TL494脉宽调制控制电路.doc

tl494脉宽调制控制电路tl494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。tl494有so-16和pdip-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。其主要特性如下：主要特征集成了全部的脉宽调制电路。片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。内置误差放大器。内止5v参考基准电压源。可调整死区时间。内置功率晶体管可提供500ma的驱动能力。推或拉两种输出方式。工作原理简述tl494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：输出脉冲的宽度是通过电容ct上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管q1和q2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。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。参见图2。控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。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%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在03.3v之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5v变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3v到（vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当比较器ct放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管q1和q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管q1或q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将q1和q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。tl494内置一个5.0v的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10ma的负载电流，在典型的070温度范围50mv温漂条件下，该基准电压源能提供5%的精确度。tl494的极限参数名称代号极限值单位工作电压vcc42v集电极输出电压vc1,vc242v集电极输出电流ic1,ic2500ma放大器输入电压范围vir-0.3v+42v功耗pd1000mw热阻rja80/w工作结温tj125工作环境温度tl494btl494ctl494incv494bta-40+1250+70-40+85-40+125额定环境温度ta40tl494 及其在半桥变换开关电源中应用情况 摘要：介绍了电压驱动型脉宽调制器件tl494的脉宽调制特性，并对其在半桥变换开关电源中的应用情况做了分析。关键词：电压驱动；脉宽调制；半桥变换；开关电源tl494是美国德克萨斯州仪器公司生产的一种性能优良的电压驱动型脉宽调制器件，可作为单端式、推挽式、全桥式、半桥式开关电源控制器，被广泛应用于开关电源中，是开关电源的核心控制器件。tl494的输出三极管可接成共发射极及射极跟随2种方式，因而可以选择双端推挽输出或单端输出方式。在推挽输出方式时，他的两路驱动脉冲相差180；而在单端方式时，其两路驱动脉冲为同步同相。tl494的3脚为脉宽调制补偿端，4脚为死区电平控制端，5脚和6脚为内部锯齿波振荡器的外界振荡电阻和振荡电容连接端。当在tl494的12脚和7脚接上直流辅助电源，并在他的6脚和5脚分别接上振荡电阻r和振荡电容c后，就可在他的5脚上得到一个振荡频率为：f11/rc的锯齿波振荡电压v；直流输入供电范围在740v之间。1tl494的特点(1)内置有5v5的基准电源。(2)末级输出级的最大电流可达250ma。(3)有死区时间可调控制端。(4)可对他的锯齿波振荡器的工作状态执行外同步控制。