1、小型控制系統設計課設計的題目:采用TL494構成脈寬調制降壓穩壓電源電路設計任務及目的: 設計任務:掌握開關電源的工作原理及特性,設計脈寬調制降壓穩壓電源電路.要求輸出5V/1A,掌握TL494芯片的工作原理及特點,了解TL494的技術指標. TL494芯片的技術指標:功率少、穩壓范圍寬、體積小重量輕、安全可靠最大絕對值如下圖:參數TL494單位電源電壓Vcc41V放大器輸入電壓V1Vcc+0.3V集電極輸出電壓V041V集電極輸出電流I250MA封裝熱阻RD封裝73N封裝88NS封裝64PW封裝108引線離殼體1.6，10s焊接溫度D，N或PW封裝260存儲溫度Tstg-65-150推薦工作

2、條件:參數最小最大單位電源電壓Vcc740V放大器輸入電壓V1-0.3Vcc-2V集電極輸出電壓V040V集電極輸出電流（每個晶體管）200MA電流進入反饋內0.3MA振蕩器頻率f1300KHZ定時電容Ct0.4710000Nf定時電阻Rt1.8500K設計目的:熟悉相關元器、芯片的功能和典型應用.通過本課程設計,學生能夠了解電子產品的生產過程,掌握電子技能的基本知識和實踐技能.從而加深對電子技術的理解.訓練學生的分析具體問題的能力.對學生進行基本技能訓練.使學生理論聯系實際,提高動手能力和分析問題、解決問題的能力.設計過程：（一）開關電源、（二）TL494I.開關電源的工作原理:1 交流電源

3、輸入經整流濾波成直流;2. 通過高頻PWM(脈沖寬度調制)信號控制開關管,將那個直流加到開關變壓器 初級上;3. 開關變壓器次級感應出高頻電壓,經整流濾波供給負載;4. 輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達到穩定輸 出的目的. 交流電源輸入時一般要經過厄流圈一類的東西,過濾掉電網上的干擾,同時也過濾掉電源對電網的干擾;在功率相同時,開關頻率越高,開關變壓器的體積就越小,但對開關管的要求就越高;開關變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出;一般還應該增加一些保護電路,比如空載、短路等保護,否則可能會燒毀開關電源. II開關電源的分類：按負載的連接方

4、式分類1.串聯型：開關電源中開關晶體管與負載串聯起來2.并聯型：開關電源中開關晶體管與負載并聯起來按穩壓控制方式分類1.脈沖寬度控制式：利用加到開關調整脈沖寬度的不同，控制開關調整的導通時間，達到穩定的輸出目的2.頻率控制式：控制振蕩器的重復周期，達到穩壓的目的。目前生產的彩電電視機絕大部分是采用脈沖寬度控制式,頻率控制式采用得少按激勵方式：他激式：需要開關電源外的激勵信號來啟動開關調整的方式自激式：由開關調整管自激振蕩來啟動開關調整管的方式一般他激式都是由逆程脈沖作為開關調整管導通的激勵信號，部分自激式開關電源為了使振蕩頻率與行頻同步，也采用行逆程脈沖做為觸發電平按輸出波形分：分矩形波和正弦

5、波電路按開關管的個數和連接方式分：單端式、推挽式、半橋式全橋式III.開關穩壓電源的結構：IV開關穩壓電源的優點和缺點A.優點:1.功耗小，效率高。在圖1中的開關穩壓電源電路中，晶體管V在激勵信號的激勵下，它交替地工作在導通截止和截止導通的開關狀態，轉換速度很快，頻率一般為50kHz左右，在一些技術先進的國家，可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開關晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達到80%。2.體積小，重量輕。從開關穩壓電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒有采用笨重的工頻變壓器。由于調整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因，所以開關穩

6、壓電源的體積小，重量輕。3.穩壓范圍寬。從開關穩壓電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調節的，輸入信號電壓的變化可以通過調頻或調寬來進行補償，這樣，在工頻電網電壓變化較大時，它仍能夠保證有較穩定的輸出電壓。所以開關電源的穩壓范圍很寬，穩壓效果很好。此外，改變占空比的方法有脈寬調制型和頻率調制型兩種。這樣，開關穩壓電源不僅具有穩壓范圍寬的優點，而且實現穩壓的方法也較多，設計人員可以根據實際應用的要求，靈活地選用各種類型的開關穩壓電源。4.濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。開關穩壓電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz，是線性穩壓電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提

7、高了1000倍。就是采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了500b倍。在相同的紋波輸出電壓下，采用開關穩壓電源時，濾波電容的容量只是線性穩壓電源中濾波電容的1/5001/1000。 5.電路形式靈活多樣。例如，有自激式和他激式，有調寬型和調頻型，有單端式和雙端式等等，設計者可以發揮各種類型電路的特長，設計出能滿足不同應用場合的開關穩壓電源。B.缺點:開關穩壓電源的缺點是存在較為嚴重的開關干擾。開關穩壓電源中功率調整開關晶體管V工作在狀態，它產生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進行抑制、消除和屏蔽，就會嚴重地影響整機的正常工作。此外由于開

