电子电力课程设计

1、目录第一章： 绪论21.1、DC/DC变换器介绍21.2、工作原理31.3、直流变换器调制方法3第二章： 简介TL494和 Buck变化器42.1、 TL494芯片介绍42.2、TL494的性能与特点42.2.1、TL494的工作原理52.2.2、 管脚实物图62.2.3、 TL494内部电路方框图72.2.4、 TL494芯片的极限参数72.3、BUCK电路8第三章： TL494控制Buck变化器93.1、工作原理93.2、电路原理图及电路板10第四章： 实验结果12第五章： 元件清单15小结16参考文献17第一章： 绪论1.1、DC/DC变换器介绍随着现代电力电子技术和计算机等技术的高速发

2、展，各种电力电子设备逐渐渗透到各行各业中去，它和人们的工作、生活的关系日益密切，而各种电力电子设备都离不开可靠的电源，可以说，电源是各种电力电子设备的心脏。其中，直流直流（DC/DC）变换器占据了越来越多的市场份额。如今，开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，如程控交换机、通讯、电力检测设备电源、控制设备电源等均广泛采用了开关电源，开关电源技术得到了迅猛的发展。开关电源的发展方向是高频、高效、高可靠性、低噪声、抗干扰与模块化等。开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，国内外各大开关电源制造商均致力于同步开发新型高智能化的元器件(如新型磁性材料、新型电力电子器件如SiC 功率MOSFET、体积大

3、大缩小的平面变压器、超容电容器等)，改善二次整流器件的损耗。通过降低运行电流，结温等措施以减少器件的应力，提高产品的可靠性。贴片（SMT）技术的应用使电路板两面布置元器件，保证开关电源的轻、小、薄。开关电源可以分为AC/DC 和DC/DC 两大类。此次实训以DC/DC 变换器为例，采用电流控制型脉宽调制芯片TL494 构成的变换电路，增大了变换器的功率密度，减小了电源装置的体积和重量，并且使DC/DC 变换器性能得到进一步改善。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，二是频率调制（1） Buck电路降压斩波器，其输

4、出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。 （2） Boost电路升压斩波器，其输出平均电压 U0大于输入电压Ui，极性相同。 （3） BuckBoost电路降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。 Cuk电路降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。 1.2、工作原理其工作原理为：输出经过FB（反馈电路）接到FB pin，反馈电压VFB与设定好的比较电压Vcomp比较后，产生差错电压信号，差错电压信号输入到PWM模块，PWM根据差错电压的大小调节占空比，从而达到控制输出电压的目的，振荡器的作用是产生PWM工作频率的

5、三角波，三角波经过斩波电压斩波后，产生方波，其方波就是控制MOSFET的导通时间从而控制输出电压的。1.3、直流变换器调制方法开关管导通时，输出电压等于输入电压Ud；开关管断开时，输出电压等于0。输出电压波形如上图所示，输出电压的平均值Uo为(4-1)式中Ts开关周期D开关占空比，􀂄改变负载端输出电压有3种调制方法：开关周期Ts保持不变，改变开关管导通时间ton。也称为脉宽调制(PWM)。2开关管导通时间ton保持不变，改变开关周期Ts。3. 改变开关管导通时间ton，同时也改变开关周期Ts。 第二章： 简介TL494和 Buck变化器2.1、 TL494芯片介绍 

6、 TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。其主要特性如下：主要特征：集成了全部的脉宽调制电路。片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。 内置误差放大器及内置5V参考基准电压源。可调整死区时间，内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力，它有推或拉两种输出方式。              

7、   图1 TL494外形图2.2、TL494的性能与特点TL494也是一种脉宽调制型开关电源集成控制器，它由锯齿波发生器、D触发器、比较器1和2、误差放大器1和2.5V基准电压源与两个驱动三极管等组成。其特点如下：（1） 推挽/单端输出；（2） 最高工作频率300kHz；（3） 内部基准电源5V；（4） 输入电压41V；工作温度范围：TL494I为4085，TL494C为2085。2.2.1、TL494的工作原理TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下： 

8、0;           输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。参见图2。                   &

9、#160;                         图2 TL494脉冲控制波形图    控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，

10、占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在03.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。    脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。    当比较器CT

11、放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。    TL494内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供

12、高达10mA的负载电流，在典型的070温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供±5%的精确度。2.2.2、 管脚实物图图3 管脚实物图2.2.3、 TL494内部电路方框图图42.2.4、 TL494芯片的极限参数TL494的极限参数 名称代号极限值单位 工作电压Vcc42V 集电极输出电压Vc1,Vc242V 集电极输出电流Ic1,Ic2500mA 放大器输入电压范围VIR-0.3V+42V 功耗PD1000mW 热阻RJA80/W 工作结温TJ125 工作环境温度 TL494

