tl494开关电源设计

开关电源设计 摘要 通过集成芯片 TL494 向输出的电压取样 来输出一个占空比可调的方波 来调 整开关管 TIP127 的闭合和断开 从而当输入增大时 使其的占空比减小 反之亦可 关键词 TL494 TIP127 PWM 目录 1 系统设计 2 1 1 设计要求 2 2 单元模块设计 3 2 1 单端正激式开关电源 3 2 1 1 电路原理图 3 2 1 2 工作原理 3 2 2 TL494 控制的开关电源 3 2 2 1 TL494 控制的开关电源的工作原理 3 2 2 2 TL494 的工作原理 4 2 3 参数选择 5 2 3 1 滤波电容 5 2 3 2 工作频率 5 2 3 3 开关管选择 5 2 3 4 输出电压 6 2 3 5 保护电流 6 2 3 6 电感量 6 2 3 7 续流二极管 6 2 3 8 输出电容 6 2 3 9 软启时间 6 3 系统测试 6 3 1 空载通电测试 6 3 2 1 半满负载的测试 7 3 2 2 满负载的测试 7 3 3 过载实验测试 8 3 4 工作稳定性 9 4 结论 9 5 附录 9 5 1 仪器设备 9 5 2 器件明细表 9 5 3 电路原理图 10 5 4 PCB 设计图 11 1 系统设计 1 1 设计要求 1 电源容量 输入 直流 15 28Vac 输出 电源电压 12V 不可调 纹波小于 150mVP P 最大输出电流 2A 限流型保护 2 工作频率 开关电源的工作频率为 30 40kHz 3 控制电路 采用脉冲宽度调制控制集成电路 2 单元模块设计 2 1 单端正激式开关电源 2 1 1 电路原理图 2 1 2 工作原理 1 导通状态 L tUU t L U I OIL ON 1 1 2 截止状态 22 t L U t L U I OL OFF 3 输入输出关系 ION OFF I IO UU 其中 称为占空比 21 1 tt t 电感的输出电流与输出电压的波形图如图 2 所示 2 2 TL494 控制的开关电源 2 2 1 TL494 控制的开关电源的工作原理 TL494 控制的开关电源的工作原理如图 3 所示 图 1 单端正激式开关电源工作原理图 图 2 电感的输出电流与输出电压 的波形图如图 图 3 TL494 控制的开关电源的工作原理图 VCC 12 C2 11 C1 8 E2 10 E1 9 PWM 3 IN1 1 IN1 2 CONT 13 5V 14 DEAD 4 CT 5 RT 6 GND 7 IN2 15 IN2 16 IC2 494 C2 2200uF C6 10uF C7 470uF C8 100uF 25V C4 332 C5 104 C9 104 R2 10K R3 4K7 R4 10K R5 4K7 R6 470K R7 4K7 R8 4K7 R9 3K R10 2K R11 120 R12 0 1 R13 10k SW 20k D5 FR307 L1 100uH 2A R14 10K T1 TIP127 2 2 2 TL494 的工作原理 1 TL494 的内部结构和功能 2 TL494 的工作原理 1 TL494 是含有控制开关式电源所需的主要功能块 其 5 6 脚产生线性锯齿波 3V 其频率由和 控制 T R T C TT osc CR F 1 1 2 输出脉冲宽度由 死区时间控制 和 反馈 PWM 比较器输入 两个信号中电平较 高的一个控制 控制信号电平与电容器上的锯齿波进行比较 实现脉冲宽度的调整 当 T C 输出控制电压为高电平时 和时钟信号均为 0 时 基极获高电平导通 和时钟信Q 1 QQ 号均为 0 时 基极获高电平导通 两管轮流导通 称为推挽工作方式 当输出控制电压 2 Q 图 3 TL494 芯片内部结构原理图 CT RT 3 5V 4 9V 0 7V 0 12V 0 7mA Q1 Q2 13 8 9 11 10 12 7141615321 4 5 6 D CK Q Q PWM 1 PWM 2 Ref VCC VCC TL494 为低电平时 时钟信号为 0 时 和基极获高电平导通 两管同时导通 称为单端工 1 Q 2 Q 作方式 3 控制信号电平线性增加输出晶体管 和的导通时间线性减少 1 Q 2 Q 4 输出控制 为高电平时 为推挽输出 最小死区时间为 48 输出控制 为 低电平时 为单端工作方式 最小死区时间为 96 5 稳压原理 输出电压负反馈 若某种原因导致输出电压过高 则误差放大器 同向端电位升高 反馈 PWM 端电位 