設計一個TL494升壓轉換器

在使用電子設備時，我們經常發現自己需要在輸入電壓保持低電平的情況下提高輸出電壓，這是一種我們可以依賴通常稱為升壓轉換器的電路的情況（升壓轉換器）。升壓轉換器是一種 DC-DC 型開關轉換器，可在保持恒定功率平衡的同時提高電壓。升壓轉換器的主要特點是效率，這意味著我們可以期待更長的電池壽命和減少熱量問題。

因此，在本文中，我們將設計一個 TL494升壓轉換器，并計算和測試一個基于流行的TL494 IC 的高效升壓轉換器電路，其最小供電電壓為 7V，最大為 40V，并且作為我們使用IRFP250 MOSFET作為開關，這個電路理論上可以處理 19Amp 的最大電流（受電感容量限制）。最后，會有詳細的視頻展示電路的工作和測試部分，所以事不宜遲，讓我們開始吧。

了解升壓轉換器的工作原理

上圖為升壓轉換器電路的基本原理圖。為了分析這個電路的工作原理，我們將把它分成兩個部分，第一個條件解釋了當 MOSFET 導通時會發生什么，第二個條件解釋了當 MOSFET 關斷時會發生什么。

MOSFET導通時會發生什么：

上圖顯示了 MOSFET 導通時的電路狀況。如您所知，我們在虛線的幫助下顯示了導通狀態，當 MOSFET 保持導通時，電感器開始充電，通過電感器的電流不斷增加，并以磁場的形式存儲。

當 MOSFET 關閉時會發生什么：

現在，您可能知道，通過電感器的電流不能瞬間改變！那是因為它以磁場的形式存儲。因此，在 MOSFET 關斷的那一刻，磁場開始崩潰，電流以與充電電流相反的方向流動。正如您在上圖中看到的，這開始為電容器充電。

現在，通過連續打開和關閉開關（MOSFET），我們創建了一個大于輸入電壓的輸出電壓?，F在，我們可以通過控制開關的開啟和關閉時間來控制輸出電壓，這就是我們在主電路中所做的。

了解 TL494 的工作原理

現在，在我們開始構建基于TL494 PWM 控制器的電路之前，讓我們先了解一下 PWM 控制器 TL494 的工作原理。TL494 IC 有 8 個功能塊，如下所示和描述。

5V 參考穩壓器：

5V 內部基準穩壓器輸出為 REF 引腳，即 IC 的第 14 引腳。參考穩壓器可為脈沖轉向觸發器、振蕩器、死區時間控制比較器和 PWM 比較器等內部電路提供穩定的電源。穩壓器還用于驅動負責控制輸出的誤差放大器。

注意：基準在內部編程為 ±5% 的初始精度，并在 7V 至 40V 的輸入電壓范圍內保持穩定性。對于低于 7V 的輸入電壓，穩壓器在輸入的 1V 范圍內飽和并對其進行跟蹤。

振蕩器：

振蕩器生成鋸齒波并將其提供給死區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組件R T 和 C T來設置。

振蕩器的頻率可以通過以下公式計算 -

Fosc = 1/（RT * CT）

為簡單起見，我制作了一個電子表格，您可以通過它很容易地計算頻率。您可以在下面的鏈接中找到。

注意：振蕩器頻率等于輸出頻率，僅適用于單端應用。對于推挽應用，輸出頻率是振蕩器頻率的二分之一。

死區控制比較器：

死區時間或簡單地說關斷時間控制提供最小死區時間或關斷時間。當輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時，死區時間比較器的輸出會阻塞開關晶體管。向DTC引腳施加電壓會產生額外的死區時間，從而在輸入電壓從 0 到 3V 變化時提供從最小值 3% 到 100% 的額外死區時間。簡單來說，我們可以在不調整誤差放大器的情況下改變輸出波的占空比。

注意： 110 mV 的內部偏移可確保死區時間控制輸入接地時的最小死區時間為 3%。

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為 –0.3 V 至 2 V，低于 VI。兩個放大器都具有單端單電源放大器的特性，即每個輸出僅高電平有效。

輸出控制輸入：

輸出控制輸入決定了輸出晶體管是以并聯模式還是推挽模式工作。通過將引腳 13 的輸出控制引腳連接到地，可將輸出晶體管設置為并聯工作模式。但是通過將此引腳連接到 5V-REF 引腳，可以將輸出晶體管設置為推挽模式。

