TL494控制BUCK型开关电源电路 - 全文

　　摘要：文章介绍了开关电源的基本原理，DC/DC变换主电路分类，对开关电源的控制方式进行了比较，给出了专用集成控制器的优点。给出了专用集成控制器TL494的内部结构、管脚功能，详细分析了其工作原理、应用和优点，列举了TL494的应用实例。设计了一款由TL494控制的Buck型开关电源，给出了所用元器件，对整个电路工作原理进行了分析，分析了其产生PWM信号的原理，接收反馈实现稳压的原理及实现过流保护原理，测试其关键点的工作波形，并对此电路做了些改进，基于此对TL494进行了测试，该电路是TL494的典型应用，可以体现出TL494的大部分功能，电路具有采用元件少、性能稳定、效率高的优点。

　　1、引言

　　电源的优劣直接影响到各类电子设备的性能。因此设计出性能良好的电源意义重大。广义的讲，能够提供电能的设备称为电源。我们这里所指的电源是把身边现有的电源转化成我们电子设备所需要的某种类型电源的一种电子装置。开关电源是直流稳压电源的一种，自问世以来，以其轻小高效越来越受到人们的青睐，在直流电源的大多场合已取代了传统的线性开关电源，并且正不断发展，其市场广阔。

　　2、DC/Dc变换器主电路及其控制方式

　　开关电源功率调整管都工作在开关状态下，而线性稳压电源的功率管工作在线性放大状态下，这是开关电源与线性稳压电源的显著区别，也是开关电源这个名字由来的原因。目前开关电源中目前常用的半导体开关管有GTR、MOSFET、IGBT等，通过控制信号控制其导通与关断，实现将一种直流电转换成另外一种大小的直流电，配上电感电容滤波器件能输出稳定。

　　DC/DC变换器是开关电源中最主要的功率变换环节。DC/DC变换器有输入输出无隔离（即“直通”）型和输人输出隔离型两种类型。“直通”型DC/oC变换器典型的电路有Buck（降压）型、Boost（升压）型、Buck一Boost（升降压）式和Cuk型等几种类型;输人与输出隔离型的DC/DC变换器典型的电路有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式和全桥式等几种类型。但无论哪种类型的DC/DC变换器的开关电源，其基本原理都是开关管工作于开关状态下，通过改变开关管导通与关断的时间关系来改变输出电压的。

　　开关电源要实现输出稳定少不了相应的控制电路，其电路有三种：（l）由分立元件构成;（2）通过软件编程由单片机系统来实现;（3）由专用的集成控制器来实现。其中专用集成控制器实现方式以其使用方便、无需编程、所需元件数量少等优点，是开关电源常用的一种控制方式。TL494就是其中常见的一种专用集成控制器。

　　3、TL494介绍

　　TL494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。TL494是一种固定频率的电压型脉宽调制集成控制器，最高工作频率3O0kHz。其内部主要集成了线性锯齿波振荡器、两个误差放大器、死区时间比较器、PWM比较器、基准电压源、触发器等，共有16个引脚。其内部电路方框如图1所示，其框架已被证明非常优秀。

　　

　　图1TL494内部电路方框图

　　线性锯齿波振荡器的振荡频率由5脚、6脚上外接的电阻电容来决定。一般其工作时这两个管脚上外接的电阻值和电容值都是固定的，即振荡频率是固定的。振荡频率与外接的电阻和电容之间的关系为：

　

　　两个误差放大器在这里地位是一样的，它们的输出分别经过一二极管送到PWM比较器的同向输入端，与加在PWM比较器反向输入端的线性锯齿波（比振荡器产生的锯齿波幅值增加了O.7V：做比较，产生PWM信号，l脚和2脚分别对应着其中一个误差放大同向输入端和反向输入端，16脚和15脚对应着另外一个误差放大器;3脚是两误差放大器的输出端，也是PWM比较器同向输入端;脉冲宽度的调节可以通过3脚上的电压来控制，也可分别通过误差放大器进行调节。在使用时一个误差放大器接反馈信号，使输出稳定，另一个误差放大器可用作过流保护，3脚在使用时可接RC网络，以提高整个电路的稳定性。当然也有其他使用方法。

