采用TL494的反相降压-升压转换器设计

给大家分享的是采用TL494 的反相降压-升压转换器。

降压-升压转换器是一种DC-DC转换器，使用降压和升压转换器的相同原理，采用简化的组合电路。

降压-升压转换器的主要特点是即使输入电压低于输出电压，也能保持输出电压恒定，意味着电路可以根据输入电压在降压和升压模式下工作。

这篇文章，主要是关于TL494 IC的基本大功率反相降压-升压转换器电路的工作原理、电路设计、计算、测试。

一、反相降压-升压转换器的工作原理?

升降压转换器是一种 DC-DC 转换器，具有不同幅度的输出电压，根据PWM 脉冲和负载条件，输出电压可以大于或等于输入电压。

降压-升压转换器与反激式转换器非常相似，但降压-升压转换器使用单个的电感而不是变压器。

降压-升压转换器有两种不同的拓扑结构：反相降压-升压转换器和同相降压-升压转换器。

这里主要分享的是反相降压-升压转换器。反相降压-升压转换器的基本原理图如下所示。

如下图，反相隐藏函数的输出与输入的输出完全相反，得到的是地而不是 VCC，那么电压是如何反转的?就需要知道反相降压-升压转换器电路的工作原理。

反相降压-升压转换器的基本原理图

如下图所示，反相降压-升压转换器电路由一个电感、一个二极管、一个作为开关的 MOSFET 和一个电容组成。我们用开关信号操作着这个电路。

由于使用的 MOSFET 是 P 沟道 MOSFET，所以它在脉冲低时导通，在脉冲高时关闭。

现在，当 MOSFET 导通时，电感充电并积累能量;发生这种情况时，二极管会阻止电容充电。

反相降压-升压转换器工作原理

现在，当 MOSFET 关断时，线圈的能量转移到电容，并从电容流向负载，但由于二极管反向连接，电压的极性现在与之前相反，这就是反相降压-升压转换器的工作原理。

反相降压-升压转换器工作原理

二、构建基于 TL494 的降压-升压转换器所需的组件

下面列出了构建基于 TL494 降压-升压转换器所需的组件，这个电路中使用的组件非常通用，你可以在很多电子元器件网站找到。

构建基于 TL494 降压-升压转换器所需的组件

各类元器件实物图

三、基于 TL494 的降压-升压转换器原理图

基于 TL494 的反相降压-升压转换器的完整电路图如下所示，该电路的工作原理非常简单。

电路分为三部分，第一部分是TL494 PWM 控制器，我们使用 TL494 PWM 控制器来驱动 MOSFET，该 IC 配置为以 100KHz 开关频率进行开关，适合此类应用。

第二部分是负责升降压操作的电路，使用 N 沟道 MOSFET 驱动电路。如下图左侧示意图，使用 P 沟道 MOSFET 作为开关的反相降压-升压转换器，但 P 沟道 MOSFET 的一大缺点是其内部电阻。

后面考虑一个通用的 IRF9540 P 沟道 MOSFET，它的内阻是 0.22R 或 220ms，但如果我们考虑它的互补 N 沟道 IRF540，内阻是 0.077R 或 77ms，比它小 3 倍，这就是决定修改电路的原因。

我们这样做是为了使用 N 沟道 MOSFET 驱动电路，左侧的简化电路正好显示了这一点，使用 N 沟道 MOSFET 而不是 P 沟道 MOSFET。

基于 TL494 的降压-升压转换器原理图

第三部分是：差分放大器，差分放大器接受 2 个电压值，找出这两个值之间的差值，并将其放大，产生的电压可以从输出引脚获得。

基于 TL494 的降压-升压转换器原理图

最后，电阻 R19 和 R20 形成一个分压器，将电压反馈到 TL494 IC 的引脚 1，该引脚根据负载条件调节 PWM 脉冲。

基于 TL494 的降压-升压转换器原理图

四、基于 TL494 的降压-升压转换器电路的 PCB 设计

降压-升压转换器电路的 PCB 设计在单面板上，大家可以自行选择软件来设计 PCB，国内和国外都有 PCB设计软件。

你可以在电路板的背面看到，使用了厚接地层来确保有足够的电流流过，电源输入在电路板的右侧。如果大家想要 TL494 升压转换器的 Gerber文件，私聊我领取。

下图为国内 DFM 软件：百芯EMA生成的 3D 图像如下所示：

基于 TL494 的降压-升压转换器电路的 PCB 正面图

基于 TL494 的降压-升压转换器电路的 PCB 背面图

基于 TL494 的降压-升压转换器电路的 PCB 3D图(截的不是很好)

手工焊接PCB：

为了方便期间，手工制作了 PCB 版本，因为在这里犯了一些错误，所以用了一些铜线作为跳线来补救，勉强看着。

基于 TL494 的降压-升压转换器电路的手工焊接图

全部完成后，下面就是成品图。

基于 TL494 的降压-升压转换器电路的实物图

五、测试基于 TL494 的降压-升压转换器电路

注意：第一次给这个电路供电时，一定要使用恒流电源来限制电流，或者你可以使用一堆功率电阻来限制电流。

如果 PWM 控制器的输出为高电平，则 MOSFET 处于导通状态，所有电流将流过电感器，并通过 MOSFET 接地，MOSFET 将烧毁。

下图测试设置用于测试电路。ATX PC 电源用于为电路供电，这就是输入电压保持在 12V 的原因。你还可以看到电路当前在升压模式下运行，因此在这种情况下输出保持在 18 伏，并且我在电路上附加了一个最小负载，在这种情况下它消耗了大约 100 毫安。

测试基于 TL494 的降压-升压转换器电路

下图显示该电路在最小负载条件下可以达到 2.12V 的最小电压。

测试基于 TL494 的降压-升压转换器电路

下图显示了用于确定电源效率的测试电路。如下图显示，输出电压为 37.22V，输出电流为1.582Amps。 我使用了三个串联电阻作为负载，总输出功率为58.8 W。

用于确定电源效率的测试电路

连接负载电阻时，我将万用表连接到电路的输入侧以测量输入电流，输入电流为5.5A，如果我们将 ATX 电源的输出电压设为12V，并将其乘以当前值，我们得到66.2W的输入功率。因此，电路的效率为(58.8/66.2)x100 = 88.8%。

测试基于 TL494 的降压-升压转换器电路

六、基于 TL494 的降压-升压转换器电路的改进

上TL494 降压-升压转换器电路仅用于演示目的，因此在电路的输出部分未添加保护电路。必须进一步改进：

必须增加一个输出保护电路来保护负载电路

电感需要浸入清漆中，否则会产生可听噪声

需要选择优质 PCB

可以修改开关晶体管以增加负载电流

审核编辑：汤梓红