TL494开关电源设计--BUCK电路解析
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VPWM (k 1) FDVin kVREF
VPWM T Vsm
若 TL494 锯齿波电压的幅度为 Vsm ，则有
Vsm VPWM Vsm (k 1) FDVin kVREF D VPWM Vsm Vsm D
tON
Vsm kVREF Vsm kVREF VREF V DV V ， O in in Vsm (k 1) FVin Vsm (k 1) FVin F
电源电压 集电极电压 集电极输出电流(每个三极管) 误差放大器输入共模电压 反馈/PWM比较器输入端电流 基准输出电流 计时电阻 计时电容 振荡器频率
L1 270uH/2.0A
+12
六、原理图
3A/400 IN5399*4 R1 10K
12 11 8
VCC
C2
C1
E2
E1
C4
PW M IN1 IN1 + 3 2 1
死区时间控制 触发器 时钟
反馈/PWM比较器输入
Q
Q
Q1射极
Q2射极
输出控制 图二：TL494时序图
3. 功能描述
含有控制开关式电源所需的主要功能块。 线性锯齿波振荡器(3V)，频率Fosc = 1.1/ (RT* CT ) 输出开关管导通时间由“死区时间控制”和“反馈/PWM比 较器输入”两个信号中电平较高的一个控制，控制信号电 平与电容器CT 上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的调整。 控制信号电平线性增加时，Q1 和Q2 的导通时间线性减少。
tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.0~21.4uS（Vsta~1.2V）。
七、参数选择 4.开关管：
开关速度<1uS，
IC VEC PT
VIN+VF
IECO tON tOFF
VSTA t
耐压>2(VIN)max，
电流>2(IO)max
图四：开关管开关速度与功耗分析
TIP127（100V/5A，
t
Imax = (Vref /R7)*R8/ R9~2.0A
7.电感量：L~270μH（ΔI~0.4A， VIN~28.8V）。
2I VIN VO I OC I tON L0 V (1 D) DT VIN T I IN 2L0 8L0
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO 2IOC
682 1M
R10 3K
R12
IC2 3300u/35V C1
494
CONT
13 14
R11 3K C8 R5 2K R7 3K
10u/16V
+5V
IN2 +
GND
IN2 -
CT
RT
DE AD
4
16
C2 332
15
R4 10K
R3 10K R9 0.1
R8 120
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
控制电路
采用脉冲宽度调制控制集成电路TL494。
二． 课题的意义
1. 具有实用性：几乎所有的电子设备都涉及电源设计，容量 较大时多采用开关电源。 2. 掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术－PWM是一项共性 技术，应用面广，各种电源设计、恒温控制、电机调速等。 3. 学习集成电路应用方法：TL494、SG3525A是常用的、典 型的固定频率的PWM控制电路，有一定代表性。 4. 易于建立工程设计概念：课题涉及多个典型的工程要素， 如：功率器件的最大电流、耐压、开关速度，磁性材料的 选择、功率电感的设计与绕制等。
100u/25V
C6
220u/25V
T2 TIP127 (100V/5A/Darl-L) 104 R2 C3 1K
10 9
3K R6
FR307 D4 103 C5 570 R13
C7
104 C9 5K1 R17
R16 3K6
5
6
7
闭环输出电压调整系数
记输出电压反馈系数为： F R16（R16 R17） TL494 误差放大器 1 的差模电压放大倍数为： k R12 R10 则 TL494 反馈/PWM 比较器输入端电压为
“输出控制”=5V为推挽输出，最小死区2%，最大占空比
48%； “输出控制” =0为单端输出，最小死区4%。
五、TL494的工作条件
1. 工作条件
条 件 符 号 VCC VC1,VC2 IC1,IC2 Vin Ifb Iref RT CT Fosc 最小 7.0 ---0.3 --1.8 0.0047 1.0 典型 15 30 ----30 0.01 40 最大 40 40 200 VCC－2 0.3 10 500 10 200 单位 V V mA V mA mA kΩ μF kHz
VIN-VSTA IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
临界连续状态
L0 ~
VIN T 8I
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA VO -VF (tON)min (tOFF)max IO<IOC
t
I (10% ~ 20%) I O max
电流断续状态DCM
图五：电流连续、临界连续、断续状态
七、参数选择
8.输出电容： CO=C7=220uF
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA 2ΔI IO>IOC -VF (tON)min (tOFF)max
一个工作周期共向输出电容充电荷
ΔQ~0.5*(ΔI)*(0.5T) 纹波0.5 ΔVP-P= ΔQ/CO，
Darl-L，hFE>1000，tr和
td<1uS）满足要求，需
带散热器。
七、参数选择
5.输出电压： VO=5V*(1+R17/R16)~12.1V 6.保护电流：
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA 2ΔI IO>IOC -VF (tON)min (tOFF)max
CT
2. TL494的时 序 (续 )
当输出控制电压 =H时， Q和时钟 信号均为0时， Q1基极高电平导 通， /Q和时钟信 号均为0时， Q2 基极高电平导通， 两管轮流导通， 称为推挽工作方 式。 当输出控制电压 =L时，时钟信号 为0时， Q1和Q2 基极获高电平导 通，两管同时导 通，称为单端工 作方式。
