今天講的是TL494，主要分為(wei) 以下幾個(ge) 方麵：

1. TL494是什麽(me) ？

2. TL494引腳圖

3. TL494主要特征

4. TL494內(nei) 部結構

5. TL494工作原理

6. TL494典型電路

7. 總結

 

1. TL494是什麽？

TL494是一種固定頻率脈寬調製電路，它包含了開關(guan) 電源控製所需的全部功能，廣泛應用於(yu) 橋式單端正激雙管式、半、全橋式開關(guan) 電源。

TL494器件集成了在單個(ge) 芯片上構建脈衝(chong) 寬度調製(PWM)控製電路所需的所有功能。該器件主要設計用於(yu) 電源控製，可靈活地為(wei) 特定應用定製電源控製電路。

 

圖 1 TL494 PWM控製芯片

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(chang) /PWM比較輸入：接RC網絡，以提高穩定性。

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

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發射極。

10腳/E2：輸出2發射極。

11腳/C2：輸出2集電極。

12腳/Vcc：芯片電源正。7-40VDC。

13腳/輸出控製：輸出方式控製，該腳接地時，兩(liang) 個(ge) 輸出同步，用於(yu) 驅動單端電路。接高電平時，兩(liang) 個(ge) 輸出管交替導通，可以用於(yu) 驅動橋式、推挽式電路的兩(liang) 個(ge) 開關(guan) 管。

14腳/VREF：5VDC電壓基準輸出。

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(liang) 個(ge) 完整的脈寬調製控製電路，是PWM芯片；

（2）兩(liang) 個(ge) 誤差放大器。一個(ge) 用於(yu) 反饋控製，一個(ge) 定義(yi) 為(wei) 過流保護等保護控製；

（3）帶5VDC基準電源；

（4）死區時間可以調節；

（5）輸出級電流500mA；

（6）輸出控製可以用於(yu) 推挽、半橋或單端控製；

（7）具有欠壓封鎖功能。

 

4. TL494內部結構

 

圖 3 TL494內(nei) 部結構圖

（1）5V基準源（Reference Regulator）

TL494內(nei) 置了基於(yu) 帶隙原理的基準源，基準源的穩定輸出電壓為(wei) 5V，條件是VCC電壓在7V以上，誤差在100mV之內(nei) 。基準源的輸出引腳是第14腳REF。

（2）鋸齒波振蕩器（Sawtooth oscillator）

TL494內(nei) 置了線性鋸齒波振蕩器，產(chan) 生0.3~3V的鋸齒波。振蕩頻率可通過外部的一個(ge) 電阻Rt和一個(ge) 電容Ct進行調節， 其振蕩頻率為(wei) ：f=1/RtCt，其中Rt的單位為(wei) 歐姆，Ct的單位為(wei) 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(liang) 個(ge) 單電源供電的運算放大器。運算放大器傳(chuan) 遞函數為(wei) ft(ni,inv)=A(ni-inv)，但不能越出輸出擺幅。一般電源電路中，運放接成閉環運行。少數特殊情況下使用開環，由外界輸入信號決(jue) 定。兩(liang) 個(ge) 運放的輸出端分別接一個(ge) 二極管，和COMP引腳以及後級電路(比較器)相連接。這保證了兩(liang) 個(ge) 運放中較高的輸出進入後級電路。

（4）比較器（Comparators）

運算放大器輸出的信號（COMP引腳）在芯片內(nei) 部進入比較器正輸入端，和進入負輸入端的鋸齒波比較。當鋸齒波高於(yu) COMP引腳的信號時，比較器輸出0，反之則輸出1。

（5）脈衝(chong) 觸發器（Pulse trigger）

脈衝(chong) 觸發器在鋸齒波的下降沿且比較器輸出1時導通，它通過一個(ge) 比較器對脈衝(chong) 觸發器實行幹擾，限製最大占空比。可設置的每端占空比上限最高為(wei) 45%，在工作頻率高於(yu) 150kHz時占空比上限是42%左右（當DTC引腳電平被設為(wei) 0時）。

