TL494降壓電路課程設(shè)計(jì)

1、電了技術(shù)課程設(shè)計(jì)報告設(shè)計(jì)課題：基于 TL494的非隔離開關(guān)電源設(shè)計(jì)專業(yè)班級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時間：物理與電子工程學(xué)院目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 42集成穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源的區(qū)別4集成穩(wěn)壓器的組成4開關(guān)電源的組成53開關(guān)電源的分類 64常見開關(guān)電源的介紹6基本電路 7單端反激式開關(guān)電源7單端正激式開關(guān)電源8自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源8推挽式開關(guān)電源9降壓式開關(guān)電源9升壓式開關(guān)電源10反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源105 buck變換器11buck工作原理11buck變換器的參數(shù)計(jì)算126 TL494脈寬調(diào)制電路14TL494芯片主要特征14TL494工作原理簡述14標(biāo)準(zhǔn)BUCK （降壓）電路圖 157性能測試結(jié)果分析

2、168結(jié)論與心得錯誤!未定義書簽9. 參考文獻(xiàn)1710. 附錄17基于TL494的非隔離開關(guān)電源設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 掌握PCB制板技術(shù)、焊接技術(shù)、電路檢測以及集成電路的使用方法。2掌握TL494的非隔離開關(guān)電源的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。3研究開關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)方法，并按照設(shè)計(jì)指標(biāo)要求進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)與仿真。 具體要求如下：分析、掌握該課題總體方案，廣泛閱讀相關(guān)技術(shù)資料，并提出自己的見解 掌握開關(guān)電源的工作原理。設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)并進(jìn)行仿真，掌握系統(tǒng)調(diào)試方法，使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求：直流輸入電壓：1040V;輸出電壓：5V;輸出電流：1A;效率：72%。二、集成穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源的區(qū)

3、別(1)、集成穩(wěn)壓器的組成圖1集成穩(wěn)壓器的組成電路內(nèi)部包括了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的各個組成部分，另外加上保護(hù)電路和啟動電路。1. 調(diào)整管在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管為由兩個三極管組成的復(fù)合管。這 種結(jié)構(gòu)要求放大電路用較小的電流即可驅(qū)動調(diào)整管發(fā)射極回路中較大的輸出電流，而且提高了調(diào)整管的輸入電阻。2. 放大電路在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，放大管也是復(fù)合管，電路組態(tài)為共射接法， 并采用有源負(fù)載，可以獲得較高的電壓放大倍數(shù)。3. 基準(zhǔn)電源在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，采用一種能帶間隙式基準(zhǔn)源，這種基準(zhǔn)源 具有低噪聲、低溫漂的特點(diǎn)，在單片式大電流集成穩(wěn)壓器中被廣泛采用。4.

4、采樣電路在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，采樣電路由兩個分壓電阻組成，它對輸出電壓進(jìn)行采樣，并送到放大電路的輸入端5啟動電路啟動電路的作用是在剛接通直流輸入電壓時， 使調(diào)整管、放大電路和基準(zhǔn)電源等 部分建立起各自的工作電流。當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作后，啟動電路被斷開，以免影響穩(wěn) 壓電路的性能。6保護(hù)電路在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，芯片內(nèi)部集成了三種保護(hù)電路，它們是限 流保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路和過壓保護(hù)電路。（2）、開關(guān)電源的組成采樣電路脈沖調(diào)制比較放大*基準(zhǔn)電壓oI Zo圖2開關(guān)電源的組成當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時，采樣電路將輸出電壓變化量的一部分送到比較放大電路,與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并將二者的差

5、值放大后送至脈沖調(diào)制電路，使脈沖波形的占空比發(fā)生變化。此脈沖信號作為開關(guān)管的輸入信號，使調(diào)整管導(dǎo)通和截止時間的比例 也發(fā)生變化，從而使濾波后輸出電壓的平均值基本保持不變。三、開關(guān)電源的分類1按開關(guān)管的連接方式，開關(guān)電源可分為串聯(lián)型開關(guān)電源和并聯(lián)型開關(guān)電源。串聯(lián) 型開關(guān)電源的開關(guān)管是串聯(lián)在輸入電壓和輸出負(fù)載之間，屬于降壓式穩(wěn)壓電路；而并聯(lián)型開關(guān)電源的開關(guān)管是在輸入電壓和輸出負(fù)載之間并聯(lián)的，屬于升壓式穩(wěn)壓電路。2、按激勵方式，開關(guān)電源可分為自激式和他激式。在自激式開關(guān)電源中，由開關(guān)管 和高頻變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，來完成自激振蕩，類似于間歇振蕩器；而他激式開關(guān) 電源必須附加一個振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的開

