基于TL494开关电源的设计

第22卷第2期大 学 物 理 实 验

Vol.22No.22009年06月出版

PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLE GE Jun.2009收稿日期:2009-04-10文章编号:1007-2934(2009)02-0073-06

基于TL494开关电源的设计

白炳良 周慰君

(漳州师范学院,漳州,363000)

摘 要 开关电源主回路将输入的15VAC 电压整流滤波所得的直流电压通过升压斩波

电路,变换为25~30VDC 输出。主控制器为PIC16F877A 单片机。整个系统由整流滤波

电路、DC-DC 变换器、控制电路、按键显示等模块组成。主控制器和TL494以闭环形式

控制DC-DC 变换电路,实现输出电压稳定可调。该电源还具有过流保护、自恢复、软

启动和短路报警功能。

关键词 DC-DC 变换器;PWM ;TL494;单片机PIC16F877A

中图分类号:O4-33 文献标识码:A

1 系统设计

1.1 DC-DC 变换器电路拓扑结构

图1 升压斩波电路原理图将降压后的交流电压进行升压变换,这里选择

了升压斩波电路,其电路原理图如图1所示。此拓

扑结构电路结构简单,仅由开关管、二极管、电感、

电解电容等元件组成,只要控制合适的占空比,就

能够以较高的效率进行升压,而且此电路稳压性能

优、转换效率高。因此,选择升压轨波电路作为DC-DC 变换的主拓扑结构[1,2]。

1.2 系统实现方案及结构框图

系统设计框图如图2所示。设计中以升压斩波电路为主回路,该电路实现将整流滤波后的输入电压变为25V~30V 的输出电压。整个系统以单片机PIC16F73和PW M 调制芯片TL494构成控制系统。TL494产生的脉冲信号控制DC-DC 变换器,同时还通过外围电路实现稳压、过流保护、自恢复、软启动和短路报警等功能。单片机与电压反馈模块配合,通过控制数字电位器MCP41010的输出值,实现输出电压值的设定和步进的调整,单片机还通过A/D 模块,实现输出电压、电流值的数显。在DC-DC 变换电路中,采用了导通电阻非常小的MOSFET 作为开关管,快恢复二极管作为续流管,通过以上方法有效的提高了电路的效率。

图2 系统结构框图

2 理论分析与计算

2.1 PW M脉宽调制电路

PWM控制电路主要由集成PW M控制芯片TL494、单片机PIC16F877A和电压电流反馈电路组成。电路原理图如图3所示。单片机通过控制数字电位器MCP41010的输出值,数字电位器作为D/A转换器,实现电压的步进调整,TL494根据电压反馈的输入值调整输出脉冲的宽度,最终实现电压的稳定输出。除此之外,TL494的外围电路还可实现各种保护功能。

主干路上输出的电压经过图4所示电路后再经过TTL494内部的误差放大器1构成

反馈回路。其在A点的电压值为

R18+R w3

R17+R18+R w3

U0=

1

10

U0。若因某种原因导致输出电压

过高,则电压反馈端输入的值增大,使得误差放大器1同相端电位升高,反馈/PWM端电位上升,TTL494内部三极管Q2导通时间减少,输出信号占空比减小,结果使输出电压减少,最终使输出电压保持稳定。

图3 PWM脉定调制电路原理图

2.2 过流保护与阈值参数计算

本设计路具有双重的过流保护功能,当输出电流大于1.5A小于2A时,流过采样电阻R的电流从右至左,如图3所红色箭头所示。R的右端电位为0则左端为为负,当电

流I大于1.5A时,TTL494内部的误差放大器2的反相端电位为负,正向端与反向端通过比较后,误差放大器2的输出(即反馈/PW M端)为正,Q2管不导通,则开关管关断,输出电压降低。当输出电流大于2A时,单片机根据采样进来的电流信号,通过软件设计,将主干路上的继电器J1置为常闭状态,使主干路断开,起到保护作用。

过流保护电路原理图如图3所示,取样电阻值R=0.05 ,其两端的电压为IR,误差放大2的输入端电压U1为:

U1=

IR R8

R8+R9+R w1

+

(R9+R w1) 5V

R8+R9+R w1

=0

图4 电压取样电路原理图

取R8=10K,R9=91 ,R w1=60 ,带入计算得I=

1.5A。当电流大于1.5A时,R两端电压值增大,U1<

0,则电路起到保护作用,所以阈值电流为1.5A。

2.3 软启动

软启动的设计分为两部分:主干路上设有一个单

刀继电器J1、一个双刀继电器J2和一个电阻R1,上电

后通过按键使单片机输出信号,J1、J2工作常开状态,

电路通过R1对稳压电容C3和滤波电容C5充电,充

电时间T1设为1S,输出电压可从0V升到18V;1S后

使J2工作在常闭状态,R1被短路同时TL494得到工作

电压开始工作。TL494的第5脚接电容C15,TL494上

电后C15充电需要一定时间,死区电压由高逐渐变低,

Q2管的导通时间逐渐增大,输出电压逐渐升高至30V,充电时间为T2=10K 4.7uF= 47ms。

2.4 升压斩波电路

2.4.1 工作原理

升压轨波电路原理图如图1所示[1,2]。当控制器输出脉冲高电平时,开关管VT导

通,电感L储存能量,在t on时间内电感电流增量为 L on=U i

L t on。当控制器输出低电平

时,开关管VT截止,电感L向电容C充电并向负载提供能量,在t o ff时间内电感减少的电

流量为 L o ff=U O-U i

L

t o ff,当电路工作于稳定状态时,有 L o ff= I on,可得U O=1

1-a

U i(a

=t on

T

为占空比),因为a 1,所以输出电压高于输入电压,电路实现升压,设计中只要调节

占空比的大小就可以改变输出电压的大小。

2.4.2 电感参数计算

电感电流包括直流平均值及纹波分量两部分,忽略电路的内部损耗;在临界状态下,

电感储存的能量刚好等于释放的能量,有I i=I o V o

V i

=I o T

t off

,其中I i是流入电感的平均电

流。稳态下电感的电流变化量应为0,故在t on期间与在t off期间,电流的变化量应相等,为

I=V i t on

L,选择 I=

V i t on

L=1.4I i,故电感为L=

V i t on

1.4I i,将t on=

V o-V i

f V o及I i=

V o I o

V i代入上式