TL494脉冲宽度调制控制电路

特点
完整的脉宽调制电源控制电路
200毫安汇极或源电流的未承诺输出
输出控制选择单端或推拉操作
内部电路禁止在任一输出端出现双脉冲
可变死区时间提供对整个范围的控制
内部调节器提供稳定的5-V参考电源，公差为5%
电路结构允许轻松同步
2个应用程序
台式电脑
微波炉
电源：交流/直流，隔离，带功率因数校正，>90瓦
服务器PSU
太阳能微型逆变器
洗衣机：低端和高端
电动自行车
电源：交流/直流，隔离，
无功率因数校正，<90瓦
电源：电信/服务器交流/直流电源：双控制器：模拟
烟雾探测器
太阳能逆变器
引脚图
说明
TL494器件集成了在单芯片上构建脉冲宽度调制（PWM）控制电路所需的所有功能。该设备主要是为电源控制而设计的，它提供了根据特定应用定制电源控制电路的灵活性。
TL494器件包含两个误差放大器、一个片上可调振荡器、一个死区控制（DTC）比较器、一个脉冲转向控制触发器、一个5 V、5%精度的调节器和输出控制电路。
误差放大器的共模电压范围为-0.3V至VCC-2V。死区时间控制比较器有一个固定的偏移量，提供大约5%的死区时间。片上振荡器可以通过终止参考输出的RT并向CT提供锯齿形输入来绕过，也可以驱动同步多轨电源中的公共电路。
非承诺输出晶体管提供公共发射极或发射极跟随器输出能力。TL494设备提供推拉或单端输出操作，可通过输出控制功能进行选择。该装置的结构禁止在推拉操作期间两次脉冲输出。
TL494C装置的特点是在0°C到70°C的温度下工作。TL494I装置的特点是在-40°C到85°C的温度下工作。
参数测量信息

概述
TL494的设计不仅包含了控制开关电源所需的主要模块，而且还解决了许多基本问题，减少了总体设计中所需的额外电路数量。TL494是一种固定频率脉冲宽度调制（PWM）控制电路。输出脉冲的调制是通过比较定时电容器（CT）上的内部振荡器产生的锯齿波与两个控制信号中的任何一个来完成的。当锯齿电压大于电压控制信号时，输出级启用。随着控制信号的增加，锯齿波输入较大的时间减小；因此，输出脉冲持续时间减小。
功能框图

特征描述
5-V参考调节器
TL494内部5-V参考调节器输出为参考引脚。除了提供一个稳定的参考，它还充当一个预调节器，并建立一个稳定的电源，从中为输出控制逻辑、脉冲控制触发器、振荡器、死区控制比较器和PWM比较器供电。调节器采用带隙电路作为其主要参考，以在0°C至70°C的工作自由空气温度范围内保持小于100 mV变化的热稳定性。提供短路保护以保护内部参考和预调节器；10 mA负载电流可用于附加偏置电路。基准在内部编程，初始精度为±5%，在7 V至40 V的输入电压范围内保持小于25 mV变化的稳定性。对于小于7 V的输入电压，调节器在输入电压的1 V范围内饱和并跟踪它。
特征描述（续）
振荡器
振荡器向死区时间和PWM比较器提供正锯齿波，以便与各种控制信号进行比较。
振荡器的频率通过选择定时元件RT和CT来编程。振荡器用恒定电流给外部定时电容器CT充电，其值由外部定时电阻RT决定。这产生线性斜坡电压波形。当电流互感器上的电压达到3V时，振荡器电路将其放电，充电循环重新开始。充电电流由以下公式确定：

