L494的降壓轉換器電路。

(相關資料圖)

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

一、降壓轉換器如何工作？

降壓轉換器

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

1、晶體管導通狀態

晶體管導通狀態

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

2、晶體管關斷狀態

晶體管導通狀態

當晶體管處于截止狀態時，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。現在由于電感磁場的崩潰，電流繼續流過負載，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。

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

三、集成電路TL494

在構建TL494降壓轉換器下之前，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 參考穩壓器

5V 內部參考穩壓器輸出是 REF 引腳，即IC 的引腳 14。參考穩壓器為內部電路提供穩定的電源，如脈沖控制觸發器、振蕩器、死區時間控制比較器和 PWM 比較器。穩壓器還用于驅動負責控制輸出的誤差放大器。

5V 參考穩壓器

該基準在內部編程為 ±5% 的初始精度，并在 7V 至 40V 的輸入電壓范圍內保持穩定性。對于低于 7V 的輸入電壓，穩壓器在輸入的 1V 范圍內飽和并跟蹤它。

2、振蕩器

振蕩器生成鋸齒波并向死區時間控制器和 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)

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

3、死區時間控制比較器

死區時間或簡單地說關斷時間控制提供最小死區時間或關斷時間。當輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時，死區時間比較器的輸出會阻止開關晶體管。向DTC引腳施加電壓會產生額外的死區時間，因此當輸入電壓從 0 到 3V 變化時，會提供從最小值 3% 到 100% 的額外死區時間。簡單來說，我們可以在不調整誤差放大器的情況下改變輸出波的占空比。

死區時間控制比較器

110 mV 的內部偏移確保死區時間控制輸入接地時的最小死區時間為 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，可將輸出晶體管設置為并聯運行模式。但通過將此引腳連接到 5V-REF 引腳，可將輸出晶體管設置為推挽模式。

6、輸出晶體管

該 IC 有兩個內部輸出晶體管，采用集電極開路和發射極開路配置，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

內部電路禁止在任一輸出端出現雙脈沖

可變死區時間提供對總范圍的控制

內部穩壓器提供穩定的 5V

具有 5% 容差的參考電源

電路架構允許輕松同步

五、TL494降壓轉換電路元器件清單

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

復合板通用 50x 50mm - 1

PSU 散熱器通用 - 1

跳線通用 - 15

六、TL494降壓轉換電路原理圖，示意圖

高效降壓轉換器的電路圖如下所示。

TL494降壓轉換電路原理圖

七、TL494降壓轉換電路

如果將大負載連接到輸出降壓轉換器，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成。

TL494降壓轉換電路

八、TL494降壓轉換電路 PCB 3D瀏覽圖

對于大電流降壓轉換器，電路是根據原理圖和PCB設計文件（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

九、TL494降壓轉換電路數值計算

為了計算正確的電感和電容，做了一個這樣的表格

TL494降壓轉換電路數值計算

十、測試TL494降壓轉換電路

為了測試電路，使用以下設置，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 電阻并聯作為負載

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降壓轉換器輸入功率

TL494降壓轉換器輸入功率

從上圖中可以看出，負載條件下輸入電壓降至27.45V，輸入電流為3.022A，相當于82.9539W的輸入功率。

3、TL494降壓轉換器輸出功率

TL494降壓轉換器輸出功率

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

所以電路的效率變為(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，所以沒有增加負載電流。但是通過設計散熱器，也可以獲得超過10A的電流。

十一、TL494降壓轉換電路改進

上面這個TL494降壓轉換器電路主要是為了演示，但是應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載電路。

電感需要浸入清漆中，否則會產生噪聲。

PCB設計應該更精致一點，不應該這么粗糙。

修改開關晶體管以增加負載電流。

編輯：黃飛