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    TL494工作原理及典型电路

    电子技术控 ? 来源:电子技术控 ? 作者:电子技术控 ? 2022-11-09 09:30 ? 次阅读

    今天讲的是TL494,主要分为以下几个方面:

    1. TL494是什么?

    2. TL494引脚图

    3. TL494主要特征

    4. TL494内部结构

    5. TL494工作原理

    6. TL494典型电路

    7. 总结

    1. TL494是什么?

    TL494是一种固定频率脉宽调制电路,它包含了开关电源控制所需的全部功能,广泛应用于桥式单端正激双管式、半、全桥式开关电源。

    TL494器件集成了在单个芯片上构建脉冲宽度调制(PWM)控制电路所需的所有功能。该器件主要设计用于电源控制,可灵活地为特定应用定制电源控制电路。

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    图 1 TL494 PWM控制芯片

    2. TL494引脚图

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    图 2 TL494引脚图

    1脚/同相输入:误差放大器1同相输入端。

    2脚/反相输入:误差放大器1反相输入端。

    3脚/补偿/PWM比较输入:接RC网络,以提高稳定性。

    4脚/死区时间控制:输入0-4VDC电压,控制占空比在0-45%之间变化。同时该因脚也可以作为软启动端,使脉宽在启动时逐步上升到预定值。

    5脚/CT:振荡器外接定时电阻

    6脚/RT:振荡器外接定时电容。振荡频率:f=1/RTCT。

    7脚/GND:电源地。

    8脚/C1:输出1集电极。

    9脚/E1:输出1发射极。

    10脚/E2:输出2发射极。

    11脚/C2:输出2集电极。

    12脚/Vcc:芯片电源正。7-40VDC。

    13脚/输出控制:输出方式控制,该脚接地时,两个输出同步,用于驱动单端电路。接高电平时,两个输出管交替导通,可以用于驱动桥式、推挽式电路的两个开关管。

    14脚/VREF:5VDC电压基准输出。

    15脚/反相输入:误差放大器2反相输入端。

    16脚/同相输入:误差放大器2同相输入端。

    3. TL494主要特征

    (1)具有两个完整的脉宽调制控制电路,是PWM芯片;

    (2)两个误差放大器。一个用于反馈控制,一个定义为过流保护等保护控制;

    (3)带5VDC基准电源;

    (4)死区时间可以调节;

    (5)输出级电流500mA;

    (6)输出控制可以用于推挽、半桥或单端控制;

    (7)具有欠压封锁功能。

    4. TL494内部结构

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    图 3 TL494内部结构图(1)5V基准源(Reference Regulator)

    TL494内置了基于带隙原理的基准源,基准源的稳定输出电压为5V,条件是VCC电压在7V以上,误差在100mV之内。基准源的输出引脚是第14脚REF。

    (2)锯齿波振荡器(Sawtooth oscillator)

    TL494内置了线性锯齿波振荡器,产生0.3~3V的锯齿波。振荡频率可通过外部的一个电阻Rt和一个电容Ct进行调节, 其振荡频率为:f=1/RtCt,其中Rt的单位为欧姆,Ct的单位为法拉。锯齿波可以在Ct引脚测量得到。

    (3)运算放大器(Operational Amplifier)

    TL494集成了两个单电源供电的运算放大器。运算放大器传递函数为ft(ni,inv)=A(ni-inv),但不能越出输出摆幅。一般电源电路中,运放接成闭环运行。少数特殊情况下使用开环,由外界输入信号决定。两个运放的输出端分别接一个二极管,和COMP引脚以及后级电路(比较器)相连接。这保证了两个运放中较高的输出进入后级电路。

    (4)比较器(Comparators)

    运算放大器输出的信号(COMP引脚)在芯片内部进入比较器正输入端,和进入负输入端的锯齿波比较。当锯齿波高于COMP引脚的信号时,比较器输出0,反之则输出1。

    (5)脉冲触发器(Pulse trigger)

    脉冲触发器在锯齿波的下降沿且比较器输出1时导通,它通过一个比较器对脉冲触发器实行干扰,限制最大占空比。可设置的每端占空比上限最高为45%,在工作频率高于150kHz时占空比上限是42%左右(当DTC引脚电平被设为0时)。

    5. TL494工作原理

    TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路,内置了线性锯齿波振荡器,振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节,其振荡频率如下:

    e200f03e-5f59-11ed-8abf-dac502259ad0.png

    输出脉冲的宽度是通过电容CT.上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通,即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大,输出脉冲的宽度将减小。参见下图。

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    图 4 TL494脉冲控制波形图

    控制信号由集成电路外部输入,一路送至死区时间比较器,一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压,它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%,当输出端接地,最大输出占空比为96%,而输出端接参考电平时,占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压(范围在0~3.3V之间)即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。

    脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段: 当反馈电压从0.5V变化到3.5时,输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到(Vcc 2.0)的共模输入范围,这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于平,它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行”或”运算,正是这种电路结构,放大器只需最小的输出即可支配控制回路。

