TL494开关电源设计报告

1摘要本文主要介绍脉冲宽度集成芯片TL494内部结构和功能，以及基于TL494直流开关稳压电源的设计。该电源输入15～28V交流电源，输出+5V到+12V可调，纹波峰峰值小于150mV，限流保护电流为2A的直流电源。关键字：脉冲宽度；TL494；开关电源2目录1系统设计.....................................................................31.1设计指标............................................................................................................................31.2设计思路............................................................................................................................31.2.1DC－DC变换器电路拓扑结构..............................................................................31.2.2实现方案及结构框图............................................................................................42单元电路设计.............................................................52.1TL494内部结果及功能......................................................................................................52.2基于TL494直流型稳压电源的设计.................................................错误!未定义书签。2.2.1工作原理................................................................................................................72.2.2参数计算及器件选择............................................................................................73系统测试.....................................................................93.1测试方法............................................................................................................................93.2测试仪器............................................................................................................................94参考文献.....................................................................931系统设计1.1设计指标（1）电源容量输入：交流15～28Vac。输出：电源+5V到+12V可调，纹波小于150mVP-P，最大输出电流2A(限流型保护)。（2）工作频率开关电源的工作频率为30～40kHz。（3）控制电路采用脉冲宽度调制控制集成电路。1.2设计思路1.2.1DC－DC变换器电路拓扑结构图1图1－1ggggg如图1所示为DC/DC变换器电路，电路正常工作时，当功率管T1的基极输入为低电平时，T1管导通。此时电感处于储能的状态。从电感出来的电流一部分流过负载，另一部分则对电容C进行充电。反之，当T1管的基极输入为高电平时，PNP管截止。此时电感开始释放能量，同时电容C放电，这两部分的电流通过续流管，继续维持负载的电流。图1－1DC－DC变换器电路4导通状态：11tLUUtLUIOILON截止状态：22tLUtLUIOLOFF由于OFFONII，所以有：IIOUUtttU211。因此调节占空比就可以调节输出电压的大小。1.2.2实现方案及结构框图如图2所示为系统设计结构框图，电路实现将15～28V的直流电变为可调电源从+5V到+12V的直流输出，整个系统由TL494脉冲宽度调制芯片驱动。采用学生电源经过直流降压电路后输出+5～+12V直流电。同时该电路还有稳压、过流保护、软启动等功能。图2输入15V--28V直流电源输出5V---12V直流电源DC--DC降压电路PWM驱动电路52单元电路设计2.1TL494内部结果及功能如图3所示，TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，它含有控制开关式电源所需要的功能模块。TL494内部有一线性锯齿波振荡器，器振荡频率TTCRf1.1。输出脉冲调制是通过将电容器CT上的锯齿波与死区时间控制、反馈/PWM比较器输入两个控制信号中的任意一个进行比较而实现的。驱动输出晶体管Q1和Q2的“或非”门只有当触发器的时钟线为低电平时起作用，这种情况只有在锯齿波高于控制信号时才会发生。因此，控制信号幅度的线性增加，将使输出脉冲卷度线性减少，其时序如图4所示图3.TL494内部结构图6根据时序图：当锯齿波电平＜死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。当锯齿波电平＜反馈/PWM输入电平时，PWM比较器输出高电平。死区时间控制电压和反馈/PWM输入电压，二者较高的电平控制触发器时钟宽度。TL494内部有一个5.0V的基准电压，能为外部电路提供高达10mA的负载电流。基准电压的精度为5%，在整个工作温度范围内（0～70）的温漂典型值为50mV。CT反馈/PWM比较器输入死区时间控制触发器时钟QQQ1射极Q2射极输出控制图二：TL494时序图图4.TL494时序图72.2.1工作原理1．稳压原理－电压负反馈若某种原因导致输出电压过高，则误差放大器1同向端电位升高，反馈/PWM端电位上升，Q1管导通时间减少，占空比减少，结果输出电压减少。最终使输出电压保持稳定，14R和15R中点电压为5V。134RR为误差放大器1的静态放大倍数，影响控制精度。7C和5R影响误差放大器1的动态放大倍数，抑制瞬变。2．过载保护过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。不论开关管T1是否导通，流过负载的电流都经过12R(由上向下)，12R的下端电位为负，当负载电流达一定值时，误差放大器2的反相端电位为负，误差放大器2的输出（即反馈/PWM端）为正，Q1管不导通，输出电压降低。3.软启动上电时输出电压由低到高建立，需要一定时间。上电时，2C充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，Q1管的导通时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。2.2.2参数计算及器件选择1.因为电路采用学生电源，所以省去整流管和滤波电容环节。2.工作频率：已知工作频率Fosc为30～40kHz，，根据TToscCRf1.1，取R11为10KΩ、C7为3300PF。TIP127集电极和发射极的饱和导通压降为1.0V～1.2V，一般取为1.2V，则，uSusTUUUTtOSCsatINOSCON43.21~04.13302.1)8.28~18(120.uSFOSC301TOSC则有，KHzCRFTTOSC3310330010101.11.112383.开关管的选择：开关速度小于1uS，耐压大于MAXIN)2(V，电流大于MAXO)2(I，TIP127(100V/5A,1000hFE,Rt和1uStd)满足要求，内带保护二极管可不带RC吸收回路，但由于发热功率大，需带散热器。4.输出电压：由公式VRRVUO1.12)1(51514,则取电阻3KR15，5KR14的电位器，当14R调到最小时，输出为+5V，当14R调到最大时，输出达到+12V，满足输出要求。5.过载保护：最大输出电流2A,由于31R为保护电阻，流过其电流约为负载的电流，为了避免消耗过多的能量，故取31R=0.1Ω。根据要求最大输出电流2A，即AURRRIREFMAX2.214138，UREF=5V，则04.0814RR，因此可取14R=63Ω，1.5KR8。实际中为了提高带载能力，可适当的提高11R的阻值。6.续流二极管：选用快恢复二极管，反向偏压为STAMAXINV-)(V，峰值电流大于MAXO)2(I，FR307～3A/300V满足要求。输出电容：一个工作周期共向输出电容充电荷,5.05.0OSCMAXOTIQ纹波OPPCQV2，则PPOSCMAXOPPOVTIVQC22，通常取PPOSCMAXOVTI25~3，FCO470能满足要求。93系统测试3.1测试方法检查硬件焊接无误后，接通电源，检查各元件供电电压正常，插上芯片，按要求检测相关波形及对应数据。3.2测试仪器序号设备名称仪器型号1学生电源QZ3003SИ2万用表GDM-81353示波器TDS1024参考文献[1]辛伊波，陈文清．西安电子科技大学出版社，2009年．