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图3 滤波电容等效电路
其中Vor为平均电流在Co上产生的纹波电压。
3 系统电路的设计及原理说明
3.1 系统框图及说明
16V输入
开关管驱动电路 TL494构成的PWM电路 电阻分压反馈网络 场效应开关管 LC滤波电路 12V输出 图4 系统框图
电源电路稳压过程如下：由TL494构成的PWM输出电路输出脉宽可变方波通过开关管驱动电路控制场效应开关管的开关时间，从而控制输出电压和稳定输出电压。由于开关管输出的是幅度与输入电压相同的方波电压，所以需要通过LC滤波电路将50KHz方波滤出平滑的直流电压。 3.2 电路设计说明
BUCK实际电路如图5所示。所示根据设计要求，输入电压：12V，输出稳定电压：5V，额定负载电流：100mA，纹波：≤10mVpp，工作频率：50 kHz 。滤波电容电感的计算：
根据式⑴，Ql导通时间Ton：Ton=（5320310-6）3
1=8.33（uS） 12根据式⑹，输出滤波电感：Lo=
5?(12?5)?5?20310-6=2916.66（uH），取L=3mH
12?0.10.2?0.1=130uF。 0.01根据式⑺，输出滤波电容：Co=（65310-6）3
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电压反馈 PWM输入
图5 BUCK实际应用基本电路
由于开关电源输出电压纹波大小除了与输出电压和输入电压有关外，增大滤波电感和滤波电容的参数也可以使其减小，但必须在满足滤波电感达到设计要求的情况下，所以在取滤波电感L=3mH时，取滤波电容C=1000uF。续流二极管采用快恢复二极管RF305。 3.3 关键元器件的介绍
3.3.1开关模式脉冲宽度调制器TL494
TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。TL494能产生PWM，能调整频率和脉宽，还有一路基准电压，这些都满足DC-DC的条件。其外形图如图6：
E19E210C211Vcc 12CONVref1314IN-15IN+16TL 4941234T5Ct6Rt7GND8C1IN+IN-FB
图6 TL494外形图
TL494其他主要特点如下：
(1)集成了全部的脉宽调制电路；
(2)片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个(一个电阻和一个电容)； (3)内置误差放大器；
(4)内止5V参考基准电压源； (5)可调整死区时间；
(6)内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力； (7)推或拉两种输出方式。
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一、TL494工作原理
TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0—3.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围。
二、TL494内部电路
TL494是一种电压控制模式的PWM控制和驱动集成电路芯片，由于它具有两路相位相差180°的PWM驱动信号输出，因此被广泛的应用与单端式（正极式和反极式）和双端式（半桥式、全桥式和推挽式）开关稳压电源电路。总体结构比同类集成电路SG3524更完善。TL494内部电路框图见图3-2。TL494内部电路如下：
图7 TL494内部电路框图
(1)内置RC定时电路设定频率的独立锯齿波振荡器，其振荡频率：f?1.1 RC式中，f单位为KHz，R的单位为kΩ，C的单位为μF，其最高振荡频率为300KHz，能 驱动双极型开关管或MOSFET管。
(2)内部设有比较器组成的死区时间控制电路，用外加电压控制比较器的输出电平，通过其输出电平使触发器翻转换，控制两路输出之间的死区时间。当4脚输出电平升高时，死区时间增大。
(3)触发器的两路输出设有控制电路，使内部2只开关管既可输出双端时序不同的驱动脉冲，驱动推挽开关电路和半桥开关电路，也可输出同相序的单端驱动脉冲，驱动单
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端开关电路。
(4)内部两组完全相同的误差放大器，其同相输入端和反相输入端均被引出芯片外，因此可以自由设定其基准电压，以方便用于稳压取样，或用其中一种作为过压、过流的超阈值保护。
