Sursele de alimentare cu comutare (UPS) sunt foarte frecvente. Computerul pe care îl utilizați are acum un UPS cu mai multe tensiuni (cel puțin +12, -12, +5, -5 și +3,3 V). Aproape toate astfel de blocuri au un cip controler PWM special, de obicei de tip TL494CN. Analogul său este microcircuitul casnic M1114EU4 (KR1114EU4).
Producători
Microcircuitul luat în considerare aparține listei celor mai comune și utilizate pe scară largă circuite electronice integrate. Predecesorul său a fost seria Unitrode UC38xx de controlere PWM. În 1999, această companie a fost cumpărată de Texas Instruments, iar de atunci a început dezvoltarea unei linii de aceste controlere, ducând la crearea la începutul anilor 2000. Chip-uri din seria TL494. Pe lângă UPS-urile deja menționate mai sus, acestea pot fi găsite în regulatoarele de tensiune DC, în drive-urile controlate, în soft startere, într-un cuvânt, oriunde este folosit controlul PWM.
Printre firmele care au clonat acest cip, există mărci de renume mondial precum Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Toate oferă o descriere detaliată a produselor lor, așa-numita fișă de date TL494CN.
Documentație
Analiza descrierilor tipului de microcircuit considerat de la diferiți producători arată identitatea practică a caracteristicilor acestuia. Cantitatea de informații oferite de diferite firme este aproape aceeași. Mai mult, fișa tehnică TL494CN de la mărci precum Motorola, Inc și ON Semiconductor se repetă în structura, figurile, tabelele și graficele sale. Prezentarea materialului de către Texas Instruments este oarecum diferită de acestea, totuși, la un studiu atent, devine clar că se înțelege un produs identic.
Atribuirea cipului TL494CN
Să începem în mod tradițional să-l descriem cu scopul și lista dispozitivelor interne. Este un controler PWM cu frecvență fixă conceput în principal pentru aplicații UPS, care conține următoarele dispozitive:
- generator de tensiune cu dinți de ferăstrău (SPG);
- amplificatoare de eroare;
- sursa tensiunii de referință (de referință) +5 V;
- circuit de reglare a timpului mort;
- comutatoare cu tranzistori de ieșire pentru curent de până la 500 mA;
- schemă pentru selectarea funcționării într-un timp sau în doi timpi.
Limite
Ca orice alt microcircuit, descrierea TL494CN trebuie să conțină o listă de caracteristici de performanță maxime admise. Să le oferim pe baza datelor de la Motorola, Inc:
- Alimentare: 42 V.
- Tensiune colectortranzistor de ieșire: 42 V.
- Curentul colectorului tranzistorului de ieșire: 500 mA.
- Interval de tensiune de intrare a amplificatorului: de la -0,3V la +42V.
- Disiparea puterii (la t< 45°C): 1000mW.
- Interval de temperatură de depozitare: de la -55 la +125°C.
- Interval de temperatură ambientală de funcționare: de la 0 la +70 °С.
Trebuie remarcat faptul că parametrul 7 pentru cipul TL494IN este ceva mai larg: de la -25 la +85 °С.
TL494CN design chip
Descrierea în limba rusă a concluziilor cazului său este prezentată în figura de mai jos.
Microcircuitul este plasat într-un pachet din plastic (aceasta este indicat de litera N la sfârșitul desemnării sale) cu 16 pini cu cabluri de tip pdp.
Aspectul său este prezentat în fotografia de mai jos.
TL494CN: diagramă funcțională
Deci, sarcina acestui microcircuit este modularea lățimii impulsurilor (PWM, sau în limba engleză Pulse Width Modulated (PWM)) a impulsurilor de tensiune generate atât în interiorul UPS-urilor reglate, cât și a celor nereglementate. În sursele de alimentare de primul tip, intervalul de durată a impulsului, de regulă, atinge valoarea maximă posibilă (~ 48% pentru fiecare ieșire în circuite push-pull, utilizate pe scară largă pentru alimentarea amplificatoarelor audio auto).
