TL494开关电源

闽南师范大学
TL494开关电源设计
姓名： X X X
学号： XXXXXXXXX
班级： XXXXXXXXX
指导教师：郭海燕
2013年6月7日
目录
摘要 (2)
1 设计任务要求 (2)
1.1 任务 (2)
1.2 实现方案 (3)
2 电路图的设计 (3)
2.1 工作原理分析 (4)
2.2 器件参数选择 (7)
3.1 9V时各工作点的波形 (7)
3.2 数据的测量 (11)
4 心得体会 (11)
5 参考资料 (12)
6 附录 (12)
摘要
本设计基于TL494设计一个开关电源。

随着开关电源在计算机等家用电器等方面的广泛运用，人们对电源的效率、体积、重量及可靠性提出了更高的要求。

开关电源以其效率高、体积小等优势在很多方面逐步取代效率低、体积笨重的线性电源。

本课题介绍一种基于PWM 技术的全桥式开关电源，通过双端驱动的集成电路—TL494输出的PWM 脉冲控制主开关的导通来控制直流输出的。

关键词：PWM、全桥电路、开关电源、TL494
1、设计任务
1.1任务:
1.电源容量
输入：直流15~24V。

输出：电源电压5~12V(可调)，纹波小于100mVP-P，最大输出电流2A (限流型2.2A 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TL494脉冲宽度调制控制集成电路。

1.2实现方案：
TL494包括开关电源所需的全部控制电路，误差放大器、振荡器、脉宽调制器、脉冲发生器、两只相互交替输出的开关管和电流保护电路。

故采用TL494构成开关电源。

图1：系统框图
2、电路图的设计
图2 TL494控制的带软启动的开关电源电路
2.1工作原理分析
2.1.1单端正激式开关电源的工作原理
图3:单端正激式开关电源的工作原理图图4:单端正激式开关电源的输出波形
当输入控制脉冲为低电平时，三极管处于导通状态
11t L
U U t L U I O I L
On -==
∆ 式（2.1.1） 当输入控制脉冲为高电平时，三极管处于导通状态，
22t L
U t L U I O L
OFF ==
∆ 式（2.1.2） 根据电感充放电特点OFF ON I I ∆=∆得，
I I O U U t t t U ε=+=
2
11
式（2.1.3） 2
11
t t t +=
ε为占空比。

2.1.2 TL494的内部结构与功能
1、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。

当输出控制电压=H 时， Q 和时钟信号均为0时，Q1基极获高电平导通， /Q 和时钟信号均为0时， Q2基极获高电平导通，两管轮流导通，称为推挽工作方式。

当输出控制电压=L 时，时钟信号为0时， Q1和Q2基极获高电平导通，两管同时导通，称
输出控制
图一：TL494内部框图
为单端工作方式。

2、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)，频率用两个外部元件RT 和CT 设置，近似 Ｆosc = 1.1/ (RT* CT ) 输出脉冲宽度由“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输出晶体管Q1 和Q2 的导通时间线性减少。

“输出控制”=5V 为推挽输出，最小死区时间为48%；=0为单端输出，最小死区时间为96%。

3、工作条件
2.1.3电路图原理
1、稳压原理－－输出电压负反馈。

若某种原因导致输出电压过高，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，结果输出电压减少。

最终使输出电压保持稳定，R14和R15中点电压为5V 。

R6/R7为误差放大器1的静态放大倍数，影响控制精度。

C4和R5影响误差放大器1的动态放大倍数，抑制瞬变，如图5所示。

条 件 符 号 最小 典型 最大 单位 电源电压 VCC 7.0 15 40 V 集电极电压
VC1,VC2
-- 30 40 V 集电极输出电流(每个三极管) IC1,IC2 -- -- 200 mA 误差放大器输入共模电压
Vin
-0.3 -- VCC －2 V 反馈/PWM 比较器输入端电
流
Ifb
-- -- 0.3 mA 基准输出电流 Iref -- -- 10 mA 计时电阻 RT 1.8
30
500 k Ω 计时电容 CT 0.0047 0.01 10 μF 振荡器频率
Fosc
1.0
40
200
kHz
图5：稳压原理分析
2、闭环输出电压调整系数
记输出电压反馈系数为：F=R15/(R15+R14)
TL494误差放大器1的差模电压放大倍数为：k=R6/R7 则TL494反馈/PWM 比较器输入端电压为 REF in PWM kV V F k V -+=ε)1( 若TL494锯齿波电压的幅度为sm V ，则有
sm
REF
in sm sm PWM sm V kV V F k V V V V ++-=-=
εε)1(
in
sm REF
sm FV k V kV V )1(+++=
ε
3、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R13(由上向下)，R13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，如图6所示。

