TL494 開關電源芯片詳解

一、概述

TL494 是德州儀器（TI）推出的一款經典脈寬調制（PWM）控制器，被廣泛用于開關電源（Switching Power Supply, SPS）、DC-DC 轉換器、不間斷電源（UPS）等應用中。作為一款雙端輸出 PWM 控制芯片，它的核心功能是調節(jié)開關電源的占空比，使輸出電壓穩(wěn)定，同時提高轉換效率。

TL494 具有較高的集成度，內部集成了兩個誤差放大器、一個振蕩器、一個死區(qū)時間控制電路、一個 PWM 比較器、一個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計開關電源時的常用芯片。

二、TL494 的常見型號

TL494 作為一款經典的 PWM 控制器，市場上有多個封裝和變種版本，常見型號包括：

1. TL494CN：DIP-16 雙列直插封裝，適用于一般應用場合，易于手工焊接。

2. TL494CD：SOIC-16 表貼封裝，適用于緊湊型電路板設計。

3. TL494ID：更適用于工業(yè)應用，耐溫范圍更廣。

4. TL494Q：車規(guī)級版本，適用于汽車電子應用。

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

三、TL494 的主要參數(shù)

TL494 作為一款經典的 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 的應用范圍及其在不同電路設計中的靈活性。

四、TL494 的工作原理

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

1. 內部結構

TL494 由以下幾個關鍵功能模塊組成：

• 振蕩器：產生基準時鐘信號，決定 PWM 頻率。

• 誤差放大器：檢測輸出電壓與參考電壓的偏差，并進行誤差信號放大。

• PWM 比較器：比較誤差信號與鋸齒波信號，調節(jié) PWM 脈沖寬度。

• 死區(qū)時間控制：防止功率開關管的直通，降低開關損耗。

• 輸出控制邏輯：控制 PWM 信號的輸出方式（單端或推挽）。

2. 頻率設定

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

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

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

3. PWM 占空比調節(jié)

TL494 通過誤差放大器檢測輸出電壓變化，并控制 PWM 信號的占空比，使輸出電壓穩(wěn)定在設定值。例如，當負載增大導致輸出電壓下降時，誤差放大器會增大 PWM 占空比，提高輸出功率；反之，當負載減小時，占空比會自動減少，以維持穩(wěn)定的電壓輸出。

4. 死區(qū)時間控制

死區(qū)時間（Dead Time）是指兩路 PWM 信號之間的間隔時間，主要用于避免功率管的交叉導通。TL494 通過死區(qū)時間控制端（Pin 4）調整死區(qū)時間，計算公式如下：

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

其中，$V_{DT}$VDT 是死區(qū)時間控制端的電壓，$V_{ref}$Vref 是內部基準電壓（5V）。

5. 輸出模式

TL494 具有兩種輸出模式：

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

• 推挽模式（Push-pull mode）：兩個輸出端以 180° 相位差輸出，適用于推挽式和半橋、全橋拓撲。

五、TL494 的主要特點

TL494 具有以下顯著特點：

1. 高集成度：內部包含 PWM 控制所需的所有關鍵電路，無需外部補償。

2. 靈活的輸出控制：支持單端和推挽輸出，適用于多種電源拓撲結構。

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

4. 低功耗：靜態(tài)功耗較低，適用于節(jié)能型電源設計。

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)應用。

六、TL494 的應用領域

TL494 主要用于各種 DC-DC 變換電路及 AC-DC 開關電源，具體應用包括：

1. 計算機電源：用于 ATX 電源中的 PWM 控制。

2. 電池充電器：可實現(xiàn)恒流、恒壓控制，廣泛用于鋰電池充電。

3. DC-DC 轉換器：應用于升壓、降壓、反激式和推挽式電源。

4. 太陽能逆變器：用于太陽能 MPPT 控制，提高能量轉換效率。

5. 工業(yè)控制電源：用于電機驅動、工控設備供電。

七、典型應用電路

TL494 可用于多種開關電源設計，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，開關管）

• L1（電感，儲能元件）

• 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 產生 PWM 信號控制 Q1 開關，Q1 導通時，電感 L1 儲能，電容 C1 充電；Q1 關閉時，L1 釋放能量，D1 續(xù)流，輸出電壓保持穩(wěn)定。

八、總結

TL494 作為一款經典 PWM 控制芯片，因其高穩(wěn)定性、易用性和良好的調節(jié)特性，在開關電源領域被廣泛應用。它支持多種拓撲結構，可靈活配置占空比、頻率和死區(qū)時間，適用于各種 DC-DC 轉換電路。對于電子工程師而言，熟練掌握 TL494 的特性和應用技巧，將有助于高效設計高性能開關電源。