8、關穩壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網，使附近的其他電子儀器、設備和家用電器受到嚴重的干擾。開關電源技術的發展動向: 開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化、電源系統的管理和控制、計算機輔助設計（CAD）、產品更新加快。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（MnZn）材料上加大科技創新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置

9、元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源的工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產品的可靠性大大提高。 模塊化是開關電源發展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統，可以設計成N1冗余電源系統，并實現并聯方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點：當開關電源在高頻下工作時，其噪音通過電源線對其他電子設備干撓，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉換電路技術，在理論上即可實現高頻化

10、又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這一領域開展大量的工作，以使得該項技術得以實用化。（二）.TL494芯片簡介TL494是一種固定頻率脈沖調制電路：它包含了開關電源控制所需的全部功能，廣泛應用與單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關電源。TL494內置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節，其振蕩頻率輸出脈沖的寬度是通過電容CT 上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較來實現。功率輸出管Q1 和Q2 受控于或非門。當雙穩觸發器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。當控制信號增大，輸出脈沖的寬

11、度將減小。A.開關電源集成控制器TL494廣泛應用于100200W中功率開關電源中，它的特點以下：1 集成了全部的脈寬調制電路 2 片內置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）3 內置誤差放大器4 可調整死區時間5 內止5V 參考基準電壓源，具有5V過流，過壓保護，輸入欠壓保護，5V欠壓保護以及12V過流保護等保護功能，電源可靠性高，運行安全6 可調整死區時間7 內置功率晶體管可提供500mA 的驅動能力，工作頻率是由外部鋸齒波發生器（振蕩器）上的定時元件RT和CT決定的，一旦定時元件固定后，電路輸出信號的工作頻率就固定不變8 推或拉兩種輸出方式B.TL494工作原理簡述:

12、TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調制電路，內置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節，其振蕩頻率:fosc=1.1/RT·CT輸出脈沖的寬度是通過電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較來實現。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當雙穩觸發器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。當控制信號增大，輸出脈沖的寬度將減小。（如下圖）C.TL494脈沖控制波形控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區時間比較器具有120mV的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區時間約等于

13、鋸齒波周期的4%，當輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時，占空比為48%。當把死區時間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在03.3V之間）即能在輸出脈沖上產生附加的死區時間。 脈沖寬度調制比較器為誤差放大器調節輸出脈寬提供了一個手段：當反饋電壓從0.5V變化到3.5時，輸出的脈沖寬度從被死區確定的最大導通百分比時間中下降到零。兩個誤差放大器具有從-0.3V到（Vcc-2.0）的共模輸入范圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺得到。誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與脈沖寬度調制器的反相輸入端進行“或”運算，正是這種電路結構，放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。當比較器CT放電，

14、一個正脈沖出現在死區比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩觸發器進行計時，同時停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調制脈沖交替輸出至兩個輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態，且最大占空比小于50%時，輸出驅動信號分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當需要更高的驅動電流輸出，亦可將Q1和Q2并聯使用，這時，需將輸出模式控制腳接地以關閉雙穩觸發器。這種狀態下，輸出的脈沖頻率將等于振蕩器的頻率。TL494內置一個5.0V的基準電壓源，使用外置偏置電路時，可提供高達10mA的負載電流，在典型的070溫度范

15、圍50mV溫漂條件下，該基準電壓源能提供±5%的精確度。D.TL494管腳配置及其功能： 1和2腳分別是誤差放大器I的同相和反相輸入端；3腳是相位校正和增益控制；4腳為間歇期調理，其上加03.3V電壓時可使截止時間從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內部兩個末級輸出三極管集電極和發射極；12腳為電源供電端；13腳為輸出控制端，該腳接地時為并聯單端輸出方式，接14腳時為推挽輸出方式；14腳為5V基準電壓輸出端，最大輸出電流10mA；15、16腳是誤差放大的反相和同相輸入端。E.TL494回路控制

16、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）通過傳感器交換為05V的電信號，作為閉環回路的反饋信號，通過有源簡單二階低通濾波電路進行平滑、去除雜波干擾后送給TL494的誤差放大器I的IN+同相輸入端。設定輸入信號是由TL494的5V基準電壓源經一精密多圈電位器分壓，由電位器動端通過有源簡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。反饋信號和設定信號通過TL494的誤差放大器I進行比較放大，進而控制脈沖寬度，這個脈沖空度變化的輸出又經過整流濾波電路及由集成運算放大器構成的隔離放大電路進行平滑和放大處理，輸出一個與脈沖寬度成正比的、變化范圍為01

