[论文精品]基于TL494的DCDC升压稳压变换器设计

1、电力电子技术课程设计报告设计课题：基于tl494的脉宽调制电路应用专业班级： 08电气(2)班 学生学号： 学生姓名： 指导老师： 物理与电子信息工程系目录一、设计任务要求3二、设计方案分析32.1、dc-dc升压变换器的工作原理42.2、dc-dc升压变换器输入、输出电压的关系52.3、dc-dc变换器稳压原理62.4、集成脉宽调制控制器tl494介绍6三、主要单元电路设计83.1、dc-dc升压变换器主回路设计83.2、dc-dc变换器控制电路设计10四、系统安装与调试12五、总结12六、附录13基于tl494的dc-dc升压稳压变换器设计一、设计任务要求基于tl494设计一个将12v升高

2、到24v的dc-dc变换器。在电阻负载下，要求如下：1、输出电压u0=24v。2、最大输出电流i0max=1a。3、当输入ui=1113v变化时，电压调整率sv2%（在i0=1a时）。4、当i0从0变化到1a时，负载调整率si5%（在ui=12v时）。5、要求该变换器的在满载时的效率70%。6、输出噪声纹波电压峰-峰值u0pp1v（在ui=12v，u0=24v，i0=1a条件下）。7、要求该变换器具有过流保护功能，动作电流设定在1.2a。二、设计方案分析2.1、dc-dc升压变换器的工作原理 dc-dc功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型

3、的dc-dc变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的dc-dc变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。下面主要讨论非隔离型升压式dc-dc变换器的工作原理。图1（a）是升压式dc-dc变换器的主电路，它主要由功率开关管vt、储能电感l、滤波电容c和续流二极管vd组成。电路的工作原理是，当控制信号vi为高电平时，开关管vt导通，能量从输入电源流入，储存于电感l中，由于vt导通时其饱和压降很小，所以二极管d反偏而截止，此时存储在滤波电容c中的能量释放给负载。当控制信号vi为低电平时，开关管vt截止，由于电感l中的电流不能突变，它所产生的感应电势将阻止电流的减

4、小，感应电势的极性是左负右正，使二极管d导通，此时存储在电感l中的能量经二极管d对滤波电容c充电，同时提供给负载。电路各点的工作波形如图1（b）。 图1 dc-dc升压式变换器电路及工作波形2.2、dc-dc升压变换器输入、输出电压的关系假定储能电感l充电回路的电阻很小，即时间常数很大，当开关管vt导通时，忽略管子的导通压降，通过电感l的电流近似是线性增加的。即：，其中ilv是流过储能电感电流的最小值。在开关管vt导通结束时，流过电感l的电流为：，il的增量为。在开关管vt关断时，续流二极管d导通，储能电感l两端的电压为，所以流过储能电感l的电流为：，当开关管vt截止结束时，流过电感l的电流为

5、 ，il的减少量为。在电路进入稳态后，储能电感l中的电流在开关管导通期间的增量应等于在开关管截止期间的减量，即，所以：，其中。可见改变占空比大小，就可以获得所需要的电压值，由于占空比总是小于1，所以输出电压总是大于输入电压。2.3、dc-dc变换器稳压原理通过输出电压的关系式可以看出，在输入电压或负载变化，要保证输出电压保持稳定时，可以采用两种方案。第一可以维持开关管的截止时间toff不变，通过改变脉冲的频率f来维持输出电压u0的稳定，这便是脉冲频率调制（pfm）控制方式dc-dc变换器；第二可以保持脉冲的周期t不变，通过改变开关管的导通时间ton，即脉冲的占空比q，以实现输出电压的稳定，这就

6、是脉宽调制（pwm）控制方式dc-dc变换器。由于目前已经有各种型号的集成pwm控制器，所以dc-dc变换器普遍采用pwm控制方式。图2是dc-dc升压稳压变换器的原理图，它主要有取样电路、比较放大、pwm控制器和dc-dc升压变换器组成。其稳压原理是，假如输入电压ui增大，则通过取样电阻将输出电压的变化（增大）采样，和基准电压相比较通过比较放大器输出信号去控制pwm控制器输出脉冲占空比q的变化（减小），结果可使输出电压保持稳定。反之，当输入电压减小时，pwm控制器输出脉冲占空比q也自动变化（增大），输出电压仍能稳定。图2 dc-dc升压稳压电路的组成2.4、集成脉宽调制控制器tl494介绍

7、tl494集成电路内部电路如图3所示，它由振荡器、d触发器、死区时间比较器、pwm比较器、两个误差放大器、5v基准电压源和两个驱动三极管等组成。当tl494正常工作时，输出脉冲的频率取决于5脚和6脚所接的电容和电阻，表达式为 ，在电容ct两端形成的是锯齿波，该锯齿波同时加给死区时间控制比较器和pwm比较器，死区时间控制比较器根据4脚所设置的电压大小输出脉冲的死区宽度，利用该脚可以设计电源的软启动电路、欠压或过压电路等。输出调制脉冲宽度是由电容ct端的正向锯齿波和3、4脚输入的两个控制信号综合比较后确定的。当外接控制信号电压大于5脚电压时，9、10脚输出脉冲为低电平（设9、10脚为跟随器输出接法

8、），所以随着输入控制信号幅值的增加，tl494输出脉冲占空比减小。13脚为输出脉冲模式控制端，当该端为高电平时，两路脉冲输出分别有触发器的和端控制，两路信号输出互补，即推挽输出，此时pwm脉冲输出频率为振荡器频率的一半，最大占空比为48%。若13脚接地，触发器控制不起作用，两路输出脉冲相同，其频率与振荡器频率相同，最大占空比为96%，为了增大驱动电流的能力，一般使用时可将两路并联输出。tl494内部包含两个误差放大器，若两个误差放大器的反相输入端2、15脚的参考电位一定，当它们的同相输入端电位升高时，输出脉冲的宽度变窄；反之脉冲宽度变宽。所以一般将两个误差放大器的同相和反相输入端分别接到基准信

