참고/링크란의 영문으로 작성된 글을 번역한 글입니다.

 

TL494는 꽤나 많이 쓰이고 사용하기 쉬운 PWM IC임에도 불구하고 한글로 된 문서가 없어 이와같이 글을 작성합니다.

 

블로그같은데도 이렇게 세세하게 작성된 글이 거의 없던데 이 글로 말미암아 기글에 유입이 늘었으면 좋겠습니다 ㅎㅅㅎ

 

이하 전문입니다.

 

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TL494 데이터시트, 핀맵, 어플리케이션 회로

 

집적회로(IC) TL494는 다목적 PWM 제어 IC로, 전자 회로에 다양한 방식으로 적용할 수 있습니다. 이 기사에서는 IC의 주요 기능과 실제 회로에서 사용하는 방법에 대해 자세히 설명합니다.

 

개요

 

ICTL494는 단일칩 펄스 폭 변조 응용회로 용도로 설계되었습니다. 이 회로를 사용하여 기기를 제작한다면 효과적인 성능을 기대할 수 있을것입니다.

 

이 장치에는 가변 발진기, 데드타임 컨트롤러 단자(DTC), 펄스 스티어링용 플립 플롭 컨트롤, 정밀 5V 레귤레이터, 오차 증폭기 2개 및 일부 출력 버퍼 회로가 포함되어 있습니다.

 

오차 증폭기는 공통 모드에서 -0.3[V] ~ (VCC - 2)[V]의 전압범위를 갖습니다.

 

데드 타임 컨트롤 비교기는 대략 5% 데드 시간을 일정하게 제공하기 위한 고정 오프셋 값으로 설정됩니다.

 

IC의 RT핀(핀6)를 REF핀(핀14)에 연결하고 외부에서 톱니파를 CT핀(핀5)에 인가하는 것으로 칩 내장 발진기를 비활성화 할 수 있습니다. 또한 이 기능을 통해 여러 개의 TL494 IC를 서로 다른 전원을 공급하며 동시에 동작시킬 수 있습니다.

 

플로팅 상태인 칩 내부 출력 트랜지스터는 공통 이미터 출력 또는 이미터 팔로워 출력 기능으로 사용할 수 있도록 배열되어 있습니다.

 

사용자는 이 장치를 사용하여 출력 제어 기능 핀인 OUTPUT CTRL핀(핀13)을 적절하게 구성하여 출력 핀에서 푸시-풀 모드 혹은 단일 종단 모드의 펄스 발진을 사용할 수 있습니다.

 

내부 회로는 IC가 푸시-풀 기능으로 동작중일 때, 출력 단자에서 이중 펄스를 생성되지 않게 됩니다.

 

핀 기능 및 구성

다음 다이어그램과 설명은 IC TL494의 핀 기능에 대한 기본 정보를 제공합니다.

 

 

• 핀1 , 핀2 (1IN+, 1IN-) : 오차 증폭기 (op amp 1)의 비반전 및 반전 입력입니다.
• 핀16, 핀15 (2IN+, 2IN-) : 위와 같은 오차 증폭기 (op amp 2)의 비반전 및 반전 입력입니다.
• 핀8, 핀11 (C1, C2) : 각각 트랜지스터의 콜렉터와 연결되는 IC의 출력 1과 2에 해당합니다.
• 핀5 (CT) :이 핀은 발진기의 주파수 설정을 위해 외부 커패시터와 연결되어야합니다.
• 핀6 (RT) :이 핀은 발진기의 주파수 설정을 위해 외부 저항과 연결되어야합니다.
• 핀4 (DTC) : 집적 회로의 데드 타임 길이를 제어하는 ​​내장 연산증폭기의 입력입니다.
• 핀9, 핀10 (E1, E2) : 내부 트랜지스터의 이미터 핀과 직결된 IC의 출력입니다.
• 핀3 (FEEDBACK) : 이름에서 알 수 있듯, 이 입력 핀은 시스템의 자동 제어를 위해 출력을 피드백하는 데 사용됩니다.
• 핀7 (GND) : 이 핀은 IC의 접지 핀으로, 전원의 0V에 연결해야합니다.
• 핀12 (VCC) : IC의 + 전원 공급 핀입니다.
• 핀13 (OUTPUT CTRL) : 이 핀은 푸시-풀 모드 또는 단일 종단 모드에서 IC의 출력을 활성화하도록 구성 할 수 있습니다.
• 핀14 (REF) : 이 출력 핀은 비교기 모드에서 오차 증폭기에 대한 기준 전압을 고정하는 데 사용할 수있는 일정한 5V 출력을 제공합니다.

