了脉宽调制型开关电源的所有控制部分。它内部包括有5V参考电源、两个误差放大器、触发器、输出控制电路、脉宽调制比较器,死区时间比较器和一个振荡器。它的开关工作频率为1.0 KHZ至300KHZ,输出电压可达40V,工作温度范围为0-70℃,TL494CN的封装形式为16线塑封双列直插式。
特点:
(1)内部经过修调的5V基准电压源精度达到1%
(2)未相连的输出晶体管具有200mA的陷电流和灌电流能力 (3)输出控制以适应推挽输出和单端输出 (4)通过死区时间控制可调整占空比周期 (5)完整得PWM控制线路
(6)片上振荡器可进行主从型工作
(7)内部控制线路可禁止双脉冲出现在任何一个输出端。 功能描述:
振荡器的振荡(开关)频率由外接的定时电阻(RT)和定时电容(CT)决定。 锯齿波的幅度与误差放大器的输出电压由脉宽调制(PWM)比较器进行比较.PWM比较器的输出送到脉冲驱动触发器和输出控制逻辑。
误差电压由误差放大器产生,误差放大器将输出电压和5V内部参考源之间的电压差放大。第二个误差放大器通常用来完成电流限制功能。
输出控制逻辑(13脚)用来选择输出功率管是推挽输出还是单端输出 死区时间控制用来防止两个输出晶体管的通态交叠。如果死区时间控制(4脚)接地,死区时间约占总周期的3-5%。
可以用外接电阻和电容来改善误差放大器的频响。这些外接元件通常接在补偿端(3脚)和误差放大器的反向输入端 (2脚或15脚))之间。
两个或更多的TL494CN的开关频率能够进行同步(主从方式)。充电电流由主片来提供,放电电流由所有的从片来完成,仅主片需要定时电阻RT。
- 8 -
3.2.2 TL494各引脚功能
图3-2是TL494内部结构图 6RT 5CT 振荡器 死区时间比较器 13输出控制 0.12V 4死区时间控制 0.7V PWM 0.7mA 比较器 ≥1 D Q & & VT1 ≥1 ≥1 VT2 8C1 9E1 11C2 10E2 12Vcc 4.9VDC UV封锁 基准稳压器 3.5VDC 1同相输入 2反相输入 16同相输入 15反相输入 3补偿/PWM比较输入 14VREF 7GND 图3-2 TL494芯片内部结构图
第(1)脚为第一组误差放大器的同相输入端。
第(2)脚为第一组误差放大器的反相输入端。从第(14)脚输出的5V 基准电压经R14、 R20 分压得到约4V 的电压,与第(1)脚电压进行比较。由于输+5V 电压升高时第(1)脚取样 ,电压成比例升高,当此电压超过4V 时,误差放大器输出高电平,通过IC 内部比较器控制输出 ,脉宽减小,以使5V 电压下降,达到稳压的目的。
第(3)脚为第一误差放大器输出的引出端。外接C19、C20、C21、R11 组成的频率校正网路,以防止放大器发生自激。
第(4)脚为死区控制端。当IC 工作在推挽状态时,其两组输出脉冲使两只推挽开关管依次导通和关断。为了避免开关管的滞事效应造成瞬间导通而击穿开关管,在脉冲的序列之间留 有一定的空隙,称为死区。改变第(4)脚的电压,可改变死区时间。当第(4)脚电压大于5V 基准电压时,输出脉冲关断。在0-5V,死区时间成比例增大。
- 9 -
第(5)脚内部振荡电路,外接定时电容C18,
第(6)脚为外接定时电阻R9。此RC 的值决定TL494 输出脉冲的重复频率,其值为FKHZ=1.2/R 欧姆.C(UF)。按图中数据,此电源的工作频率为30KHZ。
第(7)脚共地端,也是供电的负极端。 第(8)(11)脚为两路输出放大管的集电极。 第(9)(10)脚为内部驱动放大管的发射极,接地。
第(12)脚为供电端,其允许输入电压可达8-40V,因此无需外部稳压器。 第(13)脚为工作状态设定端。当第(13)脚为5V 基准电压时,两路输出脉冲相差180 度,每路输出量200mA 的驱动电流,用于驱动推挽或半桥、桥式电路。当第(13)脚接地时,两路输出脉冲为同相位,为8-40V 时,第(14)脚均输出5±0.25V 的稳定基准电压。
