第１９卷第１期中原工学院学报２００８年２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＺＨＯＮＧＹＵＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶ０１．１９Ｎｏ．１Ｆｅｂ．。

２００８文章编号：１６７１—６９０６（２００８）０１—００７１－－０４ＴＬ４９４控制智能开关稳压电源设计毋炳鑫，吴必瑞，王晓雷，蒋群（中原工学院，郑州４５０００７）摘要：介绍了ＴＬ４９４为控制电路核心的智能开关稳压电源的设计．其采用先进的电压、电流双闭环控制技术，既能通过电压反馈控制稳定输出电压，又能通过电流反馈对过流和输出短路故障实施可靠的保护．同时通过ＭＳＰ４３０单片机的键盘设定来实现对输出电压的设定和步进调整．关键词：ＴＬ４９４｝稳压电源；升降压斩波电路；ＭＳＰ４３０中图分类号：ＴＮ８６文献标识码：Ａ本智能开关稳压电源是以ＴＬ４９４芯片作为控制电路的核心元件．ＴＬ４９４的控制灵敏度和控制精度都很高，其采用电压和电流双闭环控制电路，外环由输出电压反馈形成，内环由电流采样和控制电路形成．这样构成的电压电流双闭环控制系统具有瞬态性好、稳态精度高、结构合理、性能可靠等优点，大大降低了ＭＯＳＦＥＴ开关功率损耗，比常规开关电源提高了效率和可靠性．同时本设计还采用ＭＳＰ４３０单片机来实现对输出电压的设定和步进调整，选择ＭＳＰ４３０单片机作为控制器，其低功耗能满足系统高效率的要求，且此单片机的ＡＤＣｌ２模块是１２位的高精度的Ａ／Ｄ模数转换，具有高速、通用等特点．系统结构和方案设计系统主要由变压器、整流滤波电路、ＰＷＭ控制电路、保护电路和电压电流采样显示电路等组成，系统框图如图１所示．其中，控制电路是智能开关电源很重要的部分，是电源系统可靠工作的保证．该系统采用先进的电压电流反馈控制双闭环控制电路，可实现在反馈稳定电压的同时，进行过流保护［１］．收稿日期：２００７—１１—２１作者简介：毋炳鑫（１９８３一），女，河南焦作人，硕士生．图１系统总体设计框图２硬件电路设计２．１升降压斩波电路稳压电源由电源变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路组成．电源变压器将交流电网２２０Ｖ的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉冲直流电压．由于此脉冲直流电压含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，才能得到平滑的直流电压．基本原理方框图如图２所示．图２升降压斩波电路删≥·７２·中原工学院学报２００８年第１９卷为了使开关管的功耗减小，采用ＭＯＳＦＥＴ开关管构成升降压斩波电路．由于ＢＯＯＳＴ－ＢＵＣＫ转换器技术比较成熟，开关利用率很高，故使用此电路能够大幅度地降低模块的功耗，同时为下一级提供稳定的直流电压．其输出电压与导通比ａ有关，依据公式（１）：Ｕｏ＝：：生Ｅ＝苇丝ｌ＿Ｅ＝÷Ｅ（１）ｏｆｆ』一‘ｍ１一ａ若改变导通比ａ，则输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低．当０＜ａ＜１／Ｚ时系统实现降压，当１／２＜口＜１时系统实现升压．此结构克服了采用集成电路ＲＳＭ３０５所造成的电源电流太大、价格相对较高的缺点．在实际电路中，电感的参数与开关频率以及输入输出电压的大小有关，根据实际要求选用合适的电感值，同时注意其内阻不应过大，以免影响采样效率．对于电容的计算，在指定纹波电压限制下，它的数值选取主要依据公式（２）：Ｃ＝（Ｄｌ×ＴＪ×Ｉｏ）／Ｖ’（２）式中：ｐ电容的值；Ｄｌ一占空比；Ｔｌ—ＭＯＳＦＥＴ的开关周期；Ｉｏ一负载电流；Ｖ７一输出电压纹波．２．