각 수치 최대값

• VCC : 최대 공급 가능한 전압 크기는 41[V]입니다.
• 증폭기 입력 전압(VI) : 입력 핀의 최대 전압은 (VCC+0.3)[V]를 초과해서는 안됩니다.
• 내부 트랜지스터 콜렉터 단 출력 전압(VO) : 내부 트랜지스터의 콜렉터 핀에서 출력 가능한 최대 전압은 41[V]입니다.
• IO : 내부 트랜지스터의 콜렉터에서 흐를 수 있는 최대 전류는 250[mA]입니다.
• 칩으로부터 1.6mm 거리에서 260[℃]의 납땜열이 10초 이상 가해져선 안됩니다.
• 보관 온도 범위(T_stg) : -65℃ ~ 150℃

추천 동작 조건

아래 내용은 집적회로가 안정적 및 효율적으로 동작하기 위한 권장 전압 및 전류를 나타냅니다.

• VCC 공급 전압 : 7[V] ~ 40[V]
• VI : -0.3[V] ~ (VCC-2)[V]
• VO : 40[V]
• 트랜지스터 콜렉터단 동작전류 : 200[mA]
• FEEDBACK 핀으로 향하는 전류 : 0.3[mA]
• 발진 주파수 범위(f_OSC) : 1[kHz] ~ 300[kHz]
• 발진기 타이밍 커패시턴스 범위 : 0.47[nF] ~ 10000[nF]
• 발진기 타이밍 저항값 범위 : 1.8[kΩ] ~ 500[kΩ]

내부 회로 구성도

TL494를 사용하는 방법

이 단락에서는 TL494의 핵심 기능과 이를 PWM회로로 사용하는 방법에 대해 기술합니다.

 

개요 : TL494 IC는 스위칭 전원 공급 장치를 제어하는 데 필요한 중요한 회로를 갖추고있을뿐만 아니라 몇 가지 근본적인 어려움을 추가로 해결하고 전체 구조에 필요한 추가 회로 단계의 필요성을 최소화하도록 설계되었습니다.

 

TL494는 기본적으로 고정 주파수 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 회로입니다.

 

출력 펄스의 변조 기능은 내부 발진기가 타이밍 커패시터 (CT)를 통해 톱니파 파형을 두 쌍의 제어 신호와 비교할 때 달성됩니다.

 

출력단은 톱니 전압이 전압 제어 신호보다 높은 기간에 토글됩니다.

 

제어 신호가 증가하면 톱니 입력이 더 높은 시간이 감소합니다. 결과적으로 출력 펄스 길이가 감소합니다.

 

펄스 스티어링 플립 플롭은 변조 된 펄스를 2 개의 출력 트랜지스터 각각으로 교대로 안내합니다.

 

5V 레귤레이터

TL494는 REF 핀에 5V 내부 레퍼런스 전압을 발생시켜 공급합니다.

 

이 내부 레퍼런스는 안정적인 상수 레퍼런스 전압의 발생을 도우며, 안정적인 전원 공급을 보장하는 자유로운 선형 레귤레이터로서 동작합니다.

이 레퍼런스는 로직 출력 제어, 플립 플롭 펄스 스티어링, 오실레이터, 데드 타임 제어 비교기 및 PWM 비교기와 같은 IC의 다양한 내부 단계에 전력을 공급하는 데 안정적으로 사용됩니다.

 

발진기

발진기는 데드 타임 비교기 및 PWM 비교기에 대해 +값을 갖는 톱니파를 생성하므로 이러한 단계에서 다양한 제어 입력 신호를 분석 할 수 있습니다.

 

발진 주파수를 결정하는 것은 RT와 CT이므로, 외부에서 프로그래밍 할 수 있습니다.