    当比较器CT放电,一个正脉冲出现在死区比较器的输出端,受脉冲约束的双稳触发器进行计时,同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源,那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管,输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态,且最大占空比小于50%时,输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下,当需要更高的驱动电流输出,亦可将Q1和Q2并联使用,这时,需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下,输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。

    6. TL494典型电路

    (1)有刷电动机平滑调速

    TL494外围电路设计PWM调节由TL494CN芯片实现,其电路原理图如下图所示,主要功率器件采用够个MOSFET并联和多个二极管并联的方式。为实现直流有刷电动机的平滑调速,将TL494的13号引脚接地,使TL494工作在单端输出方式,实现PWM占空比从0到96%连续可调。

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    图 5 有刷电动机平滑调速原理图

    为了增大TL494的输出驱动电流,提高驱动能力,并保护TL494的输出端(9号和10号引脚),通过两个高速二极管并联输出的方式,输出最大500mA的电流,很大程度的提高了输出的驱动能力。并在输出端单独采用达林顿管推挽输出,来驱动电枢回路中多个并联的MOSFET,多个MOSFET并联时需要注意均流和散热。

    (2)单回路控制器

    用TL494实现的单回路控制器的电路原理图如下图所示。

    e242c7b6-5f59-11ed-8abf-dac502259ad0.jpg

    图 6 单回路控制器1)输入电路

    两个运算放大器IC1A、IC1B都接成有源简单二阶低通滤波电路, 分别作为反馈信号输入和设定信号输入的处理电路。在电路设计上,两个输入电路采取完全对称的形式。将有源简单二阶低通滤波电路的截止频率fp设计为4Hz,根据有源简单一阶低通滤波电路中fp=0.37f0(f0为该滤波 器的特征频率)选取C1与C2为1μF,然后算得R1与R2为16kΩ。这样可以滤除由于传感器距离较远输入引线过长而带来的高频杂波干扰和平滑传感器信号本身的波动,使加入到TL494的管脚1即误差放大器同相输入端IN+的信号尽可能地平滑和相对稳定。在有源简单二阶低通滤波电路与误差放大器同相输入端IN+之间接有10kΩ的限流隔离电阻。把TL494的14脚输出的5V基准电压源,用3.3kΩ精密多圈电位器W1分压作为设定输入号,通过与处理传感器反馈信号相同的电路,送入TL494的管脚2,即误差放大器的反相输入端IN端。实验中发现,R19、R20这两个限流隔离电阻必不可少。否则,TL494误差放大器的两个输入端的电位将相互影响。另外,实验数据还表明,TL494误差放大器的两个输入端在低电压时跟踪的线性不大好,故这里将两个输入运算放大器的放大倍数取为2,以改善反馈信号与设定信号的跟踪线性。

    2)脉宽调制电路

    在本控制器中只用到了TL494的误差放大器|,故将误差放大器I的IN+(16脚)接地、IN-(15脚)接高电平。为保护TL494的输出三极管,经R13和R10分压,在4脚加接近0.3V的间歇期调整电压。R9、R12和C5组成了相位校正和增益控制网络。经过实验,在本控制器中振荡电阻和振荡电容分别取200kΩ和0.1μF。输出采用并联方式,取自发射级。整机电源取12V单电源。

    3)输出电路

    为了把脉宽变化的方波信号转换为大小变化的直流信号,通过开关二极管D1、 电容C8进行整流滤波。R15作为整流滤波的输出负载,还在脉冲截止期间为C8提供放电回路,使C8上的电压与TL494输出的脉宽成正比。为使输出电压进一步平滑、提高带负载能力以及使输出电压在0~10V之间变化,又加入了一级压控电压源二阶低通滤波电路。在图中所示元件参数下,最大的直流输出电压是10V IC3A输出端接的10V稳压二极管, 是保证在意外的情况下,使输出电不大于10V。

    4)工作过程

    当反馈信号大于设定值时,通过TL494的脉宽调制作用, 其9脚与10脚并联输出信号的脉宽减小,这个输出信号再经整流滤波电路及隔离与放大输出电路,使最后输出的直流控制信号的电压相应下降。直流控制信号通过控制电路经执行机构(如电动机、电热管等)使被控制量下降,再进而通过传感器使反馈信号降低,形成单回路闭环控制。当反馈信号小于设定值时,上述控制过程相反。另外,还可以根据被控制系统的具体情况,来调整输入二阶低通滤波器的电容大小,使控制过程及时、准确、稳定。有,为使控制过程直观,还应加上设定量及被控制量的显示(指示)电路。可从两个输入端取出信号,然后分别通过隔离放大电路(如用运算放大器组成的电压跟随器)送到表头指示。表头可采用多功能数字式电子表头成品或直接用满量程5V的机械表头。

    7. 总结

    TL494是一种固定频率脉宽调制电路,它包含了开关电源控制所需的全部功能,广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。用TL494为主要元件实现的闭环单回路控制器和外围电路具有构思新颖、电路简单、成本低廉以及控制过程稳定等特点,在很多工业控制场合可获得广泛的应用。

    审核编辑:汤梓红

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