基于TL494集成电路的大功率反相降压升压变换器电路设计

降压-升压转换器是一种DC-DC转换器，它使用降压和升压转换器的相同概念，但采用简化的组合电路。顾名思义，buck-boost转换器的主要特点是即使输入电压低于输出电压也能使输出电压恒定，这意味着该电路可以根据输入电压在buck和boost模式下工作。在我们之前的一篇文章中，我们还使用XL6009 IC构建了一个非反相降压-升压转换器，如果感兴趣，您也可以查看一下。

在本文中，我们将了解，设计，计算和测试一个基于流行的TL494 IC的基本大功率逆变降压转换电路，最后，将有一个详细的视频显示该电路的工作原理。所以，事不宜迟，我们直接开始吧。

反相Buck-Boost转换器是如何工作的?

降压-升压变换器是一种DC-DC变换器，它的输出电压大小不同。根据PWM脉冲和负载情况，输出电压可以大于小于或等于输入电压。Buck-boost变换器与反激变换器非常相似，但Buck-boost变换器使用单个电感而不是变压器。它们有两种不同的拓扑结构：反相Buck-Boost转换器和非反相Buck-Boost转换器。在这个项目中，我们将只讨论非反相降压升压变换器。非反相降压升压变换器的基本原理图如下所示。

正如你在上面的图像中所看到的，反相转换器的输出与输入完全相反。我们得到的不是VCC，而是接地，我们得到的不是接地，而是VCC，那么电压是如何反转的呢?要回答这个问题，我们需要知道这个电路的工作原理。

如图所示，该电路由电感、二极管、作为开关的MOSFET和电容器组成。我们用一个开关信号来操作这个电路。由于使用的MOSFET是p沟道MOSFET，当脉冲低时它打开，当脉冲高时它关闭。现在，当MOSFET打开时，电感充电并建立其能量;当这种情况发生时，二极管阻止电容器充电。

现在，当MOSFET关闭时，线圈的能量被转移到电容器中，从电容器流向负载，但由于二极管以相反的方向连接，电压的极性现在与输入相反，这就是为什么它被称为反相降压-升压转换器。

构建基于TL494的Buck-Boost转换器所需的组件

下面列出了构建基于TL494的Buck-Boost转换器所需的组件。在这个项目中使用的组件是非常通用的，你可以在你当地的爱好商店找到他们中的大多数。

•IC TL494 PWM控制器- 1

•Irfz44n most - 1

•220 uH电感- 1

•LM358运算放大器- 1

•MBR20100CT二极管- 1

•5.08mm螺钉端子- 2

•1000uF，25V电容- 2

•1000uF，63V电容- 1

•2.2nF电容器- 1

•R560电阻- 2

•2.2K电阻，1% - 2

•4.7K， 1%电阻- 1

•10K， 1%电阻- 6

•50K电阻- 1

•10K Trim-Pot - 1

•PCB板

基于TL494的Buck-Boost转换器原理图

基于TL494的反相Buck-Boost转换器的完整电路图如下所示。

这个电路的工作原理很简单。电路分为三部分，第一部分是TL494 PWM控制器。我们使用TL494 PWM控制器来驱动MOSFET。该IC配置为以100KHz开关频率切换，适用于这种类型的应用。如果您想了解更多关于TL494 IC及其配置的信息，请查看我们之前关于基于TL494的Buck转换器的项目，我们已经详细讨论了TL494 IC。接下来，我们要介绍的是负责buck-boost操作的电路。

正如您在上面左侧的原理图中所看到的，我们的反相降压升压转换器使用p沟道MOSFET作为开关，但p沟道MOSFET的一大缺点是其内阻。如果我们考虑一个通用的IRF9540 p沟道MOSFET，它的内阻是0.22R或220ms，但如果我们考虑它的互补n沟道的IRF540，它的内阻是0.077R或77ms，比p沟道小3倍。这就是我们决定修改电路的原因。我们这样做是为了使用n沟道MOSFET来驱动电路，左边的上述简化电路正好显示了这一点。它使用n沟道MOSFET而不是p沟道1。

电路的最后一部分是差分放大器。差分放大器接收两个电压值，找出这两个值之间的差值，并将其放大。由此产生的电压可以从输出引脚获得。在之前的一个项目中，我们建立了一个电压减法电路，我们使用了一个差分放大器，并解释了它的所有细节，所以如果你想学习差分放大器的工作原理，请查看。

最后，电阻R19和R20形成一个分压器，将电压反馈到TL494 IC的引脚1，该引脚1根据负载情况调节PWM脉冲。

基于TL494的Buck-Boost转换电路的PCB设计

我们的Buck-Boost转换器电路的PCB设计在单面板上。我用Eagle来设计我的PCB，但是你可以使用你选择的任何PCB设计软件，Eagle生成的2D图像如下所示。

正如你可以看到在板的底部，我已经使用了一个厚的接地面，以确保足够的电流可以通过它。电源输入在板的左侧，输出在板的右侧。完整的设计文件以及TL494升压转换器原理图可以从下面的链接下载。

下载基于TL494的Buck-Boost转换器电路的PCB设计GERBER文件

手工制作的电路板:

为了方便起见，我制作了我的手工版PCB，如下所示。我在制作这个PCB时犯了一些错误，所以我不得不使用一些铜线作为跳线来修复它。

这个过程完成后，我的板子看起来是这样的。

基于TL494的降压-升压转换电路测试

注意：当第一次为这个电路供电时，一定要使用恒流电源来限制电流，或者你可以使用一堆功率电阻来限制电流。如果PWM控制器的输出高，则MOSFET处于ON状态，所有电流将流过电感，并且它将通过MOSFET接地，MOSFET将烧毁。

如您所见，上面的测试设置是用来测试电路的。ATX PC电源用于为电路供电，这就是输入电压保持在12V的原因。您还可以看到电路目前在升压模式下运行，因此在这种情况下输出保持在18伏，并且我已将最小负载附加到电路上，并且在这种情况下它正在绘制约100mA。

上图显示，该电路在最小负载条件下可以达到2.12V的最小电压。

上图显示了用于确定电源效率的测试电路。可以看到，输出电压为37.22V，输出电流为1.582安培。我使用了三个电阻串联作为负载，总输出功率为58.8瓦。

当负载电阻连接时，我已将万用表连接到电路的输入端以测量输入电流，输入电流为5.5A，如果我们将ATX电源的输出电压设为12V并将其与电流值相乘，我们将得到66.2W的输入功率。因此，电路的效率为(58.8/66.2)x100 = 88.8%。

进一步增强

这个TL494降压升压转换电路仅用于演示目的，因此在电路的输出部分没有添加保护电路。

•必须加一个输出保护电路来保护负载电路。

•电感器需要浸入清漆中，否则会产生可听到的噪音。

•一个高质量的PCB与适当的设计是强制性的。

•可以修改开关晶体管以增加负载电流。

本文编译自circuitdigest