什么是TL494?

TL494開關(guān)電源芯片集成了在單個(gè)芯片上構(gòu)建脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制電路所需的所有功能。該器件主要設(shè)計(jì)用于電源控制，可靈活地為特定應(yīng)用定制電源控制電路。

TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于橋式單端正激雙管式、半、全橋式開關(guān)電源。TL494專為單芯片脈寬調(diào)制應(yīng)用電路而設(shè)計(jì)。

TL494帶有一個(gè)內(nèi)置可變振蕩器、一個(gè)死區(qū)時(shí)間控制器級(jí) (DTC)、一個(gè)用于脈沖轉(zhuǎn)向的觸發(fā)器控制、一個(gè)精密 5 V 穩(wěn)壓器、兩個(gè)誤差放大器和一些輸出緩沖電路。

誤差放大器的共模電壓范圍為 - 0.3 V 至 VCC - 2V。

死區(qū)時(shí)間控制比較器設(shè)置了一個(gè)固定的偏移值，以提供大約 5% 的恒定死區(qū)時(shí)間。

TL494引腳功能介紹

tl494引腳圖

引腳1 和 引腳2（1 IN+ 和 1IN-）：運(yùn)算放大器 1 的同相和反相輸入。

引腳16、引腳15（1 IN+ 和 1IN-）：運(yùn)算放大器 2 的同相和反相輸入。

引腳 8 和 引腳11 (C1, C2)： IC 的輸出1 和 2，它們與各自內(nèi)部晶體管的集電極連接。

引腳 5 (CT)：引腳需要連接一個(gè)外部電容來(lái)設(shè)置振蕩器頻率。

引腳 6 (RT)：引腳需要連接一個(gè)外部電阻來(lái)設(shè)置振蕩器頻率。

引腳 4 (DTC)：它是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸入，控制 IC 的死區(qū)時(shí)間操作。

引腳 9 和 引腳10（E1 和 E2）：這些是 IC 的輸出，與內(nèi)部晶體管的發(fā)射極引腳連接。

引腳 3（反饋）：輸入引腳用于與輸出采樣信號(hào)集成，以實(shí)現(xiàn)所需的系統(tǒng)自動(dòng)控制。

引腳 7 (Ground)：此管腳為 IC 的接地引腳，需接電源 的 0 V。

引腳 12 (VCC)：這是 IC 的 正電源引腳。

引腳 13 (O/P CNTRL)：此引腳可配置為在推挽模式或單端模式下啟用 IC 的輸出。

引腳 14 (REF)：此輸出引腳提供恒定的 5V 輸出，可用于在比較器模式下為誤差運(yùn)算放大器固定參考電壓。

TL494工作原理

TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：

1）5V基準(zhǔn)源（Reference Regulator）

TL494內(nèi)置了基于帶隙原理的基準(zhǔn)源，基準(zhǔn)源的穩(wěn)定輸出電壓為5V，條件是VCC電壓在7V以上，誤差在100mV之內(nèi)。基準(zhǔn)源的輸出引腳是第14腳REF。

（2）鋸齒波振蕩器（Sawtooth oscillator）

TL494內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，產(chǎn)生0.3~3V的鋸齒波。振蕩頻率可通過(guò)外部的一個(gè)電阻Rt和一個(gè)電容Ct進(jìn)行調(diào)節(jié)， 其振蕩頻率為：f=1/RtCt，其中Rt的單位為歐姆，Ct的單位為法拉。鋸齒波可以在Ct引腳測(cè)量得到。

（3）運(yùn)算放大器（Operational Amplifier）

TL494集成了兩個(gè)單電源供電的運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器傳遞函數(shù)為ft(ni,inv)=A(ni-inv)，但不能越出輸出擺幅。一般電源電路中，運(yùn)放接成閉環(huán)運(yùn)行。少數(shù)特殊情況下使用開環(huán)，由外界輸入信號(hào)決定。兩個(gè)運(yùn)放的輸出端分別接一個(gè)二極管，和COMP引腳以及后級(jí)電路(比較器)相連接。這保證了兩個(gè)運(yùn)放中較高的輸出進(jìn)入后級(jí)電路。

