基于TL494开关电源设计全部说明

1、设计案例分析单端正激式开关稳压电源或降压型开关稳压电源设计一一技术指标技术指标1.电源容量电源容量输入：交流输入：交流1524Vac。输出：电源电压输出：电源电压+12V(不可调不可调)，纹波小于，纹波小于150mVP-P，最大输出电流，最大输出电流0.5A(限流型保限流型保护护)。2.工作频率工作频率开关电源的工作频率为开关电源的工作频率为3040kHz。3.控制电路控制电路采用脉冲宽度调制控制集成电路。采用脉冲宽度调制控制集成电路。二 课题的意义1.具有实用性：几乎所有的电子设备都涉及电源设计，容具有实用性：几乎所有的电子设备都涉及电源设计，容量较大时多采用开关电源。量较大时多采用开关电源

2、。2.掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术PWM是一项共是一项共性技术，应用面广，如硅整流弧焊电源控制、逆变电源性技术，应用面广，如硅整流弧焊电源控制、逆变电源设计、恒温控制、直流电机调速等。设计、恒温控制、直流电机调速等。3.学习集成电路应用方法：学习集成电路应用方法：TL494、SG3525A是常用的、是常用的、典型的固定频率的脉冲宽度调制控制电路，应用方法有典型的固定频率的脉冲宽度调制控制电路，应用方法有一定代表性。一定代表性。4.易于建立工程设计概念：课题涉及多个典型的工程要素，易于建立工程设计概念：课题涉及多个典型的工程要素，如：功率器件的最大电流、耐

3、压、开关速度，磁性材料如：功率器件的最大电流、耐压、开关速度，磁性材料的选择、功率电感的设计与绕制等。的选择、功率电感的设计与绕制等。5.较典型的设计验证方法和负载实验。较典型的设计验证方法和负载实验。三、单端正激式开关电源的工作原理1.导通状态导通状态2.截止状态截止状态3.输入输出关系输入输出关系称为占空比称为占空比11tLUUtLUIOILON22tLUtLUIOLOFFOFFONIIIOUU211ttt四、四、TL494的内部结构与功能的内部结构与功能1.结构CTRT3.5V4.9V0.7V0.12V0.7mAQ1Q213891110127141615321456DCKQQ振荡器死区时

4、间比较器PWM比较器死区时间控制误差放大器1 反馈/PWM比较器输入误差放大器2基准调整器Ref输出欠压锁定VCCVCC触发器输出控制图一：TL494内部框图四、四、TL494的的内部结构与功内部结构与功能能1.结构结构2.TL494的时序的时序p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。当锯齿波电平死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。p当锯齿波电平反馈当锯齿波电平反馈/PWM输入电平时，输入电平时，PWM比较器输出高电平。比较器输出高电平。p死区时间控制电压和反馈死区时间控制电压和反馈/PWM输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟输入电压，二者中较高的电平控制触发

5、器时钟宽度。宽度。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2.TL494的时的时序序(续续)p当输出控制电压当输出控制电压=H时，时， Q和时和时钟信号均为钟信号均为0时，时，Q1基极获高电基极获高电平导通，平导通， /Q和和时钟信号均为时钟信号均为0时，时， Q2基极获基极获高电平导通，两高电平导通，两管轮流导通，称管轮流导通，称为推挽工作方式。为推挽工作方式。p当输出控制电压当输出控制电压=L时，时钟信时，时钟信号为号为0时，时， Q1和和Q2基极获高基极获高电平导通，两管电平导通，两管同时导通，称为同时导通，称为单端工作方式。单端

6、工作方式。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3. 功能描述功能描述含有控制开关式电源所需的主要功能块。含有控制开关式电源所需的主要功能块。线性锯齿波振荡器线性锯齿波振荡器(3V)，频率用两个外部元件，频率用两个外部元件RT 和和CT 设置，近似设置，近似 osc = 1.1/ (RT* CT )输出脉冲宽度由输出脉冲宽度由“死区时间控制死区时间控制”和和“反馈反馈/PWM比较比较器输入器输入”两个信号中电平较高的一个控制，控制信号电两个信号中电平较高的一个控制，控制信号电平与电容器平与电容器CT 上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的

