TL494电路的工作原理及应用介绍

图3-15 TL494的内部等效电路及引脚分配图

图3-16所示的是一种他励式脉宽调制开关电源。脉宽调制采用集成电路IC₁（TL494）来完成。它在+5V直流输出端（C₂₆端点）采用电压负反馈来稳定输出电压，在5V的过电压和过电流保护信号的控制下，向半桥式变换电路馈送出两路相位相差180°的脉宽调制信号。该信号经功率放大后，被高频变压器耦合给4个独立的变压器二次绕组，再经整流滤波，形成±5V和±12V直流电压。12V直流电源具有过电流保护功能。开关电源的主变换电路是由半桥驱动。驱动电路还要高效率地传递功率和调节脉冲宽度，以保证输出电压稳定。半桥式变换电路的工作过程是这样的：当晶体管VT₅、VT₆的基极回路中没有脉宽控制方波输入时，晶体管VT₅、VT₆处于截止状态，此时300V直流电压将平均分配在电容C₅、C₆上（因C₅和C₆的容量相等），即等于150V左右。当控制方波V_a送到晶体管VT₅的基极时，VT₅导通，这样输入电压V₁将通过VT₅的集电极—发射极以电流I_c向电容器C₆充电。由于电容C₆上的电压不能突变，如果忽略VT₅的饱和压降，那么在变压器TR₃的一次绕组上将感应出V₁/2的电压（由0上升到V₁/2）。这样变化的结果将导致晶体管VT₆的集电极与发射极间的电压由V₁/2上升到V₁。在上述过程中，电容C₅放电，电容C₆充电，流经晶体管VT₅的电流将是I_c的2倍。当控制方波消失后，VT₅、VT₆均处于截止状态。这时VT₅、VT₆又回到开始瞬间的状态，各承受V₁/2的电压，TR₃一次绕组的感应电压为零。当控制方波V_b被馈送到VT₆的基极时，VT₆导通。此时，输入电压V₁将通过C₅、TR₃的一次绕组、VT₆的集电极和发射极对电容C₅充电。同样，由于C₅两端的电压不能突变，则在TR₃的一次绕组中感应出极性相反的V₁/2电压。此时VT₆的集电极和发射极承受的电压将从V₁/2上升到V₁。在此过程中，C₆放电，C₅充电，流过VT₆的电流同样也是I_c的2倍。由此可见，只要适当控制方波脉冲V_a和V_b交替地加到VT₅、VT₆的基极上，就会在变压器TR₃的一次绕组上感应出大小相等而极性相反的交替变化的高频电压，它的大小为输入直流电压的一半。在半桥驱动电路中，当开关晶体管VT₅或VT₆由截止转为饱和导通时，其集电极和发射极两端电压变化的幅值只有输入直流电压的一半，即150V左右。在图3-16中，C₁、L₁、C₂、C₃、C₄构成低通滤波电路，用于限制来自电网的高频干扰对电路的影响，抑制调制开关电路所产生的高频信号对供电电网的污染。单向晶闸管VTH₁、变压器绕组N₂以及电阻R_S组成软启动电路。当接通电压时，晶闸管VTH1处于截止状态，交流电压将通过软启动电阻R_S向桥式整桥VD₁～VD₄供电。R_S的输入可有效地抑制供电电压在刚接通瞬间整流桥对滤波电容所产生的瞬时启动充电浪涌电流。当脉冲宽度达到设计的宽度后，高频变压器TR₃的绕组N₂感应出电压，该电压将使VTH₁由截止趋向导通。此后R_S被VTH₁短路，整流桥VD₁～VD₄将承受全部的交流电压，从此电路进入正常的工作状态。R₂、R₃是电容C₅、C₆的均压电阻，起着恒压充放电滤波的作用。

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图3-16 由TL494组成的他励式脉宽调制开关电源

整流滤波后的300V直流电压分两路馈送到下一级：一路馈送到开关晶体管VT₅、VT₆及有关元件组成的半桥式变换电路中，另一路馈送到由晶体管VT₁及其周围元件组成的自激式辅助电源电路中。稳压二极管VS₁和电阻R₁₀是VT₁的基本保护电路，而变压器TR₁的二次绕组N_B2、电阻R₁₂、电容C₉及二极管VD₁₂组成晶体管VT₁的反偏置截止电路。当VT₁趋向截止时，原来储存在TR₁中的电能将在N_B2绕组中形成反激电压，该电压就是加速VT₁截止的反向偏置电压。TR₁的二次绕组N_B3，感应出的脉冲电压经VD₁₆、C₁₃，整流滤波后产生的直流电压被馈送到TL494的12脚，作为TL494的辅助电源V_CC。与此同时，来自二次绕组N_B3的感应电压经VD₇和VD₉被馈送到欠电压保护电路，作为输入交流电的欠电压保护采样信号。在TL494内部锯齿波发生器的5脚和6脚分别接上定时电容C₁₄和定时电阻R₂₅后，TL494内部的锯齿波发生器开始工作。另外，在TL494的12脚输入直流辅助电压V_CC后，TL494将从参考基准电压输出端14脚向外输出+5V基准电压。TL494正是利用这个+5V基准电压经R_A/R₂₀、R₁₅/R₁₉及R₁₄/R₁₈组成的电阻分压器分别为它的采样误差放大器的反相输入端2脚、控制放大器的反相输入端15脚以及死区电平控制端4脚建立起它们各自基准参考电平。为了防止半桥式变换电路的驱动电路中产生的一对高压反向加到开关晶体管VT₅、VT₆上，使它们发生同时导通而被损坏，要求在TL494的死区电平控制端4脚送入一个死区控制电平。它的选择原则是使TL494输出的两路相位相差180°的驱动脉冲之间幅度为零的时间间隔（死区时间）至少要大于开关晶体管VT₅、VT₆的延迟时间t_d、上升时间t_r、存储时间t_s和下降时间t_f的总和。

+5V直流输出电压电路的工作原理是：来自+5V输出端的采样电压经电阻R₃₉和电容C₂₇向TL494的采样误差放大器的同相输入端1脚馈送一个+5V电压作为控制信号。如果输入电压升高或+5V直流电压负载减轻而引起输出端电压升高，这时采样误差放大器同相输入端的电位也会升高，使得TL494的输出晶体管输出的调制脉冲的宽度下降。IC₁的输出晶体管与11脚和8脚外接的晶体管VT₃、VT₄组成两对复合晶体管。从VT₃、VT₄送出一对相位相差180°的脉宽调制驱动脉冲，分别经变压器TR₂馈送到直流变换电路中高反压开关晶体管VT₅、VT₆的基极。而晶体管VT₅、VT₆分别与C₅、C₆和C_F、TR₃的一次绕组N₁构成了半桥式变换电路的功率驱动电路。显然VT₅、VT₆经TR₃耦合到4个二次绕组的脉宽调制电压的脉冲宽度在TL494输出驱动脉冲的控制之下。这种脉冲经整流二极管VD₂₃、VD₂₄，电感L₅及电容C₂₂和C₂₆“π”形滤波成直流信号输出。适当地控制负反馈量，可以使+5V直流输出电压自动稳定。电路中VT₅的集电极与发射极之间并联的C₇和R₈阻容网络，用于保护VT₅、VT₆不致因第二次电子击穿而损坏，降低开关管的电压输出以及消除开关尖峰电压对缓冲电路的影响。TL494电路电源适用于台式计算机、DVD电源和工业多回路控制等。