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在使用電子設備時，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己需要在輸入電壓保持低電平的情況下提高輸出電壓，這是一種我們可以依賴通常稱為升壓轉換器的電路的情況（升壓轉換器）。升壓轉換器是一種 DC-DC 型開關轉換器，可在保持恒定功率平衡的同時提高電壓。升壓轉換器的主要特點是效率，這意味著我們可以期待更長的電池壽命和減少熱量問題。
因此，在本文中，我們將設計一個 TL494升壓轉換器，并計算和測試一個基于流行的TL494 IC 的高效升壓轉換器電路，其最小供電電壓為 7V，最大為 40V，并且作為我們使用IRFP250 MOSFET作為開關，這個電路理論上可以處理 19Amp 的最大電流（受電感容量限制）。最后，會有詳細的視頻展示電路的工作和測試部分，所以事不宜遲，讓我們開始吧。
了解升壓轉換器的工作原理
上圖為 升壓轉換器電路的基本原理圖。為了分析這個電路的工作原理，我們將把它分成兩個部分，第一個條件解釋了當 MOSFET 導通時會發(fā)生什么，第二個條件解釋了當 MOSFET 關斷時會發(fā)生什么。
MOSFET導通時會發(fā)生什么：
上圖顯示了 MOSFET 導通時的電路狀況。如您所知，我們在虛線的幫助下顯示了導通狀態(tài)，當 MOSFET 保持導通時，電感器開始充電，通過電感器的電流不斷增加，并以磁場的形式存儲。
當 MOSFET 關閉時會發(fā)生什么：
現(xiàn)在，您可能知道，通過電感器的電流不能瞬間改變！那是因為它以磁場的形式存儲。因此，在 MOSFET 關斷的那一刻，磁場開始崩潰，電流以與充電電流相反的方向流動。正如您在上圖中看到的，這開始為電容器充電。
現(xiàn)在，通過連續(xù)打開和關閉開關 （MOSFET），我們創(chuàng)建了一個大于輸入電壓的輸出電壓?，F(xiàn)在，我們可以通過控制開關的開啟和關閉時間來控制輸出電壓，這就是我們在主電路中所做的。
了解 TL494 的工作原理
現(xiàn)在，在我們開始構建基于TL494 PWM 控制器的電路之前，讓我們先了解一下 PWM 控制器 TL494 的工作原理。TL494 IC 有 8 個功能塊，如下所示和描述。
5V 參考穩(wěn)壓器：
5V 內部基準穩(wěn)壓器輸出為 REF 引腳，即 IC 的第 14 引腳。參考穩(wěn)壓器可為脈沖轉向觸發(fā)器、振蕩器、死區(qū)時間控制比較器和 PWM 比較器等內部電路提供穩(wěn)定的電源。穩(wěn)壓器還用于驅動負責控制輸出的誤差放大器。
注意：基準在內部編程為 ±5% 的初始精度，并在 7V 至 40V 的輸入電壓范圍內保持穩(wěn)定性。對于低于 7V 的輸入電壓，穩(wěn)壓器在輸入的 1V 范圍內飽和并對其進行跟蹤。
振蕩器：
振蕩器生成鋸齒波并將其提供給死區(qū)時間控制器和用于各種控制信號的 PWM 比較器。
振蕩器的頻率可以通過選擇定時組件R T 和 C T來設置。
振蕩器的頻率可以通過以下公式計算 -
Fosc = 1/（RT * CT）
為簡單起見，我制作了一個電子表格，您可以通過它很容易地計算頻率。您可以在下面的鏈接中找到。
注意：振蕩器頻率等于輸出頻率，僅適用于單端應用。對于推挽應用，輸出頻率是振蕩器頻率的二分之一。
死區(qū)控制比較器：
死區(qū)時間或簡單地說關斷時間控制提供最小死區(qū)時間或關斷時間。當輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時，死區(qū)時間比較器的輸出會阻塞開關晶體管。向DTC引腳施加電壓會產生額外的死區(qū)時間，從而在輸入電壓從 0 到 3V 變化時提供從最小值 3% 到 100% 的額外死區(qū)時間。簡單來說，我們可以在不調整誤差放大器的情況下改變輸出波的占空比。
注意： 110 mV 的內部偏移可確保死區(qū)時間控制輸入接地時的最小死區(qū)時間為 3%。
誤差放大器：
兩個高增益誤差放大器都從 VI 電源軌接收偏置。這允許共模輸入電壓范圍為 –0.3 V 至 2 V，低于 VI。兩個放大器都具有單端單電源放大器的特性，即每個輸出僅高電平有效。
輸出控制輸入：
輸出控制輸入決定了輸出晶體管是以并聯(lián)模式還是推挽模式工作。通過將引腳 13 的輸出控制引腳連接到地，可將輸出晶體管設置為并聯(lián)工作模式。但是通過將此引腳連接到 5V-REF 引腳，可以將輸出晶體管設置為推挽模式。
輸出晶體管：
該 IC 有兩個內部輸出晶體管，它們采用集電極開路和發(fā)射極開路配置，可提供或吸收高達 200mA 的最大電流。
注意：晶體管的飽和電壓在共射極配置中小于 1.3 V，在射極跟隨器配置中小于 2.5 V。
