基于TL494的DC-DC升壓穩(wěn)壓變換器設(shè)計(jì)

電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告PAGEPAGE5電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：基于TL494的脈寬調(diào)制電路應(yīng)用專業(yè)班級：學(xué)生學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：漳州師范學(xué)院物理與電子信息工程系

目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)要求………………3二、設(shè)計(jì)方案分析………………32.1、DC-DC升壓變換器的工作原理………42.2、DC-DC升壓變換器輸入、輸出電壓的關(guān)系…………52.3、DC-DC變換器穩(wěn)壓原理………………62.4、集成脈寬調(diào)制控制器TL494介紹……6三、主要單元電路設(shè)計(jì)…………83.1、DC-DC升壓變換器主回路設(shè)計(jì)………83.2、DC-DC變換器控制電路設(shè)計(jì)…………10四、系統(tǒng)安裝與調(diào)試……………12五、總結(jié)…………12六、附錄…………13

相比較通過比較放大器輸出信號去控制PWM控制器輸出脈沖占空比q的變化（減小），結(jié)果可使輸出電壓保持穩(wěn)定。反之，當(dāng)輸入電壓減小時(shí)，PWM控制器輸出脈沖占空比q也自動變化（增大），輸出電壓仍能穩(wěn)定。圖2DC-DC升壓穩(wěn)壓電路的組成2.4、集成脈寬調(diào)制控制器TL494介紹TL494集成電路內(nèi)部電路如圖3所示，它由振蕩器、D觸發(fā)器、死區(qū)時(shí)間比較器、PWM比較器、兩個誤差放大器、5V基準(zhǔn)電壓源和兩個驅(qū)動三極管等組成。當(dāng)TL494正常工作時(shí)，輸出脈沖的頻率取決于5腳和6腳所接的電容和電阻，表達(dá)式為，在電容CT兩端形成的是鋸齒波，該鋸齒波同時(shí)加給死區(qū)時(shí)間控制比較器和PWM比較器，死區(qū)時(shí)間控制比較器根據(jù)4腳所設(shè)置的電壓大小輸出脈沖的死區(qū)寬度，利用該腳可以設(shè)計(jì)電源的軟啟動電路、欠壓或過壓電路等。輸出調(diào)制脈沖寬度是由電容CT端的正向鋸齒波和3、4腳輸入的兩個控制信號綜合比較后確定的。當(dāng)外接控制信號電壓大于5腳電壓時(shí)，9、10腳輸出脈沖為低電平（設(shè)9、10腳為跟隨器輸出接法），所以隨著輸入控制信號幅值的增加，TL494輸出脈沖占空比減小。13腳為輸出脈沖模式控制端，當(dāng)該端為高電平時(shí)，兩路脈沖輸出分別有觸發(fā)器的和端控制，兩路信號輸出互補(bǔ)，即推挽輸出，此時(shí)PWM脈沖輸出頻率為振蕩器頻率的一半，最大占空比為48%。若13腳接地，觸發(fā)器控制不起作用，兩路輸出脈沖相同，其頻率與振蕩器頻率相同，最大占空比為96%，為了增大驅(qū)動電流的能力，一般使用時(shí)可將兩路并聯(lián)輸出。TL494內(nèi)部包含兩個誤差放大器，若兩個誤差放大器的反相輸入端2、15腳的參考電位一定，當(dāng)它們的同相輸入端電位升高時(shí)，輸出脈沖的寬度變窄；反之脈沖寬度變寬。所以一般將兩個誤差放大器的同相和反相輸入端分別接到基準(zhǔn)信號和反饋信號，使系統(tǒng)完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)控制對象的穩(wěn)定。在實(shí)際使用中，常利用TL494內(nèi)部基準(zhǔn)電源向外提供+5V基準(zhǔn)參考電壓，再通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)給誤差放大器提供基準(zhǔn)電位。圖3TL494集成脈寬控制器內(nèi)部電路圖TL494的推薦工作條件見表1。表1TL494推薦工作條件項(xiàng)目名稱最小值典型值最大值單位電源電壓7.01540V集電極輸出電壓—3040V集電極輸出電流（每只晶體管）——200mA放大器輸入電壓-0.3—UCC-2.0V進(jìn)入反饋斷電流——0.3mA基準(zhǔn)源輸出電流——10mA定時(shí)電阻1.830500kΩ定時(shí)電容0.000470.00110μF振蕩頻率1.040300kHz三、主要單元電路設(shè)計(jì)1、DC-DC升壓變換器主回路設(shè)計(jì)該升壓電路結(jié)構(gòu)選擇圖1所示的電路。該變換電路設(shè)計(jì)主要是確定關(guān)鍵元件：輸出濾波電容C、電感L、開關(guān)管VT和二極管D。輸出濾波電容的選擇假如輸出濾波電容C必須在VT導(dǎo)通的TON期間供給全部負(fù)載電流，設(shè)在TON期間C上的電壓降≤△U0，△U0為要求的紋波電壓。則，又因?yàn)椋?，選擇開關(guān)頻率等于50KHz，在本設(shè)計(jì)給定的條件及要求下，計(jì)算輸出濾波電容的值為：10μF，實(shí)際選擇100μF/50V的電容。儲能電感的選擇根據(jù)電路的工作波形，電感電流包括直流平均值和紋波分量兩部分。