基于TL494的高效降压转换器电路

降压转换器（降压转换器）是一种DC-DC 开关转换器，可在保持恒定功率平衡的同时降低电压。降压转换器的主要特点是效率，这意味着板载降压转换器可以延长电池寿命、减少热量、减小尺寸并提高效率。

在本文中，我们将设计、计算和测试基于流行的TL494 IC的高效降压转换器电路。

降压转换器如何工作？

上图显示了一个非常基本的降压转换器电路。要了解降压转换器的工作原理，我将把电路分为两种情况。晶体管导通时的第一个条件，晶体管关闭时的下一个条件。

晶体管开启状态

在这种情况下，我们可以看到二极管处于开路状态，因为它处于反向偏置状态。在这种情况下，一些初始电流将开始流过负载，但电流受到电感器的限制，因此电感器也开始逐渐充电。因此，在电路导通期间，电容器会逐个周期地建立充电，并且该电压会反映在负载上。

晶体管关闭状态

当晶体管处于关闭状态时，存储在电感器 L1 中的能量会崩溃并通过二极管 D1 流回，如带箭头的电路所示。在这种情况下，电感两端的电压极性相反，因此二极管处于正向偏置状态。现在，由于电感器的磁场坍塌，电流继续流过负载，直到电感器电量耗尽。所有这些都发生在晶体管处于关闭状态时。

在电感几乎耗尽存储能量的一段时间后，负载电压再次开始下降，在这种情况下，电容器C1成为主要电流源，电容器在那里保持电流流动，直到下一个周期开始再次。

现在通过改变开关频率和开关时间，我们可以从降压转换器获得从 0 到 Vin 的任何输出。

集成电路 TL494

现在在构建TL494 降压转换器之前，让我们先了解一下 PWM 控制器 TL494 的工作原理。

TL494 IC 有 8 个功能块，如下所示和描述。

1. 5V 参考稳压器

5V 内部基准稳压器输出为 REF 引脚，即 IC 的第 14 引脚。参考稳压器可为脉冲转向触发器、振荡器、死区时间控制比较器和 PWM 比较器等内部电路提供稳定的电源。稳压器还用于驱动负责控制输出的误差放大器。

笔记！该基准在内部编程为 ±5% 的初始精度，并在 7V 至 40V 的输入电压范围内保持稳定性。对于低于 7V 的输入电压，稳压器在输入的 1V 范围内饱和并对其进行跟踪。

2. 振荡器

振荡器生成锯齿波并将其提供给死区时间控制器和用于各种控制信号的 PWM 比较器。

振荡器的频率可以通过选择时序组件R T 和 C T来设置。

振荡器的频率可以通过以下公式计算

Fosc = 1/（RT * CT）

为简单起见，我制作了一个电子表格，您可以通过它很容易地计算频率。

笔记！ 仅对于单端应用，振荡器频率等于输出频率。对于推挽应用，输出频率是振荡器频率的二分之一。

3. 死区控制比较器

死区时间或简单地说关断时间控制提供最小死区时间或关断时间。当输入电压大于振荡器的斜坡电压时，死区时间比较器的输出会阻塞开关晶体管。向DTC引脚施加电压会产生额外的死区时间，从而在输入电压从 0 到 3V 变化时提供从最小值 3% 到 100% 的额外死区时间。简单来说，我们可以在不调整误差放大器的情况下改变输出波的占空比。

笔记！110 mV 的内部偏移可确保死区时间控制输入接地时的最小死区时间为 3%。

4. 误差放大器

两个高增益误差放大器都从 VI 电源轨接收偏置。这允许共模输入电压范围为 –0.3 V 至 2 V，低于 VI。两个放大器都具有单端单电源放大器的特性，因为每个输出仅高电平有效。

5. 输出控制输入

输出控制输入决定了输出晶体管是以并联模式还是推挽模式工作。通过将引脚 13 的输出控制引脚连接到地，可将输出晶体管设置为并联工作模式。但是通过将此引脚连接到 5V-REF 引脚，可以将输出晶体管设置为推挽模式。

