摘要：文章介紹了開(kāi)關(guān)電源的基本原理，DC/DC變換主電路分類(lèi)，對(duì)開(kāi)關(guān)電源的控制方式進(jìn)行了比較，給出了專(zhuān)用集成控制器的優(yōu)點(diǎn)。給出了專(zhuān)用集成控制器TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳功能，詳細(xì)分析了其工作原理、應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)，列舉了TL494的應(yīng)用實(shí)例。設(shè)計(jì)了一款由TL494控制的Buck型開(kāi)關(guān)電源，給出了所用元器件，對(duì)整個(gè)電路工作原理進(jìn)行了分析，分析了其產(chǎn)生PWM信號(hào)的原理，接收反饋實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的原理及實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)原理，測(cè)試其關(guān)鍵點(diǎn)的工作波形，并對(duì)此電路做了些改進(jìn)，基于此對(duì)TL494進(jìn)行了測(cè)試，該電路是TL494的典型應(yīng)用，可以體現(xiàn)出TL494的大部分功能，電路具有采用元件少、性能穩(wěn)定、效率高的優(yōu)點(diǎn)。

　　1、引言

　　電源的優(yōu)劣直接影響到各類(lèi)電子設(shè)備的性能。因此設(shè)計(jì)出性能良好的電源意義重大。廣義的講，能夠提供電能的設(shè)備稱(chēng)為電源。我們這里所指的電源是把身邊現(xiàn)有的電源轉(zhuǎn)化成我們電子設(shè)備所需要的某種類(lèi)型電源的一種電子裝置。開(kāi)關(guān)電源是直流穩(wěn)壓電源的一種，自問(wèn)世以來(lái)，以其輕小高效越來(lái)越受到人們的青睞，在直流電源的大多場(chǎng)合已取代了傳統(tǒng)的線(xiàn)性開(kāi)關(guān)電源，并且正不斷發(fā)展，其市場(chǎng)廣闊。

　　2、DC/Dc變換器主電路及其控制方式

　　開(kāi)關(guān)電源功率調(diào)整管都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，而線(xiàn)性穩(wěn)壓電源的功率管工作在線(xiàn)性放大狀態(tài)下，這是開(kāi)關(guān)電源與線(xiàn)性穩(wěn)壓電源的顯著區(qū)別，也是開(kāi)關(guān)電源這個(gè)名字由來(lái)的原因。目前開(kāi)關(guān)電源中目前常用的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管有GTR、MOSFET、IGBT等，通過(guò)控制信號(hào)控制其導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)將一種直流電轉(zhuǎn)換成另外一種大小的直流電，配上電感電容濾波器件能輸出穩(wěn)定。

　　DC/DC變換器是開(kāi)關(guān)電源中最主要的功率變換環(huán)節(jié)。DC/DC變換器有輸入輸出無(wú)隔離（即“直通”）型和輸人輸出隔離型兩種類(lèi)型。“直通”型DC/oC變換器典型的電路有Buck（降壓）型、Boost（升壓）型、Buck一Boost（升降壓）式和Cuk型等幾種類(lèi)型;輸人與輸出隔離型的DC/DC變換器典型的電路有單端正激式、單端反激式、推挽式、半橋式和全橋式等幾種類(lèi)型。但無(wú)論哪種類(lèi)型的DC/DC變換器的開(kāi)關(guān)電源，其基本原理都是開(kāi)關(guān)管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間關(guān)系來(lái)改變輸出電壓的。

　　開(kāi)關(guān)電源要實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定少不了相應(yīng)的控制電路，其電路有三種：（l）由分立元件構(gòu)成;（2）通過(guò)軟件編程由單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn);（3）由專(zhuān)用的集成控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中專(zhuān)用集成控制器實(shí)現(xiàn)方式以其使用方便、無(wú)需編程、所需元件數(shù)量少等優(yōu)點(diǎn)，是開(kāi)關(guān)電源常用的一種控制方式。TL494就是其中常見(jiàn)的一種專(zhuān)用集成控制器。

