DC－DC稳压电源的制作

2013-09-19尹加红彭跃红

大学物理实验 2013年6期

尹加红，彭跃红

（楚雄师范学院，云南楚雄 675000）

电源是各种电子设备必不可缺少的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。开关电源作为一种低功耗、高效率、高精度的电源备受青睐。开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很小，电源效率能达到75%～90%，比普通线性稳压电源提高近一倍，目前已成为稳压电源的主流产品。在DC－DC直流稳压电路设计中，采用模块化设计思想，以模块为单位对整个电路进行分析设计［1－5］。

方案一：线性稳压电源线路简单，干扰小，对输入电压和和负载变化的动态响应非常快，稳压性能好，但其转换效率低，线性电源的效率只有30～40%，而且散热量大，这样不能输出太大电流。

图1 DC－DC直流稳压电路

方案二：采用TL494核心芯片的脉宽调制（PWM）降压型开关稳压电路，能最大限度地降低模块功耗，同时能提供一个稳定的直流电压，且具有外围电路简单，调试方便，效率高等优点。因此，采用这一方案来设计DC－DC直流稳压电路。

1 电路原理及参数计算

1.1 电路原理

采用TL494芯片的DC－DC稳压电路如图1所示。图中R10与C5决定开关电源的开关频率，电阻R8作为限流保护电阻。其片内误差放大器的同相输入端（脚2）通过电阻R7接入反馈信号。输入电压可以在15～40V范围内变化。

工作原理：PWM的主要特点是开关周期为恒定值，通过调节脉冲宽度来改变占空比，实现稳压目的。振荡器产生一个频率恒定的锯齿波，与一个参考电压进行比较放大，输出方波用于控制开关通断。通过控制参考电压的大小以调整输出方波的占空比。其中，控制电压是通过实际输出电压与其稳定电压值之间的差值获得。锯齿波的峰值固定不变，其重复频率就是开关的通断频率。当放大的偏差信号电平高于锯齿波的电平时，比较器输出高电平，这一高电平的控制信号导致开关导通，否则，开关处于断开状态。当后级反馈电压高于芯片TL494的基准电压5V时，片内误差放大器输出电压增加，将导致外接晶体管VT和TL494内部三极管的导通时间变短，使输出电压下降到与基准电压？基本相等，从而维持输出电压稳定，反之亦然。

1.2 TL494芯片介绍

该直流稳压电源的核心是脉冲宽度调制集成电路。TL494是常见的PWM集成电路。TL494的引脚功能如下：1、16脚和2、15脚分别是误差放大器1和误差放大器2的同相输入端和反向输入端；3脚是反馈输入端；4脚是死区时间控制端；5、6脚分别接RC振荡器的定时电容和电阻；7脚接地；8、9脚11、10脚分别是两个内部驱动三极管的集电极和发射极；12脚为电源正端；13脚为输出状态控制端，当13脚为高电平时，两个内部驱动三极管交替导通，当13脚为低电平时，两个内部驱动三极管同时导通或截止，此时只能控制一个开关管。14脚是集成电路内部输出的5V基准电压输出端。

TL494在工作时，其频率由外接在5、6脚上的锯齿波振荡器的定时电容和电阻决定，输出脉冲宽度由加在1和16脚误差放大器的同相输入端电平的高低决定。

稳压控制：当输出电压升高时，误差放大器1同相输入端1脚上的电位升高，则可使集成电路内部的内部驱动三极管导通时间减少，占空比减少，从而降低输出电压。反之，则可升高输出电压。最终，使输出电压稳定。

过流保护控制：过载时，降低输出电压使负载电流在保护值。流过负载的电流流过限流保护电阻R8，当负载电流达到一定值时，误差放大器2反向端的电位为负，输出为正，其内部三极管不导通，使输出电压降低，从而达到限制输出电流的目的［1－4］。