(5)末级输出可采用双端对称输出或单端输出的工作方式。2tl494的性能测试(1)工作电压对各参数的影响，如表1所示。此时调频电容为9nf，调频电阻为9k，调宽电压为25v。从表1可以看出，工作电压v的改变对输出脉冲的周期t及脉宽t1无影响，而脉冲的幅值f随着工作电压v的增加也逐步增大，工作电流i随电压的变化不是很大，其供电范围在740v之间，而其工作频率可达300khz，可见tl494的可调性大。(2)当tl494调频电容和电阻一定时，改变脉冲宽度，就会得到输出脉冲宽度不同的一系列脉冲，这样就会得到调宽电压与占空比的关系，如图1所示。从图1可以看出，当脉宽为周期的1/2时，效果最佳。3tl494的应用tl494脉宽调制器件是目前微机电源中被广泛采用来构成其他激式直流开关电源的专用器件。在显示电源和其他开关电源的应用中也常被采用。在大功率直流开关电源中，为提高直流电源调整精度及易于完成各种自动保护控制功能，是直流开关电源中常用的脉宽调制器件，而且价格便宜。下面介绍一个tl494的应用电路。该部分电路如图2所示，pwm脉宽调制电路和半桥式变换电路，输出端经全波整流输出电路合成构成开关稳压电源电路。tl494接成双端输出形式，由tl494，0脚输出的脉冲经q1q4组成的图腾柱式驱动电路进行缓冲，进一步提高驱动容性负载的能力，在由b1，b2隔离传送，形成2组驱动信号，分别驱动2个半桥变换器。调节rw2可改变振荡频率，基准电压由rw1调整加至tl494的脚，这样通过调节频率和占空比可以得到不同的输出结果。如图3和图4所示，其中供电部分电压经可调变压器取为50v。图3所示是在周期t一定而占空比可调时的结果。图4所示是占空比不变而周期t可调时的结果。当周期一定，改变占空比时，输出电压也随着改变，基本上当占空比较大时，输出电压达到最大。而当占空比一定，周期改变时，输出电压随着周期的增大在逐渐减小，也就是在频率较大时输出电压较大。4结语通过以上对电压驱动型脉宽调制器件tl494的介绍可知，该器件既可调频又可调脉宽，且其可调性强，工作区间大，可用他搭建不同的驱动电路。由他构成的半桥变换开关电源，体积小、重量轻，可应用于其他各个领域。用tl494实现单回路控制器日期：2004-12-7来源：电子技术应用 作者：刘宝成 裴志利字体：大 中 小 摘要：介绍了以电压驱动型脉宽调制控制集成电路tl494为核心元件并加上简单滤波电路及rc放电回路所构成的回路控制器。它能把脉冲宽度变化的信号转换成与脉冲宽度成正比变化的直流信号，进而实现闭环单回路控制。 关键词：脉宽调制 回路控制 低通滤波tl494是美国德州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制控制集成电路，主要应用在各种开关电源中。本文介绍它与相应的输入、输出电路等一起构成一个单回路控制器。1 tl494管脚配置及其功能tl494的内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。图1是它的管脚图，其中1、2脚是误差放大器i的同相和反相输入端；3脚是相位校正和增益控制；4脚为间歇期调理，其上加03.3v电压时可使截止时间从2%线怀变化到100%；5、6脚分别用于外接振荡电阻和振荡电容；7脚为接地端；8、9脚和11、10脚分别为tl494内部两个末级输出三极管集电极和发射极；12脚为电源供电端；13脚为输出控制端，该脚接地时为并联单端输出方式，接14脚时为推挽输出方式；14脚为5v基准电压输出端，最大输出电流10ma；15、16脚是误差放大器ii的反相和同相输入端。2 回路控制器工作原理回路控制器的方框图如图2所示。被控制量（如压力、流量、温度等）通过传感器交换为05v的电信号，作为闭环回路的反馈信号，通过有源简单二阶低通滤波电路进行平滑、去除杂波干扰后送给tl494的误差放大器i的in+同相输入端。设定输入信号是由tl494的5v基准电压源经一精密多圈电位器分压，由电位器动端通过有源简单二阶低通滤波电路接入tl494的误差放大器i的in-反相输入端。反馈信号和设定信号通过tl494的误差放大器i进行比较放大，进而控制脉冲宽度，这个脉冲空度变化的输出又经过整流滤波电路及由集成运算放大器构成的隔离放大电路进行平滑和放大处理，输出一个与脉冲宽度成正比的、变化范围为010v的直流电压。这个电压就是所需要的输出控制电压，用它去控制执行电路，及时调整被控制量，使被控制量始终与设定值保持一致，形成闭环单回路控制。用tl494实现的单回路控制器的电路原理图如图3所示。