通加速回路，并限制流过VT1的电流以保护VT1。
当VT1截止时，已充电的C3电容电压经过三极管VT1：PN结、三极管VT5发射极、VT5集电极回路反向放电，迅速减少VT1：PN结存储电荷而使VT1截止，从而减小VT1恢复时间，避免在死区时间不够的情况下，VT1、VT2出现共态导通，烧毁电路的现象发生。驱动电路的下半周期，VT2导通，VT1截止，原理与前述相同。图7-37中驱动变压器T3选EI28型高频铁氧体磁芯绕制。
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图7-37 开关电源驱动电路图
3.主变换电路原理分析
主变换器电路原理图如图7-38所示，输入的交流电220 V经输入整流滤波后，产生300 V左右的直流电压。经R1、R2、C3、C4分压，提供VT1、VT2交替半周期导通使用。由变压器T3次边对称绕组，经R6、R8、VT5、VT6分别驱动VT1、VT2。当VT1导通时，其通电回路为：C3＋→VT1集电极→VT1发射极→T1原边→T3原边→T2原边→C3-。当VT2导通时，其通电回路为：C4＋→T2原边→T3原边→T1原边→VT2集电极→VT2发射极→C4-。主变压器T1次边有～5 V、～15 V、～24 V共三组绕组，分别经过全波整流后输出＋5 V、＋15 V、-15 V、＋24 V四组电压。其中＋5 V为主稳压回路，稳压电路由＋5 V输出取样并反馈至TL494芯片误差放大器，改变其输出驱动脉冲宽度，最终实现稳压。其余三组绕组电压输出随＋5 V电压调整而变化，±15 V在整流后采用集成稳压器件W7815、W7915稳压，按照集成稳压块工作要求，输入输出压差大于3 V以上稳定可靠，因此在交流输入电压187～242 V范围内，±15 V次边绕组感应电压整流后必须大于18 V。＋24 V电压误差要求在±10%范围内，可适当选取圈数满足要求。
图7-38 开关电源主变换电路图
主变换电路中大功率三极管VT1、VT2选取MJ13070，该管参数：最大功率PD为125 W，集电极电流IC为5 A，击穿电压BVceo为400 V，击穿电压BVebo为6 V，电流放大倍数β最小为8倍。上升时间tr最大仅为0.4μs，可减小开关损耗。
4.主变压器计算及磁芯选择
大功率管VT1、VT2作为开关器件在电路中交替导通，组成了半桥式开关变换器。主变换变压器TR1采用高频铁氧体磁芯材料EE42绕制。相关计算公式如下：
式中：η为变压器效率，δ为电流密度，Bm为磁感应强度，Q为磁芯窗口面积，S为磁芯截面积，f为开关电源工作频率，Km为窗口铜填充系数，Kc为窗口铁填充系数，PT为变压器输出功率。对本电路半桥变换方式而言，原次边绕组匝比选取约为13。初级主绕组取40圈，次级＋5 V绕组取3圈。为减小集肤效应，变压器在绕制工艺上采用Φ1.4漆包线双线并绕或用厚0.1 mm软黄铜皮绕制而成，并尽量使绕组参数对称保持一致。
5.开关电源整流滤波电路、保护电路
＋5 V回路高频整流电路器件选择快恢复二极管S30SC4M，该器件最大输出电流30 A，反向最大击穿电压约40 V。选取BYV32进行±15 V、＋24 V输出电压整流，该器件最大输出电流4 A，反向击穿电压达200 V。滤波电路采用电感电容组成的π型LC滤波电路，可有效滤除高频整流后的交流成分。开关电源设置有过压保护电路、过流保护电路等保护电路。
过压保护电路工作原理：当电源输出取样电路检测＋5 V输出电压大于5.5 V时，迅速触发可控硅导通，切断变换驱动电源＋15 V，使驱动信号停止工作，从而保护开关电源。
过流保护电路工作原理：当串接于主变换回路原边的电流传感变压器T2检测到电路过流时，经整流变换后送入由TL494内部误差放大器组成的过流保护电路，经芯片内部驱动逻辑控制电路，封锁驱动输出脉冲，使变换器停止工作从而保护整个电源。
思考题：如果使TL494工作在推挽状态，其输出控制方式（13脚）应接UCC还是GND？
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