 

발진기에 의해 생성 된 톱니파는 RT 핀에 부착된 저항에 의해 결정되는 정전류로 외부 타이밍 커패시터 CT를 충전합니다.

 

그 결과 톱니파가 생성됩니다. CT 양단의 전압이 3[V]에 도달할 때 마다 발진기는 빠르게 방전하고 이후 충전 사이클을 다시 시작합니다. 이 충전주기의 전류는 다음 공식을 통해 계산됩니다.

 

I_charge = 3 [V] / RT --------------- (1)

 

톱니파의 주기 T는 아래에 의해 결정됩니다.

 

T = 3 [V] × CT / I_charge ----------(2)

 

따라서, 발진 주파수는 아래 수식에 의해 결정됩니다.

 

f_OSC = 1 / (RT×CT) ---------------(3)

 

그런데, 이 발진 주파수는 단일 종단 모드일때에만 해당됩니다. 만일 푸시-풀 모드로 설정하게 된다면 발진 주파수는 1/2이 됩니다.

 

따라서, 단일 종단 모드일 때에는 식 (3)을 사용할 수 있습니다.

 

푸시 풀 모드일때에는 아래 식을 사용하여야 합니다.

 

f_OSC = 1 / 2(RT×CT) ---------------(4)

데드 타임 컨트롤

데드 타임 핀 설정은 최소 데드 타임 (두 출력 사이의 OFF 시간)을 조절합니다.

 

이 기능에서 DTC 핀의 전압이 오실레이터의 램프 전압을 초과하면 출력 비교기가 트랜지스터 Q1 및 Q2를 강제로 끄도록합니다.

 

집적회로상에는 DTC 핀이 접지선에 연결될 때 약 3[%]의 최소 데드 타임을 보장하는 110[mV]의 내부 설정 오프셋 레벨을 가지고 있습니다.

 

데드 타임 응답은 DTC(핀4)에 외부 전압을 인가하여 증가시킬 수 있습니다. 이를 통해 0[V] ~ 3.3[V]의 가변 전압 입력을 통해 기본 3[%]에서 최대 100[%]까지 데드 타임 기능을 선형적으로 제어 할 수 있습니다.

 

풀 레인지 컨트롤을 사용하는 경우 오차 증폭기 측의 구성을 수정하지 않고도 외부 전압을 조절함으로서 IC의 출력을 조절할 수 있습니다.

 

데드 타임 기능은 출력 듀티 사이클의 추가적인 제어가 필요한 상황에 사용할 수 있습니다.

 

그러나 제대로 동작하려면 이 입력단자는 특정한 전압 혹은 접지와 연결한 상태가 되어야 하며, 플로팅 상태에로 두어선 안됩니다. (역자 주 : 쉽게말해 개방상태로 두면 안된다는 뜻.)

 

오차 증폭기

IC의 두 오차 증폭기는 높은 이득을 가지며 IC VI 공급 레일을 통해 바이어스됩니다. 이를 통해 -0.3V ~ VI-2V의 공통 모드 입력 범위를 사용할 수 있습니다.

 

두 오차 증폭기는 모두 단일 종단 단일 공급 증폭기처럼 작동하도록 내부적으로 설정되어 있으며, 각 출력에는 액티브 하이 기능 만 있습니다. 이 기능으로 인해 증폭기는 좁은 PWM 요구를 충족시키기 위해 독립적으로 활성화 될 수 있습니다.

 

두 오차 증폭기의 출력이 PWM 비교기의 입력 노드와 OR 게이트처럼 연결되어 있기 때문에 최소 펄스 출력으로 작동 할 수있는 증폭기가 지배적입니다.

 

증폭기는 출력이 저 전류 싱크로 바이어스되어 오차 증폭기가 작동하지 않는 모드에있을 때 IC 출력이 최대 PWM을 보장합니다.

OUTPUT CTRL 입력

IC의 이 핀은 IC 출력이 병렬로 함께 진동하는 단일 종단 모드 또는 교대로 진동하는 출력을 생성하는 푸시 풀 방식으로 작동하도록 구성 할 수 있습니다.

