TL494開(kāi)關(guān)集成電路原理及應(yīng)用

TL494是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的一種電壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制控制集成電路，主要應(yīng)用在各種開(kāi)關(guān)電源中。本文介紹它與相應(yīng)的輸入、輸出電路等一起構(gòu)成一個(gè)單回路控制器。
開(kāi)關(guān)集成電路TL494內(nèi)部原理圖:

1、TL494管腳配置及其功能
　　TL494的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。圖1是它的管腳圖，其中1、2腳是誤差放大器I的同相和反相輸入端；3腳是相位校正和增益控制；4腳為間歇期調(diào)理，其上加0～3.3V電壓時(shí)可使截止時(shí)間從2%線懷變化到100%；5、6腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容；7腳為接地端；8、9腳和11、10腳分別為TL494內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極；12腳為電源供電端；13腳為輸出控制端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，接14腳時(shí)為推挽輸出方式；14腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流10mA；15、16腳是誤差放大器II的反相和同相輸入端。

2、回路控制器工作原理
　　回路控制器的方框圖如圖2所示。被控制量（如壓力、流量、溫度等）通過(guò)傳感器交換為0～5V的電信號(hào)，作為閉環(huán)回路的反饋信號(hào)，通過(guò)有源簡(jiǎn)單二階低通濾波電路進(jìn)行平滑、去除雜波干擾后送給TL494的誤差放大器I的IN+同相輸入端。設(shè)定輸入信號(hào)是由TL494的5V基準(zhǔn)電壓源經(jīng)一精密多圈電位器分壓，由電位器動(dòng)端通過(guò)有源簡(jiǎn)單二階低通濾波電路接入TL494的誤差放大器I的IN-反相輸入端。反饋信號(hào)和設(shè)定信號(hào)通過(guò)TL494的誤差放大器I進(jìn)行比較放大，進(jìn)而控制脈沖寬度，這個(gè)脈沖空度變化的輸出又經(jīng)過(guò)整流濾波電路及由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的隔離放大電路進(jìn)行平滑和放大處理，輸出一個(gè)與脈沖寬度成正比的、變化范圍為0～10V的直流電壓。這個(gè)電壓就是所需要的輸出控制電壓，用它去控制執(zhí)行電路，及時(shí)調(diào)整被控制量，使被控制量始終與設(shè)定值保持一致，形成閉環(huán)單回路控制。
　　用TL494實(shí)現(xiàn)的單回路控制器的電路原理圖如圖3所示。
2.1 輸入電路
　　 兩個(gè)運(yùn)算放大器IC1A、IC1B都接成有源簡(jiǎn)單二階低通濾電路，分別作為反饋信號(hào)輸入和設(shè)定信號(hào)輸入的處理電路。在電路設(shè)計(jì)上，兩個(gè)輸入電路采取完全對(duì)稱的形式。將有源簡(jiǎn)單二階低通濾波電路的截止頻率fp設(shè)計(jì)為4Hz，根據(jù)有源簡(jiǎn)單二階低通濾波電路中fp=0.37f0（f0為該濾波器的特征頻率）選取C1與C2為1μF,然后算得R1與R2為16kΩ。這樣可以濾除由于傳感器距離較遠(yuǎn)輸入引線過(guò)長(zhǎng)而帶來(lái)的高頻雜波干擾和平滑傳感器信號(hào)本身的波動(dòng)，使加入到TL494的管腳1即誤差放大器I同相輸入端IN+的信號(hào)盡可能地平滑和相對(duì)穩(wěn)定。在有源簡(jiǎn)單二階低通濾波電路與誤差放大器I同相輸入端IN+之間接有10kΩ的限流隔離電阻。把TL494的14腳輸出的5V基準(zhǔn)電壓源，用一3.3kΩ精密多圈電位器W1分壓作為設(shè)定輸入信號(hào)，通過(guò)與處理傳感器反饋信號(hào)相同的電路，送入TL494的管腳2，即誤差放大器I的反相輸入端IN-端。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，R19、R20這兩個(gè)限流隔離電阻必不可少。否則，TL494誤差放大器I的兩個(gè)輸入端的電位將相互影響。另外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明，TL494誤差放大器的兩個(gè)輸入端在低電壓時(shí)跟蹤的線性不大好，故這里將兩個(gè)輸入運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)取為2，以改善反饋信號(hào)與設(shè)定信號(hào)的跟蹤線性。