２控制电路的设计ＴＬ４９４的内部电路由基准电压产生电路、震荡电路、间接调整电路、误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成．如图３所示，当单刀双掷开关Ｓ合向１端时，ＴＬ４９４控制电路作为电源的控制核心，通过调节变位器使输出电压保持在３０～３６Ｖ范围之内；当开关合向２端时，ＭＳＰ４３０单片机通过软件调节ＰＷＭ波的占空比，经Ｒ－Ｃ滤波产生稳定的直流电压信号，为ＴＬ４９４控制电路提供一个给定值，实现了对输出电压进行键盘设定和步进调整的功能［２］．图３ＴＬ４９４控制原理图ＴＬ４９４的震荡频率由与４端相连的１Ｋ电阻和分别与５端６端相连的２个１肛Ｆ电容设定，其频率为，＝１．１／ＲＩ×ＣＩ．２．３采样电路对经过升降压斩波电路的直流电压进行采集时，由于采集电压比控制芯片ＭＳＰ４３０的内部参考电压大，故采集前需要通过一个分压电路来分压，使采集电压控制在２．５Ｖ以内．采集后通过一个算法，将采集信号乘以分压电路的变比，得到实际要采集的电压值．采样电路为电压采集与电流采集，采样电路如图４所示．其中Ｐ６．０、Ｐ６．１为ＭＳＰ４３０芯片的采样通道，Ｐ６．０为电压采集，Ｐ６．１为电流采集．电压采集：因为采样信号要输入单片机ＭＳＰ４３０，其内部采样基准电压为２．５Ｖ，因此要将输入的采样电压限制在２．５Ｖ之下，考虑到安全裕量，故将输入电压限制在２Ｖ以下．当输入电压为３６Ｖ时，采样电压为１２／（１２＋２００）ｘ３６＝２．０４Ｖ，符合要求．电流采集：此过程采用康铜丝为元件．首先考虑效率问题，康铜丝不能选择过大，又因为ＭＳＰ４３０基准电压为２．５Ｖ，故所需康铜丝需要自制．考虑以上原因，我们选取康铜丝的阻值约为０．１ｎ．图４电流电压采样电路２．４过流保护电路设计过电流保护是通过Ｐ４．２口对继电器进行控制实现的，如图５所示．当电流超过设定值２．５Ａ时，Ｐ４．２口输出高电平，使继电器常闭触点断开，常开触点闭合，限流电阻进行分流，形成保护．在保护的第１期毋炳鑫等：ＴＬ４９４控制智能开关稳压电源设计同时，正常显示电压电流的采集值．保护器件采用继电器，其正常工作时处于常闭状态，当电流采集值大于２Ａ，即接近设定值２．５Ａ时，Ｐ４．３口驱动发光二极管使之发光，预警指示；当采集值小于２Ａ时，其熄灭．当过流０．５Ａ时，ＭＳＰ４３０使继电器常闭触点断开，常开节点闭合，限流电阻投入电路中进行限流，起到过流保护作用口］．Ｒ４图５过电流保护电路３软件设计ＭＳＰ４３０单片机内部具有高、中、低多个时钟源，可以进行灵活配置使用，同时可工作于多种低功耗模式，大大降低了功耗，提高了整体效率．ＭＳＰ４３０自带有１２位高精度ＡＤＣ、ＴｉｍｅｒＡ和ＴｉｍｅｒＢ定时器，使得整个电路不需要任何扩展就能完成对电源输出电压、电流的实时采集；同时ＭＳＰ４３０Ｆ４４９带有内部ＬＣＤ驱动模块，直接将液晶显示屏连接在芯片的驱动端口即可，电路结构简单．本设计的软件采用Ｃ语言编写，软件设计实现如下功能：采样电流、ＬＥＤ显示电流、采样电压、ＬＣＤ显示电压、过流保护、预警灯显示和键盘设定ＰＷＭ波．系统的主程序流程如图６所示‘５１：４系统仿真和实际电路测试数据４．１系统仿真电路采用ＭＡＴＬＡＢ软件对电源电路进行仿真，电源围６系统的程序流程图变压器将交流电网２２０Ｖ的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为直流电压，整流滤波后的１４Ｖ直流电压，经双闭环电路，能够得到３６Ｖ的输出给定电压，其电压波形如图７所示．图７输出电压波形图４．２实际电路测试数据对此系统进行综合测试，结果如表１所示．·７４·中原工学院学报２００８年第１９卷５结语由测试结果可知：电压的调整率基本稳定在０．１％，由于电压的调整率和电位器的给定电压有关，故电压能否稳定的关键就在于电位器；负载的调整率主要和ＰＩ调节有关，ＴＬ４９４芯片的１、２、３脚可对其进行调整．电阻的调整率还有待提高，因为ＰＩ的调节主要与外围积分和比例环节有关，然而进行硬件调节比较困难．