上升 Q1 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 和中点电压为 5V 为误差放大器 的静态放大倍数 影响控制精度 和 W R 13 R 7 6 R R 5 C 影响误差放大器 的动态放大倍数 抑制瞬变 5 R 6 过载保护 不论开关管是否导通 流过负载的电流都经过 由上向下 的下端电位为 1 T 12 R 12 R 负 当负载电流达一定值时 误差放大器 的反相端电位为负 误差放大器 的输出 即 反馈 PWM 端 为正 管不导通 输出电压降低 1 Q 7 软启动 上电时 充电需要一定时间 死区电压由高逐渐变低 管的导通时间逐渐增大 6 C 1 Q 输出电压逐渐升高 2 3 参数选择 2 3 1 滤波电容 3 5 T 输入电压 15 28V 取电压为 15V 计算 则CRL IN V 15V 0 5A 7 5 T 10mS 2200uF 35V 电解电容可满足要求 L R 2 3 2 工作频率 为 33kHz 则工作周期 30s 13 0 21 4us 为输出 OSC F OSC T STAIN OOSC on VV VT t O V 电压 为整流滤波之后的直流电压 为开关的饱和压降 IN V STA V 2 3 3 开关管选择 开关速度小于 1uS 耐压大于 电流大于 MAXIN V 2 MAX O I2 TIP127 100V 5A Darl L hFE 1000 tr 和 td 1uS 满足要求 内带保护二极管可不带 RC 吸 收回路 需带散热器 2 3 4 输出电压 V R R VU W O 12 5 1 5 13 2 3 5 保护电流 A R R R V I ref MAX 2 12 11 9 2 3 6 电感量 取 uHL740 2 3 7 续流二极管 快恢复二极管 反向偏压为 峰值电流 OSTAMAXIN VVV MAXO I 2 FR307 3A 1Kv 满足要求 2 3 8 输出电容 一个工作周期共向输出电容充电荷 纹波 OSCMAXO TIQ5 0 5 0 能满足要求 OPP CQV 5 0 PP OSCMAXO O V TI C 2 5 3 uFCCO470 7 2 3 9 软启时间 msKuFRCT1001010 146 3 系统测试 3 1 空载通电测试 空载实验时 散热片微热 输出电压 5 脚的输出波形如图 5 所VUO38 13 95 4 示 续流管阴极的波形如图 6 所示 5 脚输出波形 续流管阴极的波形 3 2 1 半满负载的测试 在该情况下 散热片较热 输出电压为输出电流为 1000mA 纹波VUO 2 13 78 4 的峰峰值为 38 64mV 占空比为 35 26 3 2 2 满负载的测试 在该情况下 散热片稍烫 输出电流为 2 06A 输出电压为 4 61V 纹波的峰峰值为 mV 8 脚输出波形的占空比为 80 75 其波形图如图 7 所示 续流二极管阴极的输出波 形如图 8 所示 图 7 满载时 8 脚的输出波形 负载调整率 电流 1 98A 空载电压满载电压负载调整率 1512 04311 696 2012 04011 709 2512 04311 712 2812 04311 712 电源调整率 11 998 Io 1 88 o V 输入电压输出电压电源调整率 15 28V 1511 910 2011 917 2511 924 2811 927 0 0014 3 3 过载实验测试 过载时 测试数据如表 2 所示 表表 2 2 过载试验测试数据过载试验测试数据 输入电压 V 输出电压 V 输出电流 A 负载阻值 154 72 191 7 209 02 173 5 3 4 工作稳定性 输入最高电压载且满载情况下 长时间工作温度偏高 图 8 满载时续流二极管阴极的输出波形 4 结论 通过学习 进一步加强了对 TL494 的了解 明白脉冲宽度调制技术 PWM 是一项共 性技术 应用面广 如硅整流弧焊电源控制 逆变电源设计 恒温控制 直流电机调速等 初步建立了工程设计概念如 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 5 附录 5 1 电路原理图 Q1 TIP127 D5 FR307 PWM 3 IN1 1 IN1 2 CONT 13 5V 14 DEAT 4 VCC 12 C2 11 C1 8 E1 9 E2 10 CT 5 RT 6 GND7 IN2 16 IN2 15 U1TL494 R3 10K R147