6、關(guān)脈沖加在開關(guān)管上，控制開關(guān)管的導(dǎo)通 和截止，使開關(guān)電路工作并有直流電壓輸出。3、按調(diào)制方式，開關(guān)電源可分為脈寬調(diào)制（PWM）方式和脈頻調(diào)制（PFM）方式。 PWM是通過改變開關(guān)脈沖寬度來控制輸出電壓穩(wěn)定的方式， 而PFM是當(dāng)輸出電壓變 化時，通過取樣比較，將誤差值放大后去控制開關(guān)脈沖周期（即頻率），使輸出電壓穩(wěn)定。4、按輸出直流值的大小，開關(guān)電源可分為升壓式開關(guān)電源和降壓式開關(guān)電源，也可 分為高壓開關(guān)電源和低壓開關(guān)電源。5、按輸出波形，開關(guān)電源可分為矩形波和正弦波電路。6、按輸出性能，開關(guān)電源可分為恒壓恒頻和變壓變頻電路。7、按開關(guān)管的個數(shù)及連接方式又可將開關(guān)電源分為單端式、推挽式、半橋式和

7、全橋 式等。單端式僅用一只開關(guān)管，推挽式和半橋式采用兩只開關(guān)管， 全橋式則采用四只 開關(guān)管。8開關(guān)電源按能量傳遞方式又可分為正激式和反激式。9、按軟開關(guān)方式分，開關(guān)電源有電流諧振型、電壓諧振型、E類與準(zhǔn)E類諧振型和部分諧振型等。常見開關(guān)電源的介紹1. 基本電路開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如下圖 3所示。交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電 壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷嚎刂齐娐窞橐幻}沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及 基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種

8、開關(guān)電源用集成電路。 控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。傕也蟲圖3基本電路UJ單端反激式開關(guān)電源單端反激式開關(guān)電源的典型電路如圖三所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。所謂的反激，是指當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，高頻變壓器T初級繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極 管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級繞組中儲存能量。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時，變壓器T初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及VD1整流和電容C濾波后向負(fù)載輸出。單端反激式開關(guān)電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20 100W，可以同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調(diào)整率。唯一的缺點(diǎn)是輸出

9、的紋波電壓較大，外特性差, 適用于相對固定的負(fù)載。單端反激式開關(guān)電源使用的開關(guān)管 VT1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值 的兩倍，工作頻率在20-200kHz之間。VD1圖4單端反激式開關(guān)電源單端正激式開關(guān)電源單端正激式開關(guān)電源的典型電路如圖四所示。 這種電路在形式上與單端反激式電路相 似，但工作情形不同。當(dāng)開關(guān)管 VT1導(dǎo)通時，VD2也 導(dǎo)通，這時電網(wǎng)向負(fù)載傳送能 量，濾波電感L儲存能量；當(dāng)開關(guān)管 VT1截止時，電感L通過續(xù)流二極管 VD3繼續(xù) 向負(fù)載釋放能量。在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管 VD2,它可以將開關(guān)管VT1的最 高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復(fù)位條件，即磁通建立和復(fù)

10、位時間應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于5 0%。由于這種電路在開關(guān)管VT1導(dǎo)通時， 通過變壓器向負(fù)載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50-200 W的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大，正因?yàn)檫@個原因，這種電路的實(shí)際應(yīng)用較少。JUL0a甘犢圖5單端正激式開關(guān)電源4.自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖五所示。 這是一種利用間歇振蕩電路組成的 開關(guān)電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。當(dāng)接入電源后在R1給開關(guān)管VT1提供啟動電流，使VT1開始導(dǎo)通，其集電極電 流Ic在L1中線性增長，在L2中感應(yīng)出使VT1基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓， 使VT1很快飽和。與此同

11、時，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變 低，致使VT1退出飽和區(qū)，Ic開始減小，在L2中感應(yīng)出使VT1基極為負(fù)、發(fā)射極 為正的電壓，使VT1迅速截止，這時二極管 VD1導(dǎo)通，高頻變壓器T初級繞組中的 儲能釋放給負(fù)載。在VT1截止時，L2中沒有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng) R1給 C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電 路就這樣重復(fù)振蕩下去。這里就像單端反激式開關(guān)電源那樣，由變壓器T的次級繞組 向負(fù)載輸出所需要的電壓。自激式開關(guān)電源中的開關(guān)管起著開關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電 路中由于負(fù)載位于變壓器的次級且工作在反

12、激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu) 點(diǎn)。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。圖6自激式開關(guān)電源5 .推挽式開關(guān)電源推挽式開關(guān)電源的典型電路如圖六所示。 它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的 磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。 電路使用兩個開關(guān)管VT1和VT2,兩個開關(guān)管在外激勵 方波信號的控制下交替的導(dǎo)通與截止， 在變壓器T次級統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾 波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個開關(guān)管容易驅(qū)動，主要缺點(diǎn)是開關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電 路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在1005000W范圍內(nèi)。JL aTL a6圖7推挽式開關(guān)電源6 .降壓式開關(guān)電源降壓式開關(guān)電源的典型電路

