使用TL494设计大功率，高效升压转换器

在使用电子设备时，我们经常发现自己有必要在输入电压保持低电平的同时提高输出电压，这是我们可以依靠通常称为升压转换器（升压转换器）。升压转换器是DC-DC型开关转换器，可在保持恒定功率平衡的同时提高电压。升压转换器的主要特点是效率，这意味着我们可以期待更长的电池寿命并减少发热量。我们之前制作了一个简单的升压转换器电路，并说明了其基本设计效率。

因此，在本文中，我们将设计一个 TL494 Boost转换器， 并基于流行的TL494 IC计算和测试一个高效Boost转换器电路，该IC的最小电源电压为7V，最大电压为40V，并且我们将IRFP250 MOSFET用作开关，该电路理论上可以处理19Amps的最大电流（受电感容量限制）。最后，将有一个详细的视频显示该电路的工作和测试部分，因此，事不宜迟，让我们开始吧。

了解升压转换器的工作原理

上图显示了升压转换器电路的基本原理图。为了分析该电路的工作原理，我们将其分为两部分，第一个条件解释了MOSFET导通时发生的情况，第二个条件解释了MOSFET截止时发生的情况。

MOSFET导通时会发生什么：

上图显示了MOSFET导通时的电路状况。如您所知，我们借助虚线显示了导通状态，当MOSFET保持导通状态时，电感器开始充电，流经电感器的电流不断增加，并以磁场的形式存储。

MOSFET关闭时会发生什么：

如您所知，现在流经电感的电流不会瞬间改变！那是因为它以磁场的形式存储。因此，此刻，MOSFET关断，磁场开始崩溃，电流流向与充电电流相反的方向。如上图所示，这开始为电容器充电。

现在，通过连续地接通和断开开关（MOSFET），我们创建了一个大于输入电压的输出电压。现在，我们可以通过控制开关的接通和断开时间来控制输出电压，这就是我们在主电路中所做的。

了解TL494的工作原理

在开始构建基于TL494 PWM控制器的电路之前，让我们了解PWM控制器TL494的工作原理。TL494 IC具有8个功能块，如下所示。

5V参考稳压器：

5V内部基准电压调节器输出是REF引脚，它是IC的引脚14。基准电压调节器在那里为内部电路（如脉冲转向触发器，振荡器，空载时间控制比较器和PWM比较器）提供稳定的电源。调节器还用于驱动误差放大器，这些误差放大器负责控制输出。

注意：基准电压在内部被编程为初始精度为±5％，并在7V至40V的输入电压范围内保持稳定。对于小于7V的输入电压，稳压器会在输入的1V范围内饱和并对其进行跟踪。

振荡器：

振荡器产生并向死区控制器和PWM比较器提供锯齿波，以提供各种控制信号。

可以通过选择定时分量R T和C T来设置振荡器的频率。

振荡器的频率可以通过以下公式计算得出：

Fosc = 1 /（RT * CT）

为简单起见，我制作了一个电子表格，您可以通过它非常轻松地计算频率。您可以在下面的链接中找到。

注意：仅对于单端应用，振荡器频率等于输出频率。对于推挽式应用，输出频率为振荡器频率的一半。

死区时间控制比较器：

停滞时间或简单地说是停工时间控制提供了最小的停滞时间或停工时间。当输入端的电压大于振荡器的斜坡电压时，空载时间比较器的输出将阻止开关晶体管。向DTC引脚施加电压会施加额外的死区时间，因此，当输入电压从0V变为3V时，其死区时间将从最小值的3％变为100％。简而言之，我们可以更改输出波的占空比，而无需调整误差放大器。

注意： 110 mV的内部偏移可确保空载时间控制输入接地时的最小空载时间为3％。

误差放大器：

两个高增益误差放大器均从VI电源轨接收其偏置。这使得共模输入电压范围比VI低–0.3 V至2V。两个放大器的特性均表现为单端单电源放大器，因为每个输出仅高电平有效。

输出控制输入：

输出控制输入确定输出晶体管是以并联还是推挽模式工作。通过将引脚13的输出控制引脚接地，可以将输出晶体管设置为并行操作模式。但是通过将此引脚连接到5V-REF引脚，可以将输出晶体管设置为推挽模式。

