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TL494+LM393+7805组成的ATX电源电路设计方案

来源：

2025-03-19

类别：电源管理

拍明芯城

TL494+LM393+7805 组成的 ATX 电源电路设计方案

1. 概述

ATX 电源广泛应用于计算机、嵌入式系统和工业控制设备，其核心功能是提供稳定的多路输出电压（+12V、+5V、+3.3V 等）。本文将基于 TL494、LM393 和 7805 设计一款 ATX 电源电路，并详细分析各元器件的作用、选择依据及功能实现。

2. 方案概述

本方案的特点：

TL494 作为 PWM 控制器，实现电源的开关调节功能。
LM393 作为电压比较器，实现过压、欠压保护以及电流检测功能。
7805 作为线性稳压器，提供稳定的 +5V 供电，主要用于 MCU 或逻辑电路的工作电压。
设计包含输入整流、功率变换、反馈调节和保护电路，确保电源的稳定性和安全性。

3. 主要元器件选择

3.1 TL494 PWM 控制器

TL494 是一款经典的 PWM 控制芯片，广泛应用于开关电源设计。

选择 TL494 的理由：

内部集成两个误差放大器、PWM 比较器、振荡器和参考电压源，功能完整
工作频率可调，适用于不同功率等级的开关电源
具有死区控制功能，可优化开关管的驱动信号，减少功耗

在电路中的作用：

产生 PWM 驱动信号，控制功率 MOSFET 的导通和关断
通过反馈调节输出电压，实现稳压功能

3.2 LM393 电压比较器

LM393 是一款双通道低功耗电压比较器，主要用于电压检测和保护。

选择 LM393 的理由：

低功耗设计，适合长期运行
具备开漏输出，可用于驱动 LED 指示或控制继电器
响应速度快，能够快速检测异常情况

在电路中的作用：

检测输出电压是否过压或欠压，确保电源稳定性
作为过流保护电路的一部分，检测负载电流变化

3.3 7805 线性稳压器

7805 是一款常见的 5V 线性稳压器，可提供稳定的 5V 输出。

选择 7805 的理由：

电路结构简单，易于实现
输出电压精度高，纹波小，适用于 MCU 和逻辑电路供电
具有过热保护和短路保护，提高电源可靠性

在电路中的作用：

供电 ATX 电源内部的控制电路，包括 TL494 和 LM393
供电外部负载，如风扇、电源指示灯等

4. 电路框图

电路框图包括以下部分：

输入整流与滤波：AC-DC 转换，提供稳定的直流输入
PWM 控制部分（TL494）：控制功率 MOSFET，调节输出电压
电压检测与保护（LM393）：监测输出电压，提供保护功能
线性稳压部分（7805）：为低压控制电路供电

以下是该 ATX 电源电路的框图：

A detailed block diagram of an ATX power supply circuit using TL494, LM393, and 7805. The diagram should include the following labeled blocks: AC input, rectifier and filter, PWM control (TL494), voltage comparator (LM393), linear regulator (7805), and output voltage rails (+12V, +5V, +3.3V). Indicate feedback loops and protection mechanisms.

5. 详细电路设计

以下是各部分的详细电路设计，包括关键元器件的参数选择和工作原理。

5.1 输入整流与滤波

输入采用 220V AC 经过桥式整流和电容滤波，得到稳定的 DC 供电电压。

元器件选型：

整流桥：GBU806（8A 600V），保证足够的电流承载能力
滤波电容：2× 470uF/400V 电解电容，减少电压纹波

5.2 PWM 控制与功率变换

TL494 产生 PWM 信号驱动功率 MOSFET，实现 DC-DC 变换。

元器件选型：

PWM 控制芯片：TL494
MOSFET：IRF3205（55V 110A），低导通电阻，降低损耗
变压器：EE42 变压器，适用于 200W 级开关电源
续流二极管：MUR860（8A 600V 快恢复二极管），降低开关损耗