由噪声峰峰值电压５９２ｍＶ可知，此参数和滤参考文献：波电容有很大关系．开关电源的功耗由半导体开关、磁性元件和布线等的寄生电阻产生的固定损耗以及开关操作时的开关损耗组成．效率主要是指升降压斩波的效率，也就是变换器输出和输入的比值，这需要测量出输入输出电流电压值，以判断效率的高低．效率受开关损耗的影响，与电感电阻、二极管以及开关频率有关．效率的高低和电感的大小关系比较大，并且和ＰＷＭ的调节有关．由于ＴＬ４９４内部有自动调节功能，所以得到的效率能达到８５％＂－９２％．［１］王宁．姚煊道．单片机控制的ＰＷＭ斩波武交流稳压电源口］．电子技术应用，２００２（６）：２５—２６．［２］张国栋．ＴＬ４９４的功能和检测方法口］．中国教育技术装备，２００３（１１）：３２—３３．［３］李文．一种新型５Ｖ大功率开关稳压电源［Ｊ］．微电子学，２００３，３３（２）：７５—７７。

［４］宋开军，杨国渝．基于单片机的智能稳压电源［Ｊ］．电源技术应用，２００３，６（ｓ）：５５—５７．［５３胡大可．ＭＳＰ４３０系列ＦＬＡＳＨ型超低功耗１６位单片机［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００１：２０３－－２２８．ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇＲｅｇｕｌａｔｅｄＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＢａｓｅｄｏｎＴＬ４９４ＣｏｎｔｒｏｌＷＵＢｉｎｇ—ｘｉｎ，ＷＵＢｉ－ｒｕｉ，ＷＡＮＧＸｉａｏ—ｌｅｉ，ＪＩＡＮＧＱｕｎ（ＺｈｏｎｇｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｄｅｓｉｇｎｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇｒｅｇｕｌａｔｅｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｂａｓｅｄｏｎＴＬ４９４ｗｈｉｃｈａｃｔｓａｃｏｒｅｅｌｅｍｅｎｔｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ，ａｄｏｐｔｓａｄｖａｎｃｅｄｄｏｕｂｌｅｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｕｒ—ｒｅｎｔａｎｄｖｏｌｔａｇｅ．Ｉｔｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｃｏｎｔｒｏｌｓｔａｂｌｅｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｔｈｒｏｕｇｈｖｏｌｔａｇｅｆｅｅｄｂａｃｋ，ｂｕｔａｌｓｏｐｒｏｔｅｃｔｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｏｖｅｒｆｌｏｗａｎｄｏｕｔｐｕｔｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｄｏｗｎｒｅｌｉａｂｌｙｔｈｒｏｕｇｈｃｕｒｒｅｎｔｆｅｅｄｂａｃｋ，ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｔｈａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｏｖｅｒ－ｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．