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1、第22卷第2期大学物理实验Vol.22No.22009年06月出版PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEJun.2009文章编号:1007-2934(2009)02-0073-06基于TL494开关电源的设计白炳良周慰君(漳州师范学院,漳州,363000)摘要开关电源主回路将输入的15VAC电压整流滤波所得的直流电压通过升压斩波电路,变换为25~30VDC输出。主控制器为PIC16F877A单片机。整个系统由整流滤波电路、DC-DC变换器、控制电路、按键显示等模块组成。主控制器和TL494以闭环
2、形式控制DC-DC变换电路,实现输出电压稳定可调。该电源还具有过流保护、自恢复、软启动和短路报警功能。关键词DC-DC变换器;PWM;TL494;单片机PIC16F877A中图分类号:O4-33文献标识码:A1系统设计1.1DC-DC变换器电路拓扑结构将降压后的交流电压进行升压变换,这里选择了升压斩波电路,其电路原理图如图1所示。此拓扑结构电路结构简单,仅由开关管、二极管、电感、电解电容等元件组成,只要控制合适的占空比,就能够以较高的效率进行升压,而且此电路稳压性能图1升压斩波电路原理图[1,2]优、转换效率高。
3、因此,选择升压轨波电路作为DC-DC变换的主拓扑结构。1.2系统实现方案及结构框图系统设计框图如图2所示。设计中以升压斩波电路为主回路,该电路实现将整流滤波后的输入电压变为25V~30V的输出电压。整个系统以单片机PIC16F73和PWM调制芯片TL494构成控制系统。TL494产生的脉冲信号控制DC-DC变换器,同时还通过外围电路实现稳压、过流保护、自恢复、软启动和短路报警等功能。单片机与电压反馈模块配合,通过控制数字电位器MCP41010的输出值,实现输出电压值的设定和步进的调整,单片机还通过A/D模块,实现输出电压、电流
4、值的数显。在DC-DC变换电路中,采用了导通电阻非常小的MOSFET作为开关管,快恢复二极管作为续流管,通过以上方法有效的提高了电路的效率。收稿日期:2009-04-1073图2系统结构框图2理论分析与计算2.1PWM脉宽调制电路PWM控制电路主要由集成PWM控制芯片TL494、单片机PIC16F877A和电压电流反馈电路组成。电路原理图如图3所示。单片机通过控制数字电位器MCP41010的输出值,数字电位器作为D/A转换器,实现电压的步进调整,TL494根据电压反馈的输入值调整输出脉冲的宽度,最终实现电压的稳定输出。
5、除此之外,TL494的外围电路还可实现各种保护功能。主干路上输出的电压经过图4所示电路后再经过TTL494内部的误差放大器1构成R18+Rw31反馈回路。其在A点的电压值为U0=U0。若因某种原因导致输出电压R17+R18+Rw310过高,则电压反馈端输入的值增大,使得误差放大器1同相端电位升高,反馈/PWM端电位上升,TTL494内部三极管Q2导通时间减少,输出信号占空比减小,结果使输出电压减少,最终使输出电压保持稳定。图3PWM脉定调制电路原理图2.2过流保护与阈值参数计算本设计路具有双重的过流保护功能,当输出电流大于1
6、.5A小于2A时,流过采样电阻R的电流从右至左,如图3所红色箭头所示。R的右端电位为0则左端为为负,当电74流I大于1.5A时,TTL494内部的误差放大器2的反相端电位为负,正向端与反向端通过比较后,误差放大器2的输出(即反馈/PWM端)为正,Q2管不导通,则开关管关断,输出电压降低。当输出电流大于2A时,单片机根据采样进来的电流信号,通过软件设计,将主干路上的继电器J1置为常闭状态,使主干路断开,起到保护作用。过流保护电路原理图如图3所示,取样电阻值R=0.05,其两端的电压为IR,误差放大2的输入端电压U1为:IRR
7、8(R9+Rw1)5VU1=+=0R8+R9+Rw1R8+R9+Rw1取R8=10K,R9=91,Rw1=60,带入计算得I=1.5A。当电流大于1.5A时,R两端电压值增大,U1<0,则电路起到保护作用,所以阈值电流为1.5A。2.3软启动软启动的设计分为两部分:主干路上设有一个单刀继电器J1、一个双刀继电器J2和一个电阻R1,上电后通过按键使单片机输出信号,J1、J2工作常开状态,电路通过R1对稳压电容C3和滤波电容C5充电,充电时间T1设为1S,输出电压可从0V升到18V;1S后使J2工作在常闭状态,R1被短路同时T
8、L494得到工作电压开始工作。TL494的第5脚接电容C15,TL494上图4电压取样电路原理图电后C15充电需要一定时间,死区电压由高逐渐变低,Q2管的导通时间逐渐增大,输出电压逐渐升高至30V,充电时间为T2=10K4.7uF=47ms。2.4升压斩波电
