开关模式脉冲宽度调制控制电路 TL494、NCV494 深度解析

在电子工程师的设计工作中，开关模式电源的控制至关重要，而 onsemi 推出的 TL494 和 NCV494 开关模式脉冲宽度调制控制电路，为电源控制提供了可靠的解决方案。下面我们就来详细了解这两款电路。

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一、产品概述

TL494 是一款固定频率的脉冲宽度调制控制电路，主要用于开关模式电源控制。它集成了开关电源控制所需的主要构建模块，具有完整的脉冲宽度调制控制电路、片上振荡器、片上误差放大器、片上 5.0V 参考以及可调节死区时间控制等特点。NCV494 带有 NCV 前缀，适用于汽车和其他需要场地和控制变更的应用。

二、产品特性

（一）功能特性

1. 完整的 PWM 控制电路：提供了完整的脉冲宽度调制控制功能，能够精确控制电源的输出。
2. 片上振荡器：支持主从操作模式，可通过外部电阻 (R_T) 和电容 (CT) 对振荡器频率进行编程，其近似频率计算公式为 (f{osc }=frac{1.1}{R{T} cdot C{T}})。
3. 误差放大器：具有良好的性能，可用于检测电源输出电压和电流，其输出为高电平有效，并在脉宽调制比较器的同相输入端进行或运算。
4. 5.0V 参考：内部 5.0V 参考能够为外部偏置电路提供高达 10mA 的负载电流，在 0° 至 70°C 的工作温度范围内，典型热漂移小于 50mV，内部精度为 5.0%。
5. 死区时间控制：死区时间控制比较器具有 120mV 的有效输入偏移，可将最小输出死区时间限制在锯齿波周期的约 4%，通过设置死区时间控制输入电压（0V 至 3.3V），可进一步控制输出的死区时间。

（二）封装特性

提供 Pb - Free 封装选项，满足环保要求。其封装为 SOIC - 16（CASE 751B），具体尺寸为 9.90x3.90x1.37 1.27P，同时给出了详细的引脚连接和标记图。

三、电气参数

（一）最大额定值

额定参数	符号	值	单位
电源电压	(V_{CC})	42	V
集电极输出电压	(V{c1}, V{C2})	42	V
集电极输出电流（每个晶体管）	(I{c1}, I{c2})	500	mA
放大器输入电压范围	(V_{IR})	-0.3 至 +42	V
功率耗散（(T_{A} leq 45^{circ} C)）	(P_{D})	1000	mW
热阻，结到环境	(R_{UA})	80	°C/W
工作结温	(T_{J})	125	°C
存储温度范围	(T_{stg})	-55 至 +125	°C
工作环境温度范围（不同型号）	(T_{A})	不同型号有不同范围，如 -40 至 +125°C 等	°C
降额环境温度	(T_{A})	45	°C

（二）推荐工作条件

特性	符号	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压	(V_{CC})	7.0	15	40	V
集电极输出电压	(V{c1}, V{c2})		30	40	V
集电极输出电流（每个晶体管）	(I{c1}, I{c2})			200	mA
放大输入电压	(V_{in})	-0.3		(V_{CC}-2.0)	V
反馈端子电流	(I_{fb})			0.3	mA
参考输出电流	(I_{ref})			10	mA
定时电阻	(R_{T})	1.8	30	500	kΩ
定时电容	(C_{T})	0.0047	0.001	10	μF
振荡器频率	(f_{osc})	1.0	40	200	kHz

（三）电气特性

文档详细给出了参考部分、输出部分、误差放大器部分、PWM 比较器部分、死区时间控制部分、振荡器部分、欠压锁定部分以及整个器件的电气特性参数，包括电压、电流、频率等方面的最小、典型和最大值。例如，参考电压在 (I_{O}=1.0 ~mA) 时，典型值为 5.0V，最小值为 4.75V，最大值为 5.25V。

四、工作原理

输出脉冲宽度调制是通过将电容 (C_T) 上的正锯齿波波形与两个控制信号之一进行比较来实现的。当锯齿波电压大于控制信号时，驱动输出晶体管 Q1 和 Q2 的或非门被启用，控制信号幅度的增加会导致输出脉冲宽度线性减小。控制信号可以是外部输入，可输入到死区时间控制、误差放大器输入或反馈输入。

当输出控制连接到参考线时，脉冲转向触发器会将调制脉冲交替引导到两个输出晶体管，实现推挽操作，输出频率为振荡器频率的一半。当需要单端操作且最大导通时间小于 50% 时，可从 Q1 或 Q2 取输出驱动。若单端操作需要更高的输出驱动电流，可将 Q1 和 Q2 并联，并将输出模式引脚接地以禁用触发器，此时输出频率等于振荡器频率。

五、应用信息

（一）应用电路示例

文档给出了多个应用电路，如脉冲宽度调制推挽转换器、脉冲宽度调制降压转换器等，并给出了相应的测试条件和结果。例如，在脉冲宽度调制推挽转换器中，进行了线调节、负载调节、输出纹波、短路电流和效率等测试，结果显示线调节为 14mV（0.28%），负载调节为 3.0mV（0.06%），输出纹波为 65mV pp，短路电流为 1.6A，效率为 71%。

（二）设计考虑

在使用 TL494 和 NCV494 进行设计时，需要根据具体应用需求合理选择外部元件，如定时电阻 (R_T) 和定时电容 (C_T)，以确定振荡器频率。同时，要注意死区时间的控制，确保电源的稳定运行。

六、总结

TL494 和 NCV494 开关模式脉冲宽度调制控制电路以其丰富的功能特性和良好的电气性能，为开关模式电源的设计提供了强大的支持。电子工程师在设计过程中，可根据实际需求合理利用其特性，优化电源设计。大家在实际应用中是否遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。