　　3、TL494介紹

　　TL494由德州儀器公司設(shè)計(jì)并推出，推出后立刻得到市場(chǎng)的廣泛接受，尤其是在PC機(jī)的ATx半橋電源上。TL494是一種固定頻率的電壓型脈寬調(diào)制集成控制器，最高工作頻率3O0kHz。其內(nèi)部主要集成了線(xiàn)性鋸齒波振蕩器、兩個(gè)誤差放大器、死區(qū)時(shí)間比較器、PWM比較器、基準(zhǔn)電壓源、觸發(fā)器等，共有16個(gè)引腳。其內(nèi)部電路方框如圖1所示，其框架已被證明非常優(yōu)秀。

　　圖1TL494內(nèi)部電路方框圖

　　線(xiàn)性鋸齒波振蕩器的振蕩頻率由5腳、6腳上外接的電阻電容來(lái)決定。一般其工作時(shí)這兩個(gè)管腳上外接的電阻值和電容值都是固定的，即振蕩頻率是固定的。振蕩頻率與外接的電阻和電容之間的關(guān)系為：

　　兩個(gè)誤差放大器在這里地位是一樣的，它們的輸出分別經(jīng)過(guò)一二極管送到PWM比較器的同向輸入端，與加在PWM比較器反向輸入端的線(xiàn)性鋸齒波（比振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波幅值增加了O.7V：做比較，產(chǎn)生PWM信號(hào)，l腳和2腳分別對(duì)應(yīng)著其中一個(gè)誤差放大同向輸入端和反向輸入端，16腳和15腳對(duì)應(yīng)著另外一個(gè)誤差放大器;3腳是兩誤差放大器的輸出端，也是PWM比較器同向輸入端;脈沖寬度的調(diào)節(jié)可以通過(guò)3腳上的電壓來(lái)控制，也可分別通過(guò)誤差放大器進(jìn)行調(diào)節(jié)。在使用時(shí)一個(gè)誤差放大器接反饋信號(hào)，使輸出穩(wěn)定，另一個(gè)誤差放大器可用作過(guò)流保護(hù)，3腳在使用時(shí)可接RC網(wǎng)絡(luò)，以提高整個(gè)電路的穩(wěn)定性。當(dāng)然也有其他使用方法。

　　圖中的開(kāi)關(guān)管Q，和QZ是最終的輸出端。功率輸出管Q，和QZ受控于或非門(mén)。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)（3腳上信號(hào)）增大，輸出脈沖的寬度將減小。13端為輸出控制端，當(dāng)其接低電平時(shí)，兩管子工作情況相同，當(dāng)其接高電平時(shí)兩管子推挽輸出。死區(qū)時(shí)間比較器具有120mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的4%。4腳為死區(qū)時(shí)間比較器的輸入端，其上電壓在0一3.3V變化，可控制輸出脈沖的最大占空比從最大到最小變化。4腳接地時(shí)輸出芯片輸出的PWM信號(hào)占空比最大（13腳接低電平時(shí)為96%）。當(dāng)然，占空比還受反饋信號(hào)控制。使用時(shí)4腳可用來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)。TL494內(nèi)部還有一個(gè)基準(zhǔn)電壓源，通過(guò)14腳為其在應(yīng)用時(shí)提供5.0V的基準(zhǔn)電壓。直流電源加在12腳和7腳給芯片供電。

　　4、基干TL494的Buek變換器

　　以圖2為例來(lái)分析和測(cè)試TL494。圖2是以TL494為核心構(gòu)成的Buck電路。Buck電路主電路由開(kāi)關(guān)管VT（Tip32）、電感L、電容CZ與C。以及二極管VD（MR850）構(gòu)成。輸入電壓在10V一40V變化時(shí)（主要考慮TL494工作電壓范圍，TL494也是用此電源供電），也可使輸出穩(wěn)定在SV。電路中元件都是很常見(jiàn)的元件，只是開(kāi)關(guān)管Tip犯為PNP型的管子，基極低電平時(shí)導(dǎo)通，電感和二極管要用高頻的，工作頻率30妞z左右。