（4）比較器（Comparators）

運(yùn)算放大器輸出的信號(hào)（COMP引腳）在芯片內(nèi)部進(jìn)入比較器正輸入端，和進(jìn)入負(fù)輸入端的鋸齒波比較。當(dāng)鋸齒波高于COMP引腳的信號(hào)時(shí)，比較器輸出0，反之則輸出1。

（5）脈沖觸發(fā)器（Pulse trigger）

脈沖觸發(fā)器在鋸齒波的下降沿且比較器輸出1時(shí)導(dǎo)通，它通過(guò)一個(gè)比較器對(duì)脈沖觸發(fā)器實(shí)行干擾，限制最大占空比。可設(shè)置的每端占空比上限最高為45%，在工作頻率高于150kHz時(shí)占空比上限是42%左右（當(dāng)DTC引腳電平被設(shè)為0時(shí)）。

TL494 的最大賣點(diǎn)之一就是其內(nèi)置的鋸齒波振蕩器。鋸齒波振蕩器產(chǎn)生 0.3 – 3V 的鋸齒波。此外，可以通過(guò)使用外部電阻 (Rt) 和電容 (Ct) 來(lái)調(diào)整振蕩頻率。

因此，默認(rèn)振蕩頻率為 f =1/Rt*Ct。

其中 Ct 和 Rt 的單位分別是法拉和歐姆。

輸出脈沖的寬度是通過(guò)電容CT.上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大，輸出脈沖的寬度將減小。參見下圖。

控制信號(hào)由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。 死區(qū)時(shí)間比較器具有120mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的4%，當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為96%,而輸出端接參考電平時(shí)，占空比為48%。當(dāng)把死區(qū)時(shí)間控制輸入端接上固定的電壓(范圍在0~3.3V之間)即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。

脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個(gè)手段: 當(dāng)反饋電壓從0.5V變化到3.5時(shí)，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時(shí)間中下降到零。兩個(gè)誤差放大器具有從-0.3V到(Vcc 2.0)的共模輸入范圍,這可能從電源的輸出電壓和電流察覺得到。誤差放大器的輸出端常處于平,它與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進(jìn)行”或”運(yùn)算,正是這種電路結(jié)構(gòu),放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。

當(dāng)比較器CT放電，一個(gè)正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端,受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)時(shí),同時(shí)停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸出至兩個(gè)輸出晶體管,輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于50%時(shí),輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個(gè)反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當(dāng)需要更高的驅(qū)動(dòng)電流輸出,亦可將Q1和Q2并聯(lián)使用，這時(shí)，需將輸出模式控制腳接地以關(guān)閉雙穩(wěn)觸發(fā)器。這種狀態(tài)下，輸出的脈沖頻率將等于振蕩器的頻率。

tl494開關(guān)電源原理圖

TL494典型電路：有刷電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速

TL494外圍電路設(shè)計(jì)PWM調(diào)節(jié)由TL494CN芯片實(shí)現(xiàn)，其電路原理圖如下圖所示，主要功率器件采用夠個(gè)MOSFET并聯(lián)和多個(gè)二極管并聯(lián)的方式。為實(shí)現(xiàn)直流有刷電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，將TL494的13號(hào)引腳接地，使TL494工作在單端輸出方式，實(shí)現(xiàn)PWM占空比從0到96%連續(xù)可調(diào)。

為了增大TL494的輸出驅(qū)動(dòng)電流，提高驅(qū)動(dòng)能力，并保護(hù)TL494的輸出端(9號(hào)和10號(hào)引腳)，通過(guò)兩個(gè)高速二極管并聯(lián)輸出的方式，輸出最大500mA的電流，很大程度的提高了輸出的驅(qū)動(dòng)能力。并在輸出端單獨(dú)采用達(dá)林頓管推挽輸出,來(lái)驅(qū)動(dòng)電樞回路中多個(gè)并聯(lián)的MOSFET，多個(gè)MOSFET并聯(lián)時(shí)需要注意均流和散熱。

TL494逆變器

這是一個(gè)圍繞 IC TL494 構(gòu)建的經(jīng)典逆變器電路。輸出配置為推挽方式工作，因此此處的輸出控制引腳與 +5V 參考連接，這是通過(guò)引腳#14 實(shí)現(xiàn)的。