基于TL494直流開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)

1、題目名稱(chēng)：基于tl494直流開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 陳摘要：本文主要介紹脈沖寬度集成芯片tl494內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，以及基于tl494直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。該電源輸入1528v直流電源，輸出512v可調(diào)，文波峰峰值小于150mv，限流保護(hù)電流為2a的直流電源。關(guān)鍵字：脈沖寬度 tl494 開(kāi)關(guān)電源目錄1系統(tǒng)設(shè)計(jì)31.1設(shè)計(jì)指標(biāo)31.2設(shè)計(jì)思路31.2.1 dcdc變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)31.2.2實(shí)現(xiàn)方案及結(jié)構(gòu)框圖42單元電路設(shè)計(jì)42.1 tl494內(nèi)部結(jié)果及功能42.2基于tl494直流型穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)62.2.1工作原理62.2.2參數(shù)計(jì)算機(jī)器件選擇73系統(tǒng)測(cè)試83.1測(cè)試方法83.2測(cè)試結(jié)果84設(shè)計(jì)

2、結(jié)論分析95參考文獻(xiàn)96附錄106.1器件清單106.2電路原理圖101系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）電源容量輸入：直流1528v。輸出：電源電壓512v(可調(diào))，紋波小于150mvp-p，最大輸出電流2a(限流型保護(hù)) 。 （2）工作頻率開(kāi)關(guān)電源的工作頻率為3040khz。（3）控制電路采用脈沖寬度調(diào)制控制集成電路。1.2設(shè)計(jì)思路1.2.1 dcdc變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖1.dcdc變換器電路如圖1所示為dcdc變換器電路，電路正常工作時(shí)，當(dāng)功率管t1的基極輸入為低電平時(shí)，t1管導(dǎo)通。此時(shí)電感處于儲(chǔ)能的狀態(tài)。從電感出來(lái)的電流一部分流過(guò)負(fù)載，另一部分則對(duì)電容c進(jìn)行充電。反之，當(dāng)t1管的基極輸入為

3、高電平時(shí)，pnp管截止。此時(shí)電感開(kāi)始釋放能量，同時(shí)電容c放電，這兩部分的電流通過(guò)續(xù)流管，繼續(xù)維持負(fù)載的電流。導(dǎo)通狀態(tài)： 截止?fàn)顟B(tài)： 由于，所以有：。因此調(diào)節(jié)占空比就可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。1.2.2實(shí)現(xiàn)方案及結(jié)構(gòu)框圖本電路實(shí)現(xiàn)將1528v直流電變?yōu)?5+12v的直流輸出電，整個(gè)系統(tǒng)由tl494脈沖寬度調(diào)制芯片驅(qū)動(dòng)。直流電經(jīng)整濾直流降壓電路后輸出+5+12v直流電。同時(shí)該電路還有穩(wěn)壓、過(guò)流保護(hù)、軟啟動(dòng)等功能。2單元電路設(shè)計(jì)2.1 tl494內(nèi)部結(jié)果及功能圖2.tl494內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，tl494是一個(gè)固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，它含有控制開(kāi)關(guān)式電源所需要的功能模塊。tl494內(nèi)部有一線性鋸

4、齒波振蕩器，器振蕩頻率。輸出脈沖調(diào)制是通過(guò)將電容器c上的鋸齒波與死區(qū)時(shí)間控制、反饋/pwm比較器輸入兩個(gè)控制信號(hào)中的任意一個(gè)進(jìn)行比較而實(shí)現(xiàn)的。驅(qū)動(dòng)輸出晶體管q1和q2的“或非”門(mén)只有當(dāng)觸發(fā)器的時(shí)鐘線為低電平時(shí)起作用，這種情況只有在鋸齒波高于控制信號(hào)時(shí)才會(huì)發(fā)生。因此，控制信號(hào)幅度的線性增加，將使輸出脈沖卷度線性減少，其時(shí)序圖4所示圖3.tl494時(shí)序圖根據(jù)時(shí)序圖：當(dāng)鋸齒波電平死區(qū)時(shí)間控制電平時(shí)，死區(qū)時(shí)間比較器輸出高電平； 當(dāng)鋸齒波電平反饋/pwm輸入電平時(shí)，pwm比較器輸出高電平。死區(qū)時(shí)間控制電壓和反饋/pwm輸入電壓，二者較高的電平控制觸發(fā)器時(shí)鐘寬度。tl494內(nèi)部有一個(gè)5.0v的基準(zhǔn)電壓，能

