TL494 PWMコントローラー：エンジニア・設計者向け完全ガイド

デジタル信号の振幅制御に最適な方法をお探しのエンジニアや設計者の方、あるいは電気を必要とするデバイスの制御に関わるプロジェクトでお悩みの方はいらっしゃいませんか？

そのお探しもここで終了です。答えはTL494 PWMコントローラーにあります。TL494 PWMコントローラーは、PWM制御回路を構築するために必要なあらゆる機能を備えています。

本記事では、TL494とは何か、その特徴、用途、構成などについて詳細に解説します。

準備はいいですか？では始めましょう。

TL494 ICとは？

8ピン PWMコントローラー

TL494は、パワーエレクトロニクス回路を搭載したデバイスに使用できるPWMコントローラーICです。2つのオンチップエラーアンプ、周波数調整用の発振器、フィードバック付き出力制御回路、パルスステアリング制御付きフリップフロップ出力を備えています。

エラーアンプは、標準電圧構成において-0.3VからVCC -2Vの間の電圧補償を担当します。また、コンパレーターは固定オフセットでデッドタイムを制御することにより、ほぼ5%の範囲を出力します。

さらに、外部発振器がPWM ICの基準周波数信号を提供し、内部レギュレーターが安定した5V基準電源を供給します。ただし、RTを基準出力ピンに接続することで、オンチップ発振器をバイパスすることも可能です。

興味深いことに、TL494はシングルエンド動作に使用できる完全なPWMパワー制御回路です。また、プッシュプル構成にも有用です。

PWMマイクロチップ

このPWM制御電気回路には、電源回路を設計するために必要なすべての機能が搭載されています。以下の図をご覧ください：

固定周波数の可変PWM IC

上図は、2つの個別の内部発振器の鋸歯波形を比較することでパルス幅を変化させることができます。タイミングコンデンサが制御信号のいずれかに内部発振器を保持します。したがって、制御信号が鋸歯波形の電圧より低くなると出力がハイになります。

TL494の仕様

• 電源電圧（Vcc）：最大41V
• 両PWMの最大出力電流：250mA
• コレクタピンの出力電圧：41V
• 動作温度範囲：-65℃〜150℃

TL494の特徴

• 内蔵PWM制御チャネル
• 200mAのシンク/ソース電流
• デュアル出力選択動作（シングルエンド動作とプッシュプル動作）
• 可変範囲デッドタイム制御機能
• 他の回路との容易な同期
• 2つのPWM出力
• 固定周波数発振器内蔵

TL494のピンアウトとピン構成

以下にTL494のピンアウトとピン構成の詳細を示します：

すべてのコンポーネントを含むTL494の内部構造

では、TL494の内部構造を構成する各コンポーネントを詳しく見ていきましょう。

1. 5V基準電源

TL494の基準電源は内蔵されており、バンドギャップ原理に基づいて動作し、安定した5Vの出力電圧を提供します。ただし条件があります。VCC電圧が7V以上で、誤差が100mV以内である必要があります。基準電源はピン構成表に従って14番ピンREFを出力ピンとして使用します。

2. オペアンプ（演算増幅器）

DIP-8オペアンプ

TL494には2つのオペアンプが搭載されています。両アンプは単一電源から電力を供給されます。オペアンプの伝達関数はft(ni, inv)= A(ni-inv)ですが、この伝達関数は出力スイングを超えません。

各オペアンプには出力端子があり、ダイオードを接続できます。このダイオードはオペアンプと後段回路の間のブリッジとして機能します。COMPピンに接続されたダイオードにより、出力の高いオペアンプが後段回路に入ります。

3. 鋸歯波発振器

TL494の最大のセールスポイントの1つは、内蔵の鋸歯波発振器です。この発振器は0.3〜3Vの鋸歯波を生成します。また、外部抵抗（Rt）とコンデンサ（Ct）を使用して発振周波数を調整できます。デフォルトの発振周波数はf = 1/(Rt×Ct)です。