第(14)脚内部基准电压源。在IC 供电组误差放大器的反向输入端,在该电源中作为过流保护取样输入。
3.2.3 TL494工作原理
芯片内部电路包括振荡器、两个误差比较器、5VDC基准电源、死区时间比较器、欠压封锁电路、PWM比较器、输出电路等。[7]
1.振荡器:
提供开关电源必须的振荡控制信号,频率由外部RT、CT决定。这两个元件接在对应端与地之间。取值范围:RT:5-100k,CT:0.001-0.1uF。
振荡频率:f=1/RTCT。
形成的信号为锯齿波。最大频率可以达到500kHz。 2.死区时间比较器:
这一部分用于通过0-4VDC电压来调整占空比。当4脚预加电压抬高时,与振荡锯齿波比较的结果,将使得D触发器CK端保持高电平的时间加宽。该电平同时经过反相,使输出晶体管基极为低,锁死输出。4脚电位越高,死区时间越宽,占空比越小。
由于预加了0.12VDC,所以,限制了死区时间最小不能小于4%,即单管工作时最大占空比96%,推挽输出时最大占空比为48%。图3-3给出了死区时间比较器单独作用时的工作相关波形。
- 10 -
振荡器5脚信号
4脚电位 VCK t
死区封锁时间
t
VQ t
图3-3 4脚输出波形
3.PWM比较器及其调节过程:
由两个误差放大器输出及3脚(PWM比较输入)控制。
当3端电压加到3.5VDC时,基本可以使占空比达到0,作用和4脚类似。但此脚真正的作用是外接RC网络,用做误差放大器的相位补偿。
常规情况下,在误差放大器输出抬高时,增加死区时间,缩小占空比;反之,占空比增加。作用过程和4脚的死区控制相同,从而实现反馈的PWM调节。0.7VDC的电压垫高了锯齿波,使得PWM调节后的死区时间相对变窄。
如果把3脚比做4脚,则PWM比较器的作用波形和图3-2类似。然而,该比较器的占空比调节,要在死区时间比较器的限制范围内起作用。
单管工作方式时,VCK直接控制输出,输出开关频率与振荡器相同。当13脚电位为高时,封锁被取消,触发器的Q、Q非端分别控制两个输出管轮流导通,频率是单管方式的一半。
4.5VDC基准电源:
这个5VDC基准电源用于提供芯片需要的偏置电流。如13脚接高电平时,及误差放大器等可以使用它。基准电源精度5%,电流能力10mA,温度范围0-70度。
5.误差放大器:
两个误差放大器用于电源电压反馈和过流保护。
这两个放大器以或的关系,同时接到PWM比较器同相输入端。反馈信号比较后的输出,送PWM比较器,以和锯齿波比较,进行PWM调节。
由于放大器是开环的,增益达到95dB。加之输出点3被引出,使用时,设计者可以根据需要灵活使用。
6.UC封锁电路:
- 11 -
用于欠压封锁,当Vcc低于4.9VDC,或者内部电源低于3.5VDC时,CK端被钳位为高电平,从而使输出封锁,达到保护作用。
7.输出电路:
输出电路有两个输出晶体管,单管电流500mA。其工作状态由13脚(输出控制)来决定。
当13脚接低电平时,通过与门封锁了D触发器翻转信号输出,此时两个晶体管状态由PWM比较器及死区时间比较器直接控制,二者完全同步,用于控制单管开关电源。当然,此时两个输出也允许并联使用,以获得较大的驱动电流。当13脚接高电平时,D触发器起作用,两个晶体管轮流导通,用于驱动推挽或桥式变换器。
3.3 逆变电源工作原理
3.3.1 逆变原理部分
主要思路是先将12V的直流电逆变为220V/50KHZ的交流电(DC/AC),然后利用桥式整流和电容的充电快放电慢的特性整流出220V的直流电(AC/DC),最后再逆变为220V/50HZ交流电,由XAC插座输出到负载上。电路图如图3-4。下面将把整个电路原理图按三个主要逆变部分详细说明。
- 12 -