L494的降壓轉(zhuǎn)換器電路。

降壓轉(zhuǎn)換器（降壓轉(zhuǎn)換器）是一種DC-DC 開關(guān)轉(zhuǎn)換器，可在降低電壓的同時保持恒定的功率平衡。降壓轉(zhuǎn)換器的主要特點是效率，這意味著板載降壓轉(zhuǎn)換器可以延長電池壽命、減少熱量、減小尺寸并提高效率。

一、降壓轉(zhuǎn)換器如何工作？

降壓轉(zhuǎn)換器

上圖顯示了一個基本的降壓轉(zhuǎn)換器電路。如果要了解降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理，可以分2種情況，一是晶體管導(dǎo)通、二是晶體管關(guān)斷。

1、晶體管導(dǎo)通狀態(tài)

晶體管導(dǎo)通狀態(tài)

在這種情況下，我們可以看到二極管處于開路狀態(tài)，因為它處于反向偏置狀態(tài)。在這種情況下，一些初始電流將開始流過負(fù)載，但電流受到電感的限制，因此電感也開始逐漸充電。因此，在電路導(dǎo)通期間，電容周期積累電荷，并且該電壓反映在負(fù)載兩端。

2、晶體管關(guān)斷狀態(tài)

晶體管導(dǎo)通狀態(tài)

當(dāng)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時，存儲在電感 L1 中的能量崩潰并通過二極管 D1 流回，如電路中的箭頭所示。在這種情況下，電感兩端的電壓呈反極性，因此二極管處于正向偏置狀態(tài)。現(xiàn)在由于電感磁場的崩潰，電流繼續(xù)流過負(fù)載，直到電感耗盡電荷。

在電感幾乎耗盡存儲能量的一段時間后，負(fù)載電壓再次開始下降，在這種情況下，電容 C1 成為主要電流源，電容在那里保持電流流動直到下一個周期開始再次。

通過改變開關(guān)頻率和開關(guān)時間，我們可以從降壓轉(zhuǎn)換器獲得從 0 到 Vin 的任何輸出。

三、集成電路 TL494

在構(gòu)建TL494降壓轉(zhuǎn)換器下之前，先了解 PWM 控制器 TL494 的工作原理。TL494 IC 有 8 個功能塊，如下所示和描述。

集成電路 TL494

1、5V 參考穩(wěn)壓器

5V 內(nèi)部參考穩(wěn)壓器輸出是 REF 引腳，即 IC 的引腳 14。參考穩(wěn)壓器為內(nèi)部電路提供穩(wěn)定的電源，如脈沖控制觸發(fā)器、振蕩器、死區(qū)時間控制比較器和 PWM 比較器。穩(wěn)壓器還用于驅(qū)動負(fù)責(zé)控制輸出的誤差放大器。

5V 參考穩(wěn)壓器

該基準(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)飽和并跟蹤它。

2、振蕩器

振蕩器生成鋸齒波并向死區(qū)時間控制器和 PWM 比較器提供各種控制信號。振蕩器的頻率可以通過選擇定時元件R T 和 C T來設(shè)置。

振蕩器

振蕩器的頻率可以通過下面的公式計算：

F= 1/(RT * CT)

僅對于單端應(yīng)用，振蕩器頻率等于輸出頻率。對于推挽應(yīng)用，輸出頻率是振蕩器頻率的二分之一。

3、死區(qū)時間控制比較器

死區(qū)時間或簡單地說關(guān)斷時間控制提供最小死區(qū)時間或關(guān)斷時間。當(dāng)輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時，死區(qū)時間比較器的輸出會阻止開關(guān)晶體管。向DTC引腳施加電壓會產(chǎn)生額外的死區(qū)時間，因此當(dāng)輸入電壓從 0 到 3V 變化時，會提供從最小值 3% 到 100% 的額外死區(qū)時間。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。

死區(qū)時間控制比較器

110 mV 的內(nèi)部偏移確保死區(qū)時間控制輸入接地時的最小死區(qū)時間為 3%。

4、 誤差放大器

兩個高增益誤差放大器都從 VI 電源軌接收偏置。允許共模輸入電壓范圍從 –0.3 V 到 2 V，低于 VI。兩個放大器的行為都具有單端單電源放大器的特征，因為每個輸出僅為高電平有效。

誤差放大器

5、輸出控制輸入

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)模式還是以推挽模式運行。通過將引腳 13 的輸出控制引腳接地，可將輸出晶體管設(shè)置為并聯(lián)運行模式。但通過將此引腳連接到 5V-REF 引腳，可將輸出晶體管設(shè)置為推挽模式。

6、輸出晶體管

該 IC 有兩個內(nèi)部輸出晶體管，采用集電極開路和發(fā)射極開路配置，通過它們可以提供或吸收高達 200mA 的最大電流。

輸出晶體管

這些晶體管在共發(fā)射極配置中的飽和電壓小于 1.3 V，在射極跟隨器配置中的飽和電壓小于 2.5 V。

四、TL494 IC的特點

完整的 PWM 電源控制電路

用于 200mA 灌電流或拉電流的未指定輸出

輸出控制選擇單端或推挽操作

內(nèi)部電路禁止在任一輸出端出現(xiàn)雙脈沖

可變死區(qū)時間提供對總范圍的控制

內(nèi)部穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定的 5V

具有 5% 容差的參考電源

電路架構(gòu)允許輕松同步 ? ?

