TL开关电源设计BUCK电路探素

电流断续状态DCM
图五：电流连续、临界连续、断续状态
八、电感计算方法

lH dl NI
B
0
la

B
0e
le

NI
，B

la
0 NI (le e )
LI NBAe
L
NBAe I
0 N 2 Ae la (le e )
N 2 L0
其中 L0

la
0 Ae (le e )
图五：电流连续、临界连续、断续状态
七、参数选择
9. 续流二极管：FR307 • 快恢复二极管 • 反向偏压＝(VIN)max-VSTA • 峰值电流＝ (IO)max＋ΔI FR307~3A/1kV满足要求。 10.软启时间：~100mS。
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO
2ΔI
VIN-VSTA IO>IOC
纹波0.5 ΔVP-P= ΔQ/CO， CO=(3~5)(ΔI) T/(2ΔVP-P) 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。
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO
2ΔI
VIN-VSTA IO>IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
图二 ：TL494时序 图
四、TL494 的内部结构 与功能
2.TL494的时序
当锯齿波电平＜死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。 当锯齿波电平＜反馈/PWM输入电平时，PWM比较器输出高电平。 死区时间控制电压和反馈/PWM输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟宽度。
CT

0 Ae
la
Ae

Li m NBm
， AW

NI kC j
，其中 im
(tON)min (tOFF)max
-VF
t
临界连续状态
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA
VO
IO<IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
电流断续状态DCM
图五：电流连续、临界连续、断续状态
七、参数选择
8.输出电容： CO=C7=220uF 一个工作周期共向输出电容充电荷 ΔQ~0.5*(ΔI)*(0.5T)
通，两管同时导
通，称为单端工 作方式。
死区 时间控 制
反馈 /PWM比较 器输入
图二 ：TL494时序 图
3.功能描述
▪ 含有控制开关式电源所需的主要功能块。 ▪ 线性锯齿波振荡器(3V)，频率Fosc = 1.1/ (RT* CT ) ▪ 输出开关管导通时间由“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CT 上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的调整。 ▪ 控制信号电平线性增加时，Q1 和Q2 的导通时间线性减少。 ▪ “输出控制”=5V为推挽输出，最小死区2%，最大占空比 48%； “输出控制” =0为单端输出，最小死区4%。
典型 15 30 ----30 0.01 40
最大 单位
40
V
40
V
200
mA
VCC－2 V
0.3
mA
10
mA
500
kΩ
10
μF
200
kHz
六、原理图 3A/400 IN5399*4
3300u/35V C1
L1 270uH/2.0A
11
VCC 12
T2
TIP1 27 (100V/ 5A/Darl-L)
设计案例分析
降压型(BUCK型)开关稳压电源设计
一． 技术指标
1. 电源容量 ▪ 输入：15~24Vac（或18~28.8Vdc）。 ▪ 输出：电源电压+12V(不可调)，纹波小于
150mVP-P，最大输出电流2.0A(限流型保 护)。 2. 工作频率 ▪ 开关电源的工作频率为30~40kHz。 3. 控制电路 ▪ 采用脉冲宽度调制控制集成电路TL494。
I OFF