2.1 输入电路两个运算放大器ic1a、ic1b都接成有源简单二阶低通滤电路，分别作为反馈信号输入和设定信号输入的处理电路。在电路设计上，两个输入电路采取完全对称的形式。将有源简单二阶低通滤波电路的截止频率fp设计为4hz，根据有源简单二阶低通滤波电路中fp=0.37f0（f0为该滤波器的特征频率）选取c1与c2为1f,然后算得r1与r2为16k。这样可以滤除由于传感器距离较远输入引线过长而带来的高频杂波干扰和平滑传感器信号本身的波动，使加入到tl494的管脚1即误差放大器i同相输入端in+的信号尽可能地平滑和相对稳定。在有源简单二阶低通滤波电路与误差放大器i同相输入端in+之间接有10k的限流隔离电阻。把tl494的14脚输出的5v基准电压源，用一3.3k精密多圈电位器w1分压作为设定输入信号，通过与处理传感器反馈信号相同的电路，送入tl494的管脚2，即误差放大器i的反相输入端in-端。实验中发现，r19、r20这两个限流隔离电阻必不可少。否则，tl494误差放大器i的两个输入端的电位将相互影响。另外，实验数据还表明，tl494误差放大器的两个输入端在低电压时跟踪的线性不大好，故这里将两个输入运算放大器的放大倍数取为2，以改善反馈信号与设定信号的跟踪线性。 2.2 脉宽调制电路在本控制器中只用到了tl494的误差放大器i，故将误差放大器ii的in+（16脚）接地、in-（15脚）接高电平。为保护tl494的输出三极管，经r13和r10分压，在4脚加接近0.3v的间歇调整电压。r9、r12和c5组成了相位校正和增益控制网络。经过实验，在本控制器中振荡电阻和振荡电容分别取200k和0.1f。输出采用并取方式，取自发射级。整机电源取12v单电源。2.3 输出电路为了把脉宽变化的方波信号转换为大小变化的直流信号，通过开关二极管d1、电容c8进行整流滤波。r15作为整波滤波的输出负载，还在脉冲截止期间为c8提供放电回路，使c8上的电压与tl494输出的脉宽成正比。为使输出电压进一步平滑、提高带负载能力以及使输出电压在010v之间变化，又加入了一级压控电压源二阶低通滤波电路。在图中所示元件参数下，最大的直流输出电压是10v，ic3a输出端接的10v稳压二极管，是保证在意外的情况下，使输出电压不大于10v。3 工作过程当反馈信号大于设定值时，通过tl494的脉宽调制作用，其9脚与10脚并联输出信号的脉宽减小，这个输出信号再经整流滤波电路及隔离与放大输出电路，使最后输出的直流控制信号的电压相应下降。直流控制信号通过控制电路经执行机构（如电动机、电热管等）使被控制量下降，再进而通过传感器使反馈信号降低，形成单回路闭环控制。当反馈信号小于设定值时，上述控制过程相反。另外，还可以根据被控制系统的具体情况，来调整输入二阶低通滤波器的电容大小，使控制过程及时、准确、稳定。再有，为使控制过程直观，还应加上设定量及被控制量的显示（指示）电路。可从两个输入端取出信号，然后分别通过隔离放大电路（如用运算放大器组成的电压跟随器）送到表头指示。表头可采用多功能数字式电子表头成品或直接用满量程5v的机械表示。4 实测数据分析表1表3的数据是在输出端接10k负载电阻的开环条件下用dt9102a型数字万用表测得的。其中反馈信号及设定信号分别用精密多圈电位器对标准5v基准源分压来模拟，并且测量点取自ic1a及ic1b的输出端即ic1的1脚和7脚，输出取自ic3a的1脚。所有单位均为伏。表1 开环的条件下实测数据组1设定（v）1.0211.0231.0221.0211.0201.0191.0181.0161.0151.0121.010反馈（v）1.2521.2401.2271.0271.1861.1621.1371.1131.0901.0641.008输出（v）0.011.081.993.014.005.006.097.008.009.009.96表2 开环的条件下实测数据组2设定（v）2.032.032.032.032.032.032.022.022.022.022.02反馈（v）2.182.162.152.132.112.082.062.042.011.991.96输出（v）0.010.992.033.004.015.096.107.018.009.009.62表3 开环的条件下实测数据组3设定（v）3.033.033.033.033.033.033.033.033.033.033.03反馈（v）3.103.093.073.033.033.012.982.962.932.912.83输出（v）0.011.032.003.054.025.076.027.017.999.049.92对实际的回路控制器电路测量了多组数据，限于篇幅仅更出以上三级数据。