一文詳解PWM控制器TL494的工作原理

第第頁(yè)一文詳解PWM控制器TL494的工作原理L494的（降壓轉(zhuǎn)換器）電路。

降壓轉(zhuǎn)換器（降壓轉(zhuǎn)換器）是一種（DC）-DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，可在降低電壓的同時(shí)保持恒定的功率平衡。降壓轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是效率，這意味著板載降壓轉(zhuǎn)換器可以延長(zhǎng)電池壽命、減少熱量、減小尺寸并提高效率。

一、降壓轉(zhuǎn)換器如何工作？

降壓轉(zhuǎn)換器

上圖顯示了一個(gè)基本的降壓轉(zhuǎn)換器電路。如果要了解降壓轉(zhuǎn)換器的（工作原理），可以分2種情況，一是（晶體管）導(dǎo)通、二是晶體管關(guān)斷。

1、晶體管導(dǎo)通狀態(tài)

晶體管導(dǎo)通狀態(tài)

在這種情況下，我們可以看到（二極管）處于開(kāi)路狀態(tài)，因?yàn)樗幱诜聪蚱脿顟B(tài)。在這種情況下，一些初始（電流）將開(kāi)始流過(guò)負(fù)載，但電流受到電感的限制，因此電感也開(kāi)始逐漸充電。因此，在電路導(dǎo)通期間，（電容）周期積累電荷，并且該電壓反映在負(fù)載兩端。

2、晶體管關(guān)斷狀態(tài)

晶體管導(dǎo)通狀態(tài)

當(dāng)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，存儲(chǔ)在電感L1中的能量崩潰并通過(guò)二極管D1流回，如電路中的箭頭所示。在這種情況下，電感兩端的電壓呈反極性，因此二極管處于正向偏置狀態(tài)?，F(xiàn)在由于電感磁場(chǎng)的崩潰，電流繼續(xù)流過(guò)負(fù)載，直到電感耗盡電荷。

在電感幾乎耗盡存儲(chǔ)能量的一段時(shí)間后，負(fù)載電壓再次開(kāi)始下降，在這種情況下，電容C1成為主要電流源，電容在那里保持電流流動(dòng)直到下一個(gè)周期開(kāi)始再次。

通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)時(shí)間，我們可以從降壓轉(zhuǎn)換器獲得從0到Vin的任何輸出。

三、（集成電路）TL494

在構(gòu)建TL494降壓轉(zhuǎn)換器下之前，先了解PWM控制器TL494的工作原理。TL494IC有8個(gè)功能塊，如下所示和描述。

集成電路TL494

1、5V參考穩(wěn)壓器

5V內(nèi)部參考穩(wěn)壓器輸出是REF引腳，即IC的引腳14。參考穩(wěn)壓器為內(nèi)部電路提供穩(wěn)定的（電源），如脈沖控制觸發(fā)器、（振蕩器）、死區(qū)時(shí)間控制（比較器）和PWM比較器。穩(wěn)壓器還用于驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)控制輸出的誤差（放大器）。

5V參考穩(wěn)壓器

該基準(zhǔn)在內(nèi)部（編程）為±5%的初始精度，并在7V至40V的輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性。對(duì)于低于7V的輸入電壓，穩(wěn)壓器在輸入的1V范圍內(nèi)飽和并跟蹤它。

2、振蕩器

振蕩器生成鋸齒波并向死區(qū)時(shí)間控制器和PWM比較器提供各種控制（信號(hào)）。振蕩器的頻率可以通過(guò)選擇定時(shí)元件RT和CT來(lái)設(shè)置。

振蕩器

振蕩器的頻率可以通過(guò)下面的公式計(jì)算：

F=1/(RT*CT)

僅對(duì)于單端應(yīng)用，振蕩器頻率等于輸出頻率。對(duì)于推挽應(yīng)用，輸出頻率是振蕩器頻率的二分之一。

3、死區(qū)時(shí)間控制比較器

死區(qū)時(shí)間或簡(jiǎn)單地說(shuō)關(guān)斷時(shí)間控制提供最小死區(qū)時(shí)間或關(guān)斷時(shí)間。當(dāng)輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時(shí)，死區(qū)時(shí)間比較器的輸出會(huì)阻止開(kāi)關(guān)晶體管。向DTC引腳施加電壓會(huì)產(chǎn)生額外的死區(qū)時(shí)間，因此當(dāng)輸入電壓從0到3V變化時(shí)，會(huì)提供從最小值3%到100%的額外死區(qū)時(shí)間。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們可以在不調(diào)整誤差放大器的情況下改變輸出波的占空比。

死區(qū)時(shí)間控制比較器

110mV的內(nèi)部偏移確保死區(qū)時(shí)間控制輸入接地時(shí)的最小死區(qū)時(shí)間為3%。

4、誤差放大器

兩個(gè)高增益誤差放大器都從VI電源軌接收偏置。允許共模輸入電壓范圍從–0.3V到2V，低于VI。兩個(gè)放大器的行為都具有單端單電源放大器的特征，因?yàn)槊總€(gè)輸出僅為高電平有效。

誤差放大器

5、輸出控制輸入

輸出控制輸入

輸出控制輸入決定了輸出晶體管是以并聯(lián)模式還是以推挽模式運(yùn)行。通過(guò)將引腳13的輸出控制引腳接地，可將輸出晶體管設(shè)置為并聯(lián)運(yùn)行模式。但通過(guò)將此引腳連接到5V-REF引腳，可將輸出晶體管設(shè)置為推挽模式。

