搞不懂反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器？一定要看這一文

作者：時(shí)間：2024-07-25 來源：李工談元器件

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今天給大家分享的是采用TL494 的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/202407/461376.htm

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，使用降壓和升壓轉(zhuǎn)換器的相同原理，采用簡(jiǎn)化的組合電路。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是即使輸入電壓低于輸出電壓，也能保持輸出電壓恒定，意味著電路可以根據(jù)輸入電壓在降壓和升壓模式下工作。

這篇文章，主要是關(guān)于TL494 IC的基本大功率反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的工作原理、電路設(shè)計(jì)、計(jì)算、測(cè)試。

一、反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理？

升降壓轉(zhuǎn)換器是一種 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，具有不同幅度的輸出電壓，根據(jù)PWM 脈沖和負(fù)載條件，輸出電壓可以大于或等于輸入電壓。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器與反激式轉(zhuǎn)換器非常相似，但降壓-升壓轉(zhuǎn)換器使用單個(gè)的電感而不是變壓器。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器有兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和同相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

這里主要分享的是反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的基本原理圖如下所示。

如下圖，反相隱藏函數(shù)的輸出與輸入的輸出完全相反，得到的是地而不是 VCC，那么電壓是如何反轉(zhuǎn)的？就需要知道反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的工作原理。

反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的基本原理圖

如下圖所示，反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路由一個(gè)電感、一個(gè)二極管、一個(gè)作為開關(guān)的 MOSFET 和一個(gè)電容組成。我們用開關(guān)信號(hào)操作著這個(gè)電路。

由于使用的 MOSFET 是 P 溝道 MOSFET，所以它在脈沖低時(shí)導(dǎo)通，在脈沖高時(shí)關(guān)閉。

現(xiàn)在，當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，電感充電并積累能量；發(fā)生這種情況時(shí)，二極管會(huì)阻止電容充電。

反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器工作原理

現(xiàn)在，當(dāng) MOSFET 關(guān)斷時(shí)，線圈的能量轉(zhuǎn)移到電容，并從電容流向負(fù)載，但由于二極管反向連接，電壓的極性現(xiàn)在與之前相反，這就是反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理。

反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器工作原理

二、構(gòu)建基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件

下面列出了構(gòu)建基于 TL494 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件，這個(gè)電路中使用的組件非常通用，你可以在很多電子元器件網(wǎng)站找到。

構(gòu)建基于 TL494 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件

各類元器件實(shí)物圖

三、基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

基于 TL494 的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的完整電路圖如下所示，該電路的工作原理非常簡(jiǎn)單。

電路分為三部分，第一部分是TL494 PWM 控制器，我們使用 TL494 PWM 控制器來驅(qū)動(dòng) MOSFET，該 IC 配置為以 100KHz 開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān)，適合此類應(yīng)用。

第二部分是負(fù)責(zé)升降壓操作的電路，使用 N 溝道 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路。如下圖左側(cè)示意圖，使用 P 溝道 MOSFET 作為開關(guān)的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，但 P 溝道 MOSFET 的一大缺點(diǎn)是其內(nèi)部電阻。

后面考慮一個(gè)通用的 IRF9540 P 溝道 MOSFET，它的內(nèi)阻是 0.22R 或 220ms，但如果我們考慮它的互補(bǔ) N 溝道 IRF540，內(nèi)阻是 0.077R 或 77ms，比它小 3 倍，這就是決定修改電路的原因。

我們這樣做是為了使用 N 溝道 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路，左側(cè)的簡(jiǎn)化電路正好顯示了這一點(diǎn)，使用 N 溝道 MOSFET 而不是 P 溝道 MOSFET。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

第三部分是：差分放大器，差分放大器接受 2 個(gè)電壓值，找出這兩個(gè)值之間的差值，并將其放大，產(chǎn)生的電壓可以從輸出引腳獲得。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

最后，電阻 R19 和 R20 形成一個(gè)分壓器，將電壓反饋到 TL494 IC 的引腳 1，該引腳根據(jù)負(fù)載條件調(diào)節(jié) PWM 脈沖。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖

四、基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設(shè)計(jì)

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設(shè)計(jì)在單面板上，大家可以自行選擇軟件來設(shè)計(jì) PCB，國(guó)內(nèi)和國(guó)外都有 PCB設(shè)計(jì)軟件。

你可以在電路板的背面看到，使用了厚接地層來確保有足夠的電流流過，電源輸入在電路板的右側(cè)。如果大家想要 TL494 升壓轉(zhuǎn)換器的 Gerber文件，私聊我領(lǐng)取。

下圖為國(guó)內(nèi) DFM 軟件：百芯EMA生成的 3D 圖像如下所示：

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 正面圖

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 背面圖

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 3D圖（截的不是很好)

手工焊接PCB：

為了方便期間，手工制作了 PCB 版本，因?yàn)樵谶@里犯了一些錯(cuò)誤，所以用了一些銅線作為跳線來補(bǔ)救，勉強(qiáng)看著。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的手工焊接圖

全部完成后，下面就是成品圖。

基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的實(shí)物圖

五、測(cè)試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

注意：第一次給這個(gè)電路供電時(shí)，一定要使用恒流電源來限制電流，或者你可以使用一堆功率電阻來限制電流。

如果 PWM 控制器的輸出為高電平，則 MOSFET 處于導(dǎo)通狀態(tài)，所有電流將流過電感器，并通過 MOSFET 接地，MOSFET 將燒毀。

下圖測(cè)試設(shè)置用于測(cè)試電路。ATX PC 電源用于為電路供電，這就是輸入電壓保持在 12V 的原因。你還可以看到電路當(dāng)前在升壓模式下運(yùn)行，因此在這種情況下輸出保持在 18 伏，并且我在電路上附加了一個(gè)最小負(fù)載，在這種情況下它消耗了大約 100 毫安。

測(cè)試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

下圖顯示該電路在最小負(fù)載條件下可以達(dá)到 2.12V 的最小電壓。

測(cè)試基于 TL494 的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

下圖顯示了用于確定電源效率的測(cè)試電路。如下圖顯示，輸出電壓為 37.22V，輸出電流為1.582Amps。我使用了三個(gè)串聯(lián)電阻作為負(fù)載，總輸出功率為58.8 W。

用于確定電源效率的測(cè)試電路

連接負(fù)載電阻時(shí)，我將萬(wàn)用表連接到電路的輸入側(cè)以測(cè)量輸入電流，輸入電流為5.5A，如果我們將 ATX 電源的輸出電壓設(shè)為12V，并將其乘以當(dāng)前值，我們得到66.2W的輸入功率。因此，電路的效率為(58.8/66.2)x100 = 88.8%。