降壓轉(zhuǎn)換器(降壓轉(zhuǎn)換器)是一種dc - dc開關(guān)轉(zhuǎn)換器，在保持恒定功率平衡的同時降低電壓。降壓轉(zhuǎn)換器的主要特點是效率，這意味著在板上使用降壓轉(zhuǎn)換器，我們可以預(yù)期延長電池壽命，減少熱量，更小的尺寸，提高效率。我們之前制作了一些簡單的Buck轉(zhuǎn)換器電路，并解釋了其基本原理和設(shè)計效率。

因此，在本文中，我們將設(shè)計，計算和測試一個基于流行的TL494 IC的高效降壓轉(zhuǎn)換器電路，最后，將有一個詳細(xì)的視頻展示電路的工作和測試部分，所以不多說，讓我們開始吧。

Buck轉(zhuǎn)換器是如何工作的?

上圖顯示了一個非?；镜慕祲恨D(zhuǎn)換器電路。為了了解降壓變換器是如何工作的，我將把電路分為兩種情況。第一種情況是晶體管開，第二種情況是晶體管關(guān)。

導(dǎo)通狀態(tài)

在這種情況下，我們可以看到二極管處于開路狀態(tài)，因為它處于反向偏置狀態(tài)。在這種情況下，一些初始電流將開始流過負(fù)載，但電流受到電感的限制，因此電感也開始逐漸充電。因此，在電路的導(dǎo)通時間內(nèi)，電容器一個周期一個周期地增加充電周期，并且該電壓在整個負(fù)載上反射。

關(guān)閉狀態(tài)

當(dāng)晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時，存儲在電感L1中的能量坍塌并流過二極管D1，如圖中箭頭所示。在這種情況下，電感兩端的電壓處于反極性，因此二極管處于正偏置狀態(tài)。現(xiàn)在，由于電感器的磁場坍塌，電流繼續(xù)流過負(fù)載，直到電感器耗盡電荷。所有這些都發(fā)生在晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時。

在一段時間后，當(dāng)電感幾乎耗盡存儲能量時，負(fù)載電壓又開始下降，在這種情況下，電容器C1成為電流的主要來源，電容器的作用是保持電流流動，直到下一個周期再次開始。

現(xiàn)在，通過改變開關(guān)頻率和開關(guān)時間，我們可以從降壓轉(zhuǎn)換器得到從0到Vin的任何輸出。

集成電路TL494

現(xiàn)在，在構(gòu)建TL494降壓轉(zhuǎn)換器之前，讓我們了解PWM控制器TL494是如何工作的。

TL494集成電路有8個功能模塊，如下所示和描述。

1. 5v參考穩(wěn)壓器

5V內(nèi)部參考穩(wěn)壓器輸出是REF引腳，它是IC的引腳14。參考穩(wěn)壓器為內(nèi)部電路提供穩(wěn)定的電源，如脈沖轉(zhuǎn)向觸發(fā)器、振蕩器、死區(qū)時間控制比較器和PWM比較器。該調(diào)節(jié)器還用于驅(qū)動負(fù)責(zé)控制輸出的誤差放大器。

注意!該基準(zhǔn)內(nèi)部編程為±5%的初始精度，并在7V至40v的輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。對于小于7V的輸入電壓，穩(wěn)壓器在輸入電壓1V內(nèi)飽和并跟蹤它。

2. 振蕩器

振蕩器產(chǎn)生鋸齒波并提供給死區(qū)時間控制器和用于各種控制信號的PWM比較器。

振蕩器的頻率可以通過選擇定時元件RT和CT來設(shè)定。

振蕩器的頻率可以用下面的公式計算

為了簡單起見，我做了一個電子表格，通過它你可以很容易地計算頻率。

注意!振蕩器頻率只在單端應(yīng)用中等于輸出頻率。對于推挽應(yīng)用，輸出頻率是振蕩器頻率的一半。

3. 死區(qū)控制比較器

停機時間或者簡單地說停機時間控制提供最小的停機時間或停機時間。當(dāng)輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時，死區(qū)比較器的輸出將阻塞開關(guān)晶體管。對DTC引腳施加電壓可以施加額外的死區(qū)時間，從而在輸入電壓從0到3V變化時提供從最小3%到100%的額外死區(qū)時間。簡單來說，我們可以在不調(diào)整誤差放大器的情況下改變輸出波的占空比。

注意!110 mV的內(nèi)部偏置確保死區(qū)時間最小為3%，死區(qū)時間控制輸入接地。

4. 誤差放大器

兩個高增益誤差放大器都從VI電源軌接收偏置。這允許共模輸入電壓范圍從-0.3 V到小于VI的2v。兩個放大器的特性都是單端單電源放大器，因為每個輸出都是高電平。

5. 輸入輸出控制

輸出控制輸入決定輸出晶體管是否以并聯(lián)或推挽模式工作。通過將輸出控制引腳(引腳13)連接到地，使輸出晶體管處于并聯(lián)工作模式。但是通過將這個引腳連接到5V-REF引腳，將輸出晶體管設(shè)置為推挽模式。

