基于TL494的数字式降压型开关稳压电源器的制作方法

本实用新型的实施例涉及一种开关稳压电源器，具体而言，涉及一种基于TL494的数字式降压型开关稳压电源器。

背景技术：

开关电源是一种高频化电能转换装置，是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，可推挽或单端输出，工作频率为1--500KHz，输出电压可达40V,内有5V的电压基准，死区时间可以调整。芯片内部有两个误差比较器，一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护，电压比较器可设置为闭环控制，调整速度快。并且电压可预置，步进电压为1V，输出电压范围为30V到36V，输出电流为0-2A。可显示预置电压，实测电压，实测电流，实测效率。TL494包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于各类开关电源。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种功耗低、调节准确的基于TL494的数字式降压型开关稳压电源器。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种基于TL494的数字式降压型开关稳压电源器，包括电源电路、保护电路、开关降压电路、单片机控制电路、数模转换器、以及采样电路；开关降压电路包括TL494芯片及其外围电路、IRF540开关管、第一电感、限流二极管、以及电压反馈电路，TL494芯片的第1脚耦合电压反馈电路，第4脚耦合单片机控制电路，第8、11脚耦合IRF540开关管栅极；第一电感和限流二极管并联，IRF540开关管漏极分别与第一电感和限流二极管串联。

此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：

电源电路包括变压器、整流器、以及稳压电路；变压器用于将220V交流电降压；整流器用于将变压器次极端电压整流输出18V直流电；稳压电路用于输出+5V直流电，包括LM7805稳压器、以及耦合在其输入端的第一滤波电容和第二防自激电容、以及耦合在其输出端的第三滤波电容和第四防自激电容。

保护电路用于过流、过压、过热保护，包括桥式整流器、四个相互并联的滤波电容、保险丝、以及与该保险丝串联的热敏电阻。

TL494芯片及其外围电路包括：TL494芯片的第5、6脚之间串联第十一电阻和第十电容，用于自激振荡；第12脚耦合保护电路；第2、3、15脚串并联有第十一无极性电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，用于调整芯片内部参数基准。

电压反馈电路由相互串联的第十二电阻、第一电位器和第十四电阻组成；该电压反馈电路耦合在TL494芯片的第1脚与电压输出端之间。

单片机控制电路包括单片机及其外围电路、按键电路、以及显示器；单片机的型号为STC89C51；按键电路包括6个外部触发信号输入按键，分别为增加输出电压、减小输出电压、切换电压显示，切换电流显示、确认、和复位；显示器的型号为1602字符型液晶。

采样电路包括电压采样电路和电流采样电路；电压采样电路包括LM358集成运放芯片，该芯片第5脚耦合第二电位器的中心触头端，该第二电位器的另两端分别耦合一个偏置电阻，该芯片的第5脚还与TL494芯片的第16脚耦合，第6脚接地，第7脚与单片机控制电路耦合；电流采样电路包括LM358集成运放芯片，该芯片第3脚与负载以及三个分流电阻耦合，第2脚接地，第1脚与单片机控制电路耦合。

相比于现有技术，本实用新型的优势在于：具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，无需另加辅助电源板，输出纹波小、电压准确、稳定，具有低噪声、低功耗性能等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型的数字式降压型开关稳压电源器的结构框图。

图2是稳压电路的电路图。

图3是保护电路的电路图。

图4是开关降压电路的电路图。

图5是采样电路的电路图。

图6是单片机控制电路的电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。

见图1，本实施例的数字式降压型开关稳压电源器，包括电源电路1、保护电路2、开关降压电路3、单片机控制电路4、数模转换器5、模数转换器6、以及采样电路7。电源电路1输出18V和5V直流电压；保护电路2用于过压、过流、过热保护；开关降压电路3有TL494芯片、IRF540开关管、储能电感L1、限流二极管D5和电压反馈电路，电压反馈电路采集降压后的输出电压并反馈回TL494芯片；单片机控制电路3通过模数转换器6向TL494芯片提供一个参考电压。TL494内部的电压误差放大器根据参考电压和反馈分压而在产生一个高或低电平，控制脉宽变化，达到调整输出电压的变化，反复调整后使输出达到设定得值。

电源电路1包括变压器(图未示)、整流器(图未示)、以及稳压电路(见图2)。变压器用于将220V交流电降压。整流器用于将变压器次极端电压整流输出18V直流电。稳压电路用于输出+5V直流电，包括LM7805稳压器、第一滤波电容C1、第二防自激电容C2、第三滤波电容C3和第四防自激电容C4，其中的第一滤波电容C1和第三滤波电容C3的型号均为470UF/35V，第二防自激电容C2和第四防自激电容C4的型号均为0.1UF。第一滤波电容C1和第二防自激电容C2相互并联，并且均耦合在LM7805稳压器的输入端，第三滤波电容C3和第四防自激电容C4相互并联，并且均耦合在LM7805稳压器的输出端。

