降压转换器(降压转换器)是一种DC-DC 开关转换器,可在降低电压的同时保持恒定的功率平衡。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。 一、降压转换器如何工作?降压转换器 上图显示了一个基本的降压转换器电路。如果要了解降压转换器的工作原理,可以分2种情况,一是晶体管导通、二是晶体管关断。 1、晶体管导通状态 晶体管导通状态 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,但电流受到电感的限制,因此电感也开始逐渐充电。因此,在电路导通期间,电容周期积累电荷,并且该电压反映在负载两端。 2、晶体管关断状态 晶体管导通状态 当晶体管处于截止状态时,存储在电感 L1 中的能量崩溃并通过二极管 D1 流回,如电路中的箭头所示。在这种情况下,电感两端的电压呈反极性,因此二极管处于正向偏置状态。现在由于电感磁场的崩溃,电流继续流过负载,直到电感耗尽电荷。 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 C1 成为主要电流源,电容在那里保持电流流动直到下一个周期开始再次。 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。 三、集成电路 TL494在构建TL494降压转换器下之前,先了解 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。 集成电路 TL494 1、5V 参考稳压器 5V 内部参考稳压器输出是 REF 引脚,即 IC 的引脚 14。参考稳压器为内部电路提供稳定的电源,如脉冲控制触发器、振荡器、死区时间控制比较器和 PWM 比较器。稳压器还用于驱动负责控制输出的误差放大器。 5V 参考稳压器 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 范围内饱和并跟踪它。 2、振荡器 振荡器生成锯齿波并向死区时间控制器和 PWM 比较器提供各种控制信号。振荡器的频率可以通过选择定时元件R T 和 C T来设置。 振荡器 振荡器的频率可以通过下面的公式计算: F= 1/(RT * CT) 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、死区时间控制比较器 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止开关晶体管。向DTC引脚施加电压会产生额外的死区时间,因此当输入电压从 0 到 3V 变化时,会提供从最小值 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。 死区时间控制比较器 110 mV 的内部偏移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。允许共模输入电压范围从 –0.3 V 到 2 V,低于 VI。两个放大器的行为都具有单端单电源放大器的特征,因为每个输出仅为高电平有效。 误差放大器 5、输出控制输入 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以推挽模式运行。通过将引脚 13 的输出控制引脚接地,可将输出晶体管设置为并联运行模式。但通过将此引脚连接到 5V-REF 引脚,可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,采用集电极开路和发射极开路配置,通过它们可以提供或吸收高达 200mA 的最大电流。 输出晶体管 这些晶体管在共发射极配置中的饱和电压小于 1.3 V,在射极跟随器配置中的饱和电压小于 2.5 V。 四、TL494 IC的特点
五、TL494降压转换电路元器件清单
六、TL494降压转换电路原理图,示意图高效降压转换器的电路图如下所示。 TL494降压转换电路原理图 七、TL494降压转换电路如果将大负载连接到输出降压转换器,那么大量电流将流过PCB走线,并且走线有可能被烧毁。(电路一点通)因此为了防止PCB走线烧坏,加入了一些有助于增加电流的跳线,另外用厚厚的焊料层加固了PCB走线,用来降低走线电路。 电感由 3 股平行的 0.45 平方毫米漆包铜线构成。 TL494降压转换电路 八、TL494降压转换电路 PCB 3D浏览图对于大电流降压转换器,电路是根据原理图和PCB设计文件(Gerber 文件)制作的。通过Gerber文件还可以查看 3D浏览图,具体如下所示: 如果想获取Gerber文件,浏览 3D流览图链接: 1、PCB 正面图 PCB 正面图 2、PCB 背面图 PCB 背面图 3、PCB 透视图 PCB 透视图 4、PCB 等轴视图 PCB 等轴图 5、PCB 分层图 PCB 分层图 九、TL494降压转换电路数值计算为了计算正确的电感和电容,做了一个这样的表格 TL494降压转换电路数值计算 十、测试TL494降压转换电路为了测试电路,使用以下设置,如上图所示,输入电压为41.17V,空载电流为 0.015 A,所以空载功率低于0.6W。 测试TL494降压转换电路 1、用于测试电路的工具
2、TL494降压转换器输入功率 TL494降压转换器输入功率 从上图中可以看出,负载条件下输入电压降至27.45V,输入电流为3.022A,相当于82.9539W的输入功率。 3、TL494降压转换器输出功率 TL494降压转换器输出功率 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 71.6958W 的功率消耗。 所以电路的效率变为(71.6958 / 82.9539) x 100 % = 86.42 % 电路中的损耗是由于为 TL494 IC 供电的电阻和测试表中绝对最大电流消耗。 TKL494降压转换器损耗功率 从上图可以看出,电路的最大电流为6.96 A,差不多。 在这种情况下,电路最主要的问题是变压器,所以没有增加负载电流。但是通过设计散热器,也可以获得超过10A的电流。 十一、TL494降压转换电路改进上面这个TL494降压转换器电路主要是为了演示,但是应该在电路输出部分增加保护电路的。
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