(5)输出驱动电流单端达到400mA，能直接驱动峰值开关电流达5A的开关电路。双端输出为23200mA，加入驱动级即能驱动近千瓦的推挽式和半桥式电路。若用于驱动MOS FET管，则需另加入灌流驱动电路。
三、 TL494管脚功能及参数
(1)16脚为误差放大器A1、A2的同相输入端。最高输入电压不超过VCC+0.3V。 (2)15脚为误差放大器A1、A2的反相输入端。可接入误差检出的基准电压。
(3)3脚为误差放大器A1、A2输出端。集成电路内部用于控制PWM比较器的同相输入，当A1、A2任一输出电压升高时，控制PWM比较器的输出脉宽减小。同时，该输出端还引出端外，以便与2、15脚间接入RC频率校正电路和直流负反馈电路，稳定误差放大器的增益以及防止其高频自激。3脚电压反比于输出脉宽，也可利用该端功能实现高电平保护。
(4)4脚为死区时间控制端。当外加1V以下的电压时，死区时间与外加电压成正比。如果电压超过1V，内部比较器将关断触发器的输出脉冲。
(5)5脚为锯齿波振荡器外接定时电容端。 (6)6脚为锯齿波振荡器外接定时电阻端。 (7)7脚为共地端。
(8)8、11脚为两路驱动放大器NPN管的集电极开路输出端。当通过外接负载电阻引出输出脉冲时，为两路时序不同的倒相输出，脉冲极性为负极性，适合驱动P型双极型开关管或P沟道MOS FET管。此时两管发射极接共地。
(9)9、10脚为两路驱动放大器的发射极开路输出端。当8、11脚接Vcc，在9、10脚接入发射极负载电阻到地时，输出为两路正极性图腾柱输出脉冲，适合于驱动N型双极型开关管或N沟道MOS FET管。
(10)2脚为Vcc、输入端。供电范围适应8～40V。
(11)13脚为输出模式控制端。外接5V高电平时为双端图腾柱式输出，用以驱动各种推挽开关电路。接地时为两路同相位驱动脉冲输出，8、11脚和9、10脚可直接并联。双端输出时最大驱动电流为23200mA，并联运用时最大驱动电流为400mA。
(12)14脚为内部基准电压精密稳压电路端。输出5V±0.25V的基准电压，最大负载电流为10mA。用于误差检出基准电压和控制模式的控制电压。
RT取值范围1.8～500Ω，CT取值范围4700pF～10μF，最高振荡频率fOSC≤300KHz。 TL494在工作时，通过5、6脚分别接定时元件CT和RT。经相应的门电路去控制TL494内部的两个驱动三极管交替导通和截止，通过8脚和11脚向外输出相位相差180°的脉宽调制控制脉冲。工作波形如图3-33所示。TL494若将13脚与14脚相连．可形成推挽式工作；若将13脚与7脚相连．可形成单端输出方式。为增大输出可将2个三极管并联。
四、TL494构成的PWM控制器电路
PWM控制器电路其核心采用专用集成芯片TL494，原理见图8所示，通过适当的外接电路，不但可以产生PWM信号输出，而且还有多种保护功能。TL494含有振荡器，误差放大器，PWM比较器及输出级电路等部分。OSC振荡频率由外接元件R，C决定，表达式为：
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fOSC?1.1 RC
fOSC可选定1KHz～200KHz之间，本电路选用fOSC = 50KHz。TL494内部的稳压电源将外部供给的+12V 电压变换成+5V电压，除提供芯片内部电路作电源外，并通过14脚对外输出+5V基准电源13脚为输出脉冲控制端，当1、3脚接地时，输出脉冲最大占空比为96%，当接高电位时，最大占空比为48%。TL494输出脉冲的宽度调节由振荡器电容CT两端的正向锯齿波和两个控制信号相比较来实现。只有锯齿波电压高于控制信号时，才会有脉冲输出，内部两个误差放大器及外接电阻，电容构成电压和电流反馈调节器，都采用PI调节。误差放大器的给定信号均取自+5V基准电源的分压加于2脚和5脚。反馈电压信号UF由微机处理后引入1脚，与2脚的给定值UG比较后，产生调制脉宽的控制信号，使输出直流电压保持稳定。
图8 PWM控制器TL494接线图
3.3.2功率开关管
根据电路设计思路，开关管决定选用快恢复二极管FR307。
快恢复二极管（简称FRD）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。 快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压（耐压值）较高。
快恢复二极管FR307的主要参数如下： 2品牌：MIC
2封装形式：塑料封装 2环保类别：无铅环保型 2安装方式：直插式 2功率特性：小功率
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