TL494开关电源设计--BUCK电路

1、设计案例分析设计案例分析降压型降压型(BUCK型型)开关稳压电源设计开关稳压电源设计一一技术指标技术指标1.电源容量电源容量输入：输入：1524Vac（或（或1828.8Vdc）。）。输出：电源电压输出：电源电压+12V(不可调不可调)，纹波小于，纹波小于150mVP-P，最大输出电流，最大输出电流2.0A(限流型保限流型保护护)。2.工作频率工作频率开关电源的工作频率为开关电源的工作频率为3040kHz。3.控制电路控制电路采用脉冲宽度调制控制集成电路采用脉冲宽度调制控制集成电路TL494。二二课题的意义课题的意义1. 具有实用性：几乎所有的电子设备都涉及电源设计，容量具有实用性：几乎所有的

2、电子设备都涉及电源设计，容量较大时多采用开关电源。较大时多采用开关电源。2. 掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术PWM是一项共性是一项共性技术，应用面广，各种电源设计、恒温控制、电机调速等。技术，应用面广，各种电源设计、恒温控制、电机调速等。3. 学习集成电路应用方法：学习集成电路应用方法：TL494、SG3525A是常用的、典是常用的、典型的固定频率的型的固定频率的PWM控制电路，有一定代表性。控制电路，有一定代表性。4. 易于建立工程设计概念：课题涉及多个典型的工程要素，易于建立工程设计概念：课题涉及多个典型的工程要素，如：功率器件的最大电流、耐压、开关速

3、度，磁性材料的如：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。选择、功率电感的设计与绕制等。5. 较典型的设计验证方法和负载实验。较典型的设计验证方法和负载实验。三、三、BUCK型型DCDC变换器（变换器（CCM工作模式）工作模式）1.导通状态导通状态2.截止状态截止状态3.输入输出关系输入输出关系D称为占空比称为占空比11tLUUtLUIOILON22tLUtLUIOLOFFOFFONIIIODUUOFFONONttttttD211四、四、TL494的内部结构与功能的内部结构与功能1.结构四、四、TL494的内部结构的内部结构与功能与功能2.TL494的时序的

4、时序p 当锯齿波电平死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。当锯齿波电平死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。p 当锯齿波电平反馈当锯齿波电平反馈/PWM输入电平时，输入电平时，PWM比较器输出高电平。比较器输出高电平。p 死区时间控制电压和反馈死区时间控制电压和反馈/PWM输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟宽度。输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟宽度。CT反馈/PWM比较器输入死区时间控制触发器时钟QQQ1射极Q2射极输出控制图二：TL494时序图2.TL494的时的时序序(续续)p 当输出控制电压当输出控制电压=H时，时， Q和时钟和时钟信号均为信号均为0时，时，

5、Q1基极高电平导基极高电平导通，通， /Q和时钟信和时钟信号均为号均为0时，时， Q2基极高电平导通，基极高电平导通，两管轮流导通，两管轮流导通，称为推挽工作方称为推挽工作方式。式。p 当输出控制电压当输出控制电压=L时，时钟信号时，时钟信号为为0时，时， Q1和和Q2基极获高电平导基极获高电平导通，两管同时导通，两管同时导通，称为单端工通，称为单端工作方式。作方式。CT反馈/PWM比较器输入死区时间控制触发器时钟QQQ1射极Q2射极输出控制图二：TL494时序图3.功能描述功能描述 含有控制开关式电源所需的主要功能块。含有控制开关式电源所需的主要功能块。 线性锯齿波振荡器线性锯齿波振荡器(3

6、V)，频率，频率Fosc = 1.1/ (RT* CT ) 输出开关管导通时间由输出开关管导通时间由“死区时间控制死区时间控制”和和“反馈反馈/PWM比比较器输入较器输入”两个信号中电平较高的一个控制，控制信号电两个信号中电平较高的一个控制，控制信号电平与电容器平与电容器CT 上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的调整。上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的调整。 控制信号电平线性增加时，控制信号电平线性增加时，Q1 和和Q2 的导通时间线性减少。的导通时间线性减少。 “输出控制输出控制”=5V为推挽输出，最小死区为推挽输出，最小死区2%，最大占空比，最大占空比48%； “输出控制输出控制” =0为单

7、端输出，最小死区为单端输出，最小死区4%。五、五、TL494的工作条件的工作条件1.工作条件工作条件条条 件件符符 号号最小最小典型典型最大最大单位单位电源电压电源电压VCC7.01540V集电极电压集电极电压VC1,VC2-3040V集电极输出电流集电极输出电流(每个三极管每个三极管)IC1,IC2-200mA误差放大器输入共模电压误差放大器输入共模电压Vin-0.3-VCC2V反馈反馈/PWM比较器输入端电流比较器输入端电流Ifb-0.3mA基准输出电流基准输出电流Iref-10mA计时电阻计时电阻RT1.830500k计时电容计时电容CT0.00470.0110F振荡器频率振荡器频率Fo

8、sc1.040200kHz六、原理图六、原理图p稳压原理输出电压负反馈。稳压原理输出电压负反馈。若某因致输出电压过高，则误差放大器若某因致输出电压过高，则误差放大器1同向端电位升高，反馈同向端电位升高，反馈/PWM端电位端电位上升，上升，Q1管导通时间减少，占空比减少，输出电压减少。负反馈使输出电压管导通时间减少，占空比减少，输出电压减少。负反馈使输出电压保持稳定，保持稳定，R17和和R16中点电压为中点电压为5V。R12/R10为误差放大器为误差放大器1的静态放大倍的静态放大倍数，影响控制精度。数，影响控制精度。C3和和R6、C4、C5和和R13补偿网络，提高静、动态性能。补偿网络，提高静、