4、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，C5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。

2.2器件参数的选择
1、滤波电容：RLC=(3~5)T ，整流滤波后电压VIN=18~28.8V,RL~18V/2A=9Ω，T ＝10mS ，2200uF/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 。

2、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，内带保护二极管可不带RC 吸收回路，需带散热器。

3、输出电压：VO=5V*(1+R14/R15)~12.1V 根据技术要求取R14=5K Ω, R15=3300Ω
4、保护电流： Imax = (Vref /R11)*R12/ R13~2.2A
图6：过载保护原理分析 R7R8
Vref -I*R9
Upwm
Uk
根据设计要求取R11=7500Ω， R12=330Ω, R13=0.1Ω 5、电感量：
6、续流二极管：快恢复二极管，反向偏压＝(VIN)max-VSTA-VO ，峰值电流<2(IO)max ， FR307~3A/1kV 满足要求。

7、输出电容：一个工作周期共向输出电容充电荷⊿Q~0.5(IO)max(0.5TOSC) 纹波0.5⊿VP-P= ⊿Q/CO ，
CO=(3~5)(IO)max*TOSC/2 ⊿VP-P CO=C6=1000uF 能满足要求
注；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。

8、软启时间：~100mS 。

3、系统测试
3.1 9V 时各工作点的波形
在空载通电的情况下，TIP127升温不明显，5脚的输出波形如3.1所示，续流管阴极的波形如图3.2所示,8脚的输出波形如图3.3所示。

脉冲过冲略大于稳态值。

在输出电压一定时，增大输入电压时，占空比变小。

OFF
O O
t I V L 2~图3.1 空载时的5脚和8脚输出波形
图3.2 空载时5脚和续流二极管阴极的输出波形图3.3 半载时5脚和8脚的输出波形
图3.4 半载时5脚和续流管阴极的输出波形图3.5 满载时5脚和8脚的输出波形
3.2数据的测量
输入电压（理论）输入电压
（实测）
输出电压输入电流效率纹波空载半载满载半载满载半载满载半载满载
15V
15.14V 12V 11.95V 11.91V 0.95A 2.01A 83.1% 78.3% 11.9mv 15.2mv
15.45V 9V 8.93V 8.88V 0.69A 1.53A 83.8% 75.1% 12.4mv 14.8mv
21V 21.8V 12V 11.93V 11.88V 0.66A 1.42A 82.9% 76.8% 19.1mv 18.6mv 21.8V 9V 8.92V 8.88V 0.55A 1.12A 74.4% 72.7% 12.6mv 13.8mv
图3.5 满载时5脚和续流管阴极的输出波形
4、心得体会
本学期的课程设计是制作TL494开关电源，包括设计电路、作出原理图和PCB图、焊接、调试等工作）。

趣味性强，同时也可以学到很多东西。

我认为，在这学期的实践中，在收获知识的同时，还收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实践过程中，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

电路板的调试虽然结束了，也留下了很多遗憾，因为由于时间的紧缺和许多课业的繁忙，并没有做到很好，但是，最起码我们没有放弃，它是我们的骄傲！相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。

我们的激情永远不会结束，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。

对本学期课程设计的评价：
趣味性强，不仅锻炼能力，而且可以学到很多东西，在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。

可以让每个人都有动手焊接以及参与其他的各个流程，我们从中学到了很多。

5、参考资料
[1]清华大学电子学教研组编，童诗白、华成英主编：《模拟电子技术基础》(第三版)[M]
北京:高等教育出版社，2000
[2]西安交通大学，王兆安、黄俊主编：《电力电子技术》（第4版）[M]机械工业出版
社，2000
[3]清华大学，杨荫福、段善旭、晁泽云主编：《电力电子装置及系统》[M]北京：清
华大学出版社，2006
6、附录
附录一：元器件清单
附录二：仪器设备清单
测试仪表
名称型号数量
电源交流稳压电源 1
万用表GDM-8135 1
示波器RIGOL DS2102 1
附录三：原理图
附录四；PCB图。