7、调上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的调整。整。控制信号电平线性增加输出晶体管控制信号电平线性增加输出晶体管Q1 和和Q2 的导通时间的导通时间线性减少。线性减少。“输出控制输出控制”=5V为推挽输出，最小死区时间为为推挽输出，最小死区时间为48%；=0为单端输出，最小死区时间为为单端输出，最小死区时间为96%。五、五、TL494的工作条件的工作条件1.工作条件工作条件条条 件件符符 号号最小最小典型典型最大最大单位单位电源电压电源电压VCC7.01540V集电极电压集电极电压VC1,VC2-3040V集电极输出电流集电极输出电流(每个三极管每个三极管)IC1,IC2-200mA误差放大器输入共

8、模电压误差放大器输入共模电压Vin-0.3-VCC2V反馈反馈/PWM比较器输入端电流比较器输入端电流Ifb-0.3mA基准输出电流基准输出电流Iref-10mA计时电阻计时电阻RT1.830500k计时电容计时电容CT0.00470.0110F振荡器频率振荡器频率Fosc1.040200kHz六、六、原原理理图图p 稳压原理输出电压负反馈。稳压原理输出电压负反馈。L1 100uH 0.5A C8 220uF 25V若某种原因导致输出电压过高，则误差放大器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，反馈同向端电位升高，反馈/PWM端电端电位上升，位上升，Q1管导通时间减少，占空比

9、减少，结果输出电压减少。最终使输出电压管导通时间减少，占空比减少，结果输出电压减少。最终使输出电压保持稳定，保持稳定，R17和和R16中点电压为中点电压为5V。R12/R10为误差放大器为误差放大器1的静态放大倍数，的静态放大倍数，影响控制精度。影响控制精度。C6和和R13影响误差放大器影响误差放大器1的动态放大倍数，抑制瞬变。的动态放大倍数，抑制瞬变。L1 10mH/0.5AR510KR34K7T2TIP127R163K6R175K1C10104C8470u/25VD4FR107C6104R134K7R12 100KR1410KC710u/16VR152KR11 4K7R104K7R90.1

10、R847R74K7R610KC5332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494R2 47C4103/250VC11000u/35V1A/400V+12图三：由TL494组成降压型开关稳压电源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25V六、六、原原理理图图p 过载保护过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。过载保护过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。不论开关管不论开关管T2是否导通，流过负载的电流都经过是否导通，流过负载的电流都经过R9(由上向下由上向下)，R9的

11、下端电位的下端电位为负，当负载电流达一定值时，误差放大器为负，当负载电流达一定值时，误差放大器2的反相端电位为负，误差放大器的反相端电位为负，误差放大器2的的输出（即反馈输出（即反馈/PWM端）为正，端）为正，Q1管不导通，输出电压降低。管不导通，输出电压降低。L1 10mH/0.5AR510KR34K7T2TIP127R163K6R175K1C10104C8470u/25VD4FR107C6104R134K7R12 100KR1410KC710u/16VR152KR11 4K7R104K7R90.1R847R74K7R610KC5332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND

12、7C18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494R2 47C4103/250VC11000u/35V1A/400V+12图三：由TL494组成降压型开关稳压电源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25V六、六、原原理理图图p 软启动上电时输出电压由低到高建立，需要一定时间。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，上电时，C7充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，Q1管的导通管的导通时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。L1 10mH/0.5AR510K

13、R34K7T2TIP127R163K6R175K1C10104C8470u/25VD4FR107C6104R134K7R12 100KR1410KC710u/16VR152KR11 4K7R104K7R90.1R847R74K7R610KC5332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494R2 47C4103/250VC11000u/35V1A/400V+12图三：由TL494组成降压型开关稳压电源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25V七、七、0参数选择参数选择1.整流

14、管：整流管：桥式整流，整流管工作电流桥式整流，整流管工作电流=0.5负载电流，大负载电流，大反向电压反向电压=输入交流电压峰值，输入交流电压峰值，IN4007(1A/1kV)可以满足可以满足要求。要求。2.滤波电容：滤波电容：RLC=(35)T，整流滤波后电压整流滤波后电压VIN=1828.8V,RL18V/0.5A=36，T10mS，1000uF/35V电解电容可满足要求。电解电容可满足要求。最常用电解电容最常用电解电容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相应十百千及相应十百千uF，耐压有，耐压有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。3.工作频率：工作频率

15、：音频上限音频上限20kHz，Fosc33kHz，TOSC=30uS，tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.021.4uS。七、参数选择七、参数选择4.开关管：开关管：开关速度开关速度2(VIN)max，电流电流2(IO)maxTIP127(100V/5A,Darl-L,hFE1000,tr和和td1uS)满足要求，内带保护二满足要求，内带保护二极管可不带极管可不带RC吸收回路，吸收回路，需带散热器。需带散热器。ICVECPTtONtOFFtVIN+VFVSTAIECO图四：开关管开关速度与功耗分析图四：开关管开关速度与功耗分析七、参数选择七、参数选择5.输出电压：输出电压：VO=

