降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，它使用降壓和升壓轉(zhuǎn)換器的相同概念，但采用簡(jiǎn)化的組合電路。顧名思義，buck-boost轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是即使輸入電壓低于輸出電壓也能使輸出電壓恒定，這意味著該電路可以根據(jù)輸入電壓在buck和boost模式下工作。在我們之前的一篇文章中，我們還使用XL6009 IC構(gòu)建了一個(gè)非反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，如果感興趣，您也可以查看一下。

在本文中，我們將了解，設(shè)計(jì)，計(jì)算和測(cè)試一個(gè)基于流行的TL494 IC的基本大功率逆變降壓轉(zhuǎn)換電路，最后，將有一個(gè)詳細(xì)的視頻顯示該電路的工作原理。所以，事不宜遲，我們直接開始吧。

反相Buck-Boost轉(zhuǎn)換器是如何工作的?

降壓-升壓變換器是一種DC-DC變換器，它的輸出電壓大小不同。根據(jù)PWM脈沖和負(fù)載情況，輸出電壓可以大于小于或等于輸入電壓。Buck-boost變換器與反激變換器非常相似，但Buck-boost變換器使用單個(gè)電感而不是變壓器。它們有兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：反相Buck-Boost轉(zhuǎn)換器和非反相Buck-Boost轉(zhuǎn)換器。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將只討論非反相降壓升壓變換器。非反相降壓升壓變換器的基本原理圖如下所示。

正如你在上面的圖像中所看到的，反相轉(zhuǎn)換器的輸出與輸入完全相反。我們得到的不是VCC，而是接地，我們得到的不是接地，而是VCC，那么電壓是如何反轉(zhuǎn)的呢?要回答這個(gè)問題，我們需要知道這個(gè)電路的工作原理。

如圖所示，該電路由電感、二極管、作為開關(guān)的MOSFET和電容器組成。我們用一個(gè)開關(guān)信號(hào)來操作這個(gè)電路。由于使用的MOSFET是p溝道MOSFET，當(dāng)脈沖低時(shí)它打開，當(dāng)脈沖高時(shí)它關(guān)閉?，F(xiàn)在，當(dāng)MOSFET打開時(shí)，電感充電并建立其能量;當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，二極管阻止電容器充電。

現(xiàn)在，當(dāng)MOSFET關(guān)閉時(shí)，線圈的能量被轉(zhuǎn)移到電容器中，從電容器流向負(fù)載，但由于二極管以相反的方向連接，電壓的極性現(xiàn)在與輸入相反，這就是為什么它被稱為反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

構(gòu)建基于TL494的Buck-Boost轉(zhuǎn)換器所需的組件

下面列出了構(gòu)建基于TL494的Buck-Boost轉(zhuǎn)換器所需的組件。在這個(gè)項(xiàng)目中使用的組件是非常通用的，你可以在你當(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰暾业剿麄冎械拇蠖鄶?shù)。

?IC TL494 PWM控制器- 1

?Irfz44n most - 1

?220 uH電感- 1

?LM358運(yùn)算放大器- 1

?MBR20100CT二極管- 1

?5.08mm螺釘端子- 2

?1000uF，25V電容- 2

?1000uF，63V電容- 1

?2.2nF電容器- 1

?R560電阻- 2

?2.2K電阻，1% - 2

?4.7K， 1%電阻- 1

?10K， 1%電阻- 6

?50K電阻- 1

?10K Trim-Pot - 1

?PCB板

基于TL494的Buck-Boost轉(zhuǎn)換器原理圖

基于TL494的反相Buck-Boost轉(zhuǎn)換器的完整電路圖如下所示。

這個(gè)電路的工作原理很簡(jiǎn)單。電路分為三部分，第一部分是TL494 PWM控制器。我們使用TL494 PWM控制器來驅(qū)動(dòng)MOSFET。該IC配置為以100KHz開關(guān)頻率切換，適用于這種類型的應(yīng)用。如果您想了解更多關(guān)于TL494 IC及其配置的信息，請(qǐng)查看我們之前關(guān)于基于TL494的Buck轉(zhuǎn)換器的項(xiàng)目，我們已經(jīng)詳細(xì)討論了TL494 IC。接下來，我們要介紹的是負(fù)責(zé)buck-boost操作的電路。