 

5. TL494工作原理

TL494是一個(ge) 固定頻率的脈衝(chong) 寬度調製電路，內(nei) 置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個(ge) 電阻和一個(ge) 電容進行調節，其振蕩頻率如下：

  

輸出脈衝(chong) 的寬度是通過電容CT.上的正極性鋸齒波電壓與(yu) 另外兩(liang) 個(ge) 控製信號進行比較來實現。功率輸出管Q1和Q2受控於(yu) 或非門。當雙穩觸發器的時鍾信號為(wei) 低電平時才會(hui) 被選通，即隻有在鋸齒波電壓大於(yu) 控製信號期間才會(hui) 被選通。當控製信號增大，輸出脈衝(chong) 的寬度將減小。參見下圖。

 

圖 4 TL494脈衝(chong) 控製波形圖

控製信號由集成電路外部輸入，一路送至死區時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。 死區時間比較器具有120mV的輸入補償(chang) 電壓，它限製了最小輸出死區時間約等於(yu) 鋸齒波周期的4%，當輸出端接地，最大輸出占空比為(wei) 96%,而輸出端接參考電平時，占空比為(wei) 48%。當把死區時間控製輸入端接上固定的電壓(範圍在0~3.3V之間)即能在輸出脈衝(chong) 上產(chan) 生附加的死區時間。

脈衝(chong) 寬度調製比較器為(wei) 誤差放大器調節輸出脈寬提供了一個(ge) 手段: 當反饋電壓從(cong) 0.5V變化到3.5時，輸出的脈衝(chong) 寬度從(cong) 被死區確定的最大導通百分比時間中下降到零。兩(liang) 個(ge) 誤差放大器具有從(cong) -0.3V到(Vcc 2.0)的共模輸入範圍,這可能從(cong) 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於(yu) 平,它與(yu) 脈衝(chong) 寬度調製器的反相輸入端進行”或”運算,正是這種電路結構,放大器隻需最小的輸出即可支配控製回路。

當比較器CT放電，一個(ge) 正脈衝(chong) 出現在死區比較器的輸出端,受脈衝(chong) 約束的雙穩觸發器進行計時,同時停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控製端連接到參考電壓源，那麽(me) 調製脈衝(chong) 交替輸出至兩(liang) 個(ge) 輸出晶體(ti) 管,輸出頻率等於(yu) 脈衝(chong) 振蕩器的一半。如果工作於(yu) 單端狀態，且最大占空比小於(yu) 50%時,輸出驅動信號分別從(cong) 晶體(ti) 管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個(ge) 反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當需要更高的驅動電流輸出,亦可將Q1和Q2並聯使用，這時，需將輸出模式控製腳接地以關(guan) 閉雙穩觸發器。這種狀態下，輸出的脈衝(chong) 頻率將等於(yu) 振蕩器的頻率。

 

6. TL494典型電路

（1）有刷電動機平滑調速

TL494外圍電路設計PWM調節由TL494CN芯片實現，其電路原理圖如下圖所示，主要功率器件采用多個(ge) MOSFET並聯和多個(ge) 二極管並聯的方式。為(wei) 實現直流有刷電動機的平滑調速，將TL494的13號引腳接地，使TL494工作在單端輸出方式，實現PWM占空比從(cong) 0到96%連續可調。

 

圖 5 有刷電動機平滑調速原理圖

為(wei) 了增大TL494的輸出驅動電流，提高驅動能力，並保護TL494的輸出端(9號和10號引腳)，通過兩(liang) 個(ge) 高速二極管並聯輸出的方式，輸出最大500mA的電流，很大程度的提高了輸出的驅動能力。並在輸出端單獨采用達林頓管推挽輸出,來驅動電樞回路中多個(ge) 並聯的MOSFET，多個(ge) MOSFET並聯時需要注意均流和散熱。