5、為外部電路提供高達(dá)10ma的負(fù)載電流。基準(zhǔn)電壓的精度為5%，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)（070）的溫漂典型值為50mv。2.2基于tl494直流型穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)2.2.1工作原理1穩(wěn)壓原理電壓負(fù)反饋若某種原因?qū)е螺敵鲭妷哼^(guò)高，則誤差放大器1同向端電位升高，反饋/pwm端電位上升，q1管導(dǎo)通時(shí)間減少，占空比減少，結(jié)果輸出電壓減少。最終使輸出電壓保持穩(wěn)定，和中點(diǎn)電壓為5v。為誤差放大器1的靜態(tài)放大倍數(shù)，影響控制精度。和影響誤差放大器1的動(dòng)態(tài)放大倍數(shù)，抑制瞬變。2過(guò)載保護(hù)過(guò)載時(shí)，降低輸出電壓使負(fù)載電流保持在保護(hù)值。不論開(kāi)關(guān)管t1是否導(dǎo)通，流過(guò)負(fù)載的電流都經(jīng)過(guò)(由上向下)，的下端電位為負(fù)，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)一定值

6、時(shí)，誤差放大器2的反相端電位為負(fù)，誤差放大器2的輸出（即反饋/pwm端）為正，q1管不導(dǎo)通，輸出電壓降低。3. 軟啟動(dòng) 上電時(shí)輸出電壓由低到高建立，需要一定時(shí)間。上電時(shí)，充電需要一定時(shí)間，死區(qū)電壓由高逐漸變低，q1管的導(dǎo)通時(shí)間逐漸增大，輸出電壓逐漸升高。2.2.2參數(shù)計(jì)算機(jī)器件選擇1. 工作頻率：已知工作頻率fosc為3040khz，根據(jù) ，取=10k、為3300pf。tip127集電極和發(fā)射極的飽和導(dǎo)通壓降為1.0v1.2v，一般取為1.2v，則，.2. 開(kāi)關(guān)管的選擇：開(kāi)關(guān)速度小于1us，耐壓大于，電流大于，tip127(100v/5a,和)滿(mǎn)足要求，內(nèi)帶保護(hù)二極管可不帶rc吸收回路，但由于

7、發(fā)熱功率大，需帶散熱器。3. 輸出電壓：由公式,則取電阻，變位器可滿(mǎn)足要求。4. 過(guò)載保護(hù)：最大輸出電流2a ,由于為保護(hù)電阻，流過(guò)其電流約為負(fù)載的電流，為了避免消耗過(guò)多的能量，故取=0.1。根據(jù)要求最大輸出電流2a，即，uref=5v，則，因此可取=47，。實(shí)際中為了提高帶載能力，可適當(dāng)?shù)奶岣叩淖柚怠?. 續(xù)流二極管：選用快恢復(fù)二極管，反向偏壓為，峰值電流大于，fr1031a/300v或fr1071a/1kv 滿(mǎn)足要求。輸出電容：一個(gè)工作周期共向輸出電容充電荷紋波，則，通常取，能滿(mǎn)足要求。3系統(tǒng)測(cè)試3.1測(cè)試方法檢查硬件焊接無(wú)誤后，接通電源，檢查各元件供電電壓正常，插上芯片，按要求檢測(cè)相關(guān)波

8、形及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。3.2測(cè)試結(jié)果圖1功率管基極波形圖2 tl494 5腳輸出的矩形波圖3tl494 紋波波形4設(shè)計(jì)結(jié)論分析通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)論的分析可知，設(shè)計(jì)電路時(shí)因電阻電容存在誤差，按理論得到的電路帶載能力較小，可適當(dāng)增減電阻阻值來(lái)提高電路的帶載能力,適當(dāng)?shù)奶岣遰8的阻值，由47歐增加到180歐。設(shè)計(jì)為直流開(kāi)關(guān)電源，因此電路對(duì)紋波有一定的要求，試驗(yàn)過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)電源電路的紋波較大，可增大輸出電容來(lái)減小紋波?？稍龃骳8、c9。5參考文獻(xiàn)1 李榮正，劉啟中，陳學(xué)軍編著pic單片機(jī)原理及應(yīng)用（第二版）m北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005，2 陳國(guó)先編著pic單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用m北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，76附錄6.1器件清單序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量1集成芯片tl49418電阻