Cipul TL494CN are un total de 6 pini de ieșire, 4 dintre ei (1, 2, 15, 16) sunt intrări ale amplificatoarelor interne de eroare utilizate pentru a proteja UPS-ul de suprasarcinile curente și potențiale. Pinul 4 este intrareasemnal de la 0 la 3 V pentru a regla ciclul de funcționare al impulsurilor dreptunghiulare de ieșire, iar3 este ieșirea comparatorului și poate fi utilizat în mai multe moduri. Alți 4 (numerele 8, 9, 10, 11) sunt colectori liberi și emițători de tranzistoare cu un curent de sarcină maxim admisibil de 250 mA (în modul continuu, nu mai mult de 200 mA). Acestea pot fi conectate în perechi (9 la 10 și 8 la 11) pentru a conduce MOSFET-uri de mare putere cu o limită de curent de 500 mA (max. 400 mA continuu).
Care este interiorul TL494CN? Diagrama acestuia este prezentată în figura de mai jos.
Microcircuitul are încorporată o sursă de tensiune de referință (ION) +5 V (nr. 14). Este de obicei folosit ca tensiune de referință (cu o precizie de ± 1%) aplicată intrărilor circuitelor care consumă nu mai mult de 10 mA, de exemplu, la pinul 13 la alegerea funcționării într-un timp sau în doi timpi. microcircuit: dacă există +5 V pe el, al doilea mod este selectat, dacă există un minus al tensiunii de alimentare pe el - primul.
Pentru a regla frecvența generatorului de tensiune din dinți de ferăstrău (GPN), se utilizează un condensator și un rezistor, conectați la pinii 5 și, respectiv, 6. Și, desigur, microcircuitul are terminale pentru conectarea plusului și minusului sursei de alimentare (numerele 12 și, respectiv, 7) în intervalul de la 7 la 42 V.
Diagrama arată că există un număr de dispozitive interne în TL494CN. O descriere în limba rusă a scopului lor funcțional va fi dată mai jos în cursul prezentării materialului.
Funcții terminale de intrare
Ca oricare alt dispozitiv electronic. Microcircuitul în cauză are propriile intrări și ieșiri. Vom începe cu primul. O listă cu acești pini TL494CN a fost deja prezentată mai sus. O descriere în limba rusă a scopului lor funcțional va fi oferită mai jos, cu explicații detaliate.
Ieșire 1
Aceasta este intrarea pozitivă (neinversoare) a amplificatorului de eroare 1. Dacă tensiunea de pe acesta este mai mică decât tensiunea de pe pinul 2, ieșirea amplificatorului de eroare 1 va fi scăzută. Dacă este mai mare decât pe pinul 2, semnalul amplificatorului de eroare 1 va deveni ridicat. Ieșirea amplificatorului reproduce în esență intrarea pozitivă folosind pinul 2 ca referință. Funcțiile amplificatoarelor de eroare vor fi descrise mai detaliat mai jos.
Concluzia 2
Aceasta este intrarea negativă (inversoare) a amplificatorului de eroare 1. Dacă acest pin este mai mare decât pinul 1, ieșirea amplificatorului de eroare 1 va fi scăzută. Dacă tensiunea de pe acest pin este mai mică decât tensiunea de pe pinul 1, ieșirea amplificatorului va fi ridicată.
Concluzie 15
Funcționează exact la fel ca2. Adesea, cel de-al doilea amplificator de eroare nu este utilizat în TL494CN. Circuitul său de comutare în acest caz conține pinul 15 conectat pur și simplu la al 14-lea (tensiune de referință +5 V).
Concluzia 16
Funcționează la fel ca1. Este de obicei conectat la comunul7 când al doilea amplificator de eroare nu este utilizat. Cu pinul 15 conectat la +5V și 16 conectat la comun, ieșirea celui de-al doilea amplificator este scăzută și, prin urmare, nu are niciun efect asupra funcționării cipului.
Concluzia 3
Acest pin și fiecare amplificator intern TL494CNconectate între ele prin diode. Dacă semnalul de la ieșirea oricăruia dintre ele se schimbă de la scăzut la ridicat, atunci la numărul 3 ajunge și la sus. Când semnalul de pe acest pin depășește 3,3 V, impulsurile de ieșire se opresc (ciclu de lucru zero). Când tensiunea de pe acesta este aproape de 0 V, durata impulsului este maximă. Între 0 și 3,3 V, lățimea impulsului este de la 50% la 0% (pentru fiecare dintre ieșirile controlerului PWM - pe pinii 9 și 10 pe majoritatea dispozitivelor).
