1、電子技術課程設計報告設計課題：基于TL494的非隔離開關電源設計 專業班級： 學生姓名： 指導教師： 設計時間： 物理與電子工程學院目 錄1 設計任務與要求42 集成穩壓電源和開關電源的區別42.1 集成穩壓器的組成42.2 開關電源的組成53 開關電源的分類64 常見開關電源的介紹64.1基本電路74.2 單端反激式開關電源74.3單端正激式開關電源 84.4自激式開關穩壓電源84.5 推挽式開關電源94.6 降壓式開關電源 94.7 升壓式開關電源104.8 反轉式開關電源105 buck變換器115.1 buck工作原理115.2 buck變換器的參數計算126 TL494 脈寬調制電路

2、146.1 TL494 芯片主要特征146.2 TL494 工作原理簡述146.3 標準 BUCK（降壓）電路圖157 性能測試結果分析168.結論與心得169.參考文獻1710.附錄17基于TL494的非隔離開關電源設計一、設計任務與要求1掌握PCB制板技術、焊接技術、電路檢測以及集成電路的使用方法。2掌握TL494的非隔離開關電源的設計、組裝與調試方法。3研究開關電源的實現方法，并按照設計指標要求進行電路的設計與仿真。具體要求如下： 分析、掌握該課題總體方案，廣泛閱讀相關技術資料，并提出自己的見解。 掌握開關電源的工作原理。 設計硬件系統并進行仿真，掌握系統調試方法，使系統達到設計要求。主

3、要技術指標設計要求：直流輸入電壓：1040V；輸出電壓：5V；輸出電流：1A；效率：72%。二、集成穩壓電源和開關電源的區別 （1）、集成穩壓器的組成圖1 集成穩壓器的組成 電路內部包括了串聯型直流穩壓電路的各個組成部分,另外加上保護電路和啟動電路。1.調整管 在W7800系列三端集成穩壓電路中，調整管為由兩個三極管組成的復合管。這種結構要求放大電路用較小的電流即可驅動調整管發射極回路中較大的輸出電流，而且提高了調整管的輸入電阻。2.放大電路 在W7800系列三端集成穩壓電路中，放大管也是復合管，電路組態為共射接法，并采用有源負載，可以獲得較高的電壓放大倍數。3.基準電源 在W7800系列三端

4、集成穩壓電路中，采用一種能帶間隙式基準源，這種基準源具有低噪聲、低溫漂的特點，在單片式大電流集成穩壓器中被廣泛采用。4.采樣電路 在W7800系列三端集成穩壓電路中，采樣電路由兩個分壓電阻組成，它對輸出電壓進行采樣，并送到放大電路的輸入端。5.啟動電路 啟動電路的作用是在剛接通直流輸入電壓時，使調整管、放大電路和基準電源等部分建立起各自的工作電流。當穩壓電路正常工作后，啟動電路被斷開，以免影響穩壓電路的性能。6.保護電路 在W7800系列三端集成穩壓電路中，芯片內部集成了三種保護電路，它們是限流保護電路、過熱保護電路和過壓保護電路。(2)、開關電源的組成圖2 開關電源的組成 當輸出電壓發生變化

5、時，采樣電路將輸出電壓變化量的一部分送到比較放大電路，與基準電壓進行比較并將二者的差值放大后送至脈沖調制電路，使脈沖波形的占空比發生變化。此脈沖信號作為開關管的輸入信號，使調整管導通和截止時間的比例也發生變化，從而使濾波后輸出電壓的平均值基本保持不變。三、開關電源的分類1、按開關管的連接方式，開關電源可分為串聯型開關電源和并聯型開關電源。串聯型開關電源的開關管是串聯在輸入電壓和輸出負載之間，屬于降壓式穩壓電路；而并聯型開關電源的開關管是在輸入電壓和輸出負載之間并聯的，屬于升壓式穩壓電路。2、按激勵方式，開關電源可分為自激式和他激式。在自激式開關電源中，由開關管和高頻變壓器構成正反饋環路，來完成