从测得的数据分析，我们可看出，在开环条件下该控制器的反馈信号的动态范围很小，仅在0.225v范围内。当构成闭环联回路控制时，合理的控制系统中（执行机构的最大输出稳定值应为最大设定值的1.1至1.2倍），可以得出反馈量与设定量一定有一个动态平衡值，且在该平衡值睛，反馈量与设定量的一致性应非常好。也就是说，该控制器的控制灵敏度和控制精度都很高。经实际应用，证明了以上的分析。该控制器的控制灵敏度和控制精度都很高，可完全取代 一些成本高、电路复杂的单回路控制器。综上所述，用tl494为主要元件实现的闭环单回路控制器具有构思新颖、电路简单、成本低廉以及控制过程稳定等特点，在很多工业控制场合可获得广泛的应用。高频开关电源的并联均流系统 胡友水，李汉强 (武汉理工大学自动化学院，湖北 武汉 430063） 摘要：介绍了高频开关电源的控制电路和并联均流系统。控制电路采用tl494脉宽调制控制器来产生pwm脉冲，用软件的方式实现多电源并联运行时达到均流的方法。 关键词：开关电源；脉宽调制；均流 0 引言 模块化是开关电源的发展趋势，并联运行是电源产品大容量化的一个有效方案，可以通过设计nl冗余电源系统，实现容量扩展。本系统是多台高频开关电源（1000a/15v）智能模块并联，电源单元和监控单元均以at89c51单片机为核心，电源单元的均流由监控单元来协调，监控单元既可以与各电源单元通信，也可以与pc通信，实现远程监控。 1 pwm控制电路 tl494是一种性能优良的脉宽调制控制器，tl494由5v基准电压、振荡器、误差放大器、比较器、触发器、输出控制电路、输出晶体管、空载时间电路构成。其主要引脚的功能为： 脚1和脚2分别为误差比较放大器的同相输入端和反相输入端； 脚15和脚16分别为控制比较放大器的反相输入端和同相输入端； 脚3为控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端，输出时表现为或输出控制特性，也就是说在两个放大器中，输出幅度大者起作用；当脚3的电平变高时，tl494送出的驱动脉冲宽度变窄，当脚3电平变低时,驱动脉冲宽度变宽； 脚4为死区电平控制端，从脚4加入死区控制电压可对驱动脉冲的最大宽度进行控制，使其不超过180，这样可以保护开关电源电路中的三极管。 振荡器产生的锯齿波送到pwm比较器的反相输入端，脉冲调宽电压送到pwm比较器的同相输入端，通过pwm比较器进行比较，输出一定宽度的脉冲波。当调宽电压变化时，tl494输出的脉冲宽度也随之改变，从而改变开关管的导通时间ton，达到调节、稳定输出电压的目的。脉冲调宽电压可由脚3直接送入的电压来控制,也可分别从两个误差放大器的输入端送入,通过比较、放大,经隔离二极管输出到pwm比较器的正相输入端。两个放大器可独立使用,如分别用于反馈稳压和过流保护等，此时脚3应接rc网络，提高整个电路的稳定性。 如图1所示，pwm脉冲的占空比有内部误差放大器ea1来调制，而内部误差放大器ea2则用来打开和关断tl494，用于保护控制。脚2和脚15相连，并与公共输出端脚3相连通，因脚3电位固定，所以，tl494驱动脉冲宽度主要由脚1（pwm调整控制端）来控制；脚16是系统保护输入端，系统的过流、过压、欠压、过温等故障以及稳压或稳流切换时关断信号都是通过脚16来控制。锯齿波发生器定时电容ct=0.01f，定时电阻rt=3k，其晶振频率fosc=36.6khz。内部两个输出晶体管集电极（脚8和脚11）接12v高电平，其发射极（脚9和脚10）分别驱动v1和v2，从而控制s1和s2,s3和s4管轮流导通和关闭。 图1 pwm控制电路 2 软件介绍 2.1 电源单元和监控单元的软件 高频开关电源单元主要有数据采集，电压电流输出给定，键盘和led显示，故障处理以及与监控单元rs485通信等子程序组成。监控单元主要有键盘和液晶显示，eeprom以及与电源单元和pc机rs485通信等子程序组成。eeprom用于存放工作参数和其他不能丢失的信息，它采用x5045芯片，x5045有512字节，内涵看门狗电路，电源vcc检测和复位电路。 如果出现故障，电源单元立即做出相应处理，并主动向监控单元申请中断，将故障数据传送给监控单元，监控单元立即调用故障处理程序，如果故障严重将切除故障电源，并启动备份电源，而且将故障情况传送给pc机。 2.2 均流处理程序 高频开关电源单元将各自的电压和电流发送给监控单元，监控单元接收