 

출력 제어 핀은 비동기 적으로 작동하므로 내부 발진기 단계 또는 플립 플롭 펄스 조정 단계에 영향을주지 않고 IC의 출력을 직접 제어 할 수 있습니다.

 

이 핀은 일반적으로 애플리케이션 사양에 따라 고정 매개 변수로 구성됩니다. 예를 들어, IC 출력이 병렬 또는 단일 종단 방식으로 작동하도록 의도 된 경우 출력 제어 핀이 접지 라인에 영구적으로 연결됩니다.

 

이로 인해 IC 내부의 펄스 스티어링 단계가 비활성화되고 대체 플립 플롭이 출력 핀에서 중지됩니다.

 

또한이 모드에서 데드 타임 제어 및 PWM 비교기에 도달하는 펄스는 두 출력 트랜지스터에 의해 함께 전달되어 출력이 ON으로 전환됩니다.

출력 트랜지스터

내부 회로 구성도에서 볼 수 있듯이 칩의 출력단은 개방된 이미터 및 콜렉터 단자가있는 두 개의 트랜지스터로 구성됩니다.

 

이 플로팅 상태의 단자는 모두 최대 200[mA] 전류 싱크(sink)(=입력, input) 혹은 소스(source)(=출력, output) 수치를 갖습니다.

 

트랜지스터의 동작점은 공통 이미터 모드로 구성할 경우 1.3[V] 미만이며, 공통 콜렉터 모드로 구성시 2.[5]V 미만입니다.

 

또한 이 부분은 내부 보호 회로에 의해 단락 및 과전류로부터 보호됩니다.

응용 회로

위에서 설명한 것처럼 TL494는 주로 PWM 컨트롤러 IC이므로 주요 응용 회로는 대부분 PWM 기반 회로입니다.

 

아래에서는 각각 필요에 따라 다양한 방식으로 수정 가능한 몇가지 회로를 예를들어 설명합니다.

TL494를 사용한 태양광 충전기

 

다음 설계는 TL494가 5[V]/10[A] 스위칭 벅 컨버터로 사용될 수 있도록 구성하는 효과적인 방법을 시사합니다.

 

이 구성에서는 출력이 병렬 모드로 작동하므로 출력 컨트롤 핀 #13이 접지에 연결되어 있음을 알 수 있습니다.

 

두 개의 오차 증폭기 역시 매우 효율적으로 이용됩니다. 하나의 오차 증폭기가 R8/R9를 통해 전압 피드백을 제어하고 출력을 원하는 크기(5[V])로 일정하게 유지합니다.

 

두 번째 오차 증폭기는 R13을 통해 최대 전류를 제어하는 데 사용됩니다.

 

 

 

TL494 인버터

다음은 TL494를 주축으로 구성된 고전적인 인버터 회로입니다. 이 예시에서 출력은 푸시-풀 방식으로 작동하도록 구성되어 있으므로, 여기서 출력 제어 핀은 핀14에서 얻은 5V 레퍼런스와 직결됩니다. 핀의 erst도 위의 데이터 시트에 설명 된대로 정확하게 구성됩니다.

(원문이 The erst of the pins are also configured exactly as described in the above datasheet. 입니다. 데이터시트를 찾아봐도 erst가 무엇을 말하는지 모르겠네요. 혹시 아시는분은 댓글로 알려주시면 수정하겠습니다.)

 

결론

IC TL494는 매우 정확한 출력 및 피드백 제어 기능을 갖춘 PWM 제어 IC로, PWM 응용 회로에 제어에 필요한 이상적인 펄스를 보장합니다.

 

여러면에서 SG3525와 유사하며, 핀 번호가 다르기도 하고 완벽하게 호환되진 않나, 효과적인 대용품으로 사용 가능합니다.

 

이 IC와 관련된 질문이 있으시면 아래 댓글을 통해 질문 해주세요. 기꺼이 도와 드리겠습니다!

 

참조 : TL494 데이터시트

 

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중간중간 파란색 글은 전부 링크가 걸린 글입니다. 우선 원문에 걸린 링크를 걸어두었으나, 시간이 나면 해당 내용도 번역하여 기글에 작성 후 해당 기글 링크로 교체해보겠습니다.

 

도움 되시길 바랍니다.