UL L
t2
UO L
t2
3. 输入输出关系
I ON I OFF
UO DU I D t1 tON
t1 t2 tON tOFF
D称为占空比
四、TL494的内部结构与功能
1. 结构
源自文库T
触发 器 时钟
Q Q Q1射极 Q2射极 输出 控制
死区 时间控 制
反馈 /PWM比较 器输入
C7 C8
5 CT 6 RT
GND 7
I N2+ 16
I N215
10u/16V
C2
332 R3
R8
120
10K
R9
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
0.1
+12
104 C9
5K1 R17
R16 3K6
稳压原理－－输出电压负反馈。
若某因致输出电压过高，则误差放大器1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，输出电压减少。负反馈使输出电压 保持稳定，R17和R16中点电压为5V。R12/R10为误差放大器1的静态放大倍 数，影响控制精度。C3和R6、C4、C5和R13补偿网络，提高静、动态性能。
五、TL494的工作条件
1. 工作条件
条件
符号
最小
电源电压
VCC
7.0
集电极电压
VC1,VC2
--
集电极输出电流(每个三极管) IC1,IC2
--
误差放大器输入共模电压
Vin
-0.3
反馈/PWM比较器输入端电流
Ifb
--
基准输出电流 计时电阻 计时电容
振荡器频率
Iref RT CT Fosc
-1.8 0.0047 1.0
2L0
8L0
L0
~
VINT 8I
I (10% ~ 20%)IOmax
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO
2ΔI
VIN-VSTA IO>IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO
2IOC
VIN-VSTA
IOC
C4 682
3
2 R12 1M
1
R11 3K
13
14
R10 3K
C6
DEAD
4
R7
R4 R5
3K
10K 2K
100u/25V
C7 C8
5 CT 6 RT
GND 7
I N2+ 16
I N215
10u/16V
C2
332 R3
R8
120
10K
R9
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
0.1
+12
104 C9
七、参数选择
4.开关管：
➢ 开关速度<1uS， ➢ 耐压>2(VIN)max， ➢ 电流>2(IO)max
TIP127（100V/5A， Darl-L，hFE>1000，tr和 td<1uS）满足要求，需 带散热器。
IC VEC PT
VIN+VF
IECO
VSTA
tON
tOFF
t
图四：开关管开关速度与功耗分析
+12
104 C9
5K1 R17
R16 3K6
软启动－－上电时输出电压由低到高建立，需要一定时间。 上电时，C6充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，Q1管的导通 时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。
七、参数选择
1.整流管：桥式整流，整流管工作电流=0.5负载电流，大反向电 压=输入交流电压峰值，IN5399(1.5A/1kV)可以满足要求。 2.滤波电容：RLC=(3~5)T。 整流滤波后电压VIN=18~28.8V，P=UoIo~(V2IN/RL)*η, η=0.9， RL~12Ω，T=10mS，3300uF/35V电解电容可满足要求。 最常用电解电容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相应十百千uF， 耐压有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。 3.工作频率：音频上限~20kHz，Fosc~33kHz，TOSC=30uS， tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.0~21.4uS（Vsta~1.2V）。
4. 易于建立工程设计概念：课题涉及多个典型的工程要素， 如：功率器件的最大电流、耐压、开关速度，磁性材料的 选择、功率电感的设计与绕制等。
5. 较典型的设计验证方法和负载实验。
三、BUCK型DC－DC变换器（CCM工作模式）
1. 导通状态
I ON
UL L
t1
UI
UO L
t1
2. 截止状态
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO
2IOC
VIN-VSTA
IOC
(tON)min (tOFF)max
-VF
t
临界连续状态
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA
VO
IO<IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
R1 10K
R2
104 3K C3 R6
FR307 D4
1K
103 570
C5 R13
220u/25V
10 E2 E1 9
C1 8
C2
IC2 494
PWM IN1 IN1 +
CONT +5V
C4 682
3
2 R12 1M
1
R11 3K
13
14
R10 3K
C6
DEAD
4
R7
R4 R5
3K
10K 2K
100u/25V
3300u/35V C1
L1 270uH/2.0A
11
VCC 12
T2
TIP1 27 (100V/ 5A/Darl-L)
R1 10K
R2
104 3K C3 R6
FR307 D4
1K
103 570
C5 R13
220u/25V
10 E2 E1 9
C1 8
C2
IC2 494
PWM IN1 IN1 +
CONT +5V
tON T
D
Vsm VPWM Vsm
VPWM
Vsm
(k 1)FDVin Vsm
kVREF
D Vsm kVREF Vsm (k 1)FVin
， VO

DV in

Vsm Vsm (k
k VREF 1)FVin
Vin
VREF F
六、原理图 3A/400 IN5399*4
5K1 R17
R16 3K6
过载保护－－过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。
不论开关管T2是否导通，流过负载的电流都经过R9(由上向下)，R9的下端 电位为负，当负载电流达一定值时，误差放大器2的反相端电位为负，误差 放大器2的输出（即反馈/PWM端）为正，Q1管不导通，输出电压降低。
六、原理图
CONT +5V
C4 682
3
2 R12 1M
1
R11 3K
13
14
R10 3K
C6
DEAD
4
R7
R4 R5
3K
10K 2K
100u/25V
C7 C8
5 CT 6 RT
GND 7
I N2+ 16
I N215
10u/16V
C2
332 R3
R8
120
10K
R9
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
0.1
2. TL494的时
序(续)
触发 器
时钟
当输出控制电压 =H时， Q和时钟 Q
信号均为0时， Q
Q1基极高电平导
通， /Q和时钟信 Q1射极
号均为0时， Q2
基极高电平导通， Q2射极
两管轮流导通，
称为推挽工作方 输出控制
式。
当输出控制电压 =L时，时钟信号 为0时， Q1和Q2 基极获高电平导
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO
2IOC
VIN-VSTA
IOC
(tON)min (tOFF)max
-VF
t
临界连续状态
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA
VO
IO<IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
电流断续状态DCM
七、参数选择
5.输出电压： VO=5V*(1+R17/R16)~12.1V
6.保护电流：
Imax = (Vref /R7)*R8/ R9~2.0A
7.电感量：L~270μH（ΔI~0.4A， VIN~28.8V）。
2I VIN VO
tON
L0
IOC I
I VIN (1 D)DT VINT
二． 课题的意义
1. 具有实用性：几乎所有的电子设备都涉及电源设计，容量 较大时多采用开关电源。
2. 掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术－PWM是一项共性 技术，应用面广，各种电源设计、恒温控制、电机调速等。
3. 学习集成电路应用方法：TL494、SG3525A是常用的、典 型的固定频率的PWM控制电路，有一定代表性。
闭环输出电压调整系数
记输出电压反馈系数为： F R16（R16 R17） TL494 误差放大器 1 的差模电压放大倍数为： k R12 R10 则 TL494 反馈/PWM 比较器输入端电压为
VPWM (k 1)FDVin kVREF
VPWM Vsm
若 TL494 锯齿波电压的幅度为Vsm ，则有
3A/400 IN5399*4
3300u/35V C1
L1 270uH/2.0A
11
VCC 12
T2
TIP1 27 (100V/ 5A/Darl-L)
R1 10K
R2
104 3K C3 R6
FR307 D4
1K
103 570
C5 R13
220u/25V
10 E2 E1 9
C1 8
C2
IC2 494
PWM IN1 IN1 +