死区时间控制
死区时间控制输入提供最小死区时间（关闭时间）的控制。当输入端的电压大于振荡器的斜坡电压时，比较器的输出抑制开关晶体管Q1和Q2。110 mV的内部偏移确保在死区控制输入接地的情况下，最小死区时间为3%。对死区时间控制输入施加电压可以施加额外的死区时间。当输入电压分别从0 V到3.3 V变化时，这提供了从最小3%到100%的死区时间的线性控制。通过全范围控制，可以从外部源控制输出，而不会干扰误差放大器。死区控制输入是一个相对高阻抗输入（II<10μa），应在需要额外控制输出占空比的地方使用。但是，为了进行正确的控制，必须终止输入。开路是一种未定义的情况。
比较仪
比较器偏离5伏基准调节器。这提供了与输入电源的隔离，以提高稳定性。比较器的输入没有滞后现象，因此必须在阈值附近提供防止误触发的保护。比较器从任一控制信号输入到输出晶体管的响应时间为400 ns，只有100 mV的过驱动。这可确保在推荐的300 kHz范围内，在半个周期内对输出进行正控制。
特征描述
脉冲宽度调制（PWM）
比较器还提供输出脉冲宽度的调制控制。为此，将通过定时电容CT的斜坡电压与误差放大器输出处的控制信号进行比较。定时电容器输入包含从控制信号输入中省略的串联二极管。这要求控制信号（误差放大器输出）比CT上的电压大0.7 V，以抑制输出逻辑，并确保最大占空比运行，而无需控制电压下降到实际接地电位。当误差放大器输出的电压分别从0.5v到3.5v变化时，输出脉冲宽度从周期的97%到0变化。
误差放大器
两个高增益误差放大器都从VI供电轨接收其偏置。这允许共模输入电压范围从-0.3V到2V小于VI。两个放大器的特性都是单端单电源放大器，因为每个输出都是高电平有源。这使得每个放大器能够独立地上拉以减小输出脉冲宽度需求。当两个输出在PWM比较器的反向输入节点处同时为或时，要求最小脉冲输出的放大器占主导地位。当两个放大器都被偏置时，放大器输出被电流接收器偏置为低，以提供最大的脉冲宽度。
输出控制输入
输出控制输入决定输出晶体管是并联工作还是推挽工作。该输入是脉冲控制触发器的电源。输出控制输入是异步的，并且直接控制输出，与振荡器或脉冲控制触发器无关。输入条件是应用程序定义的固定条件。对于并联运行，输出控制输入必须接地。这将禁用脉冲控制触发器并禁用其输出。在这种模式下，在死区时间控制/PWM比较器的输出处看到的脉冲由两个输出晶体管并行传输。对于推拉操作，输出控制输入必须连接到内部5 V参考调节器。在这种情况下，每个输出晶体管交替地由脉冲控制触发器启用。
输出晶体管
TL494上有两个输出晶体管。这两个晶体管都被配置为开放集电极/开放发射极，每个晶体管都能吸收或源极高达200毫安。晶体管的饱和电压在公共发射极配置中小于1.3v，在发射极跟随器配置中小于2.5v。保护输出不受过度功耗的影响，以防止损坏，但不采用足够的电流限制，以允许它们作为电流源输出运行。
设备功能模式
当输出控制销与接地连接时，TL494以单端或并联模式工作。当输出控制销连接到VREF时，TL494在正常的推拉操作中工作。
申请信息
以下设计示例使用TL494创建5-V/10-a电源。
典型应用

开关和控制部分
设计要求
VI=32伏
VO=5伏
IO=10安
fOSC=20 kHz开关频率
VR=20 mV峰间电压（VRIPPLE）
IL=1.5-A电感电流变化
详细设计程序
输入电源
此电源的32-V直流电源使用额定值为75 VA的120-V输入、24-V输出变压器。24-V二次绕组为全波桥式整流器供电，然后是限流电阻器（0.3Ω）和两个滤波电容器

误差放大器
误差放大器将5-V输出的样本与参考电压进行比较，并调整脉宽调制以保持恒定的输出电流。

误差放大器部分
TL494内部5伏参考电压被R3和R4除以2.5伏。输出电压误差信号也被R8和R9分为2.5v。如果必须将输出精确调节到5.0 V，则可以使用10-kΩ电位计代替R8进行调整。
为了提高误差放大电路的稳定性，通过RT将误差放大电路的输出反馈给逆变输入，将增益降低到101。
限流放大器
电源设计为10 a负载电流和1.5 a的IL摆动，因此，短路电流应为：

