基于TL494的DC-DC升压稳压变换器设计

电力电子技术课程设计报告PAGEPAGE5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：学生学号：学生姓名：指导老师：漳州师范学院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

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2DC-DC升压稳压电路的组成2.4、集成脉宽调制控制器TL494介绍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），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3TL494集成脉宽控制器内部电路图TL494的推荐工作条件见表1。表1TL494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-0.3—UCC-2.0V进入反馈断电流——0.3mA基准源输出电流——10mA定时电阻1.830500kΩ定时电容0.000470.00110μF振荡频率1.040300kHz三、主要单元电路设计1、DC-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：10μF，实际选择100μF/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42μH，实际选择100μH/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＞1.1×1.2U0。实际在选定开关管时，管子的最大允许工作电压值还应留有充分的余地，一般选择（2~3）1.1×1.2U0。开关管的最大允许工作电流，一般选择（2~3）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8mΩ，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22kΩ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、RP2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1Ω/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，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4DC-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心板摔掉地上而导致TL494芯片被弹出未压紧，所以洪老师第一次测试时波形未出来，只得了一个D的成绩。后来波形出