基于TL497A的12V至30V高电流升压转换器电路

　　这篇文章解释了如何制作高电流升压转换器电路，该电路将以令人印象深刻的 12 安培电流速率将 30 V DC 升压到任何更高的水平，最高可达 3V。通过适当升级电感线规规格，可以进一步增强这种高电流输出。

　　该转换器的另一个重要特性是，输出可以通过电位计线性变化，从最小可能范围到最大范围。

　　引爆

　　用于升压汽车电池电压的DC-DC转换器通常围绕开关模式类型的电源（SMPSU）或功率多谐振荡器进行配置，以驱动变压器。

　　本文介绍的 12V 至 30V 电源转换器采用德州仪器 TL 497A

集成电路。这种特殊的IC有助于以最小的输出噪声实现出色的电压调节，同样确保高转换性能。

　　电路的工作原理

　　此处详述的高电流转换器电路采用反激式拓扑。反激理论似乎是从较低的直接输入电压获得即时输出电压的最合适和最实用的技术。

　　该升压转换器电路中的主要开关元件实际上是功率SIPMOS晶体管T1（见图1）。在其导通期间，通过L1的电流随时间呈指数增加。

　　在开关周期的导通时间内，电感器存储感应磁能。

　　

　　一旦晶体管关断，电感器就会恢复存储的磁能，通过D1将其转换为连接负载上的电流。

　　在此过程中，确保晶体管在电感上的磁场衰减至零时继续关断至关重要。

　　如果无法实现此条件，则通过电感器的电流将飙升至饱和水平。雪崩效应随后导致电流很快最大化。

　　不应允许相对晶体管控制触发导通时间或占空比达到单位电平。最大允许占空比取决于输出电压等各个方面。

　　这是因为它决定了磁场强度的衰减率。转换器可实现的最高输出功率由电感处理的最高允许峰值电流和驱动信号的开关频率决定。

　　这里的限制因素主要是饱和时刻和电感的最大容许铜损额定值，以及通过开关晶体管的峰值电流（不要忘记，在每个开关脉冲期间，特定电能水平的尖峰都会到达输出端）。

　　使用 IC TL497A 进行 PWM

　　该IC的工作原理非常非传统，可以从下面的简短解释中理解。与传统的固定频率实现可变占空比 SMPSU 控制器 IC 不同，TL497A

被认证为固定导通时间、可调频率器件。

　　因此，通过频率调整来控制占空比，以确保一致的输出电压。

　　这种方法将一个非常简单的电路变为现实，但提供了开关频率达到较低范围的缺点，对于以较低电流工作的负载，人耳可以听到该范围。

　　实际上，一旦负载从转换器中移除，开关频率就会低于1 Hz。由于电荷脉冲连接到输出电容器以保持固定输出电压，因此可以听到缓慢的咔嗒声。

　　当没有连接负载时，输出电容显然会通过电压检测电阻逐渐放电。

　　IC TL497A的内部振荡器导通时间是恒定的，由C1决定。可以通过三种方法停用振荡器：

　　1st，当引脚1上的电压超过基准电压（1.2 V）时;

　　2、当电感电流超过特定最大值时;

　　第3，通过抑制输入（尽管未在该电路中使用）。

　　在标准工作过程中，内部振荡器允许以电感电流线性增加的方式切换T1。

　　当T1关闭时，电感器内部积累的磁能被踢回电容器，电容器通过反电动势能量充电。

　　输出电压以及 IC TL1A 的引脚 497 电压略有上升，导致振荡器停用。这种情况一直持续到输出电压下降到某个明显较低的水平

就理论假设而言，该技术以循环方式执行。

　　然而，在使用实际元件的布置中，在单个振荡器间隔内电容器充电时引起的电压增加实际上非常小，以至于振荡器保持激活状态，直到电感电流达到最高值，由元件R2和R3确定（此时R1和R3周围的电压下降通常为0.7

V）。

　　

　　如图所示的电流逐步增加。2b是因为振荡器信号占空比恰好高于0.5。

　　一旦达到最佳电流，振荡器就会停用，允许电感器在电容器之间传输能量。

　　在这种特殊情况下，输出电压飙升到刚好很高的幅度，以确保振荡器通过IC引脚1关闭。输出电压现在迅速下降，因此新的充电周期能够开始并重复该过程。

　　然而，遗憾的是，上面讨论的转换程序将与相对较大的损失相结合。

　　在实际实现中，可以通过将导通时间（通过C1）设置得足够高来确保通过电感的电流永远不会在单个振荡器间隔内扩展到最高电平（见图3）来解决这个问题。

　　在这种情况下，补救措施可能是采用具有合理最小自感的空气芯电感器。

　　波形特征

　　图中的时序图图3演示了升压转换器电路关键因数的信号波形。TL497A 内部的主振荡器以较低的频率工作（当转换器输出端没有负载时低于 I

Hz）。

　　接通时的瞬时时间，如图中的矩形脉冲表示。3a，取决于电容C1的值。关断时间由负载电流确定。在导通时间开关期间，晶体管T1打开导通，导致电感电流增加（图3b）。

　　

