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(shí)降低電壓。降壓轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)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(jì)效率。

因此，在本文中，我們將設(shè)計(jì)，計(jì)算和測試一個(gè)基于流行的TL494 IC的高效降壓轉(zhuǎn)換器電路，最后，將有一個(gè)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(gè)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?yàn)樗幱诜聪蚱脿顟B(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(shí)間內(nèi)，電容器一個(gè)周期一個(gè)周期地增加充電周期，并且該電壓在整個(gè)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(shí)，存儲(chǔ)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(shí)。

在一段時(shí)間后，當(dāng)電感幾乎耗盡存儲(chǔ)能量時(shí)，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(dòng)，直到下一個(gè)周期再次開始。

現(xiàn)在，通過改變開關(guān)頻率和開關(guān)時(shí)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(gè)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(shí)間控制比較器和PWM比較器。該調(diào)節(jié)器還用于驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)元件RT和CT來設(shè)定。

振蕩器的頻率可以用下面的公式計(jì)算

為了簡單起見，我做了一個(gè)電子表格，通過它你可以很容易地計(jì)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(jī)時(shí)間或者簡單地說停機(jī)時(shí)間控制提供最小的停機(jī)時(shí)間或停機(jī)時(shí)間。當(dāng)輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時(shí)，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(shí)間，從而在輸入電壓從0到3V變化時(shí)提供從最小3%到100%的額外死區(qū)時(shí)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(shí)間最小為3%，死區(qū)時(shí)間控制輸入接地。

4. 誤差放大器

兩個(gè)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(gè)放大器的特性都是單端單電源放大器，因?yàn)槊總€(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)件配置中小于2.5 V。

TL494 IC的特點(diǎn)

?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(shí)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(jì)(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(gè)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(jì)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(qiáng)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(jì)算

為了正確計(jì)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(gè)谷歌電子表格，使計(jì)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(shí)候，電阻會(huì)變得非常非常熱，所以我準(zhǔn)備了一碗水，以防我的工作臺(tái)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(jì)和一個(gè)好的散熱器，你可以很容易地從這個(gè)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(gè)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(qiáng)

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(gè)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(huì)產(chǎn)生可聽到的噪音。

?一個(gè)高質(zhì)量的PCB與適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)是強(qiáng)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