五、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路元器件清單

TL494 集成電路 - 1

TIP2955 晶體管 - 1

螺釘端子 5mmx2 - 2

1000uF,60V電容 - 1個

470uF,60V 電容 - 1

50K,1% 電阻 - 1

560R 電阻 - 1

10K,1% 電阻 - 4

3.3K,1% 電阻 - 2

330R 電阻 - 1

0.22uF 電容 - 1 個

5.6K,1W電阻 - 1個

12.1V 齊納二極管 - 1

MBR20100CT 肖特基二極管 - 1

70uH (27 x 11 x 14 ) mm 電感 - 1

電位計 (10K) Trim-Pot - 1

0.22R 電流檢測電阻 - 2

復(fù)合板通用 50x 50mm - 1

PSU 散熱器通用 - 1

跳線通用 - 15

六、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路原理圖，示意圖

高效降壓轉(zhuǎn)換器的電路圖如下所示。

TL494降壓轉(zhuǎn)換電路原理圖
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七、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路

如果將大負(fù)載連接到輸出降壓轉(zhuǎn)換器，那么大量電流將流過PCB走線，并且走線有可能被燒毀。(電路一點通）因此為了防止PCB走線燒壞，加入了一些有助于增加電流的跳線，另外用厚厚的焊料層加固了PCB走線，用來降低走線電路。

電感由 3 股平行的 0.45 平方毫米漆包銅線構(gòu)成。

TL494降壓轉(zhuǎn)換電路

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八、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路 PCB 3D瀏覽圖

對于大電流降壓轉(zhuǎn)換器，電路是根據(jù)原理圖和PCB設(shè)計文件（Gerber 文件）制作的。通過Gerber文件還可以查看 3D瀏覽圖，具體如下所示：

如果想獲取Gerber文件，瀏覽 3D流覽圖鏈接：
https://www.aiema.cn/share?t=share&id=6JXn&name=TL494%E9%99%8D%E5%8E%8B%E8%BD%AC%E6%8D%A2%E5%99%A8

1、PCB 正面圖

PCB 正面圖

2、PCB 背面圖

PCB 背面圖

3、PCB 透視圖

PCB 透視圖

4、PCB 等軸視圖

PCB 等軸圖

5、PCB 分層圖

PCB 分層圖

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九、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路數(shù)值計算

為了計算正確的電感和電容，做了一個這樣的表格

TL494降壓轉(zhuǎn)換電路數(shù)值計算

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十、測試TL494降壓轉(zhuǎn)換電路

為了測試電路，使用以下設(shè)置，如上圖所示，輸入電壓為41.17V,空載電流為 0.015 A，所以空載功率低于0.6W。

測試TL494降壓轉(zhuǎn)換電路

1、用于測試電路的工具

12V鉛酸電池。

具有 6-0-6 抽頭和 12-0-12 抽頭的變壓器

5 10W 10r 電阻并聯(lián)作為負(fù)載

Meco 108B+真有效值萬用表

Meco 450B+真有效值萬用表

Hantek 6022BE 示波器

2、TL494降壓轉(zhuǎn)換器輸入功率

TL494降壓轉(zhuǎn)換器輸入功率

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從上圖中可以看出，負(fù)載條件下輸入電壓降至27.45V，輸入電流為3.022A，相當(dāng)于82.9539W的輸入功率。

3、TL494降壓轉(zhuǎn)換器輸出功率

TL494降壓轉(zhuǎn)換器輸出功率

從上圖中可以看出，輸出電壓為 12.78V，輸出電流為 5.614A，相當(dāng)于 71.6958W 的功率消耗。

所以電路的效率變?yōu)?71.6958 / 82.9539) x 100 % = 86.42 %

電路中的損耗是由于為 TL494 IC 供電的電阻和測試表中絕對最大電流消耗。

TKL494降壓轉(zhuǎn)換器損耗功率

從上圖可以看出，電路的最大電流為6.96 A，差不多。

在這種情況下，電路最主要的問題是變壓器，所以沒有增加負(fù)載電流。但是通過設(shè)計散熱器，也可以獲得超過10A的電流。

十一、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路改進

上面這個TL494降壓轉(zhuǎn)換器電路主要是為了演示，但是應(yīng)該在電路輸出部分增加保護電路的。

必須加一個輸出保護電路來保護負(fù)載電路。

電感需要浸入清漆中，否則會產(chǎn)生噪聲。

PCB設(shè)計應(yīng)該更精致一點，不應(yīng)該這么粗糙。

修改開關(guān)晶體管以增加負(fù)載電流。

編輯：黃飛

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