　　圖2TL494控制的Buek電路

　　圖2可看出輸入電源直接通過(guò)12腳和7腳對(duì)芯片供電。7腳實(shí)際上通過(guò)一阻值為0.1。的電阻R：與輸人電源的地相連，電阻值很小，可近似認(rèn)為和輸入地直接相連;5腳和6腳分別接電容C：，電阻RT由此決定振蕩器振蕩頻率，也就決定了最終輸入的PWM信號(hào)的頻率。可以算出振蕩頻率為23.4川z;一誤差放大器同相輸入端經(jīng)R，接輸出的反饋信號(hào)，而反向輸入端2腳經(jīng)R。與14腳輸出的基準(zhǔn)電壓相連。輸出電壓變化時(shí)，l腳得到的反饋信號(hào)也相應(yīng)變化，同2腳上的基準(zhǔn)電壓比較后經(jīng)誤差放大器輸出，也即加在芯片內(nèi)的PWM比較器同位輸入端的電壓信號(hào)相應(yīng)地發(fā)生變化，使得芯片輸出的PWM占空比相應(yīng)變化，從而使輸出電壓穩(wěn)定。2腳和3腳之間的電阻電容可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;另一誤差放大器用作過(guò)流保護(hù)，其同向輸入端16腳經(jīng)R。接地，而反向輸入端由14腳的基準(zhǔn)電壓經(jīng)R4和R。分壓后得一基準(zhǔn)電壓。正常工作時(shí)流過(guò)R3的電流相對(duì)較小，16腳電位比巧腳低，該誤差放大器的輸出經(jīng)芯片內(nèi)二極管不能送到PWM比較器，也就不起作用，而當(dāng)輸出電流過(guò)大，也即流過(guò)R。的電流過(guò)大時(shí)，16腳電位將比巧腳高，誤差放大器增益高，輸出的高電平加到芯片內(nèi)部的PWM比較器，封鎖芯片PWM信號(hào)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù);4腳接地，即外部不使用死區(qū)時(shí)間比較器，PWM信號(hào)占空比由反饋控制，可達(dá)其上限;13端接地，兩管子Q，和QZ工作情況相同，這里兩管子并聯(lián)使用，兩管子射集9腳和10腳接地，其集電極8腳和11腳相連后經(jīng)電阻R。驅(qū)動(dòng)PNP型開(kāi)關(guān)管Tip32A。

　　圖3芯片5腳鋸齒波波形

　　圖4僅電感濾波時(shí)負(fù)載上電壓波形

　　圖5電路中芯片輸出的PWM信號(hào)波形

　　按圖2電路并讓其接150歐電阻時(shí)，測(cè)得輸入電壓在10v一40v變化時(shí)，輸出電壓可以穩(wěn)定在SV;由于誤差放大器輸入端輸入電阻可認(rèn)為無(wú)限大，故反饋電阻R，在很大范圍內(nèi)改變時(shí)輸出電壓仍不發(fā)生變化;若要通過(guò)反饋改變輸出電壓，圖2可這樣改動(dòng)：Rt與T1494相連的反饋端斷開(kāi)，接電位器的一個(gè)固定端，而另一固定端接地，可調(diào)端子與T1494的l腳相連作為反饋，電位器的三個(gè)端子互不相連;測(cè)得5腳鋸齒波波形、濾波電容q和c3開(kāi)路時(shí)輸出電壓波形（電感電流連續(xù)），芯片PWM信號(hào)輸出開(kāi)路即斷開(kāi)電阻R。測(cè)得8腳和11腳波形分別如圖3、圖4、圖5圖所示。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　開(kāi)關(guān)電源采用專(zhuān)用集成控制器進(jìn)行控制，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、所需元件少、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。這里僅以其控制Buck電路為例進(jìn)行分析，其實(shí)T1494作為一種典型固定頻率的電壓型脈寬調(diào)制集成控制器，包含了控制開(kāi)關(guān)電源所需的全部功能，不僅可控制單管電路，而且也能控制雙管正激電路、半橋電路、推挽電路和全橋電路，價(jià)格低廉，控制開(kāi)關(guān)電源時(shí)通用性較強(qiáng)。