基于TL494的大功率高效升压变换器的设计

时间：2024-12-07 16:28:43

关键字： TL494 升压转换器 DC-DC型开关变换器

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]在使用电子产品时，我们经常发现自己有必要在输入电压保持低的情况下提高输出电压，这是一种我们可以依靠通常称为升压转换器(升压转换器)的电路的情况。升压变换器是一种DC-DC型开关变换器，它在保持恒定功率平衡的同时提高电压。升压转换器的主要特点是效率，这意味着我们可以期待更长的电池寿命和更少的热量问题。我们之前制作了一个简单的升压变换器电路，并说明了其基本设计效率。

在使用电子产品时，我们经常发现自己有必要在输入电压保持低的情况下提高输出电压，这是一种我们可以依靠通常称为升压转换器(升压转换器)的电路的情况。升压变换器是一种DC-DC型开关变换器，它在保持恒定功率平衡的同时提高电压。升压转换器的主要特点是效率，这意味着我们可以期待更长的电池寿命和更少的热量问题。我们之前制作了一个简单的升压变换器电路，并说明了其基本设计效率。

因此，在本文中，我们将设计一个TL494升压转换器，并计算和测试一个基于流行的TL494 IC的高效升压转换器电路，其最小电源电压为7V，最大电源电压为40V，并且由于我们使用IRFP250 MOSFET作为开关，该电路理论上可以处理19Amps的最大电流(受电感容量限制)。最后，将有一个详细的视频显示电路的工作和测试部分，所以没有更多的麻烦，让我们开始吧。

了解升压变换器的工作原理

上图为升压变换器电路的基本原理图。为了分析该电路的工作原理，我们将其分为两部分，第一个条件解释了当MOSFET打开时发生的情况，第二个条件解释了当MOSFET关闭时发生的情况。

当MOSFET打开时会发生什么：

上图显示了当MOSFET开启时电路的状态。正如你所认识到的，我们已经用虚线显示了ON条件，当MOSFET保持ON状态时，电感开始充电，通过电感的电流不断增加，以磁场的形式存储。

当MOSFET关闭时会发生什么：

现在，你可能知道，通过电感器的电流不能瞬间改变!这是因为它以磁场的形式存储。因此，在MOSFET关断的瞬间，磁场开始崩塌，电流向与充电电流相反的方向流动。正如你可以在上面的图表中看到的，这开始给电容器充电。

现在，通过连续地使开关(MOSFET)接通和关闭，我们已经创建了大于输入电压的输出电压。现在，我们可以通过控制开关的通断时间来控制输出电压，这就是我们在主电路中所做的。

了解TL494的工作原理

现在，在我们去构建基于TL494 PWM控制器的电路之前，让我们了解PWM控制器TL494是如何工作的。TL494集成电路有8个功能模块，如下所示和描述。

5-V参考稳压器：

5V内部参考稳压器输出是REF引脚，它是IC的引脚14。参考稳压器为内部电路提供稳定的电源，如脉冲转向触发器、振荡器、死区时间控制比较器和PWM比较器。该调节器还用于驱动负责控制输出的误差放大器。

注：该基准内部编程为±5%的初始精度，并在7V至40v的输入电压范围内保持稳定。对于小于7v的输入电压，稳压器在输入电压1v内饱和并跟踪它。

振荡器:

振荡器产生锯齿波并提供给死区时间控制器和用于各种控制信号的PWM比较器。

振荡器的频率可以通过选择定时元件RT和CT来设定。

振荡器的频率可以用下面的公式来计算

为了简单起见，我做了一个电子表格，通过它你可以很容易地计算频率。你可以在下面的链接中找到。

注意：振荡器频率只在单端应用中等于输出频率。对于推挽应用，输出频率是振荡器频率的一半。

死区控制比较器：

停机时间或者简单地说停机时间控制提供最小的停机时间或停机时间。当输入电压大于振荡器的斜坡电压时，死区比较器的输出将阻塞开关晶体管。对DTC引脚施加电压可以施加额外的死区时间，从而在输入电压从0到3V变化时提供从最小3%到100%的额外死区时间。简单来说，我们可以在不调整误差放大器的情况下改变输出波的占空比。