Dacă este necesar, pinul 3 poate fi folosit ca semnal de intrare sau poate fi folosit pentru a asigura amortizarea ratei de modificare a lățimii impulsului. Dacă tensiunea de pe acesta este mare (> ~ 3,5 V), nu există nicio modalitate de a porni UPS-ul pe controlerul PWM (nu vor fi impulsuri de la acesta).
Concluzia 4
Controlează ciclul de lucru al impulsurilor de ieșire (ing. Dead-Time Control). Dacă tensiunea de pe acesta este aproape de 0 V, microcircuitul va putea scoate atât lățimea minimă posibilă, cât și lățimea maximă a impulsului (care este setată de alte semnale de intrare). Dacă la acest pin este aplicată o tensiune de aproximativ 1,5 V, lățimea impulsului de ieșire va fi limitată la 50% din lățimea maximă (sau ~25% ciclu de lucru pentru un controler PWM push-pull). Dacă tensiunea de pe acesta este mare (> ~ 3,5 V), nu există nicio modalitate de a porni UPS-ul pe TL494CN. Circuitul său de comutare conține adesea numărul 4, conectat direct la pământ.
Important de reținut! Semnalul de la pinii 3 și 4 ar trebui să fie sub ~ 3,3 V. Ce se întâmplă dacă este aproape, să zicem, de +5 V? Cumatunci TL494CN se va comporta? Circuitul convertorului de tensiune de pe acesta nu va genera impulsuri, de exemplu. nu va exista tensiune de ieșire de la UPS
Concluzia 5
Servește la conectarea condensatorului de temporizare Ct, iar al doilea contact al acestuia este conectat la masă. Valorile capacității sunt de obicei între 0,01 µF și 0,1 µF. Modificările valorii acestei componente duc la o modificare a frecvenței GPN și a impulsurilor de ieșire ale controlerului PWM. De regulă, aici sunt utilizați condensatori de în altă calitate, cu un coeficient de temperatură foarte scăzut (cu o schimbare foarte mică a capacității cu schimbarea temperaturii).
Concluzia 6
Pentru a conecta rezistența de setare a timpului Rt și al doilea contact al acestuia este conectat la masă. Valorile Rt și Ct determină frecvența FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Concluzia 7
Se conectează la firul comun al circuitului dispozitivului de pe controlerul PWM.
Concluzia 12
Este marcat cu literele VCC. La aceasta este conectat „plusul” sursei de alimentare TL494CN. Circuitul său de comutare conține de obicei nr. 12 conectat la comutatorul de alimentare. Multe UPS-uri folosesc acest pin pentru a porni și opri alimentarea (și UPS-ul în sine). Dacă are +12 V și numărul 7 este împământat, cipurile FPV și ION vor funcționa.
Concluzia 13
Aceasta este intrarea modului de operare. Funcționarea sa a fost descrisă mai sus.
Funcțiile terminalelor de ieșire
Mai sus au fost listate pentru TL494CN. O descriere în limba rusă a scopului lor funcțional va fi oferită mai jos, cu explicații detaliate.
Concluzia 8
Despre aceastaCipul are 2 tranzistori npn care sunt cheile sale de ieșire. Acest pin este colectorul tranzistorului 1, de obicei conectat la o sursă de tensiune DC (12 V). Cu toate acestea, în circuitele unor dispozitive, este folosit ca ieșire și puteți vedea un meandre pe el (precum și pe nr. 11).
Concluzie 9
Acesta este emițătorul tranzistorului 1. Acesta comandă tranzistorul UPS de mare putere (efect de câmp în majoritatea cazurilor) într-un circuit push-pull, fie direct, fie printr-un tranzistor intermediar.
Ieșire 10
Acesta este emițătorul tranzistorului 2. În modul cu un singur ciclu, semnalul de pe acesta este același ca pe 9. pe de altă parte, este scăzut și invers. În majoritatea dispozitivelor, semnalele de la emițătoarele comutatoarelor tranzistorului de ieșire ale microcircuitului în cauză conduc tranzistoare puternice cu efect de câmp, care sunt conduse în starea ON atunci când tensiunea la pinii 9 și 10 este mare (peste ~ 3,5 V, dar nu se referă la nivelul de 3,3 V de pe nr. 3 și 4).
Concluzia 11
Acesta este colectorul tranzistorului 2, de obicei conectat la o sursă de tensiune DC (+12V).