假若忽略電路的內(nèi)部損耗，則變換器的輸出能量和變換器的輸入能量相等，即，所以，即從電源取出的平均電流也就是流入電感的平均電流。電感電流的紋波分量是三角波，在TON期間，電流的增量為；在TOFF期間，電流將下降，其減少量為；在穩(wěn)態(tài)下，。在選擇△I時(shí)，一般要求電感的峰值電流不大于其最大平均電流的20%，以免使電感飽和；同時(shí)流過電感中的電流最小值也應(yīng)大于或等于零。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，選擇電感電流的增量，所以，在開關(guān)頻率選擇50kHz和給定的條件及要求下，計(jì)算電感量為42μH，實(shí)際選擇100μH/2A的電感。電感可以買成品也可自己繞制。開關(guān)管的選擇開關(guān)管VT在電路中承受的最大電壓是U0，考慮到輸入電壓波動和電感的反峰尖刺電壓的影響，所以開關(guān)管的最大電壓應(yīng)滿足＞1.1×1.2U0。實(shí)際在選定開關(guān)管時(shí)，管子的最大允許工作電壓值還應(yīng)留有充分的余地，一般選擇（2~3）1.1×1.2U0。開關(guān)管的最大允許工作電流，一般選擇（2~3）II。開關(guān)管的選擇，主要考慮開關(guān)管驅(qū)動電路要簡單、開關(guān)頻率要高、導(dǎo)通電阻要小等。本設(shè)計(jì)選擇N溝道功率場效應(yīng)管IRF3205，該器件的VDSM=55V，導(dǎo)通電阻僅為8mΩ，IDM=110A，完全滿足設(shè)計(jì)要求。續(xù)流二極管的選擇在電路中二極管最大反向電壓為U0，流過的電流是輸入電流II，所以在選擇二極管時(shí)，管子的額定電壓和額定電流都要留有充分大的余地。另外選擇續(xù)流二極管時(shí)還要求導(dǎo)通電阻要小，開關(guān)頻率要高，一般要選用肖特基二極管和快恢復(fù)二極管。本設(shè)計(jì)選用MBR10100CT，其最大方向工作電壓為100V，最大正向工作電流為10A，完全滿足設(shè)計(jì)要求。2、DC-DC變換器控制電路設(shè)計(jì)DC-DC變換器控制電路選用集成PWM控制器TL494構(gòu)成，調(diào)制脈沖的頻率選擇50kHz，選擇振蕩電容CT為1000pF，電阻RT為22kΩ即可滿足要求。脈沖采用單端輸出方式，將13腳接地，為了提高驅(qū)動能力，從內(nèi)部三極管的集電極輸出，并將兩路并聯(lián)，即將8、11腳并聯(lián)接電源（即輸入電壓UI），9、10腳并聯(lián)，該端即為脈沖輸出端。為了保證輸出電壓U0穩(wěn)定，要引入負(fù)反饋，即通過取樣電阻R1、R2、RP1將輸出電壓反饋到TL494內(nèi)部誤差放大器的同相輸入端（1腳），誤差放大器的反相輸入端（2腳）接一參考電壓，圖中由電阻R3、R4、RP2組成；當(dāng)輸出電壓增高時(shí)，反饋信號和參考電壓比較后，誤差放大器的輸出增大，結(jié)果使輸出脈沖的寬度變窄，開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間變短，輸出電壓將保持穩(wěn)定。圖中連接在誤差放大器2腳和3腳之間的電阻和電容是構(gòu)成PID調(diào)節(jié)器，目的是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。在給定參數(shù)下，調(diào)節(jié)RP2使15腳電位等于2.2V，然后調(diào)節(jié)RP1即可調(diào)節(jié)輸出電壓值。過流保護(hù)電路可以利用TL494內(nèi)部另一誤差放大器實(shí)現(xiàn)。圖中電流取樣電阻選擇1Ω/2W的精密電阻，兩端并聯(lián)一高頻濾波電容，誤差放大器的反相端（15腳）接電壓等于2.2V的基準(zhǔn)電壓，電流取樣電阻上的電壓輸入誤差放大器的同相輸入端（16腳），當(dāng)電流大于1.2A時(shí)，16腳電壓大于15腳電壓，誤差放大器輸出增大，TL494輸出脈沖寬度變窄，輸出電壓減小，則起到限流作用。圖4DC-DC升壓穩(wěn)壓電路四、系統(tǒng)安裝與調(diào)試(只調(diào)試控制電路部分)1、首先將由TL494組成的控制電路按圖4在面包板上插接調(diào)試，調(diào)試成功后用protel電路畫圖軟件畫出控制電路的原理圖（1腳通過電位器RP1接14腳），再畫出PCB圖并作出電路板。2、檢查無誤后，12腳加+12V電源。16腳通過接地，用示波器觀察9、10腳連接點(diǎn)的輸出脈沖的波形，調(diào)節(jié)電位器RP2，使15腳電位等于2.2V。同時(shí)調(diào)節(jié)RP1來調(diào)節(jié)脈寬。由于各種條件的限制，本次課程設(shè)計(jì)只做出控制電路部分，不引入過壓及過流保護(hù)。脈寬可調(diào)即為設(shè)計(jì)成功。五、總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)總的來說是成功的，控制電路基本滿足要求。不足的是在評板時(shí)由于在創(chuàng)業(yè)樓樓下不小心板摔掉地上而導(dǎo)致TL494芯片被彈出未壓緊，所以洪老師第一次測試時(shí)波形未出來，只得了一個D的成績。后來波形出