6、輸出晶體管

該IC有兩個(gè)內(nèi)部輸出晶體管，采用集電極開(kāi)路和發(fā)射極開(kāi)路配置，通過(guò)它們可以提供或吸收高達(dá)200mA的最大電流。

輸出晶體管

這些晶體管在共發(fā)射極配置中的飽和電壓小于1.3V，在射極跟隨器配置中的飽和電壓小于2.5V。

四、TL494IC的特點(diǎn)

完整的PWM電源控制電路

用于200mA灌電流或拉電流的未指定輸出

輸出控制選擇單端或推挽操作

內(nèi)部電路禁止在任一輸出端出現(xiàn)雙脈沖

可變死區(qū)時(shí)間提供對(duì)總范圍的控制

內(nèi)部穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定的5V

具有5%容差的參考電源

電路架構(gòu)允許輕松同步

五、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路元器件清單

TL494集成電路-1

（TI）P2955晶體管-1

螺釘端子5mmx2-2

1000uF,60V電容-1個(gè)

470uF,60V電容-1

50K,1%電阻-1

560R電阻-1

10K,1%電阻-4

3.3K,1%電阻-2

330R電阻-1

0.22uF電容-1個(gè)

5.6K,1W電阻-1個(gè)

12.1V齊納二極管-1

MBR20230CT肖特基二極管-1

70uH(27x11x14)mm電感-1

電位計(jì)(10K)Trim-Pot-1

0.22R電流檢測(cè)電阻-2

復(fù)合板通用50x50mm-1

PSU散熱器通用-1

跳線通用-15

六、TL494降壓轉(zhuǎn)換（電路原理）圖，示意圖

高效降壓轉(zhuǎn)換器的電路圖如下所示。

TL494降壓轉(zhuǎn)換電路原理圖

七、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路

如果將大負(fù)載連接到輸出降壓轉(zhuǎn)換器，那么大量電流將流過(guò)（PCB）走線，并且走線有可能被燒毀。(電路一點(diǎn)通）因此為了防止PCB走線燒壞，加入了一些有助于增加電流的跳線，另外用厚厚的焊料層加固了PCB走線，用來(lái)降低走線電路。

電感由3股平行的0.45平方毫米漆包銅線構(gòu)成。

TL494降壓轉(zhuǎn)換電路

八、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路PCB3D瀏覽圖

對(duì)于大電流降壓轉(zhuǎn)換器，電路是根據(jù)原理圖和（PCB設(shè)計(jì)）文件（Gerber文件）制作的。通過(guò)Gerber文件還可以查看3D瀏覽圖，具體如下所示：

如果想獲取Gerber文件，瀏覽3D流覽圖鏈接：

https://www.（ai）/share?t=share&id=6JXn&name=TL494%E9%99%8D%E5%8E%8B%E8%BD%AC%E6%8D%A2%E5%99%A8

1、PCB正面圖

PCB正面圖

2、PCB背面圖

PCB背面圖

3、PCB透視圖

PCB透視圖

4、PCB等軸視圖

PCB等軸圖

5、PCB分層圖

PCB分層圖

九、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路數(shù)值計(jì)算

為了計(jì)算正確的電感和電容，做了一個(gè)這樣的表格

TL494降壓轉(zhuǎn)換電路數(shù)值計(jì)算

十、測(cè)試TL494降壓轉(zhuǎn)換電路

為了測(cè)試電路，使用以下設(shè)置，如上圖所示，輸入電壓為41.17V,空載電流為0.015A，所以空載功率低于0.6W。

測(cè)試TL494降壓轉(zhuǎn)換電路

1、用于測(cè)試電路的工具

12V鉛酸電池。

具有6-0-6抽頭和12-0-12抽頭的變壓器

510W10r電阻并聯(lián)作為負(fù)載

Meco108B+真有效值（萬(wàn)用表）

Meco450B+真有效值萬(wàn)用表

Han（te）k6022BE（示波器）

2、TL494降壓轉(zhuǎn)換器輸入功率

TL494降壓轉(zhuǎn)換器輸入功率

從上圖中可以看出，負(fù)載條件下輸入電壓降至27.45V，輸入電流為3.022A，相當(dāng)于82.9539W的輸入功率。

3、TL494降壓轉(zhuǎn)換器輸出功率

TL494降壓轉(zhuǎn)換器輸出功率

從上圖中可以看出，輸出電壓為12.78V，輸出電流為5.614A，相當(dāng)于71.6958W的功率消耗。

所以電路的效率變?yōu)?71.6958/82.9539)x100%=86.42%

電路中的損耗是由于為T(mén)L494IC供電的電阻和測(cè)試表中絕對(duì)最大電流消耗。

TKL494降壓轉(zhuǎn)換器損耗功率

從上圖可以看出，電路的最大電流為6.96A，差不多。

在這種情況下，電路最主要的問(wèn)題是變壓器，所以沒(méi)有增加負(fù)載電流。但是通過(guò)設(shè)計(jì)散熱器，也可以獲得超過(guò)10A的電流。

十一、TL494降壓轉(zhuǎn)換電路改進(jìn)