ＭＳＰ４３０ｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｓｅｔｔｉｎｇｏｆｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｓｔｅｐａｄ—ｊｕｓｔｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＬ４９４；ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ｂｏｏｓｔ－ｂｕｃｋｃｈｏｐｐｅｒ；ＭＳＰ４３０TL494控制智能开关稳压电源设计作者：毋炳鑫， 吴必瑞， 王晓雷， 蒋群， WU Bing-xin， WU Bi-rui， WANG Xiao-lei，JIANG Qun作者单位：中原工学院,郑州,450007刊名：中原工学院学报英文刊名：JOURNAL OF ZHONGYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY年，卷(期)：2008，19(1)被引用次数：0次1.王宁.姚煊道单片机控制的PWM斩波式交流稳压电源[期刊论文]-电子技术应用 2002(06)2.张国栋TL494的功能和检测方法[期刊论文]-中国教育技术装备 2003(11)3.李文一种新型5 V大功率开关稳压电源[期刊论文]-微电子学 2003(02)4.宋开军.杨国渝基于单片机的智能稳压电源[期刊论文]-电源技术 2003(05)5.胡大可MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机 20011.期刊论文谢光希.张华.王川基于TL494的开关稳压电源设计-中国高新技术企业2007,""(16)本系统为基于IL494的开关稳压电源.系统由单片机控制,辅以必要的数模模敷转换电路,实现了输出电压可调与实时显示的功能.2.期刊论文宋凤琴.李书旗.刘艳.徐晓龙.SONG Feng-qin.LI Shu-qi.LIU Yan.XU Xiao-long高效率便携式开关稳压电源的简易实现-科技信息(科学·教研)2008,""(16)从影响开关电源效率的因素出发,以TL494脉宽调制控制芯片为例,说明如何实现高效率的开关稳压电源.3.期刊论文廖桂琦.张清鹏.LIAO Guiqi.ZHANG Qingpeng基于LPC2138的开关稳压电源-水电能源科学2008,26(6) 设计了一种基于LPC2138微处理器控制模块开关稳压电源,介绍了DC-DC主回路拓朴模块、渐频调节电路、稳压电路、电流取样电路、电流保护电路的构成和特征及参数计算,并进行了系统测试与分析.结果表明,该开关稳压电源效率高达88%,电压高速率0.06%、负载高速率0.17%、电路故障后具有自恢复功能,具有实用性和可操作性,并可供从事开关电源设计、开发、生产、调试借鉴.4.期刊论文刘陵顺.鲁芳.姜忠山高精度PWM稳压电源控制电路的设计-仪表技术与传感器2001,""(11)设计了一种新型的开关稳压电源,采用晶闸管全控整流和IGBT逆变器,给出了基于TI94的控制电路和保护电路,具有调压范围宽、输出电流大、稳压精度高、控制性能优良的特点.5.期刊论文刘萍.LIU Ping一种适合教学的开关电源设计及调试-现代电子技术2009,32(16)开关稳压电源与线性稳压电源相比,具有效率高,体积小等优点,并且在日常生活中应用广泛.但大多数的开关电源设计都只给出整体设计图,并没有详细解说具体的调试过程,这样不利于学生彻底理解和掌握.基于此,采用分模块的调试方法,先测试TL494性能,明确各管脚的输入/输出特性;再利用信号发生器模拟TL494的输出,进而测试升压变换器的工作特性;接着将两部分联调;最后在上述电路基础上,加入M0sFET驱动电路,改善系统性能.学生运用此调试方法,不仅能深刻理解此类型开关电源的工作原理,而且测得的性能指标都较高.因此,该设计是实用可行的.6.学位论文苏丽营高压静电除尘在海带业中的应用研究2005海产品业是我国非常重要的工业之一,海带是其中非常重要的产品.