9、动态性能。L1 270uH/2.0AR110KR21KT2TIP127R163K6R175K1C9104C7220u/25VD4FR307C3104R63KR121MR410KC610u/16VR52KR11 3KR10 3KR90.1R8120R73KR310KC2332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494C13300u/35V3A/400+12图三：由TL494组成降压型开关稳压电源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25VIN5399*4C5103R13570C

10、4682闭环输出电压调整系数闭环输出电压调整系数TtONVsmVPWM六、原理图六、原理图p过载保护过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。过载保护过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。不论开关管不论开关管T2是否导通，流过负载的电流都经过是否导通，流过负载的电流都经过R9(由上向下由上向下)，R9的下端的下端电位为负，当负载电流达一定值时，误差放大器电位为负，当负载电流达一定值时，误差放大器2的反相端电位为负，误差的反相端电位为负，误差放大器放大器2的输出（即反馈的输出（即反馈/PWM端）为正，端）为正，Q1管不导通，输出电压降低。管不导通，输出电压降低。L1 270uH/2.0A

11、R110KR21KT2TIP127R163K6R175K1C9104C7220u/25VD4FR307C3104R63KR121MR410KC610u/16VR52KR11 3KR10 3KR90.1R8120R73KR310KC2332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494C13300u/35V3A/400+12图三：由TL494组成降压型开关稳压电源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25VIN5399*4C5103R13570C4682六、原理图六、原理图p 软启

12、动上电时输出电压由低到高建立，需要一定时间。软启动上电时输出电压由低到高建立，需要一定时间。上电时，上电时，C6充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，Q1管的导通管的导通时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。L1 270uH/2.0AR110KR21KT2TIP127R163K6R175K1C9104C7220u/25VD4FR307C3104R63KR121MR410KC610u/16VR52KR11 3KR10 3KR90.1R8120R73KR310KC2332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C

13、18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494C13300u/35V3A/400+12图三：由TL494组成降压型开关稳压电源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25VIN5399*4C5103R13570C4682七、参数选择七、参数选择1.整流管：整流管：桥式整流，整流管工作电流桥式整流，整流管工作电流=0.5负载电流，大反向电负载电流，大反向电压压=输入交流电压峰值，输入交流电压峰值，IN5399(1.5A/1kV)可以满足要求。可以满足要求。2.滤波电容：滤波电容：RLC=(35)T。整流滤波后电压整流滤波后电压VIN=1828

14、.8V，P=UoIo(V2IN/RL)*, =0.9， RL12，T=10mS，3300uF/35V电解电容可满足要求。电解电容可满足要求。最常用电解电容最常用电解电容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相应十百千及相应十百千uF，耐压有耐压有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。3.工作频率：音频上限工作频率：音频上限20kHz，Fosc33kHz，TOSC=30uS，tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.021.4uS（Vsta1.2V）。）。七、参数选择七、参数选择4.开关管：开关管：开关速度开关速度2(VIN)max，电流电流2(IO)m

15、axTIP127（100V/5A，Darl-L，hFE1000，tr和和tdIOCt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max电流连续状态电流连续状态CCM VIN-VSTA-VFIOC2IOCt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max临界连续状态临界连续状态VIN-VSTA-VFIOIOCt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max电流连续状态电流连续状态CCM VIN-

16、VSTA-VFIOC2IOCt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max临界连续状态临界连续状态VIN-VSTA-VFIOIOCt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max电流连续状态电流连续状态CCM VIN-VSTA-VFIOC2IOCt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max临界连续状态临界连续状态VIN-VSTA-VFIOIOCt续流管阴极电位续流管阴极电位VK 、

17、 电感电流电感电流IL、负载电流负载电流IO (tON)min(tOFF)max电流断续状态电流断续状态DCM VO图五：电流连续、临界连续、断续状态图五：电流连续、临界连续、断续状态2I八、电感计算方法八、电感计算方法八、电感计算方法八、电感计算方法九、设计步骤与设计验证九、设计步骤与设计验证1.根据技术指标进行理论设计根据技术指标进行理论设计绘制原理图绘制原理图器件参数选择器件参数选择设计设计PCB元件检查、焊装元件检查、焊装2.设计验证设计验证通电前外观检查通电前外观检查空载通电试验空载通电试验观察有否异常温升观察有否异常温升观测输出电压、锯齿波观测输出电压、锯齿波观测续流管阴极波形，脉

18、观测续流管阴极波形，脉冲过冲是否稳态值冲过冲是否稳态值改变输入电压，看波形占改变输入电压，看波形占空比变化空比变化加载实验加载实验半满负载，观察温升情况半满负载，观察温升情况中等输入电压中等输入电压/满载，观测温升和满载，观测温升和续流情况续流情况最高输入电压最高输入电压/满载，观测温升和满载，观测温升和续流情况，判断电感量是否充足；续流情况，判断电感量是否充足；观测开关管观测开关管EC极电压，判断其是极电压，判断其是否工作在饱和与截止两状态，开否工作在饱和与截止两状态，开关速度是否满足要求；输出电压关速度是否满足要求；输出电压纹波是否满足要求纹波是否满足要求最小输入电压最小输入电压/满载，观测温升