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TL494脈寬調制控制電路

時間:2019-6-10, 來源:互聯網, 文章類別:元器件知識庫

特點

完整的脈寬調制功率控制電路200 mA的接收器或源電流的未承諾輸出 輸出控制選擇單端或推拉操作 內部電路禁止任何輸出處的雙脈沖可變死區時間提供對總范圍的控制 內部調節器提供穩定的5伏參考電壓提供5%的公差 電路結構允許輕松同步
應用

臺式電腦 微波爐 電源:AC/DC,隔離,帶PFC,>90 W 服務器PSU 太陽能微型逆變器 洗衣機:低端和高端 電動自行車 電源:AC/DC,隔離,無PFC,<90 W 電源:電信/服務器AC/DC電源:雙控制器:模擬煙霧探測器 太陽能電源逆變器
3說明:TL494裝置包含了在單個芯片上構建脈沖寬度調制(PWM)控制電路所需的所有功能。該裝置主要為電源控制而設計,具有根據特定應用定制電源控制電路的靈活性。

該TL494器件包括兩個誤差放大器、一個片內可調振蕩器、一個死區時間控制(DTC)比較器、一個脈沖轉向控制觸發器、一個5伏、5%精度調節器和輸出控制電路。
誤差放大器的共模電壓范圍為-0.3V至VCC-2V。死區時間控制比較器具有固定的補償,提供大約5%的死區時間。通過將RT端接到參考輸出端并向CT提供鋸齒形輸入,可以繞過片上振蕩器,也可以驅動同步多軌電源中的公共電路。
非承諾輸出晶體管提供公共發射極或發射極隨動器輸出能力。TL494裝置提供推拉或單端輸出操作,可通過輸出控制功能進行選擇。該裝置的結構禁止在推挽操作期間兩次脈沖輸出。
TL494c裝置的特點是在0°C至70°C的溫度下工作。TL494i裝置的特點是在-40°C至85°C的溫度下工作。

概述
TL494的設計不僅包含了控制開關電源所需的主要構建塊,還解決了許多基本問題,并減少了總體設計中所需的額外電路數量。TL494是一種固定頻率脈寬調制(PWM)控制電路。輸出脈沖的調制是通過比較由定時電容器(CT)上的內部振蕩器產生的鋸齒波與兩個控制信號中的任何一個來完成的。當鋸齒形電壓大于電壓控制信號時,輸出級啟用。隨著控制信號的增大,鋸齒形輸入的時間減小,因此輸出脈沖持續時間減小。脈沖轉向觸發器交替地將調制脈沖導向兩個輸出晶體管中的每一個。

功能描述
1 5-V基準調節器
TL494內部5-V參考調節器輸出為參考引腳。除了提供穩定的參考外,它還充當預調節器,并建立一個穩定的電源,從中為輸出控制邏輯、脈沖轉向觸發器、振蕩器、死區時間控制比較器和脈寬調制比較器供電。調節器采用帶隙電路作為其主要參考,以在0°C至70°C的工作自由空氣溫度范圍內保持小于100 mV的熱穩定性。提供短路保護以保護內部參考和預調節器;10 mA的負載電流可用于附加偏壓電路。基準在內部編程為初始精度為±5%,在7 V至40 V的輸入電壓范圍內保持小于25 mV變化的穩定性。對于小于7 V的輸入電壓,調節器在輸入電壓的1 V范圍內飽和并跟蹤。

功能描述(續)
振蕩器
振蕩器向死區時間和脈寬調制比較器提供正鋸齒波,以便與各種控制信號進行比較。通過選擇定時元件RT和CT來編程振蕩器的頻率。振蕩器用恒定電流給外部定時電容器CT充電,電流值由外部定時電阻RT確定。這產生線性斜坡電壓波形。當電流互感器的電壓達到3伏時,振蕩器電路將其放電,并重新啟動充電循環。充電電流由以下公式確定:
但是,振蕩器頻率僅等于單端應用的輸出頻率。對于推拉應用,輸出頻率是振蕩器頻率的一半。
單端應用程序:
推拉應用:
死區控制
死區時間控制輸入提供對最小死區時間(關閉時間)的控制。當輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時,比較器的輸出抑制開關晶體管Q1和Q2。110 mV的內部偏移確保死區控制輸入接地時的最小死區時間為~3%。向死區時間控制輸入施加電壓可以施加額外的死區時間。當輸入電壓分別從0 V到3.3 V變化時,這提供了對死區時間從最低3%到100%的線性控制。通過全范圍控制,可以從外部源控制輸出,而不會干擾誤差放大器。死區時間控制輸入是一個相對高阻抗輸入(II<10μA),應在需要額外控制輸出占空比時使用。但是,為了正確控制,必須終止輸入。開路是未定義的情況。
比較器
比較器偏離5-V基準調節器。這提供了與輸入電源的隔離,以提高穩定性。比較器的輸入不顯示滯后現象,因此必須在閾值附近提供防止誤觸發的保護。比較器從任一控制信號輸入到輸出晶體管的響應時間為400 ns,只有100 mV的超速。這可確保在建議的300 kHz范圍內運行時,在半個周期內對輸出進行正控制。