13、B TL494C TL494I NCV494BTA -40+1250+70-40+85-40+125 额定环境温度TA402.3、BUCK电路降压式变换电路的输出电压平均值低于输入直流电压Ud，这种电路主要用于直流可调电源盒直流可调电动机驱动中。降压式变换电路的基本形式如图5（a）所示，假定开关室理想的，负载为纯电阻负载，从图5（b）的波形图可以看出，输出电压与开关状态有关，可有开关的占空比计算出输出电压的平均值Ud：Uo = ton/Ts * Ud = DUd由此可见，利用开关的占空比ton/Ts的变化可以控制Uo。图5第三章： TL494控

14、制Buck变化器3.1、工作原理TL494电压型控制的Buck变换器是基于TL494芯片控制Buck DC/DC进行降压变换的。它是通过采样输出的电压与14脚输出的5V的基准电压做比较。输入到误差放大器1内，进行误差放大。经过TL494内部电路。把误差电压转换成脉冲信号从8脚和11脚输出。由于8脚和11连接在一起。所以输出脉冲电压得到了提高。经过150欧电阻加到TIP32的基极。但由于11脚输出脉冲无法驱动TIP32正常工作。所以在TIP的基极接一个上拉电阻。使TIP正常工作。震荡的实现：它是通过5脚对地接一个0.001uF的电容。6脚对地接一个47K的电阻。构成的一个震荡环节。产生一个锯齿波

15、电压。降压的实现：它是通过控制TIP32的导通和关断来改变输出电压的大小。在经过滤波稳压后输出。保护电路的实现：它是通过0.1欧电阻上的电压来控制TL494的工作。0.1欧上的电压如果过大。会使误差放大器2工作。放大0.1欧电阻上的电压。使电路不工作，进入保护状态。3.2、电路原理图及电路板图6 电路原理图图7 电路连接图图8 电路板实物图第四章： 实验结果当输入的Ui=18V时，所得的数据如下表所示：表1测试内容测试方法测试结果输出电压Vo（V）用万用表接在输出端。测试输出电压。 4.98 V采样输出的电压（V）用万用表接在TL494的1脚上，测1脚的电压。 4.99 V采样基准的电压（V）

16、用万用表接在TL494的2脚上，测2脚的电压。 4.99 V补偿电压（V）用万用表接在TL494的3脚上，测3脚的补偿电压。 3.40 V三极管TIP32的VB 电压（V）用万用表接在TL494的8脚上，测8脚的电压。即TIP32的VB. 17.64 V基准电压测试14点基准电压的点位，标准值为5V。 4.98 V1.当Ui=18V，负载电阻为150时，输出电压波形如下图：图82.芯片5角对地之间的电压波形：图93.负载不变，Ui在12V30V之间变化，测出其输出电压波形变化了0.02V4.负载不变，电容断开，Ui=18V，负载上的电压波形为：图105.在4的基础上，电感短路，观察负载上的电压

17、波形如下图：图11第五章： 元件清单表 2序号品名型号规格数量1Tip32ATip32A12TL494TL49413电解电容50uF,50V14电解电容500uF,10V15电解电容50uF，10V16电感1.0mH,2A17电阻47，0.518电阻150，129电阻5.1K310电阻150111电阻47K212电阻0.1113电阻1.0M114电容0.001uF115电容0.1uF11616脚底座16脚IC插座117小散热片718118螺丝119细导线60cm20焊锡丝50cm21通用实验板9cm*6cm1小结通过本次实训，体会到了电路焊接前电路布置草图的重要性，感觉自己焊的不太好，因为事先

18、没有作图排布原件，安排电路连线走向，很大的教训，所以切不可焊一步是一步。而且基本掌握了TL494控制的Buck DC/DC降压型变换器的电路工作原理及整体电路的工作过程。同时，也对TL494芯片的内部电路的原理有了一定的了解。这次课程设计，我们把理论与实际相结合，使我对TL494控制的Buck DC/DC降压型变换器的电路有了更深层次的理解，很好地实现了从书本到实际操作的一个过渡，课程设计不仅是对前面所学电力电子技术和运动控制理论的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还是比较欠缺，自己要学的东西还有很多。以前除了书本上的知识自己什么都不会，通过这次课程设计，我才明白学习是个长期积累的过程，在以后的学习、工作生活中应该不断的学习，充实自己。总之，在设计过程中，我不仅你学到了以前从未接触过的新知识，而且培养了独立去发现、面对、分析、解决问题的能力。不