今天講的是TL494，主要分為以下幾個方面：

1. TL494是什么?

2. TL494引腳圖

3. TL494主要特征

4. TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)

5. TL494工作原理

6. TL494典型電路

7. 總結(jié)

1. TL494是什么?

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器件集成了在單個芯片上構(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)計用于電源控制，可靈活地為特定應(yīng)用定制電源控制電路。

圖 1 TL494 PWM控制芯片

2. TL494引腳圖

圖 2 TL494引腳圖

1腳/同相輸入：誤差放大器1同相輸入端。

2腳/反相輸入：誤差放大器1反相輸入端。

3腳/補償/PWM比較輸入：接RC網(wǎng)絡(luò)，以提高穩(wěn)定性。

4腳/死區(qū)時間控制：輸入0-4VDC電壓，控制占空比在0-45%之間變化。同時該因腳也可以作為軟啟動端，使脈寬在啟動時逐步上升到預(yù)定值。

5腳/CT：振蕩器外接定時電阻。

6腳/RT：振蕩器外接定時電容。振蕩頻率：f=1/RTCT。

7腳/GND：電源地。

8腳/C1：輸出1集電極。

9腳/E1：輸出1發(fā)射極。

10腳/E2：輸出2發(fā)射極。

11腳/C2：輸出2集電極。

12腳/Vcc：芯片電源正。7-40VDC。

13腳/輸出控制：輸出方式控制，該腳接地時，兩個輸出同步，用于驅(qū)動單端電路。接高電平時，兩個輸出管交替導(dǎo)通，可以用于驅(qū)動橋式、推挽式電路的兩個開關(guān)管。

14腳/VREF：5VDC電壓基準(zhǔn)輸出。

15腳/反相輸入：誤差放大器2反相輸入端。

16腳/同相輸入：誤差放大器2同相輸入端。

3. TL494主要特征

(1)具有兩個完整的脈寬調(diào)制控制電路，是PWM芯片;

(2)兩個誤差放大器。一個用于反饋控制，一個定義為過流保護等保護控制;

(3)帶5VDC基準(zhǔn)電源;

(4)死區(qū)時間可以調(diào)節(jié);

(5)輸出級電流500mA;

(6)輸出控制可以用于推挽、半橋或單端控制;

(7)具有欠壓封鎖功能。

4. TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖 3 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)?；鶞?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。振蕩頻率可通過外部的一個電阻Rt和一個電容Ct進行調(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引腳測量得到。

(3)運算放大器(Operational Amplifier)

TL494集成了兩個單電源供電的運算放大器。運算放大器傳遞函數(shù)為ft(ni,inv)=A(ni-inv)，但不能越出輸出擺幅。一般電源電路中，運放接成閉環(huán)運行。少數(shù)特殊情況下使用開環(huán)，由外界輸入信號決定。兩個運放的輸出端分別接一個二極管，和COMP引腳以及后級電路(比較器)相連接。這保證了兩個運放中較高的輸出進入后級電路。

(4)比較器(Comparators)

運算放大器輸出的信號(COMP引腳)在芯片內(nèi)部進入比較器正輸入端，和進入負(fù)輸入端的鋸齒波比較。當(dāng)鋸齒波高于COMP引腳的信號時，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時導(dǎo)通，它通過一個比較器對脈沖觸發(fā)器實行干擾，限制最大占空比?？稍O(shè)置的每端占空比上限最高為45%，在工作頻率高于150kHz時占空比上限是42%左右(當(dāng)DTC引腳電平被設(shè)為0時)。

5. TL494工作原理

TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：

輸出脈沖的寬度是通過電容CT.上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較來實現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。當(dāng)控制信號增大，輸出脈沖的寬度將減小。參見下圖。

圖 4 TL494脈沖控制波形圖

控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時間比較器具有120mV的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時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，占空比為48%。當(dāng)把死區(qū)時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手段: 當(dāng)反饋電壓從0.5V變化到3.5時，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時間中下降到零。兩個誤差放大器具有從-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行”或”運算,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)器進行計時,同時停止輸出管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,輸出驅(qū)動信號分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個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)動電流輸出,亦可將Q1和Q2并聯(lián)使用，這時，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。

6. TL494典型電路

(1)有刷電動機平滑調(diào)速

TL494外圍電路設(shè)計PWM調(diào)節(jié)由TL494CN芯片實現(xiàn)，其電路原理圖如下圖所示，主要功率器件采用夠個MOSFET并聯(lián)和多個二極管并聯(lián)的方式。為實現(xiàn)直流有刷電動機的平滑調(diào)速，將TL494的13號引腳接地，使TL494工作在單端輸出方式，實現(xiàn)PWM占空比從0到96%連續(xù)可調(diào)。