L1 270uH/2.0A 3A/400 IN5399*4 R1 10K
12 11 8
+12
VCC
C2
C1
E2
E1
C4
PW M IN1 IN1 + 3 2 1
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IC2 3300u/35V C1
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10u/16V
+5V
IN2 +
GND
IN2 -
CT
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C2 332
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R4 10K
R3 10K R9 0.1
R8 120
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
软启动－－上电时输出电压由低到高建立，需要一定时间。 上电时，C6充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，Q1管的导通 时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。
六、原理图
L1 270uH/2.0A 3A/400 IN5399*4 R1 10K
12 11 8
+12
VCC
C2
C1
E2
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PW M IN1 IN1 + 3 2 1
682 1M
R10 3K
R12
IC2 3300u/35V C1
494
CONT
13 14
R11 3K C8 R5 2K R7 3K
10u/16V
100u/25V
C6
220u/25V
T2 TIP127 (100V/5A/Darl-L) 104 R2 C3 1K
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3K R6
FR307 D4 103 C5 570 R13
C7
104 C9 5K1 R17
R16 3K6
5
6
7
七、参数选择
1.整流管：桥式整流，整流管工作电流=0.5负载电流，大反向电
t
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO 2IOC
CO=(3~5)(ΔI) T/(2ΔVP-P)
产生纹波的两个因素：1.输出电容容 量有限；2.开关过程产生的过冲，这
VIN-VSTA IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
临界连续状态
部分较难滤除。
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA VO -VF (tON)min (tOFF)max IO<IOC
t
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO 2IOC
VIN-VSTA IOC
-VF
t
10.软启时间：~100mS。
(tON)min (tOFF)max
临界连续状态
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA VO -VF (tON)min (tOFF)max IO<IOC
压=输入交流电压峰值，IN5399(1.5A/1kV)可以满足要求。
2.滤波电容：RLC=(3~5)T。 整流滤波后电压VIN=18~28.8V，P=UoIo~(V2IN/RL)*η, η=0.9， RL~12Ω，T=10mS，3300uF/35V电解电容可满足要求。 最常用电解电容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相应十百千uF， 耐压有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。 3.工作频率：音频上限~20kHz，Fosc~33kHz，TOSC=30uS，
+5V
IN2 +
GND
IN2 -
CT
RT
DE AD
4
16
C2 332
15
R4 10K
R3 10K R9 0.1
R8 120
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
过载保护－－过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。 不论开关管T2是否导通，流过负载的电流都经过R9(由上向下)，R9的下端
电位为负，当负载Biblioteka Baidu流达一定值时，误差放大器2的反相端电位为负，误差
稳压原理－－输出电压负反馈。
若某因致输出电压过高，则误差放大器1同向端电位升高，反馈/PWM端电位 上升，Q1管导通时间减少，占空比减少，输出电压减少。负反馈使输出电压
保持稳定，R17和R16中点电压为5V。R12/R10为误差放大器1的静态放大倍
数，影响控制精度。C3和R6、C4、C5和R13补偿网络，提高静、动态性能。
t ON t1 D t1 t 2 t ON t OFF
D称为占空比
四、TL494的内部结构与功能
1. 结构
CT
死区时间控制 触发器 时钟
反馈/PWM比较器输入
四、TL494 的内部结构 与功能
Q
Q
Q1射极
Q2射极
输出控制 图二：TL494时序图
2.TL494的时序
当锯齿波电平＜死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。 当锯齿波电平＜反馈/PWM输入电平时，PWM比较器输出高电平。 死区时间控制电压和反馈/PWM输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟宽度。
设计案例分析
降压型(BUCK型)开关稳压电源设计
一． 技术指标
1. 电源容量 输入：15~24Vac（或18~28.8Vdc）。 输出：电源电压+12V(不可调)，纹波小于 150mVP-P，最大输出电流2.0A(限流型保 护 )。 工作频率
2.
3.
开关电源的工作频率为30~40kHz。
5. 较典型的设计验证方法和负载实验。
三、BUCK型DC－DC变换器（CCM工作模式）
1. 导通状态 U I UO UL I ON t1 t1 L L 2. 截止状态 UO UL I OFF t2 t2 L L 3. 输入输出关系
I ON I OFF
U O DU I
t
电流断续状态DCM
图五：电流连续、临界连续、断续状态
八、电感计算方法
H dl NI
l
B
0
la
B
0 e
l e NI ， B
放大器2的输出（即反馈/PWM端）为正，Q1管不导通，输出电压降低。
100u/25V
C6
220u/25V
T2 TIP127 (100V/5A/Darl-L) 104 R2 C3 1K
10 9
3K R6
FR307 D4 103 C5 570 R13
C7
104 C9 5K1 R17
R16 3K6
5
6
7
六、原理图
t
电流断续状态DCM
图五：电流连续、临界连续、断续状态
七、参数选择
9. 续流二极管：FR307 • 快恢复二极管 • 反向偏压＝(VIN)max-VSTA • 峰值电流＝ (IO)max＋ΔI FR307~3A/1kV满足要求。
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA 2ΔI IO>IOC -VF (tON)min (tOFF)max
VPWM T Vsm
若 TL494 锯齿波电压的幅度为 Vsm ，则有
Vsm VPWM Vsm (k 1) FDVin kVREF D VPWM Vsm Vsm D
tON
Vsm kVREF Vsm kVREF VREF V DV V ， O in in Vsm (k 1) FVin Vsm (k 1) FVin F
电源电压 集电极电压 集电极输出电流(每个三极管) 误差放大器输入共模电压 反馈/PWM比较器输入端电流 基准输出电流 计时电阻 计时电容 振荡器频率
L1 270uH/2.0A
+12
六、原理图
3A/400 IN5399*4 R1 10K
12 11 8
VCC
C2
C1
E2
E1
C4
PW M IN1 IN1 + 3 2 1
死区时间控制 触发器 时钟
反馈/PWM比较器输入
Q
Q
Q1射极
Q2射极
输出控制 图二：TL494时序图
3. 功能描述
含有控制开关式电源所需的主要功能块。 线性锯齿波振荡器(3V)，频率Fosc = 1.1/ (RT* CT ) 输出开关管导通时间由“死区时间控制”和“反馈/PWM比 较器输入”两个信号中电平较高的一个控制，控制信号电 平与电容器CT 上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的调整。 控制信号电平线性增加时，Q1 和Q2 的导通时间线性减少。
tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.0~21.4uS（Vsta~1.2V）。
七、参数选择 4.开关管：
开关速度<1uS，
IC VEC PT
VIN+VF
IECO tON tOFF
VSTA t
耐压>2(VIN)max，
电流>2(IO)max
图四：开关管开关速度与功耗分析
TIP127（100V/5A，
t
Imax = (Vref /R7)*R8/ R9~2.0A
7.电感量：L~270μH（ΔI~0.4A， VIN~28.8V）。
2I VIN VO I OC I tON L0 V (1 D) DT VIN T I IN 2L0 8L0
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO 2IOC
682 1M
R10 3K
R12
IC2 3300u/35V C1
494
CONT
13 14
R11 3K C8 R5 2K R7 3K
10u/16V
+5V
IN2 +
GND
IN2 -
CT
RT
DE AD
4
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C2 332
15
R4 10K
R3 10K R9 0.1
R8 120
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
控制电路
采用脉冲宽度调制控制集成电路TL494。
二． 课题的意义
1. 具有实用性：几乎所有的电子设备都涉及电源设计，容量 较大时多采用开关电源。 2. 掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术－PWM是一项共性 技术，应用面广，各种电源设计、恒温控制、电机调速等。 3. 学习集成电路应用方法：TL494、SG3525A是常用的、典 型的固定频率的PWM控制电路，有一定代表性。 4. 易于建立工程设计概念：课题涉及多个典型的工程要素， 如：功率器件的最大电流、耐压、开关速度，磁性材料的 选择、功率电感的设计与绕制等。
100u/25V
C6
220u/25V
T2 TIP127 (100V/5A/Darl-L) 104 R2 C3 1K
10 9
3K R6
FR307 D4 103 C5 570 R13
C7
104 C9 5K1 R17
R16 3K6
5
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闭环输出电压调整系数
记输出电压反馈系数为： F R16（R16 R17） TL494 误差放大器 1 的差模电压放大倍数为： k R12 R10 则 TL494 反馈/PWM 比较器输入端电压为
“输出控制”=5V为推挽输出，最小死区2%，最大占空比
48%； “输出控制” =0为单端输出，最小死区4%。
五、TL494的工作条件
1. 工作条件
条 件 符 号 VCC VC1,VC2 IC1,IC2 Vin Ifb Iref RT CT Fosc 最小 7.0 ---0.3 --1.8 0.0047 1.0 典型 15 30 ----30 0.01 40 最大 40 40 200 VCC－2 0.3 10 500 10 200 单位 V V mA V mA mA kΩ μF kHz
VIN-VSTA IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
临界连续状态
L0 ~
VIN T 8I
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA VO -VF (tON)min (tOFF)max IO<IOC
t
I (10% ~ 20%) I O max
电流断续状态DCM
图五：电流连续、临界连续、断续状态
七、参数选择
8.输出电容： CO=C7=220uF
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA 2ΔI IO>IOC -VF (tON)min (tOFF)max
一个工作周期共向输出电容充电荷
ΔQ~0.5*(ΔI)*(0.5T) 纹波0.5 ΔVP-P= ΔQ/CO，
Darl-L，hFE>1000，tr和
td<1uS）满足要求，需
带散热器。
七、参数选择
5.输出电压： VO=5V*(1+R17/R16)~12.1V 6.保护电流：
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA 2ΔI IO>IOC -VF (tON)min (tOFF)max
CT
2. TL494的时 序 (续 )
当输出控制电压 =H时， Q和时钟 信号均为0时， Q1基极高电平导 通， /Q和时钟信 号均为0时， Q2 基极高电平导通， 两管轮流导通， 称为推挽工作方 式。 当输出控制电压 =L时，时钟信号 为0时， Q1和Q2 基极获高电平导 通，两管同时导 通，称为单端工 作方式。
L1 270uH/2.0A 3A/400 IN5399*4 R1 10K
12 11 8
+12
VCC
C2
C1
E2
E1
C4
PW M IN1 IN1 + 3 2 1
682 1M
R10 3K
R12
IC2 3300u/35V C1
494
CONT
13 14
R11 3K C8 R5 2K R7 3K
10u/16V
+5V
IN2 +
GND
IN2 -
CT
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C2 332
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R4 10K
R3 10K R9 0.1
R8 120
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
软启动－－上电时输出电压由低到高建立，需要一定时间。 上电时，C6充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，Q1管的导通 时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。
六、原理图
L1 270uH/2.0A 3A/400 IN5399*4 R1 10K
12 11 8
+12
VCC
C2
C1
E2
E1
C4
PW M IN1 IN1 + 3 2 1
682 1M
R10 3K
R12
IC2 3300u/35V C1
494
CONT
13 14
R11 3K C8 R5 2K R7 3K
10u/16V
100u/25V
C6
220u/25V
T2 TIP127 (100V/5A/Darl-L) 104 R2 C3 1K
10 9
3K R6
FR307 D4 103 C5 570 R13
C7
104 C9 5K1 R17
R16 3K6
5
6
7
七、参数选择
1.整流管：桥式整流，整流管工作电流=0.5负载电流，大反向电
t
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO 2IOC
CO=(3~5)(ΔI) T/(2ΔVP-P)
产生纹波的两个因素：1.输出电容容 量有限；2.开关过程产生的过冲，这
VIN-VSTA IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
临界连续状态
部分较难滤除。
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA VO -VF (tON)min (tOFF)max IO<IOC
t
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO 2IOC
VIN-VSTA IOC
-VF
t
10.软启时间：~100mS。
(tON)min (tOFF)max
临界连续状态
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA VO -VF (tON)min (tOFF)max IO<IOC
压=输入交流电压峰值，IN5399(1.5A/1kV)可以满足要求。
2.滤波电容：RLC=(3~5)T。 整流滤波后电压VIN=18~28.8V，P=UoIo~(V2IN/RL)*η, η=0.9， RL~12Ω，T=10mS，3300uF/35V电解电容可满足要求。 最常用电解电容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相应十百千uF， 耐压有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。 3.工作频率：音频上限~20kHz，Fosc~33kHz，TOSC=30uS，
+5V
IN2 +
GND
IN2 -
CT
RT
DE AD
4
16
C2 332
15
R4 10K
R3 10K R9 0.1
R8 120
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
过载保护－－过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。 不论开关管T2是否导通，流过负载的电流都经过R9(由上向下)，R9的下端
电位为负，当负载Biblioteka Baidu流达一定值时，误差放大器2的反相端电位为负，误差
稳压原理－－输出电压负反馈。
若某因致输出电压过高，则误差放大器1同向端电位升高，反馈/PWM端电位 上升，Q1管导通时间减少，占空比减少，输出电压减少。负反馈使输出电压
保持稳定，R17和R16中点电压为5V。R12/R10为误差放大器1的静态放大倍
数，影响控制精度。C3和R6、C4、C5和R13补偿网络，提高静、动态性能。
t ON t1 D t1 t 2 t ON t OFF
D称为占空比
四、TL494的内部结构与功能
1. 结构
CT
死区时间控制 触发器 时钟
反馈/PWM比较器输入
四、TL494 的内部结构 与功能
Q
Q
Q1射极
Q2射极
输出控制 图二：TL494时序图
2.TL494的时序
当锯齿波电平＜死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。 当锯齿波电平＜反馈/PWM输入电平时，PWM比较器输出高电平。 死区时间控制电压和反馈/PWM输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟宽度。
设计案例分析
降压型(BUCK型)开关稳压电源设计
一． 技术指标
1. 电源容量 输入：15~24Vac（或18~28.8Vdc）。 输出：电源电压+12V(不可调)，纹波小于 150mVP-P，最大输出电流2.0A(限流型保 护 )。 工作频率
2.
3.
开关电源的工作频率为30~40kHz。
5. 较典型的设计验证方法和负载实验。
三、BUCK型DC－DC变换器（CCM工作模式）
1. 导通状态 U I UO UL I ON t1 t1 L L 2. 截止状态 UO UL I OFF t2 t2 L L 3. 输入输出关系
I ON I OFF
U O DU I
t
电流断续状态DCM
图五：电流连续、临界连续、断续状态
八、电感计算方法
H dl NI
l
B
0
la
B
0 e
l e NI ， B
放大器2的输出（即反馈/PWM端）为正，Q1管不导通，输出电压降低。
100u/25V
C6
220u/25V
T2 TIP127 (100V/5A/Darl-L) 104 R2 C3 1K
10 9
3K R6
FR307 D4 103 C5 570 R13
C7
104 C9 5K1 R17
R16 3K6
5
6
7
六、原理图
t
电流断续状态DCM
图五：电流连续、临界连续、断续状态
七、参数选择
9. 续流二极管：FR307 • 快恢复二极管 • 反向偏压＝(VIN)max-VSTA • 峰值电流＝ (IO)max＋ΔI FR307~3A/1kV满足要求。
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA 2ΔI IO>IOC -VF (tON)min (tOFF)max