基于TL494 的开关稳压电源设计

冯志鸿 广东工业大学华立学院 广东广州 511300

张煜升 广东工业大学华立学院 广东增城 511300

【文章摘要】

本系统基于反馈控制思想，由交直流转换电路、DC-DC 变换器、步进电路模块和显示模块4 个模块电路构成开关稳压电源。交直流转换电路整流部分采用全波桥式整流电路形式，DC-DC变换器以TL494 有主核心设计并加上简单滤波电路及RC 放电回路所构成的回路控制器。它能把脉冲宽度变化的信号转换成与脉冲宽度成正比变化的直流信号，进而实现闭环单回路控制。由单片机控制数字定位器X9241 的电阻, 进而控制输出电压。显示模块由LCD1602 构成。

【关键词】

TL494; 数字定位器X9241;DC-DC 变换器; 脉宽调制

0 引言

开关电源发展迅速，应用广泛，目前已广泛应用于航天、汽车、家用电器、通信、计算机和自动控制等方面，对于开关电源而言，接通时压降很小，几乎不消耗功率；关断时漏电流很小，也几乎不消耗功率。它是通过调节开关调整管的导通时间来实现稳压的，开关调整管工作在开关状态，因此功率损耗小，效率高，而且可以省去电源变压器，体积小。重量轻；开关稳压电源的稳压范围宽，交流输入电压即使在70~265V 范围内变化，或负载大幅度变化，都能获得良好的稳压效果；另外，使用灵活性高，安全可靠，噪声也低。开关电源的不足之处是输出电压纹波较大，动态响应时间长，电流电压变化率大，不宜在空载或负载电流变化剧烈的场合使用；另外，控制电路复杂、对元器件要求高、成本也高。

1 方案选择

1.1 整流电路方案的选择

采用桥式整流电路，由四只二极管口连接成" 桥" 式结构，同时具有全波整流和半波整流电路的优点。

1.2 DC-DC 变换器方案的选择

TL494 是一种性能优良的电压驱动型脉宽调制芯片，它既可调频又可调脉宽，且其可调性强，工作区间大，适用于各种类型的开关电源。

1.3 显示方案的选择

拟选用16 位字符型液晶（LCD）显示，它属于低功耗器件，超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰，适合作为开关电源的显示面板。

2 系统硬件设计

2.1 系统的总体方案

本系统以89C51 单片机为主控模块，以DC-DC 变换器，LCD 显示器和数字电位器X9241 为受控模块。单片机通过对电压电流检测电路的扫描，在LCD 显示器上实时地显示电路的电压和电流的值，使用者可以通过键盘来对输出的电压进行步进为1 加或减小的调节，单片机通过对键盘的扫描，对数字电位器的阻值进行调节，从而改变DC-DC 变换器的输出电压。

2.2 单元电路（功能模块）的设计

2.2.1 交直流转换电路

交直流转换电路将从220V/50HZ 的交流电压整流得到直流电压。当输入为220V交流电压时，首先通过变压器降至18V 左右交流电压。整流部分选用了全波桥式整流电路，并通过电容滤波，输出电压为24V 左右直流电压。

2.2.2 PWM 升压型开关稳压电路（DCDC变换器）

升压型开关稳压电路的工作原理如图1 所示。当开关管导通时，输入电源的电流流过电感和开关管，二极管反响偏置，输出与输入隔离。当开关管断开时，电感的感应电势使二极管导通，电感电流通过二极管和负载构成回路，由输入电源向负载提供能量。本系统采用TL494 为控制核心的升压型开关稳压电路。当功率晶体管IRF630 受控导通时, 通过电感将电能变成磁能储存起来; 而当晶体管受控截止时. 整流二极管由反偏变为正偏导通, 电感就将储存的磁能变为电能, 通过整流二极管向负载供电. 其电路原理图如图1 所示.

参数计算:

根据以上的电路图可知通过滑动变阻器与其它两电阻的分压来控制输出电压, 具体关系式如下:Vo=5*( R11+10+R12)/(R11+Rb); (Rb 为滑动变阻器Rx 的下半部分的电阻)因为：要示30V<=V0<=36V;所以可得出以下两个方程组：

1）5*(R11+10+R12)/(R12+10)=30 ；

2）5*(R11+10+R12)/R12=36 ；

由以上两方程可得出R11=300K,R12=50K;R11 可通过两个150K 的电阻串联得到,R12 可通过两100K 的电阻并联得到;本电路图是通过调节滑动变阻器的电阻阻值, 来改变TL494 的输出占空比来改变输出电压值.

2.2.3 电压电流检测电路

根据欧姆定律, 在电路中串联一个已知的电阻, 测量其两端的电压信号, 就可以计算其电流值. 本系统中应用几个大电阻进行串联分压、采样并经AD 转换电路取得。

2.2.4 步进控制电路

通过单片机控制数字电位器, 实现对采样电阻的线性等值改变, 从而实现改变输出电压。

2.2.5 过流保护模块:

通过电压电流检测电路中1 欧电阻的电压, 即可知输出电流值Io( 即电压的显示值);当电流值超过2.5A 时, 可通过单片机输出一个高电平, 输到DC-DC 变换器中TL494 的13 脚输出控制端来截止输出电压,从而起到过流保护作用。

3 系统调试

3.1 电路的测试方案

分级调试

（１） 通过调节ＤＣ－ＤＣ变换器中滑动变阻器Rx 的Rb 值，来测出输出电压的取值范围；

（２） 先使Ｕ２从１５V 变到21V 时，读出Ｖ o 的两次电压值，再根据电压调整率Ｓ u= △ Vo/Vo ( △ Vi 为桓定值)，即可求出Ｓ u

（３） 负载调整率：Ｓ i= △ Vo/Vo (Vi,△ Vo 为桓定值) ；级联调试

在分级调试成功的基础上，借助与简单的软件进行级联调试。在简单数据传输正常的情况下，逐渐增大软件的功能，从硬件的调试过渡到软件的调试和软硬的混合调试，直到整个系统工作正常。

3.2 测试结果

（１） 输出范围30.3V<=Vo<=36V;

（２） 通过数字电位器调节Rx 的阻值,并使输出电压步进增加亦可步进降低

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