6、自激振蕩，類似于間歇振蕩器；而他激式開關電源必須附加一個振蕩器，振蕩器產生的開關脈沖加在開關管上，控制開關管的導通和截止，使開關電路工作并有直流電壓輸出。3、按調制方式，開關電源可分為脈寬調制（PWM）方式和脈頻調制（PFM）方式。PWM是通過改變開關脈沖寬度來控制輸出電壓穩定的方式，而PFM是當輸出電壓變化時，通過取樣比較，將誤差值放大后去控制開關脈沖周期（即頻率），使輸出電壓穩定。4、按輸出直流值的大小，開關電源可分為升壓式開關電源和降壓式開關電源，也可分為高壓開關電源和低壓開關電源。5、按輸出波形，開關電源可分為矩形波和正弦波電路。6、按輸出性能，開關電源可分為恒壓恒頻和變壓變頻電路。7

7、、按開關管的個數及連接方式又可將開關電源分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式等。單端式僅用一只開關管，推挽式和半橋式采用兩只開關管，全橋式則采用四只開關管。8、開關電源按能量傳遞方式又可分為正激式和反激式。9、按軟開關方式分，開關電源有電流諧振型、電壓諧振型、E類與準E類諧振型和部分諧振型等。4、 常見開關電源的介紹1.基本電路 開關式穩壓電源的基本電路框圖如下圖3所示。 交流電壓經整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經整流濾波變為所需要的直流電壓。 控制電路為一脈沖寬度調制器，它主要由取樣器、比較器、振

8、蕩器、脈寬調制及基準電壓等電路構成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關電源用集成電路。控制電路用來調整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩定輸出電壓的目的。 圖3 基本電路 單端反激式開關電源 單端反激式開關電源的典型電路如圖三所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側。所謂的反激，是指當開關管VT1 導通時，高頻變壓器初級繞組的感應電壓為上正下負，整流二極管VD1處于截止狀態，在初級繞組中儲存能量。當開關管VT1截止時，變壓器初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及VD1 整流和電容濾波后向負載輸出。單端反激式開關電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20100，可以

9、同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調整率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對固定的負載。 單端反激式開關電源使用的開關管VT1 承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20200kHz之間。圖4 單端反激式開關電源 單端正激式開關電源 單端正激式開關電源的典型電路如圖四所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當開關管VT1導通時，VD2也 導通，這時電網向負載傳送能量，濾波電感儲存能量；當開關管VT1截止時，電感通過續流二極管VD3 繼續向負載釋放能量。在電路中還設有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開關管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。

10、為滿足磁芯復位條件，即磁通建立和 復位時間應相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于。由于這種電路在開關管VT1導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50200 的功率。電路使用的變壓器結構復雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應用較少。圖5 單端正激式開關電源自激式開關穩壓電源 自激式開關穩壓電源的典型電路如圖五所示。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開關電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。 當接入電源后在R1給開關管VT1提供啟動電流，使VT1開始導通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2 中感應出使VT1 基極為正，發射極為負的正反饋電壓，使VT1 很快飽和

11、。 與此同時，感應電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低，致使VT1退出飽和區，Ic 開始減小，在L2 中感應出使VT1 基極為負、發射極為正的電壓，使VT1 迅速截止，這時二極管VD1導通，高頻變壓器初級繞組中的儲能釋放給負載。在VT1截止時，L2中沒有感應電壓，直流供電輸人電壓又經R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導通，再次翻轉達到飽和狀態，電路就這樣重復振蕩下去。這里就像單端反激式開關電源那樣，由變壓器的次級繞組向負載輸出所需要的電壓。 自激式開關電源中的開關管起著開關及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由于負載位于變壓器的次級且工作在反激

12、狀態，具有輸人和輸出相互隔離的優點。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。圖6 自激式開關電源推挽式開關電源 推挽式開關電源的典型電路如圖六所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側。電路使用兩個開關管VT1和VT2，兩個開關管在外激勵方波信號的控制下交替的導通與截止，在變壓器次級統組得到方波電壓，經整流濾波變為所需要的直流電壓。 這種電路的優點是兩個開關管容易驅動，主要缺點是開關管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在1005000范圍內。圖7 推挽式開關電源降壓式開關電源 降壓式開關電源的典型電路如圖七所示。當開關管VT1 導通時，二極管