2.2 脈寬調(diào)制電路
　　在本控制器中只用到了TL494的誤差放大器I，故將誤差放大器II的IN+（16腳）接地、IN-（15腳）接高電平。為保護(hù)TL494的輸出三極管，經(jīng)R13和R10分壓，在4腳加接近0.3V的間歇調(diào)整電壓。R9、R12和C5組成了相位校正和增益控制網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，在本控制器中振蕩電阻和振蕩電容分別取200kΩ和0.1μF。輸出采用并取方式，取自發(fā)射級(jí)。整機(jī)電源取12V單電源。
2.3 輸出電路
　　為了把脈寬變化的方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為大小變化的直流信號(hào)，通過(guò)開(kāi)關(guān)二極管D1、電容C8進(jìn)行整流濾波。R15作為整波濾波的輸出負(fù)載，還在脈沖截止期間為C8提供放電回路，使C8上的電壓與TL494輸出的脈寬成正比。為使輸出電壓進(jìn)一步平滑、提高帶負(fù)載能力以及使輸出電壓在0～10V之間變化，又加入了一級(jí)壓控電壓源二階低通濾波電路。在圖中所示元件參數(shù)下，最大的直流輸出電壓是10V，IC3A輸出端接的10V穩(wěn)壓二極管，是保證在意外的情況下，使輸出電壓不大于10V。
3、工作過(guò)程
　　當(dāng)反饋信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)TL494的脈寬調(diào)制作用，其9腳與10腳并聯(lián)輸出信號(hào)的脈寬減小，這個(gè)輸出信號(hào)再經(jīng)整流濾波電路及隔離與放大輸出電路，使最后輸出的直流控制信號(hào)的電壓相應(yīng)下降。直流控制信號(hào)通過(guò)控制電路經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電動(dòng)機(jī)、電熱管等）使被控制量下降，再進(jìn)而通過(guò)傳感器使反饋信號(hào)降低，形成單回路閉環(huán)控制。當(dāng)反饋信號(hào)小于設(shè)定值時(shí)，上述控制過(guò)程相反。另外，還可以根據(jù)被控制系統(tǒng)的具體情況，來(lái)調(diào)整輸入二階低通濾波器的電容大小，使控制過(guò)程及時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定。再有，為使控制過(guò)程直觀，還應(yīng)加上設(shè)定量及被控制量的顯示（指示）電路。可從兩個(gè)輸入端取出信號(hào)，然后分別通過(guò)隔離放大電路（如用運(yùn)算放大器組成的電壓跟隨器）送到表頭指示。表頭可采用多功能數(shù)字式電子表頭成品或直接用滿量程5V的機(jī)械表示。

4、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析
　　表1～表3的數(shù)據(jù)是在輸出端接10KΩ負(fù)載電阻的開(kāi)環(huán)條件下用DT9102A型數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)得的。其中反饋信號(hào)及設(shè)定信號(hào)分別用精密多圈電位器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)5V基準(zhǔn)源分壓來(lái)模擬，并且測(cè)量點(diǎn)取自IC1A及IC1B的輸出端即IC1的1腳和7腳，輸出取自IC3A的1腳。所有單位均為伏。
表1 開(kāi)環(huán)的條件下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)組1

設(shè)定（V）	1.021	1.023	1.022	1.021	1.020	1.019	1.018	1.016	1.015	1.012	1.010
反饋（V）	1.252	1.240	1.227	1.027	1.186	1.162	1.137	1.113	1.090	1.064	1.008
輸出（V）	0.01	1.08	1.99	3.01	4.00	5.00	6.09	7.00	8.00	9.00	9.96

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