6. 輸出晶體管

該集成電路具有兩個開集電極和開發(fā)射極配置的內(nèi)部輸出晶體管，通過它可以輸出或吸收最大電流達(dá)200mA。

注意!晶體管的飽和電壓在共發(fā)射極配置中小于1.3 V，在發(fā)射極-從動件配置中小于2.5 V。

TL494 IC的特點

?完整的PWM功率控制電路

?未承諾輸出200毫安匯或源電流

?輸出控制選擇單端或推拉操作

?內(nèi)部電路禁止雙脈沖在任何輸出

?可變死區(qū)時間提供對總范圍的控制

?內(nèi)部調(diào)節(jié)器提供穩(wěn)定的5v電壓

?參考供應(yīng)有5%的公差

?電路結(jié)構(gòu)允許容易同步

注意!大多數(shù)內(nèi)部原理圖和操作描述取自數(shù)據(jù)表，并在一定程度上進(jìn)行了修改，以便更好地理解。

組件的要求

?Tl494 IC - 1

?TIP2955晶體管- 1

?端子5mmx2 - 2

?1000uF，60V電容器- 1

?470uF，60V電容- 1

?50K，1%電阻- 1

?560R電阻- 1

?10K，1%電阻- 4

?3.3K，1%電阻- 2

?330R電阻- 1

?0.22uF電容器- 1

?5.6K，1W電阻- 1

?12.1V齊納二極管- 1

?肖特基二極管- 1

?70uH (27 × 11 × 14) mm電感器- 1

?電位計(10K

?0.22R電流檢測電阻- 2

?覆層板通用50x 50mm - 1

?PSU散熱器通用- 1

?跳線通用- 15

原理圖

高效率降壓變換器的電路圖如下。

電路結(jié)構(gòu)

為了演示這個大電流降壓轉(zhuǎn)換器，電路是在手工PCB上構(gòu)建的，并借助原理圖和PCB設(shè)計文件[Gerber文件];請注意，如果您將大負(fù)載連接到輸出降壓轉(zhuǎn)換器，那么大量的電流將流經(jīng)PCB走線，并且走線有可能燒毀。因此，為了防止PCB走線燒壞，我包括了一些跳線，這有助于增加電流。此外，我用一層厚厚的焊料加強了PCB走線，以降低走線電阻。

電感器由3股平行0.45平方毫米漆包銅線構(gòu)成。

計算

為了正確計算電感和電容的值，我使用了德州儀器的一份文件。

在那之后，我做了一個谷歌電子表格，使計算更容易

測試高壓降壓轉(zhuǎn)換器

要測試電路，使用以下設(shè)置。如上圖所示，輸入電壓為41.17 V，空載電流為0.015 A，使得空載功耗小于0.6W。

在你們說電阻器在我的測試表上做了什么之前。

讓我告訴你，在測試電路的時候，電阻會變得非常非常熱，所以我準(zhǔn)備了一碗水，以防我的工作臺被燒傷

用于測試電路的工具

?12V鉛酸蓄電池。

?具有6-0-6抽頭和12-0-12抽頭的變壓器

?5 10W 10r電阻并聯(lián)作為負(fù)載

?Meco 108B+TRMS萬用表

?Meco 450B+TRMS萬用表

?漢泰6022BE示波器

大功率降壓變換器的輸入功率

從上圖可以看出，負(fù)載狀態(tài)下輸入電壓降至27.45V，輸入電流為3.022 A，等于輸入功率為82.9539 W。

輸出功率

從上圖可以看出，輸出電壓為12.78V，輸出電流為5.614A，相當(dāng)于71.6958 W的功耗。

因此電路的效率變?yōu)?71.6958 / 82.9539)× 100% = 86.42%

電路中的損耗是由于為TL494 IC供電的電阻器和

我的測試表的絕對最大電流

從上圖可以看出，電路的最大輸出電流為6.96 A，幾乎

在這種情況下，系統(tǒng)的主要瓶頸是我的變壓器，這就是為什么我不能增加負(fù)載電流，但是有了這種設(shè)計和一個好的散熱器，你可以很容易地從這個電路中吸取超過10A的電流。

注意!你們中有人想知道為什么我要在電路中安裝一個巨大的散熱器嗎，讓我告訴你們目前我的庫存中沒有任何更小的散熱器。

進(jìn)一步增強

此TL494降壓轉(zhuǎn)換器電路僅用于演示目的，因此在電路的輸出部分沒有添加保護(hù)電路

?必須加一個輸出保護(hù)電路來保護(hù)負(fù)載電路。

?電感器需要浸入清漆中，否則會產(chǎn)生可聽到的噪音。

?一個高質(zhì)量的PCB與適當(dāng)?shù)脑O(shè)計是強制性的

?可以修改開關(guān)晶體管以增加負(fù)載電流

本文編譯自circuitdigest