基于TL494的DC-DC升压稳压变换器设计概要

电力电子技术课程设计报告设计课题：基于TL494的脉宽调制电路应用

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漳州师范学院物理与电子信息工程系

目录

一、设计任务要求 (3)

二、设计方案分析 (3)

2.1、DC-DC升压变换器的工作原理 (4)

2.2、DC-DC升压变换器输入、输出电压的关系 (5)

2.3、DC-DC变换器稳压原理 (6)

2.4、集成脉宽调制控制器TL494介绍 (6)

三、主要单元电路设计 (8)

3.1、DC-DC升压变换器主回路设计 (8)

3.2、DC-DC变换器控制电路设计 (10)

四、系统安装与调试 (12)

五、总结 (12)

六、附录 (13)

基于TL494的DC-DC升压稳压变换器设计

一、设计任务要求

基于TL494设计一个将12V升高到24V的DC-DC变换器。

在电阻负载下，要求如下：

1、输出电压U0=24V。

2、最大输出电流I0max=1A。

3、当输入UI=11~13V变化时，电压调整率SV≤2%（在I0=1A时）。

4、当I0从0变化到1A时，负载调整率SI≤5%（在UI=12V时）。

5、要求该变换器的在满载时的效率η≥70%。

6、输出噪声纹波电压峰-峰值U0PP≤1V（在UI=12V，U0=24V，I0=1A条件下）。

7、要求该变换器具有过流保护功能，动作电流设定在1.2A。

二、设计方案分析

2.1、DC-DC升压变换器的工作原理

DC-DC功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的DC-DC变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。下面主要讨论非隔离型升压式DC-DC变换器的工作原理。

图1（a）是升压式DC-DC变换器的主电路，它主要由功率开关管VT、储能电感L、滤波电容C和续流二极管VD组成。电路的工作原理是，当

控制信号Vi 为高电平时，开关管VT 导通，能量从输入电源流入，储存于电感L 中，由于VT 导通时其饱和压降很小，所以二极管D 反偏而截止，此时存储在滤波电容C 中的能量释放给负载。当控制信号Vi 为低电平时，开关管VT 截止，由于电感L 中的电流不能突变，它所产生的感应电势将阻止电流的减小，感应电势的极性是左负右正，使二极管D 导通，此时存储在电感L 中的能量经二极管D 对滤波电容C 充电，同时提供给负载。电路各点的工作波形如图1（b ）。

图1 DC-DC 升压式变换器电路及工作波形

2.2、DC-DC 升压变换器输入、输出电压的关系

假定储能电感L 充电回路的电阻很小，即时间常数很大，当开关管VT 导通时，忽略管子的导通压降，通过电感L 的电流近似是线性增加的。即：t L U I i I ⋅+=LV L ，其中ILV 是流过储能电感电流的最小值。在开关管VT

导通结束时，流过电感L 的电流为：ON LV LP T L U I I I ⋅+

=，iL 的增量为ON I T L U ⋅。

在开关管VT 关断时，续流二极管D 导通，储能电感L 两端的电压为dt di L U U u L I L =-=0，所以流过储能电感L 的电流为：t L U U I i I LP L ⋅--=0，当开关管VT 截止结束时，流过电感L 的电流为OFF I LP LV L T L U U I I i ⋅--==0 ，

iL 的减少量为OFF I T L U U ⋅-0。在电路进入稳态后，储能电感L 中的电流在

开关管导通期间的增量应等于在开关管截止期间的减量，即

O F F I ON I T L U U T L U ⋅-=⋅0，所以：I I ON I OFF U q U T T T U T T U ⋅-=⋅-=⋅=110，其中

T T q ON

=。可见改变占空比大小，就可以获得所需要的电压值，由于占空比总是小于1，所以输出电压总是大于输入电压。

2.3、DC-DC 变换器稳压原理

通过输出电压的关系式可以看出，在输入电压或负载变化，要保证输出电压保持稳定时，可以采用两种方案。第一可以维持开关管的截止时间TOFF 不变，通过改变脉冲的频率f 来维持输出电压U0的稳定，这便是脉冲频率调制（PFM ）控制方式DC-DC 变换器；第二可以保持脉冲的周期T 不变，通过改变开关管的导通时间TON ，即脉冲的占空比q ，以实现输出电压的稳定，这就是脉宽调制（PWM ）控制方式DC-DC 变换器。由于目前已经有各种型号的集成PWM 控制器，所以DC-DC 变换器普遍采用PWM 控制方式。

图2是DC-DC 升压稳压变换器的原理图，它主要有取样电路、比较放大、PWM 控制器和DC-DC 升压变换器组成。其稳压原理是，假如输入电压UI 增大，则通过取样电阻将输出电压的变化（增大）采样，和基准电压

相比较通过比较放大器输出信号去控制PWM 控制器输出脉冲占空比q 的变化（减小），结果可使输出电压保持稳定。反之，当输入电压减小时，PWM 控制器输出脉冲占空比q 也自动变化（增大），输出电压仍能稳定。

图2 DC-DC 升压稳压电路的组成

2.4、集成脉宽调制控制器TL494介绍

TL494集成电路内部电路如图3所示，它由振荡器、D 触发器、死区时间比较器、PWM 比较器、两个误差放大器、5V 基准电压源和两个驱动三极管等组成。当TL494正常工作时，输出脉冲的频率取决于5脚和6脚所接的电容和电阻，表达式为 T T C f R 1.1 ，在电容CT 两端形成的是锯齿波，该锯齿波同时加给死区时间控制比较器和PWM 比较器，死区时间控制比较器根据4脚所设置的电压大小输出脉冲的死区宽度，利用该脚可以设计电源的软启动电路、欠压或过压电路等。输出调制脉冲宽度是由电容CT 端的正向锯齿波和3、4脚输入的两个控制信号综合比较后确定的。当外接控制信号电压大于5脚电压时，9、10脚输出脉冲为低电平（设9、10脚为跟随器输出接法），所以随着输入控制信号幅值的增加，TL494输出脉