TL494开关电源

1、闽南师范大学物理与电子信息工程系培训课题报告 开关电源设计设计者：2013年 07月 21 日- 15 - 摘要：本课题是以TL494为控制核心的开关电源，可以对开关变换电路进行脉宽调制，构成一个闭环控制系统。其功能主要包括对开关电源输出电压的控制，并维持在某一期望的输出电压值。拥有可靠的过流保护功能。成本低廉，实用性强，扩展空间大，也可以作为小家电或者实验室电源。关键词：开关电源 稳压 TL494 软启动 PWM脉冲宽度调制 目录1.设计任务4 1.1 设计要求4 2.设计方案52.1 单端正激式开关电源5 2.1.1 电路原理图5 2.1.2 工作原理52.2 TL494芯片控制的开关电源

2、5 2.2.1 电路原理图6 2.2.2 TL494芯片时序图和内部框图6 2.2.3 工作原理7 2.3 器件及其参数选择7 2.3.1 工作频率8 2.3.2 开关管选择8 2.3.3 输出电压9 2.3.4 保护电流9 2.3.5 输出电容9 2.3.6 滤波电容9 2.3.7 电感量9 2.3.8 续流二极管9 2.3.9 软启时间93.系统测试10 3.1 使用的仪器和设备10 3.2 负载通电测试10 3.2.1 空载测试10 3.2.2 满负载测试11 3.2.3 过载测试13 3.2.4 工作稳定性134.结论135.参考资料116.附录126.1元器件清单136.2 原理图1

3、56.3 PCB图15 1. 设计任务 1.1设计要求1.电源容量 输入：直流1828V。 输出：电源电压12V(不可调)，纹波小于100mVP-P，最大输出电流2A(限流型保护)。 极限41V 低于6V不启动.2.工作频率 开关电源的工作频率为3040kHz。3.控制电路 采用PWM脉冲宽度调制控制集成电路。 4.板的大小6*10 2. 设计方案 2.1单端正激式开关电源2.1.1电路原理图 如图1图1 单端正激式开关电源工作原理图 2.1.2工作原理 1. 导通状态图2电感的输出电流与输出电压的波形图如图 2. 截止状态 3. 输入输出关系 ION = （其中 称为占空比）电感的输出电流与

4、输出电压的波形图如图2所示 2.2 TL494芯片控制的开关电源 2.2.1 工作原理图如图一： 图一：电路原理图2.2.2 TL494时序图和内部框图如下： 图三：TL494内部结构框图2.2.3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， 。 (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，和时钟信号均为0时，基极获高电平导通，两管轮流导通，称为推

5、挽工作方式。当输出控制电压为低电平时，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。 (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。(6) 过载保护不论开关管是否导通，流过负载的电流都经过

6、 (由上向下)，的下端电位为负，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。(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，输出电压逐渐升高。 2.3器件及其参数选择2.3.1工作频率 线性锯齿波振荡器(3V)，频率用两个外部元件 和设置，近似。 为30kHz，则工作周期=33s，=13.021.4us。为输出电压，为整流滤波之后的直流电压， 为开关的饱和压降。Error! No bookmark name given.2.3.2开关管选择 开关速度<1uS 耐压>2()ma

7、x 电流>2()maxICVECPTtONtOFFtVIN+VFVSTAIECO图四：开关管开关速度与功耗分析 2. 3. 3 输出电压 2. 3. 4 保护电流 2. 3. 5 输出电容 一个工作周期共向输出电容充电荷，纹波,耐压25V能满足要求. 注 产生纹波的两个因素：1.输出电容容量有限；2.开关过程产生的过冲，这部分较难滤除。2. 3. 6 滤波电容 =(35)T，输入电压=630V,取电压为15V计算，则 T10mS，220uF/25V电解电容可满足要求。2. 3. 7 电感量 2. 3. 8 续流二极管 快恢复二极管，反向偏压(VIN)max-VSTA-VO，峰值电流<

8、;2(IO)max，FR3075A/1kV 满足要求。2. 3. 9 软启时间 3.系统测试 3.1使用的仪器和设备 示波器(RIGOL DS2102)，学生电源(UTP3333TO)，万用表(GDM-8135)，负载(3.6-25.0欧) 3.2负载通电测试3.2.1空载测试 空载测试时记录接入电源五分钟后的数据表如下：测试时散热片、芯片和电感微热。正常工作。 TL494芯片第五脚波形图如图五：引脚输出电压为3V，波形为锯齿波符合设计方案。 图五 3.2.2满负载测试 在满载情况下测试散热片稍热，芯片和电感微热。输出电流为2A，输出电压为12V；纹波的峰峰值为 10.42mV（满足要求） 如

9、图六，8脚输出波形的占空比为59.62%，其波形图如图七所示。续流二极管阴极的输出波形如图八所示。 图六 图七 图八 满负载测试时，输出稳压18v，输入电压为（15-28V），记录输入电流,输出电流,输出电压。计算其效率如下表，并做出折线图。1. 通过图表分析：随着输入电压的升高，效率初始时上升趋势快，输入电压达到4V后效率趋于平缓，在输入电压为14V时效率最高为84.3 。2. 通过下面图表分析：当输入电压大于15V以后，输出电压基本不变而输出电流先缓慢上升再下降。输入电压（V）151617181920输出电压(V)11.911.911.911.911.911.9输入电流(A)1.941.9

10、21.821.81.711.61输出电流(A)1.931.992.072.062.022.05效率79%77%80%76%74%76%212223242526272811.911.911.911.911.911.911.911.91.571.51.461.421.381.331.271.232.052.052.062.062.062.062.062.0674%74%73%72%71%71%71%71%3.2.3过载测试 输出18V时加上负载，调节负载使电流上升，当负载低于3.6欧时，电流大于2.06A，引起电流保护，输出电压急速下降。而且开关管温度较高（70摄氏度左右），电感温度稍高（45摄氏

11、度左右），芯片温度微热。3.2.4 工作稳定性 输入较高电压且满载情况下，长时间工作状态正常。 4.结论 本次完成了对TL494开关电源设计，并得到了预期效果。在此过程中，明白了要对一个电路了解透彻，应该深入了解芯片或者关键器件。巩固了以前的知识和提前了解了数电方面的一些知识，不仅动手能力得到了提升，在理论和思想也有了一定的提高，对模拟电路，数字电路有了更为深刻的理解，有待进一步提高。 5.参考文献【1】张华林.周小方.电子设计竞赛实训教程M;北京.北京航空航天大学出版社,2007.7.【2】童诗白.华成英.模拟电子技术基础M（第四版）;北京.高等教学出版社2006.1.【2】阎石.数字电子技

12、术基础M（第五版）;北京.高等教学出版社2006.5. 6.附录 6.1器件明细表Designator Component Library Reference Sheet-C1 E_1000UF/25V TL494.SchC2 332 TL494.SchC3 104 TL494.SchC4 682 TL494.SchC5 103 TL494.SchC6 E_10UF/16V TL494.SchC7 E_220UF/25V TL494.SchC8 E_100UF/25V TL494.SchC9 104 TL494.SchD1 FR307 TL494.SchG1 270UH/2.0A TL494.SchQ1 TIP127 TL494.SchR1 10K TL494.SchR2 1K TL494.SchR3 10k TL494.SchR4 10k TL494.SchR5 2K TL494.SchR6 3K TL494