17、0V的直流電壓。這個電壓就是所需要的輸出控制電壓，用它去控制執行電路，及時調整被控制量，使被控制量始終與設定值保持一致，形成閉環單回路控制.（圖2）F.工作過程當反饋信號大于設定值時，通過TL494的脈寬。直流控制信號通過控制電路經執行機構（如電動機、電熱管等）使被控制量下降，再進而通過傳感器使反饋信號降低，形成單回路閉環控制。當反饋信號小于設定值時，上述控制過程相反。另外，還可以根據被控制系統的具體情況，來調整輸入二階低通濾波器的電容大小，使控制過程及時、準確、穩定。再有，為使控制過程直觀，還應加上設定量及被控制量的顯示（指示）電路。可從兩個輸入端取出信號，然后分別通過隔離放大電路（如用運算

18、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字式電子表頭成品或直接用滿量程5V的機械表示。G.實測數據分析表1的數據是在輸出端接10K負載電阻的開環條件下用DT9102A型數字萬用表測得的.表1 開環的條件下實測數據組1設定（V）1.0211.0231.0221.0211.0201.0191.0181.0161.0151.0121.010反饋（V）1.2521.2401.2271.0271.1861.1621.1371.1131.0901.0641.008輸出（V）0.011.081.993.014.005.006.097.008.009.009.96從測得的數據分析我們可以看出，

19、在開環條件下反饋信號動態范圍狠小，僅在±002V左右，輸出為逐漸近似每加1V左右。HTL494脈寬控制降壓穩壓電源電路：(圖見附表)電路中，片內誤差放大器A1的同相輸入端（1腳）通過電阻（.）與輸出端相連接，反相輸入端（2腳）通過電阻（.）片內基準電源的輸出（14腳）相連接，所以電路的輸出電壓0=REF=5V 。15腳和3腳之間的C用于加大片內誤差放大器1的高頻負反饋，降低起高頻增益及抑制高頻振蕩。5、6腳對地分別接入電容（t）和電阻（t）決定開關電源的工作頻率，當t電容充電到3V時即開始放電，放電到零完成一個周期。振蕩頻率f=1/Rt Ct，頻率可調幾百赫300kHZ。死區時間控制

20、端（腳）與功能控制端（腳）、輸出三極管的集電極接地時兩路輸出晶體管同時導通或截止，形成單端工作狀態，增加了輸出電流；由于誤差取樣放大器采用單電源運算放大器工作方式，由CC直接供電，故共模輸入電壓范圍可在-0.3v到（CC2）V之間選擇。兩個性能相同的誤差放大器，一個是作電壓控制，另一個是作電流控制。放大器輸出高電平時，輸出脈沖方波變窄，反之輸出方波變寬。由于采用外接PNP功率晶體管A（IP32A），所以電路的輸出電流可達1A。當輸出電壓0高于基準電壓REF=5V時，片內誤差放大器1輸出正壓正加，這樣就會導致外接晶體管和494內部的1和2導通時間變，使輸出電壓0下降與REF基本相等，從而維持輸出

21、電壓穩定。TL494的內部等效電路圖及部分功能簡解說明： 它由振蕩器、時間控制比較器、PWM比較器、兩個誤差放大器、觸發器、欠壓封鎖比較器、5V基準電壓源與兩個晶體管等組成。1、2腳分別為誤差比較放大器的同相輸入端和反相輸入端。3腳為控制比較放大器和誤差比較放大器的公共輸出端，輸出時表現為或輸出控制特性，也就是救災兩個放大器中，輸出幅度大者起作用。當3腳的電平變高時，TL494送出的驅動脈沖寬度變窄，當3腳電平低時，驅動脈沖寬度變寬。4腳為死區電平控制端，可用于確定死區寬度和軟啟動。死區時間控制是在4腳加入03V的電壓，此電壓從REF接入。鋸齒波電壓與4腳電壓比較，當鋸齒波電壓比4腳低，輸出晶

22、體管截止，限制了輸出方波寬度的增大；檔腳對地電位為零時，輸出脈沖的死區時間的占空比固定為3%。從4腳加入死區控制電壓可對驅動脈沖的最大寬度進行控制，使其不超過180度，這樣可以保護開關電源電路中的三極管。5、6腳對地分別接入電容（t）和電阻（t），7腳為接地端。8、9腳和11、12腳分別為TL494內容末級兩個輸出三極管的集電極和發射極。12腳為電源供電端。13腳為功能控制端。當13腳接地時，兩路輸出晶體管同時導通或截止，形成單端工作狀態，增加了輸出電流；13腳接REF時，形成雙端工作狀態；兩路輸出晶體管交替導通。14腳為內部5V基準電壓輸出端。除誤差放大器外所有片內電路均由它供電。此外還用于限流值、控制死區范圍、軟啟動回路的電源。15、16腳分別為控制比較放大器的反相輸入端和同相輸入端。（軟啟動）是在基準電壓REF與死區控制端之間接入電容s，輸出晶體管截止。當電容s逐漸充電時，4腳電位不斷降低，使輸出晶體管的導通時慢增加。輸出逐漸上升完成軟啟動。軟啟動的時間常數按s12/（1+2）計算。 TL494有兩組輸出晶體管，其發射極和集電極均直接引出，可作射極