限流电路
电阻器R1和R2在限流放大器的反向输入上设置大约1v的参考电压。与负载串联的电阻器R13在负载电流达到10a时向限流放大器的非垂直端施加1v电压。输出脉冲宽度相应减小
软启动和停止时间
为了减小开关晶体管在启动时的应力，必须减小输出滤波电容充电时的启动浪涌。死区控制的可用性使得软启动电路的实现相对简单

软起动电路
软启动电路通过对死区控制输入（引脚4）施加负斜率波形，使输出处的脉冲宽度缓慢增加。
最初，电容器C2强制死区控制输入跟随5-V调节器，从而禁用输出（100%死区时间）。当电容器通过R6充电时，输出脉冲宽度缓慢增加，直到控制回路接受指令。当R6和R7的电阻比为1:10时，起动后4号脚的电压为0.1×5V或0.5V。
电源建议
TL494设计用于在7 V和40 V之间的输入电压供电范围内工作。该输入电源应调节良好。如果输入电源距离设备超过几英寸，除了陶瓷旁路电容器外，还需要额外的大容量电容。一个值为47μF的钽电容器是一个典型的选择，但是这可能会因输出功率的不同而有所不同。
布局指南
始终尝试使用铁氧体型闭合磁芯的低EMI电感器。一些例子将是环形和封装的E芯电感。如果开放式磁芯具有低EMI特性，并且位于离低功率记录道和组件稍远的地方，则可以使用开放式磁芯。如果使用开放式磁芯，也要使磁极垂直于PCB。棒芯通常会发出最不需要的噪音。
反馈记录
试着运行反馈跟踪尽可能远离电感和噪声功率跟踪。您还希望反馈跟踪尽可能直接，并且有点厚。这两种情况有时需要权衡，但让它远离电感器EMI和其他噪声源才是最关键的。在与感应器相对的PCB一侧运行反馈轨迹，接地平面将两者分开。
输入/输出电容器
当使用低值陶瓷输入滤波电容器时，应尽可能靠近集成电路的VCC引脚。这将消除尽可能多的跟踪电感效应，并给内部集成电路轨道一个更清洁的电压供应。有些设计要求使用从输出端连接到反馈管脚的前馈电容器，通常是出于稳定性的原因。在这种情况下，还应将其放置在尽可能靠近IC的位置。使用表面贴装电容器还可以减少引线长度，并减少噪声耦合到通孔组件产生的有效天线中的机会。
补偿组件
外部稳定补偿元件也应靠近集成电路放置。这里也推荐表面贴装元件，原因与滤波器电容器相同。这些也不应该位于非常靠近感应器。
迹线和地平面
使所有的功率（大电流）轨迹尽可能短，直接，厚。在标准的PCB板上，每安培使记录道绝对最小为15 mils（0.381 mm）是一种良好的做法。电感器、输出电容器和输出二极管应尽可能靠近。这有助于减少功率跟踪辐射的电磁干扰，因为通过它们的高开关电流。这也将减少引线电感和电阻，从而减少噪声尖峰、振铃和产生电压误差的电阻损耗。集成电路、输入电容器、输出电容器和输出二极管（如适用）的接地应直接连接到接地平面。在印刷电路板的两边都有一个接地平面也是个好主意。这将通过减少接地回路误差以及吸收更多电感器辐射的EMI来降低噪声。对于具有两层以上的多层板，可以使用一个接地平面来分离电源平面（电源轨迹和组件所在的位置）和信号平面（反馈和补偿以及组件所在的位置），以提高性能。在多层板上，需要使用过孔连接迹线和不同平面。如果轨迹需要从一个平面到另一个平面传导大量电流，则每200毫安电流使用一个标准通孔是良好的做法。排列这些元件，使开关电流回路沿同一方向卷曲。由于开关调节器的工作方式，有两种功率状态。一种状态在开关打开时，另一种状态在开关关闭时。在每种状态下，都会有一个电流回路，由当前正在导通的功率元件构成。放置电源部件，以便在两种状态中的每一种状态下，电流回路都在同一方向上传导。这可以防止磁道在两个半周期之间引起的磁场反转，并减少辐射电磁干扰。