13、VD1 截止，輸人的整流電壓經VT1和L向充電，這一電流使電感中的儲能增加。當開關管VT1截止時，電感感應出左負右正的電壓，經負載RL和續流二極管VD1釋放電感中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定。這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、電容和二極管即可實現。圖8 降壓式開關電源升壓式開關電源 升壓式開關電源的穩壓電路如圖八所示。當開關管 VT1 導通時，電感儲存能量。當開關管VT1 截止時，電感感應出左負右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經二極管VD1向負載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關電源。圖

14、9 升壓式開關電源反轉式開關電源 反轉式開關電源的典型電路如圖九所示。這種電路又稱為升降壓式開關電源。無論開關管VT1之前的脈動直流電壓高于或低于輸出端的穩定電壓，電路均能正常工作。當開關管VT1導通時，電感L 儲存能量，二極管VD1 截止，負載RL靠電容C上次的充電電荷供電。當開關管VT1截止時，電感中的電流繼續流通，并感應出上負下正的電壓，經二極管VD1向負載供電，同時給電容充電。以上介紹了脈沖寬度調制式開關穩壓電源的基本工作原理和各種電路類型，在實際應用中，會有各種各樣的實際控制電路，但無論怎樣，也都是在這些基礎上發展出來的。 圖10 反轉式開關電源五、buck變換器1. buck工作原

15、理 BUCK變換器又稱降壓變換器，它是一種對輸入輸出電壓進行降壓變換直流斬波器，即輸出電壓低于輸入電壓。其基本結構如圖11.1所示。假定:(l)開關晶體管、二極管均是理想元件，也就是可以快速地“導通”和“截止”，而且導通壓降為零，截止時漏電流為零;(2)電感、電容是理想元件，電感工作在線性區未飽和，寄生電阻為零，電容的等效串聯電阻為零;(3)輸出電壓中紋波電壓與輸出電壓比值小到允許忽略。圖11.1 Buck變換器電路工作過程：當主開關Tr導通，如圖11.2所示，is=流過電感線圈L，電流線性增加在負載R上流過電流Io，兩端輸出電壓Vo，極性上正下負。當is i。時，電容在充電狀態。這時二極管D

16、承受反向電壓而截止。經時間D1Ts后，如圖11.3所示主開關Tr截止，由于電感L中的磁場將改變L兩端的電壓極性，以保持其電流不變。負載兩端電壓仍是上正下負。在=1.43A 時，輸出保護。3 腳所接的0.1u 電容及45K、1.0M 電阻是斜率補償 （為了增加電路的穩定性）。輸出控制13 腳為輸出（方式）控制端。該腳接地時為單端連接輸出方式。所以圖中將 8 腳和11 腳并聯輸出。參數表1七、性能測試結果分析本次設計的結果基本能夠達到預期的要求：圖13 TL494降壓原理圖如圖13所示：空載時：能比較準確的把10到40V的電源穩定在4.95V左右，紋波電壓在6mV左右。帶負載時：當負載在零到某一值

17、的范圍內時，輸出電壓穩定在4.95V，輸出電流達到0.9A，此時測得輸入電壓為12.7V，輸入電流為0.47A，則效率為：=4.95*0.9/(12.7*0.47)*100%=74.65%；如果在增大負載的話，輸出電壓會被拉低，輸出不穩定。八、結論與心得 事實證明，可靠性是開關電源設計最重要的因素，而TL494是一種功能非常完善的PWM驅動電路的芯片,適用于多數電路，性能穩定，可靠性高，具有很大現實意義。 通過這次課程設計，使我對一個電子產品的開發研究有了初步的認識，體會到了開發研究一個電子產品的艱辛，也對我的精神品質得到了一次鍛煉，明白了做什么事情都不可能急功近利，只有踏踏實實去做才能較好地完成。另外，我非常感謝我的指導老師和同學給我的幫助，讓我能夠順利完成這項實驗。我相信，本次課程設計對我今后的實習和畢業后的工作，肯定有很大的幫助。九、參考文獻1謝自美. 電子線路設計M.武漢：華中科技大學出版社,20022張占松.開關電源的原理與設計（修訂版），電子工業出版社，20043