设计一个TL494升压转换器

在使用电子设备时，我们经常发现自己需要在输入电压保持低电平的情况下提高输出电压，这是一种我们可以依赖通常称为升压转换器的电路的情况（升压转换器）。升压转换器是一种 DC-DC 型开关转换器，可在保持恒定功率平衡的同时提高电压。升压转换器的主要特点是效率，这意味着我们可以期待更长的电池寿命和减少热量问题。

因此，在本文中，我们将设计一个 TL494升压转换器，并计算和测试一个基于流行的TL494 IC 的高效升压转换器电路，其最小供电电压为 7V，最大为 40V，并且作为我们使用IRFP250 MOSFET作为开关，这个电路理论上可以处理 19Amp 的最大电流（受电感容量限制）。最后，会有详细的视频展示电路的工作和测试部分，所以事不宜迟，让我们开始吧。

了解升压转换器的工作原理

上图为升压转换器电路的基本原理图。为了分析这个电路的工作原理，我们将把它分成两个部分，第一个条件解释了当 MOSFET 导通时会发生什么，第二个条件解释了当 MOSFET 关断时会发生什么。

MOSFET导通时会发生什么：

上图显示了 MOSFET 导通时的电路状况。如您所知，我们在虚线的帮助下显示了导通状态，当 MOSFET 保持导通时，电感器开始充电，通过电感器的电流不断增加，并以磁场的形式存储。

当 MOSFET 关闭时会发生什么：

现在，您可能知道，通过电感器的电流不能瞬间改变！那是因为它以磁场的形式存储。因此，在 MOSFET 关断的那一刻，磁场开始崩溃，电流以与充电电流相反的方向流动。正如您在上图中看到的，这开始为电容器充电。

现在，通过连续打开和关闭开关（MOSFET），我们创建了一个大于输入电压的输出电压。现在，我们可以通过控制开关的开启和关闭时间来控制输出电压，这就是我们在主电路中所做的。

了解 TL494 的工作原理

现在，在我们开始构建基于TL494 PWM 控制器的电路之前，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。

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。

注意：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。

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定时组件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。您可以在下面的链接中找到。

注意：振荡器频率等于输出频率，仅适用于单端应用。对于推挽应用，输出频率是振荡器频率的二分之一。

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。

注意： 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%。

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，即每个输出仅高电平有效。

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。

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。

注意：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。

构建基于 TL494 的升压转换器电路所需的组件

一个包含以下所有部分的表格。在此之前，我们添加了一张图片，显示了该电路中使用的所有组件。由于此电路很简单，您可以在当地的爱好商店找到所有必要的零件。

零件清单：

TL494 集成电路 - 1

IRFP250 MOSFET - 1

螺丝端子 5X2 mm - 2

1000uF，35V 电容器 - 1

1000uF，63V 电容 - 1

50K， 1% 电阻 - 1

560R 电阻器 - 1

10K，1% 电阻 - 4

3.3K， 1% 电阻 - 1

330R 电阻器 - 1

0.1uF 电容 - 1

MBR20100CT 肖特基二极管 - 1

150uH （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

基于 TL494 的升压转换器 - 原理图

高效升压转换器的电路图如下所示。

TL494 升压转换器电路 – 工作

这个TL494 升压转换器电路由非常容易获得的组件组成，在本节中，我们将遍历电路的每个主要模块并解释每个模块。

输入电容：

当 MOSFET 开关闭合且电感器开始充电时，输入电容器可满足高电流需求。

反馈和控制回路：

电阻 R2 和 R8 设置反馈回路的控制电压，设置电压连接到 TL494 IC 的引脚 2，反馈电压连接到标记为VOLTAGE_FEEDBACK的 IC 引脚之一。电阻器 R10 和 R15 设置电路中的电流限制。

电阻器 R7 和 R1 形成控制回路，在此反馈的帮助下，输出 PWM 信号线性变化，没有这些反馈电阻器，比较器将像通用比较器电路一样仅在设定电压下打开/关闭电路。

开关频率选择：

通过为引脚 5 和 6 设置适当的值，我们可以设置这个 IC 的开关频率，对于这个项目，我们使用了一个 1nF 的电容值和一个 10K 的电阻值，这给了我们大约 100KHz 的频率，通过使用公式 Fosc = 1/（RT * CT ），我们可以计算出振荡器频率。除此之外，我们在本文前面已经详细介绍了其他部分。

基于 TL494 的升压转换器电路的 PCB 设计

我们的相位角控制电路的 PCB 设计在单面板上。我使用 Eagle 来设计我的 PCB，但您可以使用您选择的任何设计软件。我的电路板设计的 2D 图像如下所示。

正如您在电路板底部看到的那样，我使用了厚接地层来确保有足够的电流流过它。电源输入在电路板的左侧，输出在电路板的右侧。完整的设计文件以及TL494 升压转换器原理图可从以下链接下载。

下载基于 TL494 的升压转换器电路的 PCB 设计 GERBER 文件

手工PCB：

为方便起见，我制作了我手工制作的 PCB 版本，如下所示。我在制作这个 PCB 时犯了一些错误，所以我不得不用旧的一些跳线来修复它。

构建完成后，我的电路板看起来像这样。

TL494 升压转换器设计计算与构建

为了演示这个大电流升压转换器，电路是在手工制作的 PCB中构建的，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此升压转换器电路的输出端，大量电流将流过 PCB 走线，并且有可能烧坏走线。所以，为了防止PCB走线烧坏，我们尽可能地增加了走线的厚度。此外，我们用厚焊料层加固了 PCB 走线，以降低走线电阻。

为了正确计算电感和电容的值，我使用了 Texas Instruments 的文档。