基于Saber的升压电源设计-Toy模板网

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摘要：在如今这个信息时代，社会飞速发展，大家沟通的方式越来越便捷，电子产品成为了人们生活中不可缺少的一部分。随着电子技术的发展，电子产品日新月异。其中，电子产品的核心之一——电源，越来越受到人们的关注，电源是所有电子产品的心脏，电子产品60%的故障率来自电源，电源也越来越追求功耗小，输出电压稳定，转化效率高。开关电源是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种，TL494是一种典型的开关电源脉宽调制（PWM）控制芯片。在本报告中，TL494用来产生电压为12V的PWM波，再由BOOST电路进行升压处理，将电压升为24V。经检验，其具有高转换率和工作频率高等优点，在实际操作中应用广泛。

关键词：TL494 BOOST电路开关电源 Saber

一、电路的基本原理

1.1 TL494脉宽调制电路

TL494芯片于1980年代初由德州仪器公司设计并推出，推出后立刻得到市场的广泛接受，尤其是在PC机的ATX半桥电源上。直至今日，仍有相当比例的PC机电源基于TL494芯片。多年来，作为最廉价的双端PWM芯片，TL494在双端拓扑，如推挽和半桥中应用极多。由于其较低的工作频率以及单端的输出端口特性，它常配合功率双极性晶体管（BJT）使用，如用于配合功率MOSFET则需外加电路。TL494集成了全部的脉宽调制电路，片内置线性锯齿波振荡器，控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压(范围在0-3.3V之间)即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5V时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到-2.0V的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。TL494内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的0—70℃温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供±5%的精确度。TL494的振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：

1.2 BOOST升压电路

BOOST升压电源是利用开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出的一种开关电源，它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用在各行业电子设备找那个，是不可缺少的一种电源架构。

Boost升压电路主要由控制IC、功率电感和mosfet基本元件组成，下图即为一个BOOST基本架构框图。

图1 BOOST基本架构框图

和BUCK一样，L依然是储能元件，当开关闭合时，A点的电压为0，Vi直接给电感L充电，充电电流路径见下图，开关导通时间dt=占空比*开关周期=D*T。

当开关断开时，L中存储的能量会通过二极管，给负载放电；同时，Vi也会通过二极管给负载放电，二者叠加，实现升压，放电时间dt=(1-占空比)*开关周期=(1-D)*T。

在开关闭合和断开的两个时间内，电感充电和放电是一样的，有人称之为电感的幅秒特性。整理得：

二、所采用的器件

2.1 TL494芯片

TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可以通过外部的一个电阻和一个电容进行调节。输出电容的脉冲其实是通过电容上的正极性锯齿波电压与另外2个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触压器的时钟信号为低电平时才会被通过，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。TL494的内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。TL494芯片引脚配线图如图2,内部电路框图如图3所示，时序图见图4。

图2 TL494芯片引脚配线图

图3 内部电路框图

图4 TL494时序图

2.2元件清单

表1 元器件清单

序号	名称	型号规格	数量
1	脉宽调制（PWM）控制芯片	TL494	1
2	NMOS管	IRF120	1
3	二极管	d	1
4	电阻	24Ω	1
5	电阻	48Ω	1
6	电阻	80Ω	1
7	电阻	240Ω	1
8	电阻	480Ω	1
9	电阻	1KΩ	2
10	电阻	10kΩ	1
11	电阻	12KΩ	1
12	电阻	50kΩ	1
13	电容	0.01uF	2
14	电容	5uF	1
15	电容	10uF	1
16	电容	100uF	1
17	电感	130uH	1
18	电感	200uH	1
19	电感	300uH	1
20	电感	450mH	1
21	电感	500mH	1