然而,海带及其他海产品在养殖过程中由于大都是开放式养殖,难免会混入许多诸如头发、纤维等用常规方法很难去除的杂质.本文设计了一种切实可行的利用高压静电除尘机理去除海带中杂质的设备.本文对高压静电除尘的机理、各种稳压电源及静电除尘高压的类型、趋势等做了简要的介绍.提出了将可控硅预稳压电路、串联调整稳压电路及高频开关逆变稳压电路相结合产生20kV~40kV连续可调直流稳压电源的设计思想.串联调整电路稳定性好、调压范围宽,但效率低、耗能大;开关电路效率高、体积小,但调压范围窄.本装置的设计很好克服了两者的缺点,发挥了各自的优点.以IGBT为主开关元件的高频开关电路,由TL494控制的集成专用驱动器EXB840驱动.可控硅预稳压电路降低串联稳压电路中的调整管管耗,使调整管两端的电压差始终是设定值.高压电源的输出部分采用倍压整流电路的软特性电源形式,具备对环境的适应能力,并且大大减小电源体积及变压器的耐压值.海带传输带、胶带的传输速度由电机拖动,采用交流电机变频调速控制.论文还设计了双重过流保护,使系统更加安全可靠,以防高压触电事故的发生.输出部分设计了电子输出电压显示电路、输出电流显示电路.本系统具有创新性的将三种稳压电源相结合产生高压静电除杂系统的电源,具有体积小、效率高、可靠性强等优点.并以该电源为核心设计了海带去杂质装置.实验表明该装置在各种条件下除杂效率高,非常理想的解决了目前海带中头发、纤维等杂质难以去除的实际难题.整个系统控制灵活、运行安全可靠.本系统同样适用于海参、牡蛎等各种海产品,极具市场推广价值.7.期刊论文范定寰.张景基.盛广沪.FAN Ding-huan.ZHANG Jing-ji.SHENG Guang-hu大功率开关电源的并联运行-江西科学2005,23(4)主要讨论开关稳压电源的并联设计与制作,此电源具有功耗小,效率高,输出电流稳定以及输出功率大等优点,是大功率电器的理想电源.设计的是半桥式稳压电源,采用TL494集成块作为控制器,先用TL494集成块脉宽调制控制主电路的输出电路的输出电压保持不变,然后对主从电路输出进行采样,同时输入给高精度比较器,再用另一个TL494集成块脉宽调制控制这个比较器的输出结果,来调节从电路的输出电压,使主从电路的输出电压相等,产生80 V、200 W的输出.然后将两个这样的电源通过比较控制后关联起来,得到大功率(400W)的稳压电源.8.期刊论文梁启文.LIANG Qi-wen一款DC-DC升压开关电源的设计-自动化技术与应用2008,27(4)介绍了一种单端反激式DC-DC变换电路.以固定频率脉宽调制控制集成TL494为核心,设计制作了一款升压型开关稳压电源,并对该电源进行了实验测试,其测试结果表明:该开关稳压电源具有输入电压范围宽、高负载稳定度、效率高、工作可靠等优点.9.期刊论文卢亚玲.杨雄伟.颜冬明.余铭德一种开关稳压电源的设计-长江大学学报A（自然科学版）2007,4(3)设计了一种以TL494作为核心部件、AT89C52单片机作为控制部件的开关稳压电源.该稳压电源具有在一定范围内可调、结构简单,工作可靠的特点,同时又具有线性稳压电源的稳压特性好的特点,适合在教学实验仪器中应用,是一种较为理想的实用化电源.10.期刊论文甘方成.Gan Fang-cheng一种高精度的开关稳压电源设计-电子质量2007,""(12)本文利用PWM芯片TL494,来控制开关电源管IRFP460的导通和截止,利用单片机为控制核心的开关稳压电源,可以输出可调电压在30V-36V之间,最大输出电流为2A;通过键盘能对输出电压进行键盘设定和一伏的步进调整,并通过液晶显示器件显示电流和电压值,同时开关稳压电源具有过流与过压保护功能.本文链接：/Periodical_zzfzgxyxb200801020.aspx授权使用：武汉工业学院(whgyxy)，授权号：63addf7e-c3ff-4a5b-a0f3-9dcc00e7475b下载时间：2010年8月8日。