正如您在上面左側(cè)的原理圖中所看到的，我們的反相降壓升壓轉(zhuǎn)換器使用p溝道MOSFET作為開關(guān)，但p溝道MOSFET的一大缺點(diǎn)是其內(nèi)阻。如果我們考慮一個(gè)通用的IRF9540 p溝道MOSFET，它的內(nèi)阻是0.22R或220ms，但如果我們考慮它的互補(bǔ)n溝道的IRF540，它的內(nèi)阻是0.077R或77ms，比p溝道小3倍。這就是我們決定修改電路的原因。我們這樣做是為了使用n溝道MOSFET來驅(qū)動(dòng)電路，左邊的上述簡(jiǎn)化電路正好顯示了這一點(diǎn)。它使用n溝道MOSFET而不是p溝道1。

電路的最后一部分是差分放大器。差分放大器接收兩個(gè)電壓值，找出這兩個(gè)值之間的差值，并將其放大。由此產(chǎn)生的電壓可以從輸出引腳獲得。在之前的一個(gè)項(xiàng)目中，我們建立了一個(gè)電壓減法電路，我們使用了一個(gè)差分放大器，并解釋了它的所有細(xì)節(jié)，所以如果你想學(xué)習(xí)差分放大器的工作原理，請(qǐng)查看。

最后，電阻R19和R20形成一個(gè)分壓器，將電壓反饋到TL494 IC的引腳1，該引腳1根據(jù)負(fù)載情況調(diào)節(jié)PWM脈沖。

基于TL494的Buck-Boost轉(zhuǎn)換電路的PCB設(shè)計(jì)

我們的Buck-Boost轉(zhuǎn)換器電路的PCB設(shè)計(jì)在單面板上。我用Eagle來設(shè)計(jì)我的PCB，但是你可以使用你選擇的任何PCB設(shè)計(jì)軟件，Eagle生成的2D圖像如下所示。

正如你可以看到在板的底部，我已經(jīng)使用了一個(gè)厚的接地面，以確保足夠的電流可以通過它。電源輸入在板的左側(cè)，輸出在板的右側(cè)。完整的設(shè)計(jì)文件以及TL494升壓轉(zhuǎn)換器原理圖可以從下面的鏈接下載。

下載基于TL494的Buck-Boost轉(zhuǎn)換器電路的PCB設(shè)計(jì)GERBER文件

手工制作的電路板:

為了方便起見，我制作了我的手工版PCB，如下所示。我在制作這個(gè)PCB時(shí)犯了一些錯(cuò)誤，所以我不得不使用一些銅線作為跳線來修復(fù)它。

這個(gè)過程完成后，我的板子看起來是這樣的。

基于TL494的降壓-升壓轉(zhuǎn)換電路測(cè)試

注意：當(dāng)?shù)谝淮螢檫@個(gè)電路供電時(shí)，一定要使用恒流電源來限制電流，或者你可以使用一堆功率電阻來限制電流。如果PWM控制器的輸出高，則MOSFET處于ON狀態(tài)，所有電流將流過電感，并且它將通過MOSFET接地，MOSFET將燒毀。

如您所見，上面的測(cè)試設(shè)置是用來測(cè)試電路的。ATX PC電源用于為電路供電，這就是輸入電壓保持在12V的原因。您還可以看到電路目前在升壓模式下運(yùn)行，因此在這種情況下輸出保持在18伏，并且我已將最小負(fù)載附加到電路上，并且在這種情況下它正在繪制約100mA。

上圖顯示，該電路在最小負(fù)載條件下可以達(dá)到2.12V的最小電壓。

上圖顯示了用于確定電源效率的測(cè)試電路?？梢钥吹?，輸出電壓為37.22V，輸出電流為1.582安培。我使用了三個(gè)電阻串聯(lián)作為負(fù)載，總輸出功率為58.8瓦。

當(dāng)負(fù)載電阻連接時(shí)，我已將萬用表連接到電路的輸入端以測(cè)量輸入電流，輸入電流為5.5A，如果我們將ATX電源的輸出電壓設(shè)為12V并將其與電流值相乘，我們將得到66.2W的輸入功率。因此，電路的效率為(58.8/66.2)x100 = 88.8%。

進(jìn)一步增強(qiáng)

這個(gè)TL494降壓升壓轉(zhuǎn)換電路僅用于演示目的，因此在電路的輸出部分沒有添加保護(hù)電路。

?必須加一個(gè)輸出保護(hù)電路來保護(hù)負(fù)載電路。

?電感器需要浸入清漆中，否則會(huì)產(chǎn)生可聽到的噪音。

?一個(gè)高質(zhì)量的PCB與適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)是強(qiáng)制性的。

?可以修改開關(guān)晶體管以增加負(fù)載電流。

本文編譯自circuitdigest