基于專用開關芯片TL494實現(xiàn)開關電源的設計及應用

線性穩(wěn)壓電路具有結構簡單，調整方便，輸出電壓脈動小的優(yōu)點，但缺點是效率低，一般只有20％～40％，并且比較笨重。開關型穩(wěn)壓電路能克服線性穩(wěn)壓電源的缺點，具有效率高，一般能達到65％～90％，并且體積小，重量輕，對電網(wǎng)電壓要求不高，因而在實際生活中得到廣泛應用。也正因為其應用的廣泛性，相應專業(yè)的學生就更應該深刻和熟練地掌握它，在此以設計脈沖寬度調制型開關電路（PWM）為基礎，詳細解說該系統(tǒng)的調試過程。
1系統(tǒng)設計原理
PWM型的開關電源整體框圖如圖1所示。變壓、整流、濾波模塊處理起來比較簡單，只要采用相應的變壓器、單相全波整流、電容式濾波即可實現(xiàn)，這里不用更多的篇幅介紹。此系統(tǒng)的核心模塊是方框圖中的閉合（負反饋）模塊。如果直接采用Boost型DC-DC升壓器，實現(xiàn)起來簡單，但輸出／輸入電壓比太大，占空比也大，而將使輸出電壓范圍變小，難以達到較高的指標，且為開環(huán)控制。對此采用Maxim公司生產(chǎn)的專用開關芯片TL494芯片，它采用開關脈寬調制（PWM），效率高，外圍電路也較簡單，可以方便實現(xiàn)閉環(huán)控制。
基于專用開關芯片TL494實現(xiàn)開關電源的設計及應用
基于專用開關芯片TL494實現(xiàn)開關電源的設計及應用
1．1TL494工作原理
TL494內(nèi)部結構如圖2所示，它是一種固定頻率可自行設置，并應用脈空調制的控制電路，其中，振蕩頻率fosc=1．1／（RTCT）。具體來講，由于誤差放大器輸入口1，2（或3，4）的值不等，產(chǎn)生偏差，偏差送入PWM比較器與鋸齒波（鋸齒波的頻率由振蕩頻率確定，幅值是定值）比較，在偏差大于鋸齒波范圍內(nèi)時，9口（或10口）輸出低電平，在偏差小于鋸齒波范圍內(nèi)時，9口（或10口）輸出高電平。若偏差值越大，TL494輸出高電平的區(qū)間越小。由此可見，通過調整誤差放大器輸入口的偏差可改變占空比。

1．2升壓變換器的工作原理
如圖3所示，通過控制開關管Q1的導通比，可控制升壓變換器的輸出電壓。它的工作原理是：設開關管Q1由信號VG控制，當VG為高電平時，Q1導通，反之，Q1關斷。當Q1導通時，電感兩端電壓VL=Vi，電感儲能增加，同時負載由電容供電。當Q1斷開時，因電感L上的電流不能突變，故電感電流iL向電容和負載供電，電感上儲存的能量傳遞到電容、負載側。此時，iL減小，L上的感應電動勢VL＜0，所以Vo＞Vi。由此，當Q1導通的時間越長（即占空比越大），電感上儲存的能量越多，Vo也越大。

2系統(tǒng)總體設計
基于前面的分析，設計的系統(tǒng)接線圖如圖3所示。
誤差放大器的反相端2口輸入給定值（可用單片機實現(xiàn)，限于篇幅，不做介紹），用來控制輸出電壓；同相端1口輸入／輸出電壓的反饋電壓，形成閉環(huán)控制。當輸出電壓高于期望值時，反饋輸入1口的電壓升高，誤差放大器的輸出增加，占空比減?。划斴敵鲭妷簻p小時，基本可以做到與期望值相等，從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。若想增大輸出，可升高2口的電壓?？刂七^程如下：原系統(tǒng)穩(wěn)定，當升高2口電壓，1口電壓瞬時不變，誤差放大器輸出減小，占空比變大，電壓升高。若想減小輸出，可降低2口的電壓。
3系統(tǒng)調試
在確定上述總體設計后，采用分模塊的調試方法進行電路調試。
3．1TL494性能測試
按圖4接線，測試2口的輸入電壓（誤差放大器反相端2口采用基準電壓輸入），改變1口的輸入電壓，觀察9，3口的輸出波形。由實驗可以得到：TL494的基準電壓是3．5V；輸出波形為PWM波；誤差放大器工作在非線性區(qū)，只有當輸入（1，2）口的偏差在零到幾十個毫伏之間時，PWM才是可調的；改變1口的電壓，可改變PWM的占空比。

3．2升壓變換器的工作性能測試
按圖5接線，給1口加入使開關管達到飽和的方波信號：
（1）改變方波信號的占空比和方波信號的頻率；
（2）給輸出端加上負載。
由實驗可以得到，改變占空比，可以改變輸出電壓的大小;加上負載，電壓降低，但通過調節(jié)占空比，可使電壓升高；方波信號的頻率越大，改變占空比，調節(jié)輸出電壓的范圍越小。

3．3聯(lián)調
在上述兩步都能得到準確信息之后，將兩模塊進行聯(lián)調，見圖4。若無誤，即可實現(xiàn)輸出端穩(wěn)定的電壓輸出，且可通過改變2口的給定值實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)（升壓）改變輸出電壓。具體范圍與所選擇電感、電容和系統(tǒng)工作的頻率有關，限于篇幅，這里不做介紹。
3．4加入MOSFET（IRF640）驅動
完成上述電路后，接下來要考慮系統(tǒng)的性能指標，除上述電容、電感、工作頻率的參數(shù)外，性能指標的優(yōu)越還與MOSFET有關。為此，在TL494的9口和IRF9540開關管之間加入驅動電路IR2111，如圖6所示。

4結語
按上述步驟進行系統(tǒng)設計，不僅電路簡單，可以比較深刻地掌握TL494的工作原理、開關電源的工作原理、負反饋的工作原理等，而且查找電路錯誤也比較方便。對于該電路的性能指標測試，由于元器件的參數(shù)不同，指標略有不同，但基本上各參數(shù)的指標都較高，如DC-DC變換器的效率可達85％以上。