構建基于 TL494 的升壓轉換器電路所需的組件
一個包含以下所有部分的表格。在此之前，我們添加了一張圖片，顯示了該電路中使用的所有組件。由于此電路很簡單，您可以在當?shù)氐膼酆蒙痰暾业剿斜匾牧慵?/p>
零件清單：
TL494 集成電路 - 1
IRFP250 MOSFET - 1
螺絲端子 5X2 mm - 2
1000uF，35V 電容器 - 1
1000uF，63V 電容 - 1
50K， 1% 電阻 - 1
560R 電阻器 - 1
10K，1% 電阻 - 4
3.3K， 1% 電阻 - 1
330R 電阻器 - 1
0.1uF 電容 - 1
150uH （27 x 11 x 14） 毫米電感器 - 1
電位器 （10K） 微調電位器 - 1
0.22R 電流檢測電阻 - 2
復合板通用 50x 50mm - 1
PSU 散熱器通用 - 1
通用跳線 - 15
基于 TL494 的升壓轉換器 - 原理圖
高效升壓轉換器的電路圖如下所示。
TL494 升壓轉換器電路 – 工作
這個TL494 升壓轉換器電路由非常容易獲得的組件組成，在本節(jié)中，我們將遍歷電路的每個主要模塊并解釋每個模塊。
輸入電容：
當 MOSFET 開關閉合且電感器開始充電時，輸入電容器可滿足高電流需求。
反饋和控制回路：
電阻 R2 和 R8 設置反饋回路的控制電壓，設置電壓連接到 TL494 IC 的引腳 2，反饋電壓連接到標記為VOLTAGE_FEEDBACK的 IC 引腳之一。電阻器 R10 和 R15 設置電路中的電流限制。
電阻器 R7 和 R1 形成控制回路，在此反饋的幫助下，輸出 PWM 信號線性變化，沒有這些反饋電阻器，比較器將像通用比較器電路一樣僅在設定電壓下打開/關閉電路。
開關頻率選擇：
通過為引腳 5 和 6 設置適當?shù)闹担覀兛梢栽O置這個 IC 的開關頻率，對于這個項目，我們使用了一個 1nF 的電容值和一個 10K 的電阻值，這給了我們大約 100KHz 的頻率，通過使用公式 Fosc = 1/（RT * CT ）， 我們可以計算出振蕩器頻率。除此之外，我們在本文前面已經(jīng)詳細介紹了其他部分。
基于 TL494 的升壓轉換器電路的 PCB 設計
我們的相位角控制電路的 PCB 設計在單面板上。我使用 Eagle 來設計我的 PCB，但您可以使用您選擇的任何設計軟件。我的電路板設計的 2D 圖像如下所示。
正如您在電路板底部看到的那樣，我使用了厚接地層來確保有足夠的電流流過它。電源輸入在電路板的左側，輸出在電路板的右側。完整的設計文件以及TL494 升壓轉換器原理圖可從以下鏈接下載。
下載基于 TL494 的升壓轉換器電路的 PCB 設計 GERBER 文件
手工PCB：
為方便起見，我制作了我手工制作的 PCB 版本，如下所示。我在制作這個 PCB 時犯了一些錯誤，所以我不得不用舊的一些跳線來修復它。
構建完成后，我的電路板看起來像這樣。
TL494 升壓轉換器設計計算與構建
為了演示這個 大電流升壓轉換器，電路是在 手工制作的 PCB中構建的，并借助原理圖和 PCB 設計文件 ［ Gerber 文件］；請注意，如果您將大負載連接到此升壓轉換器電路的輸出端，大量電流將流過 PCB 走線，并且有可能燒壞走線。所以，為了防止PCB走線燒壞，我們盡可能地增加了走線的厚度。此外，我們用厚焊料層加固了 PCB 走線，以降低走線電阻。
為了正確計算電感和電容的值，我使用了 Texas Instruments 的文檔。
之后，我制作了一個谷歌電子表格，以使計算更容易。
測試這個高壓升壓轉換器電路
為了測試電路，使用以下設置。如您所見，我們使用PC ATX電源作為輸入，因此輸入為12V。我們在電路的輸出端連接了一個電壓表和一個電流表，顯示輸出電壓和輸出電流。從中我們可以很容易地計算出該電路的輸出功率。最后，我們使用了8個4.7R 10W功率電阻串聯(lián)作為負載來測試電流消耗。
用于測試電路的工具：
12V PC ATX 電源
具有 6-0-6 抽頭和 12-0-12 抽頭的變壓器
8個10W 4.7R電阻串聯(lián)——作為負載
Meco 108B+TRMS 萬用表
Meco 450B+TRMS 萬用表
一把螺絲起子
大功率升壓轉換器電路的輸出功耗：
如上圖所示，輸出電壓為44.53V，輸出電流為2.839A，所以總輸出功率變?yōu)?26.42W，如您所見，該電路可以輕松處理100W以上的功率。
進一步增強
此 TL494 升壓轉換器電路僅用于演示目的，因此在電路的輸入或輸出部分沒有添加保護電路。因此，為了增強保護功能，您還可以添加，同樣我使用的是 IRFP250 MOSFET，可以進一步增強輸出功率，我們電路中的限制因素是電感。電感器的更大磁芯將增加其輸出容量。
工商網(wǎng)監(jiān)
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