基于脉宽控制器TL494的升压开关电源设计

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【摘要】本设计是利用TL494芯片8脚和11脚输出脉冲信号送至由TIP32组成的半桥式变换器电路中控制电流的通断，由高频变压器升压得到升高的高频脉冲电压，经整流滤波产生直流电压输出。取样电路从电源输出端获取输出端变化的电压信号送至芯片TL494的1脚，由该电压的大小来控制芯片输出的高频脉冲宽度，从而决定三极管TIP32C导通时间，达到自动控制输出功率实现28.7V稳定的直流电压输出。该电源电能转换效率高，输出电压稳定，有一定的实用价值。

【关键词】升压;稳压;TL494;高频变压器

1.引言

随着电子技术的发展，电子产品日新月异，其中电子产品的核心之一，电源越来越受到人们的关注，没有一个好的电源电路就谈不上是一个好的电子产品。电源电路正朝着功耗小，输出电压稳定，体积小、重量轻，转化效率高，节能等方面发展，本文基于脉宽控制器tl494设计的升压开关电源具有上述优点，有一定的实用价值。

2.电路思路设计

基于脉宽控制器TL494的升压开关电源设计框图如图1所示。利用TL494芯片为核心设计的脉冲产生电路产生可调脉宽信号，将产生可调脉宽信号送入半桥式推免电路控制高频变压器产生高频脉冲电压，高频脉冲电压经整流滤波为负载提供直流电压，同时将输出电压幅度的变化反馈到可调脉宽信号发生电路中以达到按输出电压的变化调整输出脉冲信号的脉宽，实现将输入的12V-24V的直流电压升高到28.7V稳定的直流电压提供给负载。

图1 升压开关电源设计框图

3.主要模块电路

3.1 脉冲信号产生电路

脉冲产生电路如图2所示，电路由TL494芯片及其电阻，电容共同构成。TL494芯片的CT（5脚）和RT（6脚）外部的一个电阻和一个电容决定振荡频率大小，其振荡频率：，式中，f单位为KHz，R的单位为kΩ，C的单位为μF，其最高振荡频率为300KHz，能驱动双极型开关管或MOSFET管[1]。由外接的电容和电阻的数值可以算出其固定振荡频率为73.3KHZ。当电路接通时，脉冲信号经芯片的8脚和11脚输送给下一个模块。

图2 脉冲信号发生电路图

3.2 半桥推免电路

如图3所示，半桥推免电路由两个三极管TIP32C组成，在基级和发射级之间串接一个47欧的电阻为三极管提供偏置电压。因为受到电阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。[2]

图3 半桥推免电路图

图4 整流滤波电路图

3.3 高频变压器

高频电源变压器是工作频率超过中频（10kHz）的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器。设计变压器时，应预先搞清电路拓扑、工作频率、输入和输出电压、输出功率或输出电流及环境条件，同时还应当知道所设计的变压器允许多大损耗[3]。

高频变压器是本电路成功与否的关键，经过多次查阅资料并多次尝试，我选测EE42型骨架，初级线圈直径为1.0mm，次级线圈直径为0.6mm，初、次匝数比为10比28。

3.4 整流滤波电路

整流滤波的方法很多，如桥堆整流，单个二极管整流等。这里使用单二极管整流，加上一个470uN的电感，如图4所示。前一模块输出的流电压经二极管1N4934整流，经过电容的滤波，以及电感对纹波的抑制，得到平稳的28.7V电源电压。

3.5 电路原理（如图5所示）

图5 电路原理图

图6 TL494型脉宽调制器等效方框图

图7 输出电压与负载曲线图

4.主要元件TL494芯片介绍

4.1 TL494芯片的简介

TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包有两种封装规格，为直插式和贴片式;由16只管脚构成。

4.2 TL494内部结构

TL494中有一个独立的死区时间比较器，控制比较器（4脚）的电位，除可以改变调制器的死区时间之外，还可以用它设计电源软启动电路或欠压保护电路;输出方式控制（13）脚，控制TL494的应用方式，当该端为高电平时，两路输出分别由触发器的Q和控制端，形成双端输出式;当13脚为低电平时，触发器失去作用，两路输出同时由PWM比较后的或门输出控制，同步工作。两路并联输出时，输出驱动电流较大（达400Ma），内部电路如图6所示[1]。

5.电路性能测试

测试电路所须仪器如表1所示：

表1 系统测试所用仪器

序号 仪器名称 仪器型号 规格

1 直流稳压电源 YB1731A 2A

2 数字万用表 UT39A

3 示波器 YB4365 100MHZ

表2 输出电压与负载对应关系表

负载R/Ω 50 83 105 119 126 143 300 空载

输出电压V 12 20 25 28 28.7 28.7 28.7 28.7

负载调整率（电流调整率）：在加入不同阻值的的负载情况下输出电压如表2所示：

根据表2可得到下面的输出电压与负载的曲线图（如图7所示）。

6.结论

由此可以得出，当输入直流电压在12V-24V时，电路工作正常，输出直流电压为28.7V，负载电阻最小等于或大于126欧电路才能正常工作，输出电流最大可达到0.23A，转化效率在70%左右，在输入直流电压在14V左右时转化率最高;在一定范围内，随着负载阻值的增大，转化效率增大。输出纹波空载时为50mV，外接后负载在200mV左右。

参考文献

[1]杜少武.现代电源技术[M].合肥工业大学出版社， 2010：190，191.

[2]王兆安，黄俊.电力电子技术（第四版）[M].机械工业出版社，2001，3.

[3]赵广林.常用电子元器件识别/检测/选用一读通[M].电子工业出版社，2007.

[4]康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].高等教育出版社，2005，7.

[5]周志敏.开关电源实用技术设计与应用[M].人民邮电出版社，2007.

[6]何希才.常用集成电路应用实例[M].电子工业出版社，2007.

[7]钱照明，程肇基.电力电子系统电磁兼容设计基础及干扰抑制技术[M].浙江大学出版社，2000，2.

[8]清源计算机工作室.Protel 99 SE[M].机械工业出版社，2004，1.

基金项目：国家级物理学（师范类）特色专业项目（TS12467）;云南省基金（2009CD097）;楚雄师范学院大学生创新训练项目。

作者简介：

肖东升，现就读于楚雄师范学院物理与电子科学系。

吴东，现就读于楚雄师范学院物理与电子科学系。

李家旺，主要从事光谱与电路系统设计研究工作。