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基于TL494的高效降壓轉(zhuǎn)換器電路

來源：circuitdigest 發(fā)布日期： 2022-08-19 瀏覽次數(shù)： 1,061

降壓轉(zhuǎn)換器（降壓轉(zhuǎn)換器）是一種DC-DC?開關(guān)轉(zhuǎn)換器，可在保持恒定功率平衡的同時(shí)降低電壓。降壓轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是效率，這意味著板載降壓轉(zhuǎn)換器可以延長電池壽命、減少熱量、減小尺寸并提高效率。

在本文中，我們將設(shè)計(jì)、計(jì)算和測(cè)試基于流行的TL494 IC的高效降壓轉(zhuǎn)換器電路。

降壓轉(zhuǎn)換器如何工作？

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上圖顯示了一個(gè)非?；镜慕祲恨D(zhuǎn)換器電路。要了解降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理，我將把電路分為兩種情況。晶體管導(dǎo)通時(shí)的第一個(gè)條件，晶體管關(guān)閉時(shí)的下一個(gè)條件。

晶體管開啟狀態(tài)

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在這種情況下，我們可以看到二極管處于開路狀態(tài)，因?yàn)樗幱诜聪蚱脿顟B(tài)。在這種情況下，一些初始電流將開始流過負(fù)載，但電流受到電感器的限制，因此電感器也開始逐漸充電。因此，在電路導(dǎo)通期間，電容器會(huì)逐個(gè)周期地建立充電，并且該電壓會(huì)反映在負(fù)載上。

晶體管關(guān)閉狀態(tài)

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當(dāng)晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，存儲(chǔ)在電感器 L1 中的能量會(huì)崩潰并通過二極管 D1 流回，如帶箭頭的電路所示。在這種情況下，電感兩端的電壓極性相反，因此二極管處于正向偏置狀態(tài)?，F(xiàn)在，由于電感器的磁場坍塌，電流繼續(xù)流過負(fù)載，直到電感器電量耗盡。所有這些都發(fā)生在晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)。

在電感幾乎耗盡存儲(chǔ)能量的一段時(shí)間后，負(fù)載電壓再次開始下降，在這種情況下，電容器C1成為主要電流源，電容器在那里保持電流流動(dòng)，直到下一個(gè)周期開始再次。

現(xiàn)在通過改變開關(guān)頻率和開關(guān)時(shí)間，我們可以從降壓轉(zhuǎn)換器獲得從 0 到 Vin 的任何輸出。

集成電路?TL494

現(xiàn)在在構(gòu)建TL494 降壓轉(zhuǎn)換器之前，讓我們先了解一下 PWM 控制器 TL494 的工作原理。

TL494 IC 有 8 個(gè)功能塊，如下所示和描述。

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1. 5V 參考穩(wěn)壓器

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5V 內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓器輸出為 REF 引腳，即 IC 的第 14 引腳。參考穩(wěn)壓器可為脈沖轉(zhuǎn)向觸發(fā)器、振蕩器、死區(qū)時(shí)間控制比較器和 PWM 比較器等內(nèi)部電路提供穩(wěn)定的電源。穩(wěn)壓器還用于驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)控制輸出的誤差放大器。

筆記！該基準(zhǔn)在內(nèi)部編程為 ±5% 的初始精度，并在 7V 至 40V 的輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性。對(duì)于低于 7V 的輸入電壓，穩(wěn)壓器在輸入的 1V 范圍內(nèi)飽和并對(duì)其進(jìn)行跟蹤。

2. 振蕩器

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振蕩器生成鋸齒波并將其提供給死區(qū)時(shí)間控制器和用于各種控制信號(hào)的 PWM 比較器。