注意：110 mV的内部偏置确保在死区时间控制输入接地的情况下死区时间最小为3%。

误差放大器:

两个高增益误差放大器都从VI电源轨接收偏置。这允许共模输入电压范围从-0.3 V到小于VI的2v。两个放大器的特性都是单端单电源放大器，因为每个输出都是高电平。

输出控制输入:

输出控制输入决定输出晶体管是否以并联或推挽模式工作。通过将输出控制引脚(引脚-13)连接到地，使输出晶体管处于并联工作模式。但是通过将这个引脚连接到5V-REF引脚，将输出晶体管设置为推挽模式。

输出晶体管:

该集成电路具有两个开集电极和开发射极配置的内部输出晶体管，通过它可以输出或吸收最大电流达200mA。

注：晶体管的饱和电压在共发射极配置中小于1.3 V，在发射极-从动器配置中小于2.5 V。

构建基于TL494的升压转换器电路所需的组件

包含如下所示的所有部件的表格。在此之前，我们添加了一个图像，显示了该电路中使用的所有组件。由于这个电路很简单，你可以在当地的爱好商店找到所有必要的部件。

零件清单:

•Tl494 IC - 1

•Irfp250 - 1

•螺钉端子5X2 mm - 2

•1000uF， 35V电容器- 1

•1000uF，63V电容- 1

•50K， 1%电阻- 1

•560R电阻- 1

•10K，1%电阻- 4

•3.3K， 1%电阻- 1

•330R电阻- 1

•0.1uF电容器- 1

•肖特基二极管- 1

•150uH (27 x 11 x 14) mm电感器- 1

•电位器(10K)微调锅- 1

•0.22R电流检测电阻- 2

•覆层板通用50x 50mm - 1

•PSU散热器通用- 1

•跳线通用- 15

基于TL494的升压转换器-原理图

高效率升压变换器的电路图如下所示。

TL494升压变换器电路-工作

这个TL494升压转换器电路由非常容易获得的组件组成，在本节中，我们将通过电路的每个主要块并解释每个块。

输入电容:

输入电容是用来满足MOSFET开关关闭和电感开始充电时所需的高电流需求的。

反馈和控制回路：

电阻R2和R8为反馈回路设定控制电压，设定电压连接到TL494 IC的引脚2，反馈电压连接到标有VOLTAGE_FEEDBACK的IC的引脚1。电阻R10和R15设置电路中的电流限制。

电阻R7和R1形成控制回路，在这种反馈的帮助下，输出PWM信号线性变化，没有这些反馈电阻，比较器将像一个通用的比较器电路，它只会在设定的电压下打开/关闭电路。

开关频率选择：

通过在引脚5和6上设置适当的值，我们可以设置该IC的开关频率，对于这个项目，我们使用了1nF的电容值和10K的电阻值，这给了我们大约100KHz的频率，通过使用公式Fosc = 1/(RT * CT)，我们可以计算振荡器频率。除此之外，我们在本文前面已经详细介绍了其他部分。

基于TL494的升压转换电路的PCB设计

我们的相角控制电路的PCB设计在一个单面板上。我已经使用Eagle来设计我的PCB，但你可以使用任何设计软件的选择。我的板子设计的二维图像如下图所示。

正如你可以看到在板的底部，我已经使用了一个厚的接地面，以确保足够的电流可以通过它。电源输入在板的左侧，输出在板的右侧。完整的设计文件以及TL494升压转换器原理图可以从下面的链接下载。

手工制作的电路板:

为了方便起见，我制作了我的手工版PCB，如下所示。我犯了一些错误，而使这个PCB，所以我不得不旧一些跳线来解决这个问题。

在构建完成后，我的板看起来像这样。

TL494升压变换器的设计计算与构造

为了演示这种大电流升压变换器，电路是在手工PCB上构建的，并借助原理图和PCB设计文件[Gerber文件];请注意，如果您将大负载连接到此升压转换器电路的输出，则大量电流将流过PCB走线，并且走线有可能烧毁。因此，为了防止PCB走线烧毁，我们尽可能地增加了走线厚度。此外，我们还用一层厚厚的焊料加强了PCB走线，以降低走线电阻。

为了正确计算电感和电容的值，我使用了德州仪器的一份文件。