Notă: În dispozitivele de pe TL494CN, circuitul de comutare poate conține atât colectori, cât și emițători ai tranzistorilor 1 și 2 ca ieșiri ale controlerului PWM, deși a doua opțiune este mai comună. Există, totuși, opțiuni când exact pinii 8 și 11 sunt ieșiri. Dacă găsiți un mic transformator în circuitul dintre IC și FET-uri, cel mai probabil semnalul de ieșire este luat de la ei.(de la colecționari)
Concluzia 14
Aceasta este ieșirea ION, descrisă și mai sus.
Principiul de lucru
Cum funcționează cipul TL494CN? Vom oferi o descriere a ordinii lucrărilor sale pe baza materialelor de la Motorola, Inc. Ieșirea de modulare a lățimii impulsului este obținută prin compararea semnalului pozitiv din dinte de ferăstrău de la condensatorul Ct cu oricare dintre cele două semnale de control. Tranzistoarele de ieșire Q1 și Q2 sunt cu porți NOR pentru a le deschide numai atunci când intrarea ceasului de declanșare (C1) (vezi diagrama funcțională TL494CN) scade.
Astfel, dacă la intrarea C1 a declanșatorului nivelul unei unități logice, atunci tranzistoarele de ieșire sunt închise în ambele moduri de funcționare: un singur ciclu și push-pull. Dacă la această intrare este prezent un semnal de ceas, atunci în modul push-pull, tranzistorul se deschid unul câte unul la sosirea întreruperii impulsului de ceas la declanșator. În modul cu ciclu unic, declanșatorul nu este utilizat și ambele taste de ieșire se deschid sincron.
Această stare deschisă (în ambele moduri) este posibilă numai în acea parte a perioadei FPV când tensiunea dinților de ferăstrău este mai mare decât semnalele de control. Astfel, o creștere sau o scădere a mărimii semnalului de control determină o creștere liniară sau o scădere a lățimii impulsurilor de tensiune la ieșirile microcircuitului, respectiv.
Tensiunea de la pinul 4 (controlul timpului mort), intrările amplificatorului de eroare sau intrarea semnalului de feedback de la pinul 3 pot fi folosite ca semnale de control.
Primii pași în lucrul cu un microcircuit
Înainte de a faceorice dispozitiv util, se recomandă să aflați cum funcționează TL494CN. Cum verific dacă funcționează?
Ia-ți placa, pune IC-ul pe ea și conectează firele conform diagramei de mai jos.
Dacă totul este conectat corect, circuitul va funcționa. Lăsați pinii 3 și 4 să nu fie liberi. Utilizați osciloscopul pentru a verifica funcționarea FPV - la pinul 6 ar trebui să vedeți o tensiune în dinte de ferăstrău. Ieșirile vor fi zero. Cum să determinați performanța lor în TL494CN. Verificarea se poate face astfel:
- Conectați ieșirea de feedback (3) și ieșirea de control al timpului mort (4) la masă (7).
- Acum ar trebui să detectați unda pătrată la ieșirile IC.
Cum se amplifica semnalul de ieșire?
Ieșirea TL494CN este un curent destul de scăzut și cu siguranță doriți mai multă putere. Astfel, trebuie să adăugăm niște tranzistoare puternice. Cele mai ușor de utilizat (și foarte ușor de obținut - de la o veche placă de bază de computer) sunt MOSFET-urile de putere cu canale n. În același timp, trebuie să inversăm ieșirea TL494CN, deoarece dacă conectăm un MOSFET cu canale n la acesta, atunci în absența unui impuls la ieșirea microcircuitului, acesta va fi deschis pentru flux de curent continuu. În acest caz, MOSFET-ul se poate arde pur și simplu… Așa că scoatem tranzistorul universal npn și îl conectăm conform diagramei de mai jos.
MOSFET puternic în astacircuitul este controlat pasiv. Acest lucru nu este foarte bun, dar pentru scopuri de testare și putere redusă este destul de potrivit. R1 în circuit este sarcina tranzistorului npn. Selectați-l în funcție de curentul maxim admisibil al colectorului său. R2 reprezintă sarcina treptei noastre de putere. În următoarele experimente, acesta va fi înlocuit cu un transformator.