圖 5 有刷電動機平滑調(diào)速原理圖

為了增大TL494的輸出驅(qū)動電流，提高驅(qū)動能力，并保護TL494的輸出端(9號和10號引腳)，通過兩個高速二極管并聯(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)動能力。并在輸出端單獨采用達林頓管推挽輸出,來驅(qū)動電樞回路中多個并聯(lián)的MOSFET，多個MOSFET并聯(lián)時需要注意均流和散熱。

(2)單回路控制器

用TL494實現(xiàn)的單回路控制器的電路原理圖如下圖所示。

圖 6 單回路控制器1)輸入電路

兩個運算放大器IC1A、IC1B都接成有源簡單二階低通濾波電路, 分別作為反饋信號輸入和設(shè)定信號輸入的處理電路。在電路設(shè)計上，兩個輸入電路采取完全對稱的形式。將有源簡單二階低通濾波電路的截止頻率fp設(shè)計為4Hz，根據(jù)有源簡單一階低通濾波電路中fp=0.37f0(f0為該濾波 器的特征頻率)選取C1與C2為1μF，然后算得R1與R2為16kΩ。這樣可以濾除由于傳感器距離較遠輸入引線過長而帶來的高頻雜波干擾和平滑傳感器信號本身的波動，使加入到TL494的管腳1即誤差放大器同相輸入端IN+的信號盡可能地平滑和相對穩(wěn)定。在有源簡單二階低通濾波電路與誤差放大器同相輸入端IN+之間接有10kΩ的限流隔離電阻。把TL494的14腳輸出的5V基準(zhǔn)電壓源，用3.3kΩ精密多圈電位器W1分壓作為設(shè)定輸入號，通過與處理傳感器反饋信號相同的電路,送入TL494的管腳2，即誤差放大器的反相輸入端IN端。實驗中發(fā)現(xiàn)，R19、R20這兩個限流隔離電阻必不可少。否則，TL494誤差放大器的兩個輸入端的電位將相互影響。另外,實驗數(shù)據(jù)還表明，TL494誤差放大器的兩個輸入端在低電壓時跟蹤的線性不大好,故這里將兩個輸入運算放大器的放大倍數(shù)取為2，以改善反饋信號與設(shè)定信號的跟蹤線性。

2)脈寬調(diào)制電路

在本控制器中只用到了TL494的誤差放大器|，故將誤差放大器I的IN+(16腳)接地、IN-(15腳)接高電平。為保護TL494的輸出三極管，經(jīng)R13和R10分壓，在4腳加接近0.3V的間歇期調(diào)整電壓。R9、R12和C5組成了相位校正和增益控制網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過實驗，在本控制器中振蕩電阻和振蕩電容分別取200kΩ和0.1μF。輸出采用并聯(lián)方式，取自發(fā)射級。整機電源取12V單電源。

3)輸出電路

為了把脈寬變化的方波信號轉(zhuǎn)換為大小變化的直流信號，通過開關(guān)二極管D1、 電容C8進行整流濾波。R15作為整流濾波的輸出負(fù)載，還在脈沖截止期間為C8提供放電回路，使C8上的電壓與TL494輸出的脈寬成正比。為使輸出電壓進一步平滑、提高帶負(fù)載能力以及使輸出電壓在0~10V之間變化，又加入了一級壓控電壓源二階低通濾波電路。在圖中所示元件參數(shù)下，最大的直流輸出電壓是10V IC3A輸出端接的10V穩(wěn)壓二極管, 是保證在意外的情況下，使輸出電不大于10V。

4)工作過程

當(dāng)反饋信號大于設(shè)定值時，通過TL494的脈寬調(diào)制作用， 其9腳與10腳并聯(lián)輸出信號的脈寬減小,這個輸出信號再經(jīng)整流濾波電路及隔離與放大輸出電路，使最后輸出的直流控制信號的電壓相應(yīng)下降。直流控制信號通過控制電路經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)(如電動機、電熱管等)使被控制量下降，再進而通過傳感器使反饋信號降低,形成單回路閉環(huán)控制。當(dāng)反饋信號小于設(shè)定值時，上述控制過程相反。另外,還可以根據(jù)被控制系統(tǒng)的具體情況，來調(diào)整輸入二階低通濾波器的電容大小，使控制過程及時、準(zhǔn)確、穩(wěn)定。有,為使控制過程直觀，還應(yīng)加上設(shè)定量及被控制量的顯示(指示)電路?？蓮膬蓚€輸入端取出信號，然后分別通過隔離放大電路(如用運算放大器組成的電壓跟隨器)送到表頭指示。表頭可采用多功能數(shù)字式電子表頭成品或直接用滿量程5V的機械表頭。

7. 總結(jié)

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)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。用TL494為主要元件實現(xiàn)的閉環(huán)單回路控制器和外圍電路具有構(gòu)思新穎、電路簡單、成本低廉以及控制過程穩(wěn)定等特點，在很多工業(yè)控制場合可獲得廣泛的應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