　　在电流脉冲之后的关断期间，电感器像电流源一样工作。

　　TL497A 分析引脚 1 处的衰减输出电压，其内部基准电压为 1.2 V。如果评估电压低于基准电压，则T1偏置更硬，以便电感充分存储能量。

　　这种重复的充电和放电循环会在输出电容上触发一定水平的纹波电压（图3c）。反馈选项允许调整振荡器频率，以确保对负载电流引起的电压缺陷进行最佳补偿。

　　图中的定时脉冲图3d显示漏极电压的大幅移动，因为电感的Q（质量）因数相对较高。

　　尽管杂散纹波振荡通常不会影响该DC-DC电源转换器的正常工作，但可以使用电感两端的并联1 k电阻来抑制这些振荡。

　　实际考虑

　　通常，SMPS电路的开发是为了获得最大输出电流而不是静态输出电流。

　　高效率、稳定的输出电压以及最小的纹波也成为关键设计目标。总体而言，基于反激式的SMPS的负载调整率特性几乎没有任何理由引起关注。

　　在每个开关周期中，开/关比或占空比相对于负载电流进行调整，以便在负载电流波动较大的情况下输出电压继续保持相对稳定。

　　就总体效率而言，情况似乎略有不同。基于反激式拓扑的升压转换器通常会产生相当大的电流尖峰，这可能会引发严重的能量损失（不要忘记功率会随着电流的增加呈指数级增长）。

　　然而，在实际操作中，推荐的高功率升压太阳能转换器电路提供优于70%的整体效率，并具有最佳输出电流，并且就布局的简单性而言，这看起来非常令人印象深刻。

　　因此，这要求它通电到饱和状态，从而合理延长关断时间。当然，晶体管切断电感电流所需的时间越长，设计的全面效率就越低。

　　TL497A 分析引脚 1 处的衰减输出电压，其内部基准电压为 1.2 V。如果评估电压低于基准电压，则T1偏置更硬，以便电感充分存储能量。

　　这种重复的充电和放电循环会在输出电容上触发一定水平的纹波电压（图3c）。反馈选项允许调整振荡器频率，以确保对负载电流引起的电压缺陷进行最佳补偿。

　　图中的定时脉冲图3d显示漏极电压的大幅移动，因为电感的Q（质量）因数相对较高。

　　尽管杂散纹波振荡通常不会影响该DC-DC电源转换器的正常工作，但可以使用电感两端的并联1 k电阻来抑制这些振荡。

　　实际考虑

　　通常，SMPS电路的开发是为了获得最大输出电流而不是静态输出电流。

　　高效率、稳定的输出电压以及最小的纹波也成为关键设计目标。总体而言，基于反激式的SMPS的负载调整率特性几乎没有任何理由引起关注。

　　在每个开关周期中，开/关比或占空比相对于负载电流进行调整，以便在负载电流波动较大的情况下输出电压继续保持相对稳定。

　　就总体效率而言，情况似乎略有不同。基于反激式拓扑的升压转换器通常会产生相当大的电流尖峰，这可能会引发严重的能量损失（不要忘记功率会随着电流的增加呈指数级增长）。

　　然而，在实际操作中，推荐的高功率升压太阳能转换器电路提供优于70%的整体效率，并具有最佳输出电流，并且就布局的简单性而言，这看起来非常令人印象深刻。

　　因此，这要求它通电到饱和状态，从而合理延长关断时间。当然，晶体管切断电感电流所需的时间越长，设计的全面效率就越低。

　　TL497A 分析引脚 1 处的衰减输出电压，其内部基准电压为 1.2 V。如果评估电压低于基准电压，则T1偏置更硬，以便电感充分存储能量。

　　这种重复的充电和放电循环会在输出电容上触发一定水平的纹波电压（图3c）。反馈选项允许调整振荡器频率，以确保对负载电流引起的电压缺陷进行最佳补偿。

　　图中的定时脉冲图3d显示漏极电压的大幅移动，因为电感的Q（质量）因数相对较高。

　　尽管杂散纹波振荡通常不会影响该DC-DC电源转换器的正常工作，但可以使用电感两端的并联1 k电阻来抑制这些振荡。

　　实际考虑

　　通常，SMPS电路的开发是为了获得最大输出电流而不是静态输出电流。

　　高效率、稳定的输出电压以及最小的纹波也成为关键设计目标。总体而言，基于反激式的SMPS的负载调整率特性几乎没有任何理由引起关注。

　　在每个开关周期中，开/关比或占空比相对于负载电流进行调整，以便在负载电流波动较大的情况下输出电压继续保持相对稳定。

　　就总体效率而言，情况似乎略有不同。基于反激式拓扑的升压转换器通常会产生相当大的电流尖峰，这可能会引发严重的能量损失（不要忘记功率会随着电流的增加呈指数级增长）。

　　然而，在实际操作中，推荐的高功率升压太阳能转换器电路提供优于70%的整体效率，并具有最佳输出电流，并且就布局的简单性而言，这看起来非常令人印象深刻。

　　因此，这要求它通电到饱和状态，从而合理延长关断时间。当然，晶体管切断电感电流所需的时间越长，设计的全面效率就越低。

　　零件清单

　　

　　使用 IC SG3525 升压转换器

　　

　　广受欢迎的 IC SG3525 PWM IC 可用作高功率 DC 12 V 至 30 V 升压转换器电路应用，如上所示。

　　用于确定L1线圈细节的所有相关循环，RF反馈电阻值和输出电容值都在图表本身中提供。