9、号和反馈信号，使系统完成闭环控制，实现控制对象的稳定。在实际使用中，常利用tl494内部基准电源向外提供+5v基准参考电压，再通过电阻分压网络给误差放大器提供基准电位。 图3 tl494集成脉宽控制器内部电路图tl494的推荐工作条件见表1。 表1 tl494推荐工作条件项 目 名 称最小值典型值最大值单位电源电压7.01540v集电极输出电压3040v集电极输出电流（每只晶体管）200ma放大器输入电压-0.3ucc-2.0v进入反馈断电流0.3ma基准源输出电流10ma定时电阻1.830500k定时电容0.000470.00110f振荡频率1.040300khz三、主要单元电路设计1、dc

10、-dc升压变换器主回路设计该升压电路结构选择图1所示的电路。该变换电路设计主要是确定关键元件：输出滤波电容c、电感l、开关管vt和二极管d。输出滤波电容的选择 假如输出滤波电容c必须在vt导通的ton期间供给全部负载电流，设在ton期间c上的电压降u0，u0为要求的纹波电压。则 ，又因为，所以 ，选择开关频率等于50khz，在本设计给定的条件及要求下，计算输出滤波电容的值为：10f，实际选择100f/50v的电容。储能电感的选择根据电路的工作波形，电感电流包括直流平均值和纹波分量两部分。假若忽略电路的内部损耗，则变换器的输出能量和变换器的输入能量相等，即，所以，即从电源取出的平均电流也就是流入

11、电感的平均电流。 电感电流的纹波分量是三角波，在ton期间，电流的增量为；在toff期间，电流将下降，其减少量为；在稳态下，。在选择i时，一般要求电感的峰值电流不大于其最大平均电流的20%，以免使电感饱和；同时流过电感中的电流最小值也应大于或等于零。实际设计时，选择电感电流的增量，所以，在开关频率选择50khz和给定的条件及要求下，计算电感量为42h，实际选择100h/2a的电感。电感可以买成品也可自己绕制。开关管的选择开关管vt在电路中承受的最大电压是u0，考虑到输入电压波动和电感的反峰尖刺电压的影响，所以开关管的最大电压应满足1.11.2u0。实际在选定开关管时，管子的最大允许工作电压值还

12、应留有充分的余地，一般选择（23）1.11.2u0。开关管的最大允许工作电流，一般选择（23）ii。开关管的选择，主要考虑开关管驱动电路要简单、开关频率要高、导通电阻要小等。本设计选择n沟道功率场效应管irf3205，该器件的vdsm=55v，导通电阻仅为8m，idm=110a，完全满足设计要求。续流二极管的选择在电路中二极管最大反向电压为u0，流过的电流是输入电流ii，所以在选择二极管时，管子的额定电压和额定电流都要留有充分大的余地。另外选择续流二极管时还要求导通电阻要小，开关频率要高，一般要选用肖特基二极管和快恢复二极管。本设计选用mbr10100ct，其最大方向工作电压为100v，最大正

13、向工作电流为10a，完全满足设计要求。2、dc-dc变换器控制电路设计dc-dc变换器控制电路选用集成pwm控制器tl494构成，调制脉冲的频率选择50khz，选择振荡电容ct为1000pf，电阻rt为22k即可满足要求。脉冲采用单端输出方式，将13脚接地，为了提高驱动能力，从内部三极管的集电极输出，并将两路并联，即将8、11脚并联接电源（即输入电压ui），9、10脚并联，该端即为脉冲输出端。为了保证输出电压u0稳定，要引入负反馈，即通过取样电阻r1、r2、rp1将输出电压反馈到tl494内部误差放大器的同相输入端（1脚），误差放大器的反相输入端（2脚）接一参考电压，图中由电阻r3、r4、rp

14、2组成；当输出电压增高时，反馈信号和参考电压比较后，误差放大器的输出增大，结果使输出脉冲的宽度变窄，开关管的导通时间变短，输出电压将保持稳定。图中连接在误差放大器2脚和3脚之间的电阻和电容是构成pid调节器，目的是改善系统的动态特性。在给定参数下，调节rp2使15脚电位等于2.2v，然后调节rp1即可调节输出电压值。过流保护电路可以利用tl494内部另一误差放大器实现。图中电流取样电阻选择1/2w的精密电阻，两端并联一高频滤波电容，误差放大器的反相端（15脚）接电压等于2.2v的基准电压，电流取样电阻上的电压输入误差放大器的同相输入端（16脚），当电流大于1.2a时，16脚电压大于15脚电压，

15、误差放大器输出增大，tl494输出脉冲宽度变窄，输出电压减小，则起到限流作用。图4 dc-dc升压稳压电路四、系统安装与调试(只调试控制电路部分)1、首先将由tl494组成的控制电路按图4在面包板上插接调试，调试成功后用protel电路画图软件画出控制电路的原理图（1脚通过电位器rp1接14脚），再画出pcb图并作出电路板。2、检查无误后，12脚加+12v电源。16脚通过接地，用示波器观察9、10脚连接点的输出脉冲的波形，调节电位器rp2，使15脚电位等于2.2v。同时调节rp1来调节脉宽。由于各种条件的限制，本次课程设计只做出控制电路部分，不引入过压及过流保护。脉宽可调即为设计成功。五、总结本次课程设计总的来说是成功的，控制电路基本满足要求。不足的是在评板时由于在创业楼楼下不小