降压-升压转换器的主要特征是即使输入电压低于输出电压,也能保持输出电压恒定,意味着电路能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。
升降压转换器是一种DC-DC 转换器,具有不一样幅度的输出电压,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-升压转换器的基础原理图如下所示。
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?就必须了解到反相降压-升压转换器电路的工作原理。
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。
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。
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。
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,个人会使用 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。
我们这样做是为使用 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。
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。
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。
降压-升压转换器电路的 PCB 设计在单面板上,你们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。
基于 TL494 的降压-升压转换器电路的 PCB 3D图(截的不是很好)
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。
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,或者你能够正常的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。你还能够正常的看到电路当前在升压模式下运行,因此在这样的一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。
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。
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%。
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。必须进一步改善: