在使用電子設(shè)備時(shí)，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)換器的電路的情況（升壓轉(zhuǎn)換器）。升壓轉(zhuǎn)換器是一種 DC-DC 型開關(guān)轉(zhuǎn)換器，可在保持恒定功率平衡的同時(shí)提高電壓。升壓轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)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(shè)計(jì)一個(gè) TL494升壓轉(zhuǎn)換器，并計(jì)算和測(cè)試一個(gè)基于流行的TL494 IC 的高效升壓轉(zhuǎn)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(guān)，這個(gè)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(huì)有詳細(xì)的視頻展示電路的工作和測(cè)試部分，所以事不宜遲，讓我們開始吧。

了解升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理

上圖為 升壓轉(zhuǎn)換器電路的基本原理圖。為了分析這個(gè)電路的工作原理，我們將把它分成兩個(gè)部分，第一個(gè)條件解釋了當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)會(huì)發(fā)生什么，第二個(gè)條件解釋了當(dāng) MOSFET 關(guān)斷時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

MOSFET導(dǎo)通時(shí)會(huì)發(fā)生什么：

上圖顯示了 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)的電路狀況。如您所知，我們?cè)谔摼€的幫助下顯示了導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng) MOSFET 保持導(dǎo)通時(shí)，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(chǔ)。

當(dāng) MOSFET 關(guān)閉時(shí)會(huì)發(fā)生什么：

現(xiàn)在，您可能知道，通過電感器的電流不能瞬間改變！那是因?yàn)樗源艌龅男问酱鎯?chǔ)。因此，在 MOSFET 關(guān)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(dòng)。正如您在上圖中看到的，這開始為電容器充電。

現(xiàn)在，通過連續(xù)打開和關(guān)閉開關(guān) （MOSFET），我們創(chuàng)建了一個(gè)大于輸入電壓的輸出電壓。現(xiàn)在，我們可以通過控制開關(guān)的開啟和關(guān)閉時(shí)間來控制輸出電壓，這就是我們?cè)谥麟娐分兴龅摹?/p>

了解 TL494 的工作原理

現(xiàn)在，在我們開始構(gòu)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(gè)功能塊，如下所示和描述。

5V 參考穩(wěn)壓器：

5V 內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓器輸出為 REF 引腳，即 IC 的第 14 引腳。參考穩(wěn)壓器可為脈沖轉(zhuǎn)向觸發(fā)器、振蕩器、死區(qū)時(shí)間控制比較器和 PWM 比較器等內(nèi)部電路提供穩(wěn)定的電源。穩(wěn)壓器還用于驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)控制輸出的誤差放大器。

注意：基準(zhǔn)在內(nèi)部編程為 ±5% 的初始精度，并在 7V 至 40V 的輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性。對(duì)于低于 7V 的輸入電壓，穩(wěn)壓器在輸入的 1V 范圍內(nèi)飽和并對(duì)其進(jìn)行跟蹤。

振蕩器：

振蕩器生成鋸齒波并將其提供給死區(qū)時(shí)間控制器和用于各種控制信號(hào)的 PWM 比較器。

振蕩器的頻率可以通過選擇定時(shí)組件R T 和 C T來設(shè)置。

振蕩器的頻率可以通過以下公式計(jì)算 -

Fosc = 1/（RT * CT）

為簡單起見，我制作了一個(gè)電子表格，您可以通過它很容易地計(jì)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(yīng)用。對(duì)于推挽應(yīng)用，輸出頻率是振蕩器頻率的二分之一。

死區(qū)控制比較器：

死區(qū)時(shí)間或簡單地說關(guān)斷時(shí)間控制提供最小死區(qū)時(shí)間或關(guān)斷時(shí)間。當(dāng)輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時(shí)，死區(qū)時(shí)間比較器的輸出會(huì)阻塞開關(guān)晶體管。向DTC引腳施加電壓會(huì)產(chǎn)生額外的死區(qū)時(shí)間，從而在輸入電壓從 0 到 3V 變化時(shí)提供從最小值 3% 到 100% 的額外死區(qū)時(shí)間。簡單來說，我們可以在不調(diào)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(nèi)部偏移可確保死區(qū)時(shí)間控制輸入接地時(shí)的最小死區(qū)時(shí)間為 3%。

誤差放大器：

兩個(gè)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(gè)放大器都具有單端單電源放大器的特性，即每個(gè)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(lián)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(shè)置為并聯(lián)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(shè)置為推挽模式。