　　图中的开关管Q，和QZ是最终的输出端。功率输出管Q，和QZ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（3脚上信号）增大，输出脉冲的宽度将减小。13端为输出控制端，当其接低电平时，两管子工作情况相同，当其接高电平时两管子推挽输出。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%。4脚为死区时间比较器的输入端，其上电压在0一3.3V变化，可控制输出脉冲的最大占空比从最大到最小变化。4脚接地时输出芯片输出的PWM信号占空比最大（13脚接低电平时为96%）。当然，占空比还受反馈信号控制。使用时4脚可用来实现电路的软启动。TL494内部还有一个基准电压源，通过14脚为其在应用时提供5.0V的基准电压。直流电源加在12脚和7脚给芯片供电。

　　4、基干TL494的Buek变换器

　　以图2为例来分析和测试TL494。图2是以TL494为核心构成的Buck电路。Buck电路主电路由开关管VT（Tip32）、电感L、电容CZ与C。以及二极管VD（MR850）构成。输入电压在10V一40V变化时（主要考虑TL494工作电压范围，TL494也是用此电源供电），也可使输出稳定在SV。电路中元件都是很常见的元件，只是开关管Tip犯为PNP型的管子，基极低电平时导通，电感和二极管要用高频的，工作频率30妞z左右。

　　

　　图2TL494控制的Buek电路

　　图2可看出输入电源直接通过12脚和7脚对芯片供电。7脚实际上通过一阻值为0.1。的电阻R：与输人电源的地相连，电阻值很小，可近似认为和输入地直接相连;5脚和6脚分别接电容C：，电阻RT由此决定振荡器振荡频率，也就决定了最终输入的PWM信号的频率。可以算出振荡频率为23.4川z;一误差放大器同相输入端经R，接输出的反馈信号，而反向输入端2脚经R。与14脚输出的基准电压相连。输出电压变化时，l脚得到的反馈信号也相应变化，同2脚上的基准电压比较后经误差放大器输出，也即加在芯片内的PWM比较器同位输入端的电压信号相应地发生变化，使得芯片输出的PWM占空比相应变化，从而使输出电压稳定。2脚和3脚之间的电阻电容可提高系统稳定性;另一误差放大器用作过流保护，其同向输入端16脚经R。接地，而反向输入端由14脚的基准电压经R4和R。分压后得一基准电压。正常工作时流过R3的电流相对较小，16脚电位比巧脚低，该误差放大器的输出经芯片内二极管不能送到PWM比较器，也就不起作用，而当输出电流过大，也即流过R。的电流过大时，16脚电位将比巧脚高，误差放大器增益高，输出的高电平加到芯片内部的PWM比较器，封锁芯片PWM信号的输出，从而实现过流保护;4脚接地，即外部不使用死区时间比较器，PWM信号占空比由反馈控制，可达其上限;13端接地，两管子Q，和QZ工作情况相同，这里两管子并联使用，两管子射集9脚和10脚接地，其集电极8脚和11脚相连后经电阻R。驱动PNP型开关管Tip32A。

　

　　图3芯片5脚锯齿波波形

　　

　　图4仅电感滤波时负载上电压波形

　　

　　图5电路中芯片输出的PWM信号波形

　　按图2电路并让其接150欧电阻时，测得输入电压在10v一40v变化时，输出电压可以稳定在SV;由于误差放大器输入端输入电阻可认为无限大，故反馈电阻R，在很大范围内改变时输出电压仍不发生变化;若要通过反馈改变输出电压，图2可这样改动：Rt与T1494相连的反馈端断开，接电位器的一个固定端，而另一固定端接地，可调端子与T1494的l脚相连作为反馈，电位器的三个端子互不相连;测得5脚锯齿波波形、滤波电容q和c3开路时输出电压波形（电感电流连续），芯片PWM信号输出开路即断开电阻R。测得8脚和11脚波形分别如图3、图4、图5图所示。

　　5、结束语

　　开关电源采用专用集成控制器进行控制，具有设计简单、所需元件少、性能可靠等优点。这里仅以其控制Buck电路为例进行分析，其实T1494作为一种典型固定频率的电压型脉宽调制集成控制器，包含了控制开关电源所需的全部功能，不仅可控制单管电路，而且也能控制双管正激电路、半桥电路、推挽电路和全桥电路，价格低廉，控制开关电源时通用性较强。