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TL494的工作原理资料下载
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2021-04-29
贾桂林
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TL494于1980年代初由德州仪器公司设计并推出，推出后立刻得到市场的广泛接受，尤其是在PC机的ATX半桥电源上。直至今日，仍有相当比例的PC机电源基于TL494芯片。多年来，作为最廉价的双端PWM芯片，TL494在双端拓扑，如推挽和半桥中应用极多。由于其较低的工作频率以及单端的输出端口特性，它常配合功率双极性晶体管(BJT)使用，如用于配合功率MOSFET则需外加电路。
TL494已成为一种工业标准芯片，由很多家集成电路厂商生产。广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。
TL494
一、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，一个可以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.具备欠压封锁功能
二、内部结构
TL494的内部结构图
1.5V基准源
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
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引脚测量到。
3.运算放大器
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。
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
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
脉冲触发器在锯齿波的下降沿且比较器输出1时导通，令两个中的一个输出端(依次轮流)片内三极管导通，并在比较器输出降到0时截止。
6.静区时间比较器
静区(直译死区)时间由Dead Time
Control引脚4设置，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)。
三、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：
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。
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高电平，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。
总结
本文总结了TL494的特征、内部结以及工作原理。虽然TL494的架构被历史证明极为优秀，但由于其老旧的工艺、低频率、以及缺乏新的节能特性，它正在高端市场面临着淘汰。至2008年，几乎没有售价高于人民币300元的开关电源使用TL494作为主控芯片了，尽管低端、中端市场仍然大量采用。
(mbbeetchina)
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hpdlj
2022-05-19
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