輸出晶體管：

該 IC 有兩個(gè)內(nèi)部輸出晶體管，它們采用集電極開路和發(fā)射極開路配置，可提供或吸收高達(dá) 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(gòu)建基于 TL494 的升壓轉(zhuǎn)換器電路所需的組件

一個(gè)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(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰暾业剿斜匾牧慵?/p>

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(diào)電位器 - 1

0.22R 電流檢測(cè)電阻 - 2

復(fù)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(zhuǎn)換器 - 原理圖

高效升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖如下所示。

TL494 升壓轉(zhuǎn)換器電路 – 工作

這個(gè)TL494 升壓轉(zhuǎn)換器電路由非常容易獲得的組件組成，在本節(jié)中，我們將遍歷電路的每個(gè)主要模塊并解釋每個(gè)模塊。

輸入電容：

當(dāng) MOSFET 開關(guān)閉合且電感器開始充電時(shí)，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(shè)置反饋回路的控制電壓，設(shè)置電壓連接到 TL494 IC 的引腳 2，反饋電壓連接到標(biāo)記為VOLTAGE_FEEDBACK的 IC 引腳之一。電阻器 R10 和 R15 設(shè)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(hào)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(shè)定電壓下打開/關(guān)閉電路。

開關(guān)頻率選擇：

通過為引腳 5 和 6 設(shè)置適當(dāng)?shù)闹担覀兛梢栽O(shè)置這個(gè) IC 的開關(guān)頻率，對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，我們使用了一個(gè) 1nF 的電容值和一個(gè) 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(jì)算出振蕩器頻率。除此之外，我們?cè)诒疚那懊嬉呀?jīng)詳細(xì)介紹了其他部分。

基于 TL494 的升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設(shè)計(jì)

我們的相位角控制電路的 PCB 設(shè)計(jì)在單面板上。我使用 Eagle 來設(shè)計(jì)我的 PCB，但您可以使用您選擇的任何設(shè)計(jì)軟件。我的電路板設(shè)計(jì)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(cè)，輸出在電路板的右側(cè)。完整的設(shè)計(jì)文件以及TL494 升壓轉(zhuǎn)換器原理圖可從以下鏈接下載。

下載基于 TL494 的升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設(shè)計(jì) 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(gè) PCB 時(shí)犯了一些錯(cuò)誤，所以我不得不用舊的一些跳線來修復(fù)它。

構(gòu)建完成后，我的電路板看起來像這樣。

TL494 升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)計(jì)算與構(gòu)建

為了演示這個(gè) 大電流升壓轉(zhuǎn)換器，電路是在 手工制作的 PCB中構(gòu)建的，并借助原理圖和 PCB 設(shè)計(jì)文件 ［ Gerber 文件］；請(qǐng)注意，如果您將大負(fù)載連接到此升壓轉(zhuǎn)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(jì)算電感和電容的值，我使用了 Texas Instruments 的文檔。

之后，我制作了一個(gè)谷歌電子表格，以使計(jì)算更容易。

測(cè)試這個(gè)高壓升壓轉(zhuǎn)換器電路

為了測(cè)試電路，使用以下設(shè)置。如您所見，我們使用PC ATX電源作為輸入，因此輸入為12V。我們?cè)陔娐返妮敵龆诉B接了一個(gè)電壓表和一個(gè)電流表，顯示輸出電壓和輸出電流。從中我們可以很容易地計(jì)算出該電路的輸出功率。最后，我們使用了8個(gè)4.7R 10W功率電阻串聯(lián)作為負(fù)載來測(cè)試電流消耗。

用于測(cè)試電路的工具：

12V PC ATX 電源

具有 6-0-6 抽頭和 12-0-12 抽頭的變壓器

8個(gè)10W 4.7R電阻串聯(lián)——作為負(fù)載

Meco 108B+TRMS 萬用表

Meco 450B+TRMS 萬用表

一把螺絲起子

大功率升壓轉(zhuǎn)換器電路的輸出功耗：

如上圖所示，輸出電壓為44.53V，輸出電流為2.839A，所以總輸出功率變?yōu)?26.42W，如您所見，該電路可以輕松處理100W以上的功率。

進(jìn)一步增強(qiáng)

此 TL494 升壓轉(zhuǎn)換器電路僅用于演示目的，因此在電路的輸入或輸出部分沒有添加保護(hù)電路。因此，為了增強(qiáng)保護(hù)功能，您還可以添加，同樣我使用的是 IRFP250 MOSFET，可以進(jìn)一步增強(qiáng)輸出功率，我們電路中的限制因素是電感。電感器的更大磁芯將增加其輸出容量。