6. 输出晶体管

该 IC 有两个内部输出晶体管，它们采用集电极开路和发射极开路配置，可提供或吸收高达 200mA 的最大电流。

笔记！晶体管的饱和电压在共射极配置中小于 1.3 V，在射极跟随器配置中小于 2.5 V。

TL494 IC的特点

完整的 PWM 功率控制电路

用于 200mA 灌电流或拉电流的未提交输出

输出控制选择单端或推挽操作

内部电路禁止在任一输出端出现双脉冲

可变死区时间提供对总范围的控制

内部稳压器提供稳定的 5V

容差为 5% 的参考电源

电路架构允许轻松同步

笔记！大部分内部原理图和操作说明均取自数据表，并进行了一定程度的修改以便更好地理解。

所需组件

TL494 集成电路 - 1

TIP2955 晶体管 - 1

螺丝端子 5mmx2 - 2

1000uF，60V 电容 - 1

470uF，60V 电容 - 1

50K，1% 电阻 - 1

560R 电阻器 - 1

10K，1% 电阻 - 4

3.3K，1% 电阻 - 2

330R 电阻器 - 1

0.22uF 电容 - 1

5.6K，1W电阻 - 1

12.1V 稳压二极管 - 1

MBR20100CT 肖特基二极管 - 1

70uH （27 x 11 x 14 ） 毫米电感器 - 1

电位器 （10K） 微调电位器 - 1

0.22R 电流检测电阻 - 2

复合板通用 50x 50mm - 1

PSU 散热器通用 - 1

通用跳线 - 15

原理图，示意图

高效降压转换器的电路图如下所示。

电路结构

对于这个大电流降压转换器的演示，电路是用手工制作的 PCB构建的，并借助原理图和 PCB 设计文件 ［ Gerber 文件］；请注意，如果您将大负载连接到输出降压转换器，则大量电流将流过 PCB 走线，并且有可能会烧坏走线。因此，为了防止 PCB 走线烧坏，我添加了一些有助于增加电流的跳线。另外，我用厚厚的焊料层加固了 PCB 走线，以降低走线电阻。

电感器由 3 股平行的 0.45 平方毫米漆包铜线构成。

计算

为了正确计算电感器和电容器的值，我使用了 texas Instruments 的文档。

测试这个高压降压转换器

为了测试电路，使用了以下设置。如上图所示，输入电压为 41.17 V，空载电流为 0.015 A，这使得空载功耗小于 0.6W。

在你们中的任何人跳起来说出我的测试台上的一碗电阻器在做什么之前。

告诉你，满载测试电路的时候电阻会很烫，所以我准备了一碗水防止我的工作台烧坏

用于测试电路的工具

12V铅酸电池。

具有 6-0-6 抽头和 12-0-12 抽头的变压器

5 10W 10r 电阻并联作为负载

Meco 108B+TRMS 万用表

Meco 450B+TRMS 万用表

汉泰克 6022BE 示波器

大功率降压转换器的输入电源

从上图可以看出，负载条件下输入电压降至27.45V，输入电流为3.022 A，相当于输入功率为82.9539 W。

输出功率

从上图中可以看出，输出电压为 12.78V，输出电流为 5.614A，相当于 71.6958 W 的功耗。

因此电路的效率变为（71.6958 / 82.9539） x 100 % = 86.42 %

电路中的损耗是由于为 TL494 IC 供电的电阻器和

我的测试表中的绝对最大电流消耗

从上图可以看出，电路的最大电流消耗为 6.96 A，几乎是

在这种情况下，系统的主要瓶颈是我的变压器，这就是为什么我不能增加负载电流的原因，但是通过这种设计和良好的散热器，您可以轻松地从该电路中汲取超过 10A 的电流。

笔记！你们中的任何人都想知道为什么我在电路中安装了一个巨大的散热器，现在让我告诉你，我的库存中没有任何更小的散热器。

进一步增强

此TL494 降压转换器电路仅用于演示目的，因此在电路的输出部分没有添加保护电路

必须增加一个输出保护电路来保护负载电路。

电感器需要浸入清漆中，否则会产生可听噪声。

具有适当设计的优质PCB是强制性的

可以修改开关晶体管以增加负载电流