TL494 開(kāi)關(guān)電源芯片詳解

一、概述

TL494 是德州儀器（TI）推出的一款經(jīng)典脈寬調(diào)制（PWM）控制器，被廣泛用于開(kāi)關(guān)電源（Switching Power Supply, SPS）、DC-DC 轉(zhuǎn)換器、不間斷電源（UPS）等應(yīng)用中。作為一款雙端輸出 PWM 控制芯片，它的核心功能是調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電源的占空比，使輸出電壓穩(wěn)定，同時(shí)提高轉(zhuǎn)換效率。

TL494 具有較高的集成度，內(nèi)部集成了兩個(gè)誤差放大器、一個(gè)振蕩器、一個(gè)死區(qū)時(shí)間控制電路、一個(gè) PWM 比較器、一個(gè)推挽式輸出控制電路等組件。其靈活的配置方式使其成為電子工程師設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)的常用芯片。

二、TL494 的常見(jiàn)型號(hào)

TL494 作為一款經(jīng)典的 PWM 控制器，市場(chǎng)上有多個(gè)封裝和變種版本，常見(jiàn)型號(hào)包括：

1. TL494CN：DIP-16 雙列直插封裝，適用于一般應(yīng)用場(chǎng)合，易于手工焊接。

2. TL494CD：SOIC-16 表貼封裝，適用于緊湊型電路板設(shè)計(jì)。

3. TL494ID：更適用于工業(yè)應(yīng)用，耐溫范圍更廣。

4. TL494Q：車(chē)規(guī)級(jí)版本，適用于汽車(chē)電子應(yīng)用。

不同封裝的 TL494 在功能上基本相同，僅封裝形式和工作環(huán)境適應(yīng)性有所不同，用戶可根據(jù)需求選擇合適的型號(hào)。

三、TL494 的主要參數(shù)

TL494 作為一款經(jīng)典的 PWM 控制芯片，以下是其主要電氣參數(shù)：

這些參數(shù)決定了 TL494 的應(yīng)用范圍及其在不同電路設(shè)計(jì)中的靈活性。

四、TL494 的工作原理

TL494 的核心功能是控制開(kāi)關(guān)電源的占空比，使其輸出電壓穩(wěn)定，并提高轉(zhuǎn)換效率。它的工作原理主要包括以下幾個(gè)部分：

1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

TL494 由以下幾個(gè)關(guān)鍵功能模塊組成：

• 振蕩器：產(chǎn)生基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，決定 PWM 頻率。

• 誤差放大器：檢測(cè)輸出電壓與參考電壓的偏差，并進(jìn)行誤差信號(hào)放大。

• PWM 比較器：比較誤差信號(hào)與鋸齒波信號(hào)，調(diào)節(jié) PWM 脈沖寬度。

• 死區(qū)時(shí)間控制：防止功率開(kāi)關(guān)管的直通，降低開(kāi)關(guān)損耗。

• 輸出控制邏輯：控制 PWM 信號(hào)的輸出方式（單端或推挽）。

2. 頻率設(shè)定

TL494 的振蕩器頻率由外部電阻（Rt）和電容（Ct）決定，計(jì)算公式如下：

$$f = frac{1.1}{Rt imes Ct}$$f=Rt×Ct1.1

其中，Rt 一般取 1kΩ ~ 100kΩ，Ct 取 470pF ~ 100nF，可調(diào)整 TL494 的工作頻率在 1kHz ~ 300kHz 之間。

3. PWM 占空比調(diào)節(jié)

TL494 通過(guò)誤差放大器檢測(cè)輸出電壓變化，并控制 PWM 信號(hào)的占空比，使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。例如，當(dāng)負(fù)載增大導(dǎo)致輸出電壓下降時(shí)，誤差放大器會(huì)增大 PWM 占空比，提高輸出功率；反之，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，占空比會(huì)自動(dòng)減少，以維持穩(wěn)定的電壓輸出。

4. 死區(qū)時(shí)間控制

死區(qū)時(shí)間（Dead Time）是指兩路 PWM 信號(hào)之間的間隔時(shí)間，主要用于避免功率管的交叉導(dǎo)通。TL494 通過(guò)死區(qū)時(shí)間控制端（Pin 4）調(diào)整死區(qū)時(shí)間，計(jì)算公式如下：

$$D_{min} = frac{V_{DT}}{V_{ref}}$$Dmin=VrefVDT

其中，$V_{DT}$VDT 是死區(qū)時(shí)間控制端的電壓，$V_{ref}$Vref 是內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（5V）。

5. 輸出模式

TL494 具有兩種輸出模式：

• 單端模式（Single-ended mode）：兩個(gè)輸出端交替輸出 PWM 信號(hào)，適用于 Buck、Boost 或單端反激式電源。

• 推挽模式（Push-pull mode）：兩個(gè)輸出端以 180° 相位差輸出，適用于推挽式和半橋、全橋拓?fù)洹?/span>

五、TL494 的主要特點(diǎn)

TL494 具有以下顯著特點(diǎn)：

1. 高集成度：內(nèi)部包含 PWM 控制所需的所有關(guān)鍵電路，無(wú)需外部補(bǔ)償。

2. 靈活的輸出控制：支持單端和推挽輸出，適用于多種電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3. 占空比可調(diào)：可根據(jù)需求精確調(diào)整 PWM 信號(hào)的占空比，提高電源效率。

4. 低功耗：靜態(tài)功耗較低，適用于節(jié)能型電源設(shè)計(jì)。

5. 可靠性高：具備良好的溫度穩(wěn)定性和抗干擾能力，適用于工業(yè)應(yīng)用。

六、TL494 的應(yīng)用領(lǐng)域

TL494 主要用于各種 DC-DC 變換電路及 AC-DC 開(kāi)關(guān)電源，具體應(yīng)用包括：

1. 計(jì)算機(jī)電源：用于 ATX 電源中的 PWM 控制。

2. 電池充電器：可實(shí)現(xiàn)恒流、恒壓控制，廣泛用于鋰電池充電。

3. DC-DC 轉(zhuǎn)換器：應(yīng)用于升壓、降壓、反激式和推挽式電源。

4. 太陽(yáng)能逆變器：用于太陽(yáng)能 MPPT 控制，提高能量轉(zhuǎn)換效率。

5. 工業(yè)控制電源：用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、工控設(shè)備供電。

七、典型應(yīng)用電路

TL494 可用于多種開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)，下面介紹其典型的 BUCK 降壓電路。

主要元件：

• TL494（PWM 控制器）

• Q1（N 溝道 MOSFET，開(kāi)關(guān)管）

• L1（電感，儲(chǔ)能元件）

• D1（肖特基二極管，續(xù)流）

• C1（輸出濾波電容）

• R1、R2（電壓分壓電阻）

工作原理：
TL494 產(chǎn)生 PWM 信號(hào)控制 Q1 開(kāi)關(guān)，Q1 導(dǎo)通時(shí)，電感 L1 儲(chǔ)能，電容 C1 充電；Q1 關(guān)閉時(shí)，L1 釋放能量，D1 續(xù)流，輸出電壓保持穩(wěn)定。

八、總結(jié)

TL494 作為一款經(jīng)典 PWM 控制芯片，因其高穩(wěn)定性、易用性和良好的調(diào)節(jié)特性，在開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。它支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可靈活配置占空比、頻率和死區(qū)時(shí)間，適用于各種 DC-DC 轉(zhuǎn)換電路。對(duì)于電子工程師而言，熟練掌握 TL494 的特性和應(yīng)用技巧，將有助于高效設(shè)計(jì)高性能開(kāi)關(guān)電源。