ここでCtとRtの単位はそれぞれファラドとオームです。

電子発振器

4. パルストリガー

パルスフリップフロップの主な役割は、コンパレーター出力1と鋸歯波の立ち下がりエッジでオンになることです。その結果、出力スイッチの一方がオンになり、コンパレーターの出力がゼロになるとオフになります。

5. コンパレーター

コンパレーターは前述の後段回路です。ここで、オペアンプの信号出力（COMPピン）がコンパレーターの正入力端子に伝達されます。

チップ内部では、コンパレーターが負入力端子から入ってくる鋸歯波とCOMPピンを比較します。鋸歯波の方が高ければコンパレーターは0を出力し、そうでなければ1を出力します。

6. クワイエットタイムコンパレーター（デッドタイム制御）

デッドタイム制御ピン（ピン4）がデッドゾーン時間を設定します。つまり、デッドタイムコンパレーターを使用してパルスに干渉することで最大デューティサイクルを制限します。これにより、すべてのデューティサイクルの上限を45%に設定できます。ただし、DTCピンレベルがゼロの場合、デューティサイクルの上限は約42%になります。

7. エラーアンプ

2つのエラーアンプをICの電源レールでバイアスできます。その結果、エラーアンプは高ゲインを得て、-0.3VからV1より2V少ない電圧までのコモンモード入力範囲を実現します。

エラーアンプの構成はシングル電源アンプのように動作する傾向があります。したがって、すべての出力はアクティブハイ機能のみを持ちます。これにより、各アンプが個別に作動してPWMの要求を満たし、定電流を供給できます。

8. 出力制御入力

ICの出力ピンをシングルエンドモードまたはプッシュプルモードのいずれかで動作하도록構成できます。シングルエンドモードでは、両出力が並列で同時に振動します。一方、プッシュプルモードでは交互に振動する出力が生成されます。

出力制御ピンはICの出力を直接制御します。また、これはフリップフロップのパルスステアリング段や内部発振器段には影響しません。

9. 出力トランジスタ

出力トランジスタはコレクタ端子と非接続のエミッタで構成されます。これら2つの端子は、最大200mAの電流をシンク（吸い込み）またはソース（供給）できます。

トランジスタの飽和点をコモンエミッタモードで構成すると1.3V未満になり、コモンコレクタ方式で構成すると2.5V未満になります。

基板上の放熱器として機能する出力トランジスタ

TL494の動作原理

TL494 ICは、基本回路でスイッチング電源を制御するだけでなく、いくつかの問題に対処し、補助回路段の必要性を減らす設計になっています。

発振器が生成する鋸歯波形と2組の制御信号を比較することで変調を実現できます。

また、鋸歯波電圧が制御信号の電圧より大きくなると出力段が作動します。

したがって、制御信号が増加すると鋸歯波入力の持続時間が減少し、出力パルス長が短くなります。

さらに、パルスステアリングフリップフロップが変調されたパルスを両方の出力トランジスタに伝達します。

TL494のアプリケーション例

前述の通り、TL494はPWMコントローラー回路です。したがって、そのほとんどの用途はPWMベースの回路です。いくつか例を挙げます：

TL494ソーラーチャージャー

この設計は、5V/10Aのスイッチング電源バックコンバーターを構築することで簡単に設定できます。この構成では出力を並列モードで取得できます。その際、出力制御ピン13をグランドに接続します。

このアプリケーションでは、2つのエラーアンプを効率的に使用します（一方は電圧フィードバックを制御して一定の出力を維持し、もう一方は最大電流を制御します）。

TL494クラシックインバーター回路

このアプリケーションでは、出力をプッシュプルモードで動作させるように構成できます。したがって、出力制御ピンを+5V基準のピン14に接続するのが適切です。他のピンは上記のピンアウトデータシートと同じ構成です。

まとめ

全体として、TL494 ICは正確なフィードバックと出力制御を提供する実用的なPWM制御回路です。その機能により、あらゆるPWMアプリケーションに最適なパルス制御が得られます。

また、TL494はSG3525と非常に似ており、代替品として使用することもできます。ただし、両ICはピン配置が異なるため互換性がない点に注意が必要です。

以上で説明を終わります。ご質問がありましたら、お気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いいたします。