 

（2）單回路控製器

用TL494實現的單回路控製器的電路原理圖如下圖所示。

 

圖 6 單回路控製器

1）輸入電路

兩(liang) 個(ge) 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(wei) 反饋信號輸入和設定信號輸入的處理電路。在電路設計上，兩(liang) 個(ge) 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設計為(wei) 4Hz，根據有源簡單一階低通濾波電路中fp=0.37f0(f0為(wei) 該濾波 器的特征頻率)選取C1與(yu) C2為(wei) 1μF，然後算得R1與(yu) R2為(wei) 16kΩ。這樣可以濾除由於(yu) 傳(chuan) 感器距離較遠輸入引線過長而帶來的高頻雜波幹擾和平滑傳(chuan) 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定。在有源簡單二階低通濾波電路與(yu) 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基準電壓源，用3.3kΩ精密多圈電位器W1分壓作為(wei) 設定輸入號，通過與(yu) 處理傳(chuan) 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。實驗中發現，R19、R20這兩(liang) 個(ge) 限流隔離電阻必不可少。否則，TL494誤差放大器的兩(liang) 個(ge) 輸入端的電位將相互影響。另外,實驗數據還表明，TL494誤差放大器的兩(liang) 個(ge) 輸入端在低電壓時跟蹤的線性不大好,故這裏將兩(liang) 個(ge) 輸入運算放大器的放大倍數取為(wei) 2，以改善反饋信號與(yu) 設定信號的跟蹤線性。

2）脈寬調製電路

在本控製器中隻用到了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(wei) 保護TL494的輸出三極管，經R13和R10分壓，在4腳加接近0.3V的間歇期調整電壓。R9、R12和C5組成了相位校正和增益控製網絡。經過實驗，在本控製器中振蕩電阻和振蕩電容分別取200kΩ和0.1μF。輸出采用並聯方式，取自發射級。整機電源取12V單電源。

3）輸出電路

為(wei) 了把脈寬變化的方波信號轉換為(wei) 大小變化的直流信號，通過開關(guan) 二極管D1、 電容C8進行整流濾波。R15作為(wei) 整流濾波的輸出負載，還在脈衝(chong) 截止期間為(wei) C8提供放電回路，使C8上的電壓與(yu) TL494輸出的脈寬成正比。為(wei) 使輸出電壓進一步平滑、提高帶負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下，最大的直流輸出電壓是10V IC3A輸出端接的10V穩壓二極管, 是保證在意外的情況下，使輸出電不大於(yu) 10V。

4）工作過程

當反饋信號大於(yu) 設定值時，通過TL494的脈寬調製作用， 其9腳與(yu) 10腳並聯輸出信號的脈寬減小,這個(ge) 輸出信號再經整流濾波電路及隔離與(yu) 放大輸出電路，使最後輸出的直流控製信號的電壓相應下降。直流控製信號通過控製電路經執行機構(如電動機、電熱管等)使被控製量下降，再進而通過傳(chuan) 感器使反饋信號降低,形成單回路閉環控製。當反饋信號小於(yu) 設定值時，上述控製過程相反。另外,還可以根據被控製係統的具體(ti) 情況，來調整輸入二階低通濾波器的電容大小，使控製過程及時、準確、穩定。有,為(wei) 使控製過程直觀，還應加上設定量及被控製量的顯示(指示)電路。可從(cong) 兩(liang) 個(ge) 輸入端取出信號，然後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字式電子表頭成品或直接用滿量程5V的機械表頭。

 

7. 總結

TL494是一種固定頻率脈寬調製電路，它包含了開關(guan) 電源控製所需的全部功能，廣泛應用於(yu) 單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guan) 電源。用TL494為(wei) 主要元件實現的閉環單回路控製器和外圍電路具有構思新穎、電路簡單、成本低廉以及控製過程穩定等特點，在很多工業(ye) 控製場合可獲得廣泛的應用。