输出晶体管：

该集成电路具有两个内部输出晶体管，分别处于集电极开路和发射极开路状态，通过它们可以提供或吸收高达200mA的最大电流。

注意：在共射极配置中，晶体管的饱和电压小于1.3 V，在射极跟随器配置中，晶体管的饱和电压小于2.5V。

构建基于TL494的升压转换器电路所需的组件

包含以下所有部分的表格。在此之前，我们添加了一张图片，显示了此电路中使用的所有组件。由于此电路很简单，因此您可以在当地的业余爱好商店中找到所有必要的零件。

零件清单：

TL494 IC-1
IRFP250 MOSFET-1
螺丝端子5X2 mm-2
1000uF，35V电容器-1
1000uF，63V电容器-1
50K，1％电阻-1
560R电阻器-1
10K，1％电阻-4
3.3K，1％电阻-1
330R电阻器-1
0.1uF电容器-1
MBR20100CT肖特基二极管-1
150uH（27 x 11 x 14）mm电感器-1
电位计（10K）修剪罐-1
0.22R电流检测电阻-2
普通复合板50x 50mm-1
PSU散热器通用-1
通用跳线-15

基于TL494的Boost转换器-原理图

高效升压转换器的电路图如下所示。

TL494升压转换器电路–工作

这TL494升压转换器电路由是非常容易获得的部件，并在本节中，我们将通过电路的每一个主要块，并解释每个块。

输入电容：

当MOSFET开关闭合且电感器开始充电时，输入电容器可满足高电流需求。

反馈和控制循环：

电阻R2和R8设置反馈环路的控制电压，设置电压连接到TL494 IC的引脚2，反馈电压连接到IC的标为 VOLTAGE_FEEDBACK的引脚之一。电阻器R10和R15设置电路中的电流限制。

电阻器R7和R1形成控制回路，借助此反馈，输出PWM信号呈线性变化，如果没有这些反馈电阻器，比较器将像通用比较器电路一样工作，仅在设定电压下打开/关闭电路。

开关频率选择：

通过在引脚5和6上设置适当的值，我们可以设置该IC的开关频率，对于本项目，我们使用了1nF的电容器值和10K的电阻器值，通过使用公式 Fosc = 1 /（RT * CT）， 我们可以计算出振荡器频率。除此之外，我们已经在本文前面详细介绍了其他部分。

基于TL494的升压转换器电路的PCB设计

我们的相角控制电路的PCB设计在单面板上。我已经使用Eagle来设计PCB，但是您可以使用任何选择的设计软件。我的电路板设计的2D图像如下所示。

如您所见，在板的底部，我使用了厚的接地层以确保有足够的电流流过它。电源输入在电路板的左侧，输出在电路板的右侧。完整的设计文件以及TL494 Boost转换器原理图可以从下面的链接下载。

下载基于TL494的升压转换器电路的PCB设计GERBER文件

手工PCB：

为方便起见，我制作了手工制作的PCB版本，如下所示。在制作此PCB时，我犯了一些错误，因此我不得不使用一些跳线来解决该问题。

构建完成后，我的板看起来像这样。

TL494升压转换器设计计算与构造

为了演示该 大电流升压转换器，在原理图和PCB设计文件的帮助下，该电路采用手工PCB制成。请注意，如果将大负载连接到该升压转换器电路的输出，则大量电流将流经PCB走线，并且走线有可能烧坏。因此，为防止PCB走线烧坏，我们已尽可能增加走线的厚度。另外，我们用厚的焊料层加固了PCB走线，以降低走线电阻。

为了正确计算电感器和电容器的值，我使用了来自Texas Instruments的文档。

之后，我制作了一个Google电子表格来简化计算。

测试此高压升压转换器电路

要测试电路，请使用以下设置。如您所见，我们使用PC ATX电源作为输入，因此输入为12V。我们在电路的输出端连接了电压表和电流表，以显示输出电压和输出电流。从中我们可以轻松计算出该电路的输出功率。最后，我们使用了八个串联的4.7R 10W功率电阻作为负载来测试电流消耗。

用于测试电路的工具：

12V PC ATX电源
具有6-0-6抽头和12-0-12抽头的变压器
八个串联的10W 4.7R电阻器-充当负载
Meco 108B + TRMS万用表
Meco 450B + TRMS万用表
一把螺丝起子

大功率升压转换器电路的输出功耗：

如上图所示，输出电压为44.53V，输出电流为2.839A，因此总输出功率为126.42W，因此，如您所见，该电路可以轻松处理100W以上的功率。

进一步增强

该TL494升压转换器电路仅用于演示目的，因此在该电路的输入或输出部分未添加保护电路。因此，要增强保护功能，还可以添加一个，就像我使用IRFP250 MOSFET一样，输出功率可以进一步提高，我们电路的限制因素是电感器。更大的电感铁芯将增加其输出容量。

希望您喜欢本文并从中学到新东西。如有任何疑问，可以在下面的评论中提问，也可以使用我们的论坛进行详细讨论。