16、5V*(1+R17/R16)12.1V6.保护电流：保护电流： Imax = (Vref /R7)*R8/ R90.5A7.电感量：电感量：L100H。8.续流二极管：续流二极管：快恢复二极管，反向偏压快恢复二极管，反向偏压(VIN)max-VSTA-VO，峰值电流，峰值电流2(IO)max，FR1031A/300V或或FR1071A/1kV 满满足要求。足要求。OFFOOtIVL2(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpkt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max储能充分储能充分 (VIN)max-VSTA

17、-VF(IO)maxIpk=2(IO)maxt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max临界储能临界储能(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max储能不足储能不足 VO图五：最大输入图五：最大输入/满负荷时的续流波形满负荷时的续流波形七、参数选择七、参数选择8.输出电容：一个工作周期共向输出输出电容：一个工作周期共向输出电容充电荷电容充电荷Q0.5(IO)max(0.5TOSC) 纹波纹波0.5VP-

18、P= Q/CO，CO=(35)(IO)maxTOSC/2 VP-PCO=C8=220uF能满足要求能满足要求注产生纹波的两个因素：注产生纹波的两个因素：1.输出电容输出电容容量有限；容量有限；2.开关过程产生的过开关过程产生的过冲，这部分较难滤除。冲，这部分较难滤除。10.软启时间：软启时间：100mS。(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpkt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max储能充分储能充分 (VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpk=2(IO)maxt续流管阴极电位续流管阴极电位VK

19、、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max临界储能临界储能(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max储能不足储能不足 VO图五：最大输入图五：最大输入/满负荷时的续流波形满负荷时的续流波形八、电感的绕制八、电感的绕制1.铁氧体磁芯或磁罐铁氧体磁芯或磁罐(高频磁性材料、居里温度高频磁性材料、居里温度230）。）。2.漆包线线径：考虑趋肤效应和机械强度，漆包线线径：考虑趋肤效应和机械强度，趋肤效应：调频电流只分布在导体表面，趋肤效应：调频

20、电流只分布在导体表面，30kHz时，穿透浓度时，穿透浓度0.2mm，电流密度可按电流密度可按5A/mm2计算。计算。漆包线直径：漆包线直径：0.4mm以上可满足要求。以上可满足要求。3.磁线截面：磁线截面：LS*S，截面小必匝数多，匝数过多引起饱和，饱和导致功率管、，截面小必匝数多，匝数过多引起饱和，饱和导致功率管、电感线圈与磁芯发热，应避免。电感线圈与磁芯发热，应避免。4.匝数：匝数：LN2，设计时先用柒包线绕若干匝，用电感表测量电感量，按平方正比，设计时先用柒包线绕若干匝，用电感表测量电感量，按平方正比关系计算，确定匝数，再绕。线端刮柒、引至线架、搪锡，用电感表验证电感关系计算，确定匝数，

21、再绕。线端刮柒、引至线架、搪锡，用电感表验证电感量。量。5.国产国产MnZn铁氧体（低、中频）磁性材料，磁导率铁氧体（低、中频）磁性材料，磁导率:50007000，饱和磁通密度，饱和磁通密度BS:400530mTtILTllINBrr42. 0103500005. 05 . 025 .131014. 34)(2570max00九、设计步骤与设计验证九、设计步骤与设计验证1.根据技术指标进行理论设计根据技术指标进行理论设计绘制原理图绘制原理图器件参数选择器件参数选择设计设计PCB元件检查、焊装元件检查、焊装2.设计验证设计验证通电前外观检查通电前外观检查空载通电试验空载通电试验观察有否异常温升观察有否异常温升观测输出电压、锯齿波观测输出电压、锯齿波观测续流管阴极波形，脉观测续流管阴极波形，脉冲过冲是否稳态值冲过冲是否稳态值改变输入电压，看波形占改变输入电压，看波形占空比变化空比变化加载实验加载实验半满负载，观察温升情况半满负载，观察温升情况中等输入电压中等输入电压/满载，观测温升和满载，观测温升和续流情况续流情况最高输入电压最高输入电压/满载，观测温升和满载，观测温升和续流情况，判断电感量是否充足；续流情况，判断电感量是