TL494控制智能开关稳压电源设计

第１９卷第１期中原工学院学报

２００８年２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＺＨＯＮＧＹＵＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶ０１．１９Ｎｏ．１Ｆｅｂ．。２００８

文章编号：１６７１—６９０６（２００８）０１—００７１－－０４

ＴＬ４９４控制智能开关稳压电源设计

毋炳鑫，吴必瑞，王晓雷，蒋群

（中原工学院，郑州４５０００７）

摘要：介绍了ＴＬ４９４为控制电路核心的智能开关稳压电源的设计．其采用先进的电压、电流双闭环控制技术，既能通过电压反馈控制稳定输出电压，又能通过电流反馈对过流和输出短路故障实施可靠的保护．同时通过ＭＳＰ４３０单片机的键盘设定来实现对输出电压的设定和步进调整．

关键词：ＴＬ４９４｝稳压电源；升降压斩波电路；ＭＳＰ４３０

中图分类号：ＴＮ８６文献标识码：Ａ

本智能开关稳压电源是以ＴＬ４９４芯片作为控制

电路的核心元件．ＴＬ４９４的控制灵敏度和控制精度都

很高，其采用电压和电流双闭环控制电路，外环由输出

电压反馈形成，内环由电流采样和控制电路形成．这样

构成的电压电流双闭环控制系统具有瞬态性好、稳态

精度高、结构合理、性能可靠等优点，大大降低了

ＭＯＳＦＥＴ开关功率损耗，比常规开关电源提高了效率

和可靠性．同时本设计还采用ＭＳＰ４３０单片机来实现对输出电压的设定和步进调整，选择ＭＳＰ４３０单片机作为控制器，其低功耗能满足系统高效率的要求，且此单片机的ＡＤＣｌ２模块是１２位的高精度的Ａ／Ｄ模数转换，具有高速、通用等特点．

系统结构和方案设计

系统主要由变压器、整流滤波电路、ＰＷＭ控制电路、保护电路和电压电流采样显示电路等组成，系统框图如图１所示．其中，控制电路是智能开关电源很重要的部分，是电源系统可靠工作的保证．该系统采用先进的电压电流反馈控制双闭环控制电路，可实现在反馈稳定电压的同时，进行过流保护［１］．

收稿日期：２００７—１１—２１

作者简介：毋炳鑫（１９８３一），女，河南焦作人，硕士生．

图１系统总体设计框图

２硬件电路设计

２．１升降压斩波电路

稳压电源由电源变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路组成．电源变压器将交流电网２２０Ｖ的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉冲直流电压．由于此脉冲直流电压含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，才能得到平滑的直流电压．基本原理方框图如图２所示．

图２升降压斩波电路

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·７２·中原工学院学报２００８年第１９卷

为了使开关管的功耗减小，采用ＭＯＳＦＥＴ开关管构成升降压斩波电路．由于ＢＯＯＳＴ－ＢＵＣＫ转换器技术比较成熟，开关利用率很高，故使用此电路能够大幅度地降低模块的功耗，同时为下一级提供稳定的直流电压．其输出电压与导通比ａ有关，依据公式（１）：

Ｕｏ＝：：生Ｅ＝苇丝ｌ＿Ｅ＝÷Ｅ（１）

ｏｆｆ

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若改变导通比ａ，则输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低．当０＜ａ＜１／Ｚ时系统实现降压，当１／２＜口＜１时系统实现升压．此结构克服了采用

集成电路ＲＳＭ３０５所造成的电源电流太大、价格相对较高的缺点．

在实际电路中，电感的参数与开关频率以及输入输出电压的大小有关，根据实际要求选用合适的电感值，同时注意其内阻不应过大，以免影响采样效率．对

于电容的计算，在指定纹波电压限制下，它的数值选取主要依据公式（２）：

Ｃ＝（Ｄｌ×ＴＪ×Ｉｏ）／Ｖ’（２）式中：ｐ电容的值；Ｄｌ一占空比；Ｔｌ—ＭＯＳＦＥＴ

的开关周期；Ｉｏ一负载电流；Ｖ７一输出电压纹波．

２．２控制电路的设计

ＴＬ４９４的内部电路由基准电压产生电路、震荡电路、间接调整电路、误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成．如图３所示，当单刀双掷开关Ｓ合向１端时，ＴＬ４９４控制电路作为电源的控制核心，通过调节变位器使输出电压保持在３０～３６Ｖ范围之内；当开关合向２端时，ＭＳＰ４３０单片机通过软件调节ＰＷＭ波的占空比，经Ｒ－Ｃ滤波产生稳定的直流电压信号，为ＴＬ４９４控制电路提供一个给定值，实现了对输出电压进行键盘设定和步进调整的功能［２］．