功能描述(續)
脈寬調制(PWM)
比較器還提供輸出脈沖寬度的調制控制。為此,將正時電容CT的斜坡電壓與誤差放大器輸出端的控制信號進行比較。定時電容器輸入包含一個從控制信號輸入中省略的串聯二極管。這要求控制信號(誤差放大器輸出)比CT上的電壓大~0.7V,以抑制輸出邏輯,并確保最大占空比運行,而不要求控制電壓下降到真正的接地電位。輸出脈沖寬度在周期的97%到0之間變化,因為誤差放大器輸出的電壓分別在0.5 V到3.5 V之間變化。
誤差放大器——兩個高增益誤差放大器都從vi供電軌接收其偏差。這允許共模輸入電壓范圍為-0.3 V至2 V,小于vi。兩個放大器的特性都是單端單電源放大器,因為每個輸出僅為高激活。這使得每個放大器可以獨立地上拉以減少輸出脈沖寬度的需求。當兩個輸出在脈寬調制比較器的反向輸入節點處同時進行“或”運算時,要求最小脈沖輸出的放大器占主導地位。放大器輸出被電流接收器偏向低,以在兩個放大器都被偏向時提供最大脈沖寬度輸出。
輸出控制輸入
輸出控制輸入決定輸出晶體管是并聯工作還是推挽工作。該輸入是脈沖轉向觸發器的電源。輸出控制輸入是異步的,直接控制輸出,獨立于振蕩器或脈沖轉向觸發器。輸入條件是應用程序定義的固定條件。對于并聯操作,輸出控制輸入必須接地。這將禁用脈沖轉向觸發器并禁用其輸出。在這種模式下,死區時間控制/PWM比較器輸出端看到的脈沖由兩個輸出晶體管并聯傳輸。對于推拉操作,輸出控制輸入必須連接到內部5伏參考電壓調節器。在這種情況下,每個輸出晶體管交替地由脈沖轉向觸發器啟用。
輸出晶體管
TL494上有兩個輸出晶體管。兩個晶體管都被配置為開放式集電極/開放式發射極,每個晶體管都能吸收或獲得高達200毫安的電流。在共射極配置中,晶體管的飽和電壓小于1.3 V,而在射極隨動器配置中,晶體管的飽和電壓小于2.5 V。輸出被保護,以防過度的功率耗散,以防止損壞,但不使用足夠的電流限制,以允許它們作為電流源輸出運行。
裝置功能模式
當輸出控制針接地時,TL494在單端或并聯模式下工作。當輸出控制銷連接到VREF時,TL494在正常的推拉操作下工作。

應用與實施
注:以下應用部分中的信息不屬于TI組件規范的一部分,且TI不保證其準確性或完整性。TI的客戶負責確定組件是否適合其用途。客戶應驗證和測試其設計實現,以確認系統功能。
申請信息
以下設計示例使用TL494創建5-V/10-A電源。本申請書摘自申請書SLVA001。
典型應用

典型應用(續)
設計要求&#8226;vi=32 V•vo=5 V•io=10 A•fosc=20 kHz開關頻率•vr=20 mV峰間(vripple)•Δil=1.5-A電感電流變化
詳細設計程序
輸入電源
此電源的32-V直流電源使用額定值為75 VA的120-V輸入24-V輸出變壓器。24-V二次繞組為全波橋式整流器供電,之后是限流電阻(0.3Ω)和兩個濾波電容器

典型應用(續)
誤差放大器部分
TL494內部5伏參考電壓被r3和r4分為2.5伏。輸出電壓誤差信號也被r8和r9劃分為2.5 V。如果輸出必須精確調節到5.0 V,可使用10-kΩ電位計代替R8進行調整。
為了提高誤差放大器電路的穩定性,誤差放大器的輸出通過RT反饋到反相輸入,將增益降低到101。
限流放大器
電源設計為10-A負載電流和1.5 A的IL擺動,因此,短路電流應為:
電阻R1和R2在限流放大器的反向輸入上設置約1 V的參考電壓。電阻器R13與負載串聯,當負載電流達到10 A時,向限流放大器的非反相端施加1 V電壓。輸出脈沖寬度相應減小。式11計算了R13的值。
軟啟動和死區時間
為了降低開關晶體管在啟動時的應力,必須降低輸出濾波器電容充電時產生的啟動浪涌。死區控制的可用性使得軟啟動電路的實現相對簡單

軟啟動電路通過對死區時間控制輸入(插腳4)施加負斜率波形,允許輸出處的脈沖寬度緩慢增加
最初,電容器C2迫使死區時間控制輸入跟隨5-V調節器,從而禁用輸出(100%死區時間)。當電容器通過R6充電時,輸出脈沖寬度緩慢增加,直到控制回路接受指令。R6和R7的電阻比為1:10時,啟動后插腳4處的電壓為0.1×5 V或0.5 V。
軟啟動時間通常在25到100個時鐘周期的范圍內。如果選擇20 kHz開關頻率下的50個時鐘周期,軟啟動時間為:
然后,電容器的值由以下公式確定:
這有助于消除在通電時控制電路可能產生的任何錯誤信號。

輸出電容計算
計算濾波電感后,計算輸出濾波電容值,以滿足輸出紋波要求。電解電容器可以建模為電感、電阻和電容的串聯。為了提供良好的濾波效果,紋波頻率必須遠低于串聯電感變得重要的頻率。因此,感興趣的兩個部分是電容和有效串聯電阻(ESR)。根據規定的峰間紋波電壓與峰間紋波電流的關系,計算出最大ESR。
維持VO紋波電壓低于100 mV設計目標所需的C3最小電容根據方程式15計算:
選擇220 mf,60-v電容器是因為其最大ESR為0.074Ω,最大紋波電流為2.8 A。
晶體管功率開關計算
晶體管功率開關由NTE153 PNP驅動晶體管和NTE331 NPN輸出晶體管構成。這兩個電源設備連接在PNP混合達林頓電路配置中

混合達林頓電路必須在IO+ΔIL/2或10.8 A的最大輸出電流下飽和。10.8 A的達林頓HFE必須足夠高,不超過TL494的250 mA最大輸出集電極電流。根據公布的NTE153和NTE331規范,所需功率開關最小驅動力通過方程式16計算得出,方程式18為144 ma:
R10值的計算方法如下:
根據這些計算,為R10選擇最接近的標準電阻值220Ω。電阻器R11和R12允許開關晶體管中的載流子在關閉時放電。
所述電

電源建議
TL494設計用于在7 V至40 V的輸入電壓范圍內工作。該輸入電源應調節良好。如果輸入電源與設備的距離超過幾英寸,除了陶瓷旁路電容器外,還可能需要額外的大容量電容。一個值為47μF的鉭電容器是一個典型的選擇,但這可能會因輸出功率的不同而有所不同。
布局指南
始終嘗試使用鐵氧體型閉合磁芯的低EMI感應器。一些例子是環形和包芯電感器。如果它們具有較低的EMI特性,并且距離低功耗記錄道和組件稍遠,則可以使用開放式磁芯。如果使用開芯,也要使電極垂直于印刷電路板。棒芯通常會發出最不需要的噪音。
反饋跟蹤
盡量使反饋軌跡遠離電感和噪聲功率軌跡。您還希望反饋跟蹤盡可能直接,并且有點厚。這兩個問題有時涉及到一個權衡,但保持它遠離電感EMI和其他噪聲源是更關鍵的兩個問題。在電感器對面的印刷電路板上運行反饋軌跡,將兩個電感器分開一個接地平面。
輸入/輸出電容器
當使用低值陶瓷輸入濾波器電容器時,它應盡可能靠近IC的VCC引腳。這將消除盡可能多的微量電感效應,并給內部集成電路軌道一個更清潔的電壓供應。有些設計還需要使用一個前饋電容器,從輸出端連接到反饋針,通常是出于穩定性的原因。在這種情況下,它也應盡可能靠近集成電路。使用表面安裝電容器還可以減少引線長度,并減少噪聲耦合到由通孔元件產生的有效天線的可能性。
補償組件
用于穩定的外部補償元件也應放置在IC附近。這里建議使用表面貼裝組件,原因與對濾波電容器的討論相同。這些也不應該非常靠近感應器。
痕跡和地平面
使所有的功率(大電流)記錄道盡可能短、直和厚。在標準的印刷電路板上,最好的做法是使記錄道的絕對最小值為每安培15密耳(0.381毫米)。感應器、輸出電容器和輸出二極管應盡可能接近。這有助于減少功率跟蹤由于通過它們的高開關電流而輻射的電磁干擾。這也將減少引線電感和電阻,從而減少噪聲峰值、振鈴和產生電壓誤差的電阻損耗。集成電路、輸入電容器、輸出電容器和輸出二極管(如適用)的接地應直接連接到接地平面上。在印刷電路板的兩側都有一個接地平面也是一個好主意。這將通過減少接地回路誤差以及吸收感應器輻射的更多電磁干擾來降低噪聲。對于兩層以上的多層板,可以使用接地平面將電源平面(電源軌跡和組件所在的位置)和信號平面(反饋、補償和組件所在的位置)分開,以提高性能。在多層板上,需要使用通孔來連接記錄道和不同的平面。如果軌跡需要從一個平面到另一個平面傳導大量電流,則最好使用每200 mA電流一個標準通孔。對元件進行排列,使開關電流環向同一方向彎曲。由于開關調節器的工作方式,有兩種電源狀態。開關打開時為一種狀態,開關關閉時為一種狀態。在每種狀態下,都會有一個電流回路,由當前導電的電源組件構成。放置電源組件,以便在兩種狀態中的每一種狀態下,電流回路的導電方向都相同。這可以防止兩個半周期之間的軌跡引起的磁場反轉,并降低輻射EMI。

源證明了TL494脈寬調制控制電路的靈活性。這種電源設計說明了TL494提供的許多電源控制方法,以及控制電路的多功能性。

布局示例

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