DC—DC变换器..docVIP

DC-DC升压稳压变换器设计 设计任务：设计一个将12V升高到24V的DC-DC变换器。在电阻负载下，要求如下： 输出电压U0=24V。 最大输出电流I0max=1A。 当输入UI=11~13V变化时，电压调整率SV≤2%（在I0=1A时）。 当I0从0变化到1A时，负载调整率SI≤5%（在UI=12V时）。 要求该变换器的在满载时的效率η≥70%。 输出噪声纹波电压峰-峰值U0PP≤1V（在UI=12V，U0=24V，I0=1A条件下）。 要求该变换器具有过流保护功能，动作电流I0(th)设定在1.2A。 设计方案分析 1、DC-DC升压变换器的工作原理 DC-DC功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的DC-DC变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。下面主要讨论非隔离型升压式DC-DC变换器的工作原理。 图1（a）是升压式DC-DC变换器的主电路，它主要由功率开关管VT、储能电感L、滤波电容C和续流二极管VD组成。电路的工作原理是：当控制信号Vi为高电平时，开关管VT导通，能量从输入电源流入，储存于电感L中，由于VT导通时其饱和压降很小，所以二极管D反偏而截止，此时存储在滤波电容C中的能量释放给负载。当控制信号Vi为低电平时，开关管VT截止，由于电感L中的电流不能突变，它所产生的感应电势将阻止电流的减小，感应电势的极性是左负右正，使二极管D导通，此时存储在电感L中的能量经二极管D对滤波电容C充电，同时提供给负载。电路各点的工作波形如图1（b）。 图1 DC-DC升压式变换器电路及工作波形 2、DC-DC升压变换器输入、输出电压的关系 假定储能电感L充电回路的电阻很小，即时间常数很大，当开关管VT导通时，忽略管子的导通压降，通过电感L的电流近似是线性增加的。即：，其中ILV是流过储能电感电流的最小值。在开关管VT导通结束时，流过电感L的电流为：，iL的增量为。在开关管VT关断时，续流二极管D导通，储能电感L两端的电压为，所以流过储能电感L的电流为：，当开关管VT截止结束时，流过电感L的电流为： ，iL的减少量为。在电路进入稳态后， 储能电感L中的电流在开关管导通期间的增量应等于在开关管截止期间的减量，即，所以：，其中。可见改变占空比大小，就可以获得所需要的电压值，由于占空比总是小于1，所以输出电压总是大于输入电压。 3、DC-DC变换器稳压原理 通过输出电压的关系式可以看出，在输入电压或负载变化，要保证输出电压保持稳定时，可以采用两种方案。第一可以维持开关管的截止时间TOFF不变，通过改变脉冲的频率f来维持输出电压U0的稳定，这便是脉冲频率调制（PFM）控制方式DC-DC变换器；第二可以保持脉冲的周期T不变，通过改变开关管的导通时间TON，即脉冲的占空比q，以实现输出电压的稳定，这就是脉宽调制（PWM）控制方式DC-DC变换器。由于目前已经有各种型号的集成PWM控制器，所以DC-DC变换器普遍采用PWM控制方式。 图2是DC-DC升压稳压变换器的原理图，它主要有取样电路、比较放大、PWM控制器和DC-DC升压变换器组成。其稳压原理是，假如输入电压UI增大，则通过取样电阻将输出电压的变化（增大）采样，和基准电压相比较通过比较放大器输出信号去控制PWM控制器输出脉冲占空比q的变化（减小），结果可使输出电压保持稳定。反之，当输入电压减小时，PWM控制器输出脉冲占空比q也自动变化（增大），输出电压仍能稳定。 图2 DC-DC升压稳压电路的组成 4、集成脉宽调制控制器TL494介绍 TL494集成电路内部电路如图3所示，它由振荡器、D触发器、死区时间比较器、PWM比较器、两个误差放大器、5V基准电压源和两个驱动三极管等组成。当TL494正常工作时，输出脉冲的频率取决于5脚和6脚所接的电容和电阻，表达式为 ，在电容CT两端形成的是锯齿波，该锯齿波同时加给死区时间控制比较器和PWM比较器，死区时间控制比较器根据4脚所设置的电压大小输出脉冲的死区宽度，利用该脚可以设计电源的软启动电路、欠压或过压电路等。输出调制脉冲宽度是由电容CT端的正向锯齿波和3、4脚输入的两个控制信号综合比较后确定的。当外接控制信号电压大于5脚电压时，9、10脚输出脉冲为低电平（设9、10脚为跟随器输出接法），所以随着输入控制信号幅值的增加，TL494输出脉冲占空比减小。13脚为输出脉冲模式控制端，当该端为高电平时，两路脉冲输出分别有触发器的和端控制，两路信号输出互补，即推挽输出，此时PWM脉冲输出频率为振荡器频率的一半，最大占空比为4