TL494 开关电源芯片详解

一、概述

TL494 是德州仪器（TI）推出的一款经典脉宽调制（PWM）控制器，被广泛用于开关电源（Switching Power Supply, SPS）、DC-DC 转换器、不间断电源（UPS）等应用中。作为一款双端输出 PWM 控制芯片，它的核心功能是调节开关电源的占空比，使输出电压稳定，同时提高转换效率。

TL494 具有较高的集成度，内部集成了两个误差放大器、一个振荡器、一个死区时间控制电路、一个 PWM 比较器、一个推挽式输出控制电路等组件。其灵活的配置方式使其成为电子工程师设计开关电源时的常用芯片。

二、TL494 的常见型号

TL494 作为一款经典的 PWM 控制器，市场上有多个封装和变种版本，常见型号包括：

1. TL494CN：DIP-16 双列直插封装，适用于一般应用场合，易于手工焊接。

2. TL494CD：SOIC-16 表贴封装，适用于紧凑型电路板设计。

3. TL494ID：更适用于工业应用，耐温范围更广。

4. TL494Q：车规级版本，适用于汽车电子应用。

不同封装的 TL494 在功能上基本相同，仅封装形式和工作环境适应性有所不同，用户可根据需求选择合适的型号。

三、TL494 的主要参数

TL494 作为一款经典的 PWM 控制芯片，以下是其主要电气参数：

这些参数决定了 TL494 的应用范围及其在不同电路设计中的灵活性。

四、TL494 的工作原理

TL494 的核心功能是控制开关电源的占空比，使其输出电压稳定，并提高转换效率。它的工作原理主要包括以下几个部分：

1. 内部结构

TL494 由以下几个关键功能模块组成：

• 振荡器：产生基准时钟信号，决定 PWM 频率。

• 误差放大器：检测输出电压与参考电压的偏差，并进行误差信号放大。

• PWM 比较器：比较误差信号与锯齿波信号，调节 PWM 脉冲宽度。

• 死区时间控制：防止功率开关管的直通，降低开关损耗。

• 输出控制逻辑：控制 PWM 信号的输出方式（单端或推挽）。

2. 频率设定

TL494 的振荡器频率由外部电阻（Rt）和电容（Ct）决定，计算公式如下：

$$f = frac{1.1}{Rt imes Ct}$$f=Rt×Ct1.1

其中，Rt 一般取 1kΩ ~ 100kΩ，Ct 取 470pF ~ 100nF，可调整 TL494 的工作频率在 1kHz ~ 300kHz 之间。

3. PWM 占空比调节

TL494 通过误差放大器检测输出电压变化，并控制 PWM 信号的占空比，使输出电压稳定在设定值。例如，当负载增大导致输出电压下降时，误差放大器会增大 PWM 占空比，提高输出功率；反之，当负载减小时，占空比会自动减少，以维持稳定的电压输出。

4. 死区时间控制

死区时间（Dead Time）是指两路 PWM 信号之间的间隔时间，主要用于避免功率管的交叉导通。TL494 通过死区时间控制端（Pin 4）调整死区时间，计算公式如下：

$$D_{min} = frac{V_{DT}}{V_{ref}}$$Dmin=VrefVDT

其中，$V_{DT}$VDT 是死区时间控制端的电压，$V_{ref}$Vref 是内部基准电压（5V）。

5. 输出模式

TL494 具有两种输出模式：

• 单端模式（Single-ended mode）：两个输出端交替输出 PWM 信号，适用于 Buck、Boost 或单端反激式电源。

• 推挽模式（Push-pull mode）：两个输出端以 180° 相位差输出，适用于推挽式和半桥、全桥拓扑。

五、TL494 的主要特点

TL494 具有以下显著特点：

1. 高集成度：内部包含 PWM 控制所需的所有关键电路，无需外部补偿。

2. 灵活的输出控制：支持单端和推挽输出，适用于多种电源拓扑结构。

3. 占空比可调：可根据需求精确调整 PWM 信号的占空比，提高电源效率。

4. 低功耗：静态功耗较低，适用于节能型电源设计。

5. 可靠性高：具备良好的温度稳定性和抗干扰能力，适用于工业应用。

六、TL494 的应用领域

TL494 主要用于各种 DC-DC 变换电路及 AC-DC 开关电源，具体应用包括：

1. 计算机电源：用于 ATX 电源中的 PWM 控制。

2. 电池充电器：可实现恒流、恒压控制，广泛用于锂电池充电。

3. DC-DC 转换器：应用于升压、降压、反激式和推挽式电源。

4. 太阳能逆变器：用于太阳能 MPPT 控制，提高能量转换效率。

5. 工业控制电源：用于电机驱动、工控设备供电。

七、典型应用电路

TL494 可用于多种开关电源设计，下面介绍其典型的 BUCK 降压电路。

主要元件：

• TL494（PWM 控制器）

• Q1（N 沟道 MOSFET，开关管）

• L1（电感，储能元件）

• D1（肖特基二极管，续流）

• C1（输出滤波电容）

• R1、R2（电压分压电阻）

工作原理：
TL494 产生 PWM 信号控制 Q1 开关，Q1 导通时，电感 L1 储能，电容 C1 充电；Q1 关闭时，L1 释放能量，D1 续流，输出电压保持稳定。

八、总结

TL494 作为一款经典 PWM 控制芯片，因其高稳定性、易用性和良好的调节特性，在开关电源领域被广泛应用。它支持多种拓扑结构，可灵活配置占空比、频率和死区时间，适用于各种 DC-DC 转换电路。对于电子工程师而言，熟练掌握 TL494 的特性和应用技巧，将有助于高效设计高性能开关电源。