Dacă ne uităm acum la semnalul de la pinul 6 al microcircuitului cu un osciloscop, vom vedea un „fierăstrău”. Pe 8 (K1) puteți vedea în continuare impulsuri unde pătrate și pe scurgerea impulsurilor MOSFET de aceeași formă, dar mai mari.
Cum se ridică tensiunea de ieșire?
Acum haideți să creștem tensiunea cu TL494CN. Schema de comutare și cablare este aceeași - pe placa de breadboard. Desigur, nu puteți obține o tensiune suficient de mare pe el, mai ales că nu există un radiator pe MOSFET-urile de putere. Cu toate acestea, conectați un mic transformator la treapta de ieșire conform acestei diagrame.
Înfășurarea primară a transformatorului conține 10 spire. Înfășurarea secundară conține aproximativ 100 de spire. Astfel, raportul de transformare este 10. Dacă aplicați 10V la primar, ar trebui să obțineți aproximativ 100V la ieșire. Miezul este făcut din ferită. Puteți folosi un miez de dimensiune medie de la transformatorul de alimentare pentru computer.
Ai grijă, ieșirea transformatorului este de în altă tensiune. Curentul este foarte scăzut și nu te va ucide. Dar poți obține o lovitură bună. Un alt pericol este dacă instalați un marecondensator la ieșire, va acumula o sarcină mare. Prin urmare, după oprirea circuitului, acesta ar trebui să fie descărcat.
La ieșirea circuitului, puteți aprinde orice indicator ca un bec, ca în fotografia de mai jos.
Funcționează cu tensiune DC și are nevoie de aproximativ 160V pentru a se aprinde. (Sursa de alimentare a întregului dispozitiv este de aproximativ 15 V - cu un ordin de mărime mai mică.)
Circuitul de ieșire a transformatorului este utilizat pe scară largă în orice UPS, inclusiv în sursele de alimentare pentru PC. În aceste dispozitive, primul transformator, conectat prin comutatoare cu tranzistori la ieșirile controlerului PWM, servește la izolarea galvanică a părții de joasă tensiune a circuitului, care include TL494CN, de partea sa de în altă tensiune, care conține tensiunea rețelei. transformator.
Reglator de tensiune
De regulă, în dispozitivele electronice mici de casă, alimentarea este furnizată de un UPS tipic pentru PC, realizat pe TL494CN. Circuitul de alimentare al unui PC este binecunoscut, iar blocurile în sine sunt ușor accesibile, deoarece milioane de computere vechi sunt eliminate anual sau vândute ca piese de schimb. Dar, de regulă, aceste UPS-uri nu produc tensiuni mai mari de 12 V. Acest lucru este prea puțin pentru o unitate de frecvență variabilă. Desigur, s-ar putea încerca să folosească un UPS pentru PC cu supratensiune de 25 V, dar acesta ar fi greu de găsit și prea multă putere ar fi disipată la 5 V în porțile logice.
Cu toate acestea, pe TL494 (sau analogi) puteți construi orice circuite cu acces la putere și tensiune crescute. Folosind piese tipice de la UPS PC și MOS de mare puteretranzistori de pe placa de bază, puteți construi un regulator de tensiune PWM pe TL494CN. Circuitul convertorului este prezentat în figura de mai jos.
Pe el puteți vedea circuitul de comutare al microcircuitului și treapta de ieșire pe două tranzistoare: un npn universal și un MOS puternic.
Părți principale: T1, Q1, L1, D1. T1 bipolar este folosit pentru a conduce un MOSFET de putere conectat într-un mod simplificat, așa-numitul. "pasiv". L1 este un inductor de la o veche imprimantă HP (aproximativ 50 de spire, 1 cm înălțime, 0,5 cm lățime cu înfășurări, șoc deschis). D1 este o diodă Schottky de la un alt dispozitiv. TL494 este conectat într-un mod alternativ față de cel de mai sus, deși oricare poate fi utilizat.
C8 este o capacitate mică pentru a preveni efectul zgomotului care intră în intrarea amplificatorului de eroare, o valoare de 0,01 uF va fi mai mult sau mai puțin normală. Valorile mai mari vor încetini setarea tensiunii dorite.
C6 este un condensator și mai mic, este folosit pentru a filtra zgomotul de în altă frecvență. Capacitatea sa este de până la câteva sute de picofaradi.
