基于TL494直流开关电源的设计.doc
题目名称：基于TL494直流开关电源的设计 陈摘要：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1528V直流电源，输出512V可调，文波峰峰值小于150mV，限流保护电流为2A的直流电源。关键字：脉冲宽度 TL494 开关电源目录1系统设计31.1设计指标31.2设计思路31.2.1 DCDC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42.1 TL494内部结果及功能42.2基于TL494直流型稳压电源的设计62.2.1工作原理62.2.2参数计算机器件选择73系统测试83.1测试方法83.2测试结果84设计结论分析95参考文献96附录106.1器件清单106.2电路原理图101系统设计1.1设计指标（1）电源容量输入：直流1528V。输出：电源电压512V(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3040kHz。（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1.2.1 DCDC变换器电路拓扑结构 图1.DCDC变换器电路如图1所示为DCDC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。导通状态： 截止状态： 由于，所以有：。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本电路实现将1528V直流电变为+5+12V的直流输出电，整个系统由TL494脉冲宽度调制芯片驱动。直流电经整滤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。2单元电路设计2.1 TL494内部结果及功能图2.TL494内部结构图如图2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。输出脉冲调制是通过将电容器C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，其时序图4所示图3.TL494时序图根据时序图：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（070）的温漂典型值为50mV。2.2基于TL494直流型稳压电源的设计2.2.1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，和中点电压为5V。为误差放大器1的静态放大倍数，影响控制精度。和影响误差放大器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(由上向下)，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，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。2.2.2参数计算机器件选择1. 工作频率：已知工作频率Fosc为3040kHz，根据 ，取=10K、为3300PF。TIP127集电极和发射极的饱和导通压降为1.0V1.2V，一般取为1.2V，则，.2. 开关管的选择：开关速度小于1uS，耐压大于，电流大于，TIP127(100V/5A,和)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。3. 输出电压：由公式,则取电阻，变位器可满足要求。4. 过载保护：最大输出电流2A ,由于为保护电阻，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=0.1。根据要求最大输出电流2A，即，UREF=5V，则，因此可取=47，。实际中为了提高带载能力，可适当的提高的阻值。5. 续流二极管：选用快恢复二极管，反向偏压为，峰值电流大于，FR1031A/300V或FR1071A/1kV 满足要求。输出电容：一个工作周期共向输出电容充电荷纹波，则，通常取，能满足要求。3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测试结果图1功率管基极波形图2 TL494 5脚输出的矩形波图3TL494 纹波波形·4设计结论分析通过对设计结论的分析可知，设计电路时因电阻电容存在误差，按理论得到的电路带载能力较小，可适当增减电阻阻值来提高电路的带载能力,适当的提高R8的阻值，由47欧增加到180欧。设计为直流开关电源，因此电路对纹波有一定的要求，试验过程中若发现电源电路的纹波较大，可增大输出电容来减小纹波。可增大C8、C9。5参考文献1 李荣正，刘启中，陈学军编著PIC单片机原理及应用（第二版）M北京：北京航空航天大学出版社，2005，2 陈国先编著PIC单片机开发与应用M北京：机械工业出版社，2004，76附录6.1器件清单序号名称型号数量序号名称型号数量1集成芯片TL49418电阻3K612二极管FR30714K753电感1mH11K14三极管TIP12711.2K15电解电容1000uF/25V110K2470 uF/25V1180110uF/16V19电容33216敷铜板6*10110427电位器05.1k16.2电路原理图
