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          搞不懂反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器?一定要看這一文

          作者: 時間:2024-07-25 來源:李工談元器件 收藏

          今天給大家分享的是采用TL494 的-。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202407/461376.htm

          降壓-是一種DC-DC轉(zhuǎn)換器,使用降壓和的相同原理,采用簡化的組合電路。

          降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的主要特點是即使輸入電壓低于輸出電壓,也能保持輸出電壓恒定,意味著電路可以根據(jù)輸入電壓在降壓和升壓模式下工作。

          這篇文章,主要是關(guān)于TL494 IC的基本大功率-升壓轉(zhuǎn)換器電路的工作原理、、計算、測試。

          一、-升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理?

          升降壓轉(zhuǎn)換器是一種 DC-DC 轉(zhuǎn)換器,具有不同幅度的輸出電壓,根據(jù)PWM 脈沖和負(fù)載條件,輸出電壓可以大于或等于輸入電壓。

          降壓-升壓轉(zhuǎn)換器與反激式轉(zhuǎn)換器非常相似,但降壓-升壓轉(zhuǎn)換器使用單個的電感而不是變壓器。

          降壓-升壓轉(zhuǎn)換器有兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和同相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

          這里主要分享的是反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的基本原理圖如下所示。

          如下圖,反相隱藏函數(shù)的輸出與輸入的輸出完全相反,得到的是地而不是 VCC,那么電壓是如何反轉(zhuǎn)的?就需要知道反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的工作原理。

          反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的基本原理圖

          如下圖所示,反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路由一個電感、一個二極管、一個作為開關(guān)的 MOSFET 和一個電容組成。我們用開關(guān)信號操作著這個電路。

          由于使用的 MOSFET 是 P 溝道 MOSFET,所以它在脈沖低時導(dǎo)通,在脈沖高時關(guān)閉。

          現(xiàn)在,當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時,電感充電并積累能量;發(fā)生這種情況時,二極管會阻止電容充電。

          反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器工作原理

          現(xiàn)在,當(dāng) MOSFET 關(guān)斷時,線圈的能量轉(zhuǎn)移到電容,并從電容流向負(fù)載,但由于二極管反向連接,電壓的極性現(xiàn)在與之前相反,這就是反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理。

          反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器工作原理

          二、構(gòu)建基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件

          下面列出了構(gòu)建基于 TL494 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件,這個電路中使用的組件非常通用,你可以在很多電子元器件網(wǎng)站找到。

          構(gòu)建基于 TL494 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件

          各類元器件實物圖

          三、基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

          基于 TL494 的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的完整電路圖如下所示,該電路的工作原理非常簡單。

          電路分為三部分,第一部分是TL494 PWM 控制器,我們使用 TL494 PWM 控制器來驅(qū)動 MOSFET,該 IC 配置為以 100KHz 開關(guān)頻率進行開關(guān),適合此類應(yīng)用。

          第二部分是負(fù)責(zé)升降壓操作的電路,使用 N 溝道 MOSFET 驅(qū)動電路。如下圖左側(cè)示意圖,使用 P 溝道 MOSFET 作為開關(guān)的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,但 P 溝道 MOSFET 的一大缺點是其內(nèi)部電阻。

          后面考慮一個通用的 IRF9540 P 溝道 MOSFET,它的內(nèi)阻是 0.22R 或 220ms,但如果我們考慮它的互補 N 溝道 IRF540,內(nèi)阻是 0.077R 或 77ms,比它小 3 倍,這就是決定修改電路的原因。

          我們這樣做是為了使用 N 溝道 MOSFET 驅(qū)動電路,左側(cè)的簡化電路正好顯示了這一點,使用 N 溝道 MOSFET 而不是 P 溝道 MOSFET。

          基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

          第三部分是:差分放大器,差分放大器接受 2 個電壓值,找出這兩個值之間的差值,并將其放大,產(chǎn)生的電壓可以從輸出引腳獲得。

          基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

          最后,電阻 R19 和 R20 形成一個分壓器,將電壓反饋到 TL494 IC 的引腳 1,該引腳根據(jù)負(fù)載條件調(diào)節(jié) PWM 脈沖。

          基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

          四、基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設(shè)計

          降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設(shè)計在單面板上,大家可以自行選擇軟件來設(shè)計 PCB,國內(nèi)和國外都有 PCB設(shè)計軟件。

          你可以在電路板的背面看到,使用了厚接地層來確保有足夠的電流流過,電源輸入在電路板的右側(cè)。如果大家想要 TL494 升壓轉(zhuǎn)換器的 Gerber文件,私聊我領(lǐng)取。

          下圖為國內(nèi) DFM 軟件:百芯EMA生成的 3D 圖像如下所示:

          基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 正面圖

          基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 背面圖

          基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 3D圖(截的不是很好)

          手工焊接PCB:

          為了方便期間,手工制作了 PCB 版本,因為在這里犯了一些錯誤,所以用了一些銅線作為跳線來補救,勉強看著。

          基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的手工焊接圖

          全部完成后,下面就是成品圖。

          基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的實物圖

          五、測試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

          注意:第一次給這個電路供電時,一定要使用恒流電源來限制電流,或者你可以使用一堆功率電阻來限制電流。

          如果 PWM 控制器的輸出為高電平,則 MOSFET 處于導(dǎo)通狀態(tài),所有電流將流過電感器,并通過 MOSFET 接地,MOSFET 將燒毀。

          下圖測試設(shè)置用于測試電路。ATX PC 電源用于為電路供電,這就是輸入電壓保持在 12V 的原因。你還可以看到電路當(dāng)前在升壓模式下運行,因此在這種情況下輸出保持在 18 伏,并且我在電路上附加了一個最小負(fù)載,在這種情況下它消耗了大約 100 毫安。

          測試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

          下圖顯示該電路在最小負(fù)載條件下可以達到 2.12V 的最小電壓。

          測試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

          下圖顯示了用于確定電源效率的測試電路。如下圖顯示,輸出電壓為 37.22V,輸出電流為1.582Amps。 我使用了三個串聯(lián)電阻作為負(fù)載,總輸出功率為58.8 W。

          用于確定電源效率的測試電路

          連接負(fù)載電阻時,我將萬用表連接到電路的輸入側(cè)以測量輸入電流,輸入電流為5.5A,如果我們將 ATX 電源的輸出電壓設(shè)為12V,并將其乘以當(dāng)前值,我們得到66.2W的輸入功率。因此,電路的效率為(58.8/66.2)x100 = 88.8%。

          測試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

          六、基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的改進

          上TL494 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路僅用于演示目的,因此在電路的輸出部分未添加保護電路。必須進一步改進:

          • 必須增加一個輸出保護電路來保護負(fù)載電路

          • 電感需要浸入清漆中,否則會產(chǎn)生可聽噪聲

          • 需要選擇優(yōu)質(zhì) PCB

          • 可以修改開關(guān)晶體管以增加負(fù)載電流



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