尹加紅，彭躍紅

（楚雄師范學(xué)院，云南 楚雄 675000）

電源是各種電子設(shè)備必不可缺少的組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線性電源和開關(guān)電源兩大類。開關(guān)電源作為一種低功耗、高效率、高精度的電源備受青睞。開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量很小，電源效率能達到75%～90%，比普通線性穩(wěn)壓電源提高近一倍，目前已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。在DC－DC直流穩(wěn)壓電路設(shè)計中，采用模塊化設(shè)計思想，以模塊為單位對整個電路進行分析設(shè)計［1－5］。

方案一：線性穩(wěn)壓電源線路簡單，干擾小，對輸入電壓和和負載變化的動態(tài)響應(yīng)非?？?，穩(wěn)壓性能好，但其轉(zhuǎn)換效率低，線性電源的效率只有30～40%，而且散熱量大，這樣不能輸出太大電流。

圖1 DC－DC直流穩(wěn)壓電路

方案二：采用TL494核心芯片的脈寬調(diào)制（PWM）降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電路，能最大限度地降低模塊功耗，同時能提供一個穩(wěn)定的直流電壓，且具有外圍電路簡單，調(diào)試方便，效率高等優(yōu)點。因此，采用這一方案來設(shè)計DC－DC直流穩(wěn)壓電路。

1 電路原理及參數(shù)計算

1.1 電路原理

采用TL494芯片的DC－DC穩(wěn)壓電路如圖1所示。圖中R10與C5決定開關(guān)電源的開關(guān)頻率，電阻R8作為限流保護電阻。其片內(nèi)誤差放大器的同相輸入端（腳2）通過電阻R7接入反饋信號。輸入電壓可以在15～40V范圍內(nèi)變化。

工作原理：PWM的主要特點是開關(guān)周期為恒定值，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來改變占空比，實現(xiàn)穩(wěn)壓目的。振蕩器產(chǎn)生一個頻率恒定的鋸齒波，與一個參考電壓進行比較放大，輸出方波用于控制開關(guān)通斷。通過控制參考電壓的大小以調(diào)整輸出方波的占空比。其中，控制電壓是通過實際輸出電壓與其穩(wěn)定電壓值之間的差值獲得。鋸齒波的峰值固定不變，其重復(fù)頻率就是開關(guān)的通斷頻率。當(dāng)放大的偏差信號電平高于鋸齒波的電平時，比較器輸出高電平，這一高電平的控制信號導(dǎo)致開關(guān)導(dǎo)通，否則，開關(guān)處于斷開狀態(tài)。當(dāng)后級反饋電壓高于芯片TL494的基準(zhǔn)電壓5V時，片內(nèi)誤差放大器輸出電壓增加，將導(dǎo)致外接晶體管VT和TL494內(nèi)部三極管的導(dǎo)通時間變短，使輸出電壓下降到與基準(zhǔn)電壓？基本相等，從而維持輸出電壓穩(wěn)定，反之亦然。

1.2 TL494芯片介紹

該直流穩(wěn)壓電源的核心是脈沖寬度調(diào)制集成電路。TL494是常見的PWM集成電路。TL494的引腳功能如下：1、16腳和2、15腳分別是誤差放大器1和誤差放大器2的同相輸入端和反向輸入端；3腳是反饋輸入端；4腳是死區(qū)時間控制端；5、6腳分別接RC振蕩器的定時電容和電阻；7腳接地；8、9腳11、10腳分別是兩個內(nèi)部驅(qū)動三極管的集電極和發(fā)射極；12腳為電源正端；13腳為輸出狀態(tài)控制端，當(dāng)13腳為高電平時，兩個內(nèi)部驅(qū)動三極管交替導(dǎo)通，當(dāng)13腳為低電平時，兩個內(nèi)部驅(qū)動三極管同時導(dǎo)通或截止，此時只能控制一個開關(guān)管。14腳是集成電路內(nèi)部輸出的5V基準(zhǔn)電壓輸出端。

TL494在工作時，其頻率由外接在5、6腳上的鋸齒波振蕩器的定時電容和電阻決定，輸出脈沖寬度由加在1和16腳誤差放大器的同相輸入端電平的高低決定。

穩(wěn)壓控制：當(dāng)輸出電壓升高時，誤差放大器1同相輸入端1腳上的電位升高，則可使集成電路內(nèi)部的內(nèi)部驅(qū)動三極管導(dǎo)通時間減少，占空比減少，從而降低輸出電壓。反之，則可升高輸出電壓。最終，使輸出電壓穩(wěn)定。

過流保護控制：過載時，降低輸出電壓使負載電流在保護值。流過負載的電流流過限流保護電阻R8，當(dāng)負載電流達到一定值時，誤差放大器2反向端的電位為負，輸出為正，其內(nèi)部三極管不導(dǎo)通，使輸出電壓降低，從而達到限制輸出電流的目的［1－4］。

1.3 參數(shù)計算及器件選擇

（1）振蕩頻率：由 R10＝39KΩ，C5＝0.001μF，得振蕩頻率：fosc＝1.1／（R10＊C5）＝28.2kHz

（2）儲能電感、濾波電容參數(shù)值計算：為保證電流連續(xù)，電感取值不能太小，也不能太大。通過計算，電感實際取值為1mH，電容取值為100μF。

（3）過載保護電阻R8：為了避免過多的消耗能量，過載保護電阻R8取值為0.1Ω。

（4）開關(guān)管、二極管的選擇：開關(guān)管VT采用大功率晶體管TIP32A，續(xù)流二極管常采用快恢復(fù)二極管或肖特基二極管，具有開關(guān)特性好、耐壓高、正向電流大等優(yōu)點。

2 系統(tǒng)測試

基于前面對DC－DC穩(wěn)壓電路的分析設(shè)計，焊接電路元件，制作了以TL494為核心的DC－DC直流穩(wěn)壓電源，并對其性能進行測試。該電源輸出最大電流可達2A，輸出電壓可調(diào)。

圖2 DC－DC直流穩(wěn)壓電源實物圖

表1 改變輸入電壓時輸出電壓的測試數(shù)據(jù)

從表1可以看出，額定負載不變時，當(dāng)改變輸入電壓，輸出電壓變化很小。說明該DC－DC直流穩(wěn)壓電路具有很好的穩(wěn)壓作用。電壓調(diào)整率為ΔUO2中的最大值。

表2 改變負載大小時輸出電壓的測試數(shù)據(jù)

從表2可以看出，當(dāng)改變負載大小時，輸電電壓變化很小。說明該DC－DC直流穩(wěn)壓電路具有很好的穩(wěn)壓作用，帶負載能力強。

3 結(jié) 論

以TL494芯片為核心的PWM降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電路，能最大限度地降低模塊功耗，同時能提供一個穩(wěn)定的直流電壓。其中電壓輸出可調(diào)，并且最大能夠輸出2A的電流。該電路具有過載保護功能，且具有外圍電路簡單，調(diào)試方便和效率高等優(yōu)點。

［1］高吉祥.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007（5）.

［2］李愛文.現(xiàn)代逆變技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2000.

［3］何希才.新型開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2001.

［4］張占松.開關(guān)電源的原理與設(shè)計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002（1）.

［5］白炳良，周慰居.基于TL494開關(guān)電源的設(shè)計［J］.大學(xué)物理實驗，2009，2：73－78.