13、如圖七所示。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，二極管VD1截止，輸人的整流電壓經(jīng)VT1和L向C充電，這一電流使電感L中的儲能增加。 當(dāng)開關(guān) 管VT1截止時，電感L感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載 RL和續(xù)流二極管VD1釋放電 感L中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定。這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣， 只需要利用電感、電容和二極管即可實(shí)現(xiàn)。和亠*TILTF10愉1JUL 2Ai，訂1門iijM圖8降壓式開關(guān)電源7.升壓式開關(guān)電源升壓式開關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖八所示。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，電感L儲存能量。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時，電感L感應(yīng)出左負(fù)

14、右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓 上，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關(guān)電源。圖9升壓式開關(guān)電源8 .反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源的典型電路如圖九所示。 這種電路又稱為升降壓式開關(guān)電源。 無 論開關(guān)管VT1之前的脈動直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工 作。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，電感L儲存能量，二極管VD1截止，負(fù)載RL靠電容C 上次的充電電荷供電。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時，電感L中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上 負(fù)下正的電壓，經(jīng)二極管 VD1向負(fù)載供電，同時給電容C充電。以上介紹了脈沖寬 度調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理和各種電路類型，在實(shí)際應(yīng)用中，會有

15、各種各樣的實(shí)際控制電路，但無論怎樣，也都是在這些基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。T7LKI.圖10反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源五、buck變換器1. buck工作原理BUCK變換器又稱降壓變換器，它是一種對輸入輸出電壓進(jìn)行降壓變換直流斬波 器，即輸出電壓低于輸入電壓。其基本結(jié)構(gòu)如圖所示。假定：(1) 開關(guān)晶體管、二極管均是理想元件，也就是可以快速地“導(dǎo)通”和“截止”，而且 導(dǎo)通壓降為零，截止時漏電流為零；(2) 電感、電容是理想元件，電感工作在線性區(qū)未飽和，寄生電阻為零，電容的等效 串聯(lián)電阻為零；(3) 輸出電壓中紋波電壓與輸出電壓比值小到允許忽略。IL0L f V小IHn卜疏E圖Buck變換器電路工作過程: 當(dāng)主開關(guān)T

16、r導(dǎo)通，如圖所示，is=L流過電感線圈L，電流線性增加在負(fù)載R上流過電 流Io,兩端輸出電壓Vo,極性上正下負(fù)。當(dāng)is i。時，電容在充電狀態(tài)。這時二極 管D承受反向電壓而截止。經(jīng)時間 D1Ts后，如圖所示主開關(guān)Tr截止，由于電感L中 的磁場將改變L兩端的電壓極性，以保持其電流iL不變。負(fù)載兩端電壓仍是上正下負(fù)。在iL=時，輸出保護(hù)。3腳所接的電容及45K、電阻是斜率補(bǔ)償（為了增加電路的穩(wěn)定性）。 輸出控制13腳為輸出（方式）控制端。該腳接地時為單端連接輸出方式。 所以圖中將8腳和11腳并聯(lián)輸出。參數(shù)TestCondkionsResulULin-e RegulationViri = 80Vto

17、40V3.0 mV 0.01%Load RiegulbonVin = 1Z6V lo = 0J2mAto2D0mA6.0 mV 0.02%Oirtpirt RippleVin u 12.6 V, lo = 200 mA40 mV pp P.AR.D.Short Cincuh Current12,6 7 = 01 Q250 mAEfficiencyVin= 12.6 Vr lo = 200mA72%表1七、性能測試結(jié)果分析本次設(shè)計(jì)的結(jié)果基本能夠達(dá)到預(yù)期的要求:圖13 TL494降壓原理圖如圖13所示：空載時：能比較準(zhǔn)確的把10到40V的電源穩(wěn)定在左右，紋波電壓在 6mV左右。 帶負(fù)載時：當(dāng)負(fù)載在

18、零到某一值的范圍內(nèi)時，輸出電壓穩(wěn)定在，輸出電流達(dá)到， 此時測得輸入電壓為，輸入電流為，則效率為：=*100%=%;如果在增大負(fù)載的話，輸出電壓會被拉低，輸出不穩(wěn)定。八、結(jié)論與心得事實(shí)證明，可靠性是開關(guān)電源設(shè)計(jì)最重要的因素， 而TL494是一種功能非常 完善的PWM驅(qū)動電路的芯片，適用于多數(shù)電路，性能穩(wěn)定，可靠性高，具有很大 現(xiàn)實(shí)意義。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我對一個電子產(chǎn)品的開發(fā)研究有了初步的認(rèn)識，體會到了開發(fā)研究一個電子產(chǎn)品的艱辛， 也對我的精神品質(zhì)得到了一次鍛煉，明白了 做什么事情都不可能急功近利，只有踏踏實(shí)實(shí)去做才能較好地完成。 另外，我非 常感謝我的指導(dǎo)老師和同學(xué)給我的幫助，讓我能夠順利完成這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。我相信， 本次課程設(shè)計(jì)對我今后的實(shí)習(xí)和畢業(yè)后的工作，肯定有很大的幫助。九、參考文獻(xiàn)1 謝自美電子線路設(shè)計(jì)M.武漢：華中科技大學(xué)出版社,20022 張占松.開關(guān)