輸出晶體管：

該 IC 有兩個內部輸出晶體管，它們采用集電極開路和發射極開路配置，可提供或吸收高達 200mA 的最大電流。

注意：晶體管的飽和電壓在共射極配置中小于 1.3 V，在射極跟隨器配置中小于 2.5 V。

構建基于 TL494 的升壓轉換器電路所需的組件

一個包含以下所有部分的表格。在此之前，我們添加了一張圖片，顯示了該電路中使用的所有組件。由于此電路很簡單，您可以在當地的愛好商店找到所有必要的零件。

零件清單：

TL494 集成電路 - 1

IRFP250 MOSFET - 1

螺絲端子 5X2 mm - 2

1000uF，35V 電容器 - 1

1000uF，63V 電容 - 1

50K， 1% 電阻 - 1

560R 電阻器 - 1

10K，1% 電阻 - 4

3.3K， 1% 電阻 - 1

330R 電阻器 - 1

0.1uF 電容 - 1

MBR20100CT 肖特基二極管 - 1

150uH （27 x 11 x 14）毫米電感器 - 1

電位器（10K）微調電位器 - 1

0.22R 電流檢測電阻 - 2

復合板通用 50x 50mm - 1

PSU 散熱器通用 - 1

通用跳線 - 15

基于 TL494 的升壓轉換器 - 原理圖

高效升壓轉換器的電路圖如下所示。

TL494 升壓轉換器電路 – 工作

這個TL494 升壓轉換器電路由非常容易獲得的組件組成，在本節中，我們將遍歷電路的每個主要模塊并解釋每個模塊。

輸入電容：

當 MOSFET 開關閉合且電感器開始充電時，輸入電容器可滿足高電流需求。

反饋和控制回路：

電阻 R2 和 R8 設置反饋回路的控制電壓，設置電壓連接到 TL494 IC 的引腳 2，反饋電壓連接到標記為VOLTAGE_FEEDBACK的 IC 引腳之一。電阻器 R10 和 R15 設置電路中的電流限制。

電阻器 R7 和 R1 形成控制回路，在此反饋的幫助下，輸出 PWM 信號線性變化，沒有這些反饋電阻器，比較器將像通用比較器電路一樣僅在設定電壓下打開/關閉電路。

開關頻率選擇：

通過為引腳 5 和 6 設置適當的值，我們可以設置這個 IC 的開關頻率，對于這個項目，我們使用了一個 1nF 的電容值和一個 10K 的電阻值，這給了我們大約 100KHz 的頻率，通過使用公式 Fosc = 1/（RT * CT ），我們可以計算出振蕩器頻率。除此之外，我們在本文前面已經詳細介紹了其他部分。

基于 TL494 的升壓轉換器電路的 PCB 設計

我們的相位角控制電路的 PCB 設計在單面板上。我使用 Eagle 來設計我的 PCB，但您可以使用您選擇的任何設計軟件。我的電路板設計的 2D 圖像如下所示。

正如您在電路板底部看到的那樣，我使用了厚接地層來確保有足夠的電流流過它。電源輸入在電路板的左側，輸出在電路板的右側。完整的設計文件以及TL494 升壓轉換器原理圖可從以下鏈接下載。

下載基于 TL494 的升壓轉換器電路的 PCB 設計 GERBER 文件

手工PCB：

為方便起見，我制作了我手工制作的 PCB 版本，如下所示。我在制作這個 PCB 時犯了一些錯誤，所以我不得不用舊的一些跳線來修復它。

構建完成后，我的電路板看起來像這樣。

TL494 升壓轉換器設計計算與構建

為了演示這個大電流升壓轉換器，電路是在手工制作的 PCB中構建的，并借助原理圖和 PCB 設計文件［ Gerber 文件］；請注意，如果您將大負載連接到此升壓轉換器電路的輸出端，大量電流將流過 PCB 走線，并且有可能燒壞走線。所以，為了防止PCB走線燒壞，我們盡可能地增加了走線的厚度。此外，我們用厚焊料層加固了 PCB 走線，以降低走線電阻。

為了正確計算電感和電容的值，我使用了 Texas Instruments 的文檔。