采用TL494的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器設計

給大家分享的是采用TL494 的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，使用降壓和升壓轉(zhuǎn)換器的相同原理，采用簡化的組合電路。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的主要特點是即使輸入電壓低于輸出電壓，也能保持輸出電壓恒定，意味著電路可以根據(jù)輸入電壓在降壓和升壓模式下工作。

這篇文章，主要是關(guān)于TL494 IC的基本大功率反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的工作原理、電路設計、計算、測試。

一、反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理?

升降壓轉(zhuǎn)換器是一種 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，具有不同幅度的輸出電壓，根據(jù)PWM 脈沖和負載條件，輸出電壓可以大于或等于輸入電壓。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器與反激式轉(zhuǎn)換器非常相似，但降壓-升壓轉(zhuǎn)換器使用單個的電感而不是變壓器。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器有兩種不同的拓撲結(jié)構(gòu)：反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和同相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

這里主要分享的是反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的基本原理圖如下所示。

如下圖，反相隱藏函數(shù)的輸出與輸入的輸出完全相反，得到的是地而不是 VCC，那么電壓是如何反轉(zhuǎn)的?就需要知道反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的工作原理。

反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的基本原理圖

如下圖所示，反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路由一個電感、一個二極管、一個作為開關(guān)的 MOSFET 和一個電容組成。我們用開關(guān)信號操作著這個電路。

由于使用的 MOSFET 是 P 溝道 MOSFET，所以它在脈沖低時導通，在脈沖高時關(guān)閉。

現(xiàn)在，當 MOSFET 導通時，電感充電并積累能量;發(fā)生這種情況時，二極管會阻止電容充電。

反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器工作原理

現(xiàn)在，當 MOSFET 關(guān)斷時，線圈的能量轉(zhuǎn)移到電容，并從電容流向負載，但由于二極管反向連接，電壓的極性現(xiàn)在與之前相反，這就是反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理。

反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器工作原理

二、構(gòu)建基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件

下面列出了構(gòu)建基于 TL494 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件，這個電路中使用的組件非常通用，你可以在很多電子元器件網(wǎng)站找到。

構(gòu)建基于 TL494 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件

各類元器件實物圖

三、基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

基于 TL494 的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的完整電路圖如下所示，該電路的工作原理非常簡單。

電路分為三部分，第一部分是TL494 PWM 控制器，我們使用 TL494 PWM 控制器來驅(qū)動 MOSFET，該 IC 配置為以 100KHz 開關(guān)頻率進行開關(guān)，適合此類應用。

第二部分是負責升降壓操作的電路，使用 N 溝道 MOSFET 驅(qū)動電路。如下圖左側(cè)示意圖，使用 P 溝道 MOSFET 作為開關(guān)的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，但 P 溝道 MOSFET 的一大缺點是其內(nèi)部電阻。

后面考慮一個通用的 IRF9540 P 溝道 MOSFET，它的內(nèi)阻是 0.22R 或 220ms，但如果我們考慮它的互補 N 溝道 IRF540，內(nèi)阻是 0.077R 或 77ms，比它小 3 倍，這就是決定修改電路的原因。

我們這樣做是為了使用 N 溝道 MOSFET 驅(qū)動電路，左側(cè)的簡化電路正好顯示了這一點，使用 N 溝道 MOSFET 而不是 P 溝道 MOSFET。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

第三部分是：差分放大器，差分放大器接受 2 個電壓值，找出這兩個值之間的差值，并將其放大，產(chǎn)生的電壓可以從輸出引腳獲得。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

最后，電阻 R19 和 R20 形成一個分壓器，將電壓反饋到 TL494 IC 的引腳 1，該引腳根據(jù)負載條件調(diào)節(jié) PWM 脈沖。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

四、基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設計

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設計在單面板上，大家可以自行選擇軟件來設計 PCB，國內(nèi)和國外都有 PCB設計軟件。

你可以在電路板的背面看到，使用了厚接地層來確保有足夠的電流流過，電源輸入在電路板的右側(cè)。如果大家想要 TL494 升壓轉(zhuǎn)換器的 Gerber文件，私聊我領(lǐng)取。

下圖為國內(nèi) DFM 軟件：百芯EMA生成的 3D 圖像如下所示：

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 正面圖

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 背面圖

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 3D圖(截的不是很好)

手工焊接PCB：

為了方便期間，手工制作了 PCB 版本，因為在這里犯了一些錯誤，所以用了一些銅線作為跳線來補救，勉強看著。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的手工焊接圖

全部完成后，下面就是成品圖。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的實物圖

五、測試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

注意：第一次給這個電路供電時，一定要使用恒流電源來限制電流，或者你可以使用一堆功率電阻來限制電流。

如果 PWM 控制器的輸出為高電平，則 MOSFET 處于導通狀態(tài)，所有電流將流過電感器，并通過 MOSFET 接地，MOSFET 將燒毀。

下圖測試設置用于測試電路。ATX PC 電源用于為電路供電，這就是輸入電壓保持在 12V 的原因。你還可以看到電路當前在升壓模式下運行，因此在這種情況下輸出保持在 18 伏，并且我在電路上附加了一個最小負載，在這種情況下它消耗了大約 100 毫安。

測試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

下圖顯示該電路在最小負載條件下可以達到 2.12V 的最小電壓。

測試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

下圖顯示了用于確定電源效率的測試電路。如下圖顯示，輸出電壓為 37.22V，輸出電流為1.582Amps。 我使用了三個串聯(lián)電阻作為負載，總輸出功率為58.8 W。

用于確定電源效率的測試電路

連接負載電阻時，我將萬用表連接到電路的輸入側(cè)以測量輸入電流，輸入電流為5.5A，如果我們將 ATX 電源的輸出電壓設為12V，并將其乘以當前值，我們得到66.2W的輸入功率。因此，電路的效率為(58.8/66.2)x100 = 88.8%。

測試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

六、基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的改進

上TL494 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路僅用于演示目的，因此在電路的輸出部分未添加保護電路。必須進一步改進：

必須增加一個輸出保護電路來保護負載電路

電感需要浸入清漆中，否則會產(chǎn)生可聽噪聲

需要選擇優(yōu)質(zhì) PCB

可以修改開關(guān)晶體管以增加負載電流

審核編輯：湯梓紅