保护电路用于过流、过压、过热保护；过流保护是以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏；过压保护是一种对输出端子间过大电压进行负载保护的功能，一般规定为输出电压的130％～150％，输出电压的可变范围大时，要考虑加以规定，以不致发生上限以上的误动作等；过热保护是当电源内部发生异常或因使用方法不当时，热敏电阻就会变大，使的电路中电压变小过不去，从而保护了后面电路元件。见图3，保护电路主要包括包括桥式整流器、四个相互并联的滤波电容(C5、C6、C7、C8)、保险丝F1、以及与该保险丝串联的热敏电阻RT。四个滤波电容提供足够稳定电源给输出达到所需要工作电流，保险丝F1的最大电流限值为3A，热敏电阻RT为10D391K，热敏电阻RT做“软”启动，吸收开机时的瞬间大电流，待自身温度升高后，电阻迅速降低到很小，而当电源内部发生异常或因使用方法不当时，热敏电阻RT就会变大。热敏电阻RT之后还串联有肖特基快速恢复二极管D4(P6A0)，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，用于降低损耗和低压应用。

见图4，开关降压电路选用TL494芯片来产生PWM波形，控制IRF540开关管导通或截止。当PWM波形信号为高电平时，IRF540开关管导通，电源电压Vin对储能电感L1充电，此时由于限流二极管D5两端为反向电压，因此处于截止状态，从而导致负载电阻两端电压上升；当PWM波形信号为低电平时，IRF540开关管截止，此时限流二极管D5两端变为正向电压，处于导通状态，从而储能电感L1通过限流二极管D5放电，使得电感中的电能不断减小，负载两端电压逐渐下降，当IRF540开关管的导通和截止的频率足够高时，就能够使负载电阻两端输出电压的纹波幅度满足设计要求，从而保持输出电压的稳定。

TL494芯片的第5、6脚之间串联第十一电阻和第十电容，用于自激振荡；第8、11脚为脉冲输出端，耦合IRF540开关管；第12脚耦合保护电路；第4脚与单片机控制电路耦合；第2、3脚串并联有第十一无极性电容C11、第五电阻R5和第六电阻R6，并通过第七电阻R7和第八电阻R8后接入第15脚，用于调整芯片内部参数基准；第1脚与电压反馈电路耦合。

电压反馈电路由相互串联的第十二电阻R12(5.1K)、第一电位器RT1(10K)和第十四电阻R14(22K)组成；该电压反馈电路耦合在TL494芯片的第1脚与电压输出端之间。电压反馈电路将输出的变化及时反馈回到TL494芯片。

见图5，采样电路7有电压采样电路和电流采样电路。

电压采集电路主要包括第一双运放IC2B(LM358集成运放芯片)、第一偏置电阻R15、第二电位器RT2、以及第二偏置电阻R16。其中的第一偏置电阻R15、第二电位器RT2、以及第二偏置电阻R16依次串联，并且耦合在开关降压电路输出端和地之间，第一双运放IC2B的第5脚与第二电位器RT2的中心触头端耦合，第6脚接地，第7脚与单片机控制电路耦合。电压采集电路用于实时采集开关降压电路输出电压值，并经模数转换器后送入单片机控制电路。

电流采集电路主要包括第二双运放IC2A(LM358集成运放芯片)，以及三个分流电阻R17、R18、R19。第二双运放IC2A的第3脚通过一电阻R20后与开关降压电路的输出端耦合，第2脚接地，第1脚与单片机控制电路耦合。三个分流电阻的型号均为0.22欧姆和3瓦，相互之间并联，在电路中起到分流作用，避免电流过大烧坏第二双运放。

见图6，单片机控制电路采用STC89C51单片机作为主控器。设置按键电路，包括6个外部触发信号输入按键，一个为按键+(增加输出电压)，一个为按键-(减小输出电压)，一个为切换电压显示模式，一个是切换电流显示，一个是确认键、一个是主芯片复位键。显示器的型号为1602字符型液晶。

调压时，单片机通过按键电路控制电压的步进，经过单片机控制模数转换器向TL494芯片提供一个参考电压，与电压反馈电路反馈回的输出电压的反馈分压进行比较，TL494芯片内部的电压误差放大器产生一个高或低电平，控制脉宽变化，来达到调整输出电压的变化，反复调整后使输出达到设定得值为止。参考电压输出后电压的反馈调节是由TL494自动调节的，调节速度快。

当输出电压增高时，反馈信号和参考电压比较后，TL494芯片内部的误差放大器的输出增大，结果使输出脉冲的宽度变窄，IRF540开关管的导通时间变短，输出电压将保持稳定。图4中连接在TL494芯片第2脚和第3脚之间的电阻和电容是构成PID调节器，目的是改善系统的动态特性。

综上所述，本实用新型实施例的数字式降压型开关稳压电源器采用TL494芯片控制PWM信号，通过单片机预置电压值送给TL494芯片形成闭环反馈回路，具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，无需另加辅助电源板，输出纹波小、电压准确、稳定，具有低噪声、低功耗性能等优点。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。