5.3 反馈调节与保护

LM393 监测输出电压，并在异常时触发保护。

元器件选型：

电阻分压网络：精度 1% 电阻，提高电压检测精度
光耦反馈：PC817，隔离 TL494 和高压部分

5.4 线性稳压与辅助供电

7805 负责提供 5V 低压供电。

元器件选型：

稳压芯片：7805（TO-220 封装），带散热片
输入电容：470uF/35V
输出电容：100uF/10V

6. 电路工作原理解析

6.1 TL494 PWM 控制工作原理

TL494 作为本设计的核心，负责产生 PWM 信号来驱动功率开关管，从而实现电压转换和稳压功能。其工作流程如下：

内部振荡器设定开关频率：

TL494 内部振荡器通过外部电阻（RT）和电容（CT）设定振荡频率。
计算公式： $f = frac{1.1}{RT imes CT}$ f=RT×CT1.1
例如，选择 RT = 10kΩ，CT = 10nF，则工作频率约为 10kHz。

误差放大器调节占空比：

TL494 内部有两个误差放大器（EA1、EA2），用于比较输出电压与参考电压，并调节 PWM 占空比。
当输出电压偏高时，占空比减小，降低功率传输；当输出电压偏低时，占空比增大，提高功率传输。

PWM 信号驱动功率 MOSFET：

通过外部推挽驱动级，TL494 输出的 PWM 信号控制 IRF3205 MOSFET 的开关状态，实现 DC-DC 转换。
由于 TL494 输出电流较小（最大 200mA），通常需要额外的驱动级，如使用 NPN+PNP 组成的推动电路。

反馈控制与稳压：

输出电压通过分压电阻反馈到 TL494 的误差放大器输入端，使系统维持稳定的电压输出。
采用光耦 PC817 进行反馈，提高电路的隔离性和安全性。

6.2 LM393 过压/欠压保护原理

LM393 作为双通道电压比较器，可用于检测输出电压，并在异常情况下触发保护。

过压保护（OVP）

设定参考电压 Vref，例如 12V 电压输出，设定过压阈值 13V。
当输出电压 > 13V 时，LM393 输出低电平，触发关断信号，停止 TL494 工作。
保护电路通常通过三极管或 MOSFET 实现切断电源。

欠压保护（UVP）

设定欠压阈值 10.5V。
当输出电压 < 10.5V 时，LM393 输出低电平，通知 TL494 停止工作，防止电源损坏。

电流检测

在电源输出端串联一个低阻值电流检测电阻（如 0.01Ω），检测负载电流。
当负载电流超出设定值（如 15A），LM393 触发保护，关断 MOSFET，防止过流损坏电源。

6.3 7805 低压供电工作原理

7805 线性稳压器提供 +5V 电压，为控制电路和外部负载供电。其工作方式如下：

输入端接入 +12V 电压，输出稳定的 +5V

通过内部稳压电路，将输入电压降至 5V。
需要配备散热片，防止长时间工作时过热。

滤波电容的选择

输入端采用 470µF/35V 电容，减少高频纹波。
输出端采用 100µF/10V 电容，提高稳定性并减少噪声。

7. 详细电路设计与计算

7.1 TL494 振荡频率计算

TL494 的 PWM 频率由 RT 和 CT 设定，其计算公式如下：

$f = frac{1.1}{RT imes CT}$ f=RT×CT1.1

选用 RT = 10kΩ，CT = 10nF，则：

$f = frac{1.1}{10kΩ imes 10nF} = 11kHz$ f=10kΩ×10nF1.1=11kHz

通常 ATX 电源的工作频率在 20kHz~50kHz，可调整 RT 和 CT 以优化效率。

7.2 MOSFET 选型及散热计算

选用 IRF3205（55V 110A），其 Rds(on) = 8mΩ，开关速度快。
假设工作电流 10A，导通损耗： $P_{MOS} = I^2 imes R_{ds(on)} = 10^2 imes 8mΩ = 0.8W$ PMOS=I2×Rds(on)=102×8mΩ=0.8W
采用散热片，确保 MOSFET 温度低于 80°C。

7.3 变压器参数设计

采用 EE42 变压器，匝数比按 12V 输出设计： $N_{pri} : N_{sec} = V_{in} : V_{out} = 300V : 12V = 25:1$ Npri:Nsec=Vin:Vout=300V:12V=25:1
选用 0.3mm 漆包线绕制初级，0.8mm 线绕制次级，提高电流承载能力。