图３ＴＬ４９４控制原理图

ＴＬ４９４的震荡频率由与４端相连的１Ｋ电阻和分别与５端６端相连的２个１肛Ｆ电容设定，其频率为，＝１．１／ＲＩ×ＣＩ．

２．３采样电路

对经过升降压斩波电路的直流电压进行采集时，由于采集电压比控制芯片ＭＳＰ４３０的内部参考电压大，故采集前需要通过一个分压电路来分压，使采集电压控制在２．５Ｖ以内．采集后通过一个算法，将采集信号乘以分压电路的变比，得到实际要采集的电压值．

采样电路为电压采集与电流采集，采样电路如图４所示．其中Ｐ６．０、Ｐ６．１为ＭＳＰ４３０芯片的采样通道，Ｐ６．０为电压采集，Ｐ６．１为电流采集．

电压采集：因为采样信号要输入单片机ＭＳＰ４３０，其内部采样基准电压为２．５Ｖ，因此要将输入的采样电压限制在２．５Ｖ之下，考虑到安全裕量，故将输入电压限制在２Ｖ以下．当输入电压为３６Ｖ时，采样电压为１２／（１２＋２００）ｘ３６＝２．０４Ｖ，符合要求．

电流采集：此过程采用康铜丝为元件．首先考虑效率问题，康铜丝不能选择过大，又因为ＭＳＰ４３０基准电压为２．５Ｖ，故所需康铜丝需要自制．考虑以上原因，我们选取康铜丝的阻值约为０．１ｎ．

图４电流电压采样电路

２．４过流保护电路设计

过电流保护是通过Ｐ４．２口对继电器进行控制实现的，如图５所示．当电流超过设定值２．５Ａ时，Ｐ４．２口输出高电平，使继电器常闭触点断开，常开触点闭合，限流电阻进行分流，形成保护．在保护的

第１期毋炳鑫等：ＴＬ４９４控制智能开关稳压电源设计

同时，正常显示电压电流的采集值．保护器件采用继

电器，其正常工作时处于常闭状态，当电流采集值大

于２Ａ，即接近设定值２．５Ａ时，Ｐ４．３口驱动发光二

极管使之发光，预警指示；当采集值小于２Ａ时，其

熄灭．当过流０．５Ａ时，ＭＳＰ４３０使继电器常闭触点

断开，常开节点闭合，限流电阻投入电路中进行限

流，起到过流保护作用口］．

Ｒ４

图５过电流保护电路

３软件设计

ＭＳＰ４３０单片机内部具有高、中、低多个时钟源，可以进行灵活配置使用，同时可工作于多种低功耗模式，大大降低了功耗，提高了整体效率．ＭＳＰ４３０自带有１２位高精度ＡＤＣ、ＴｉｍｅｒＡ和ＴｉｍｅｒＢ定时器，使得整个电路不需要任何扩展就能完成对电源输出电压、电流的实时采集；同时ＭＳＰ４３０Ｆ４４９带有内部ＬＣＤ驱动模块，直接将液晶显示屏连接在芯片的驱动端口即可，电路结构简单．本设计的软件采用Ｃ语言编写，软件设计实现如下功能：采样电流、ＬＥＤ显示电流、采样电压、ＬＣＤ显示电压、过流保护、预警灯显示和键盘设定ＰＷＭ波．系统的主程序流程如图６所示‘５１：

４系统仿真和实际电路测试数据

４．１系统仿真电路

采用ＭＡＴＬＡＢ软件对电源电路进行仿真，电源

围６系统的程序流程图

变压器将交流电网２２０Ｖ的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为直流电压，整流滤波后的１４Ｖ直流电压，经双闭环电路，能够得到３６Ｖ的输出给定电压，其电压波形如图７所示．

图７输出电压波形图

４．２实际电路测试数据

对此系统进行综合测试，结果如表１所示．