振蕩器的頻率可以通過選擇時(shí)序組件R T 和 C T來設(shè)置。

振蕩器的頻率可以通過以下公式計(jì)算

Fosc = 1/（RT * CT）

為簡單起見，我制作了一個(gè)電子表格，您可以通過它很容易地計(jì)算頻率。

筆記！僅對(duì)于單端應(yīng)用，振蕩器頻率等于輸出頻率。對(duì)于推挽應(yīng)用，輸出頻率是振蕩器頻率的二分之一。

3. 死區(qū)控制比較器

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死區(qū)時(shí)間或簡單地說關(guān)斷時(shí)間控制提供最小死區(qū)時(shí)間或關(guān)斷時(shí)間。當(dāng)輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時(shí)，死區(qū)時(shí)間比較器的輸出會(huì)阻塞開關(guān)晶體管。向DTC引腳施加電壓會(huì)產(chǎn)生額外的死區(qū)時(shí)間，從而在輸入電壓從 0 到 3V 變化時(shí)提供從最小值 3% 到 100% 的額外死區(qū)時(shí)間。簡單來說，我們可以在不調(diào)整誤差放大器的情況下改變輸出波的占空比。

筆記！110 mV 的內(nèi)部偏移可確保死區(qū)時(shí)間控制輸入接地時(shí)的最小死區(qū)時(shí)間為 3%。

4. 誤差放大器

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兩個(gè)高增益誤差放大器都從 VI 電源軌接收偏置。這允許共模輸入電壓范圍為 –0.3 V 至 2 V，低于 VI。兩個(gè)放大器都具有單端單電源放大器的特性，因?yàn)槊總€(gè)輸出僅高電平有效。

5. 輸出控制輸入

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輸出控制輸入決定了輸出晶體管是以并聯(lián)模式還是推挽模式工作。通過將引腳 13 的輸出控制引腳連接到地，可將輸出晶體管設(shè)置為并聯(lián)工作模式。但是通過將此引腳連接到 5V-REF 引腳，可以將輸出晶體管設(shè)置為推挽模式。

6. 輸出晶體管

該 IC 有兩個(gè)內(nèi)部輸出晶體管，它們采用集電極開路和發(fā)射極開路配置，可提供或吸收高達(dá) 200mA 的最大電流。

筆記！晶體管的飽和電壓在共射極配置中小于 1.3 V，在射極跟隨器配置中小于 2.5 V。

TL494 IC的特點(diǎn)

完整的 PWM 功率控制電路

用于 200mA 灌電流或拉電流的未提交輸出

輸出控制選擇單端或推挽操作

內(nèi)部電路禁止在任一輸出端出現(xiàn)雙脈沖

可變死區(qū)時(shí)間提供對(duì)總范圍的控制

內(nèi)部穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定的 5V

容差為 5% 的參考電源

電路架構(gòu)允許輕松同步

筆記！大部分內(nèi)部原理圖和操作說明均取自數(shù)據(jù)表，并進(jìn)行了一定程度的修改以便更好地理解。

所需組件

TL494 集成電路 - 1

TIP2955 晶體管 - 1

螺絲端子?5mmx2 - 2

1000uF，60V 電容 - 1

470uF，60V 電容 - 1

50K，1%?電阻?- 1

560R?電阻器?- 1

10K，1% 電阻 - 4

3.3K，1% 電阻 - 2

330R 電阻器 - 1

0.22uF 電容 - 1

5.6K，1W電阻 - 1

12.1V 穩(wěn)壓二極管 - 1

MBR20100CT 肖特基二極管 - 1

70uH （27 x 11 x 14 ）毫米電感器 - 1

電位器?（10K）?微調(diào)電位器?- 1

0.22R 電流檢測(cè)電阻 - 2

復(fù)合板通用 50x 50mm - 1

PSU 散熱器通用 - 1

通用跳線?- 15

原理圖，示意圖

高效降壓轉(zhuǎn)換器的電路圖如下所示。

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電路結(jié)構(gòu)

對(duì)于這個(gè)大電流降壓轉(zhuǎn)換器的演示，電路是用手工制作的?PCB構(gòu)建的，并借助原理圖和 PCB 設(shè)計(jì)文件［?Gerber?文件］；請(qǐng)注意，如果您將大負(fù)載連接到輸出降壓轉(zhuǎn)換器，則大量電流將流過 PCB 走線，并且有可能會(huì)燒壞走線。因此，為了防止 PCB 走線燒壞，我添加了一些有助于增加電流的跳線。另外，我用厚厚的焊料層加固了 PCB 走線，以降低走線電阻。

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