Захранващите устройства с превключван режим (UPS) са много разпространени. Компютърът, който използвате сега, има UPS с много напрежение (поне +12, -12, +5, -5 и +3,3V). Почти всички такива блокове имат специален чип PWM контролер, обикновено от типа TL494CN. Негов аналог е домашната микросхема M1114EU4 (KR1114EU4).
Продуценти
Разглежданата микросхема принадлежи към списъка на най-често срещаните и широко използвани интегрални електронни схеми. Негов предшественик беше серията PWM контролери Unitrode UC38xx. През 1999 г. тази компания е купена от Texas Instruments и оттогава започва разработването на линия от тези контролери, което води до създаването в началото на 2000-те. Чипове от серия TL494. В допълнение към вече отбелязаните по-горе UPS, те могат да бъдат намерени в регулатори на DC напрежение, в контролирани задвижвания, в меки стартери, с една дума, където и да се използва PWM управление.
Сред фирмите, клонирали този чип, има такива световноизвестни марки като Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Всички те дават подробно описание на своите продукти, така наречения лист с данни TL494CN.
Документация
Анализът на описанията на разглеждания тип микросхема от различни производители показва практическата идентичност на нейните характеристики. Количеството информация, предоставено от различните фирми, е почти еднакво. Освен това листът с данни TL494CN от марки като Motorola, Inc и ON Semiconductor се повтарят взаимно в своята структура, фигури, таблици и графики. Представянето на материала от Texas Instruments е малко по-различно от тях, но при внимателно проучване става ясно, че се има предвид идентичен продукт.
Присвояване на чипа TL494CN
Нека традиционно започнем да го описваме с целта и списъка с вътрешни устройства. Това е PWM контролер с фиксирана честота, предназначен предимно за UPS приложения, съдържащ следните устройства:
- генератор на напрежение на трион (SPG);
- усилватели за грешки;
- източник на еталонното (референтно) напрежение +5 V;
- верига за корекция на мъртво време;
- изходни транзисторни превключватели за ток до 500 mA;
- схема за избор на еднотактова или двутактова работа.
Лимити
Както всяка друга микросхема, описанието на TL494CN трябва да съдържа списък с максимално допустими работни характеристики. Нека ги дадем въз основа на данни от Motorola, Inc:
- Захранване: 42 V.
- Напрежение на колектораизходен транзистор: 42 V.
- Изходен транзисторен колекторен ток: 500 mA.
- Обхват на входното напрежение на усилвателя: -0,3V до +42V.
- Разсейване на мощност (при t< 45°C): 1000mW.
- Температурен диапазон на съхранение: -55 до +125°C.
- Обхват на работната температура на околната среда: от 0 до +70 °С.
Трябва да се отбележи, че параметър 7 за чипа TL494IN е малко по-широк: от -25 до +85 °С.
TL494CN дизайн на чип
Описание на руски език на заключенията от неговия случай е показано на фигурата по-долу.
Микросхемата е поставена в пластмасов (това е обозначено с буквата N в края на обозначението) 16-пинов пакет с изводи тип pdp.
Външният му вид е показан на снимката по-долу.
TL494CN: функционална диаграма
И така, задачата на тази микросхема е широчинно-импулсна модулация (PWM, или английски Pulse Width Modulated (PWM)) на импулси на напрежение, генерирани както в регулирани, така и в нерегулирани UPS. При захранванията от първия тип, диапазонът на продължителност на импулса, като правило, достига максималната възможна стойност (~ 48% за всеки изход в push-pull вериги, широко използвани за захранване на автомобилни аудио усилватели).
Чипът TL494CN има общо 6 изходни извода, 4 от тях (1, 2, 15, 16) са входове на вътрешни усилватели на грешки, използвани за защита на UPS от текущи и потенциални претоварвания. Пин №4 е входътсигнал от 0 до 3 V за регулиране на работния цикъл на изходните правоъгълни импулси, а3 е изходът на компаратора и може да се използва по няколко начина. Други 4 (номера 8, 9, 10, 11) са свободни колектори и емитери на транзистори с максимално допустим ток на натоварване от 250 mA (в непрекъснат режим, не повече от 200 mA). Те могат да бъдат свързани по двойки (9 до 10 и 8 до 11) за задвижване на MOSFET с висока мощност с ограничение на тока от 500 mA (макс. 400 mA непрекъснато).
Какви са вътрешните елементи на TL494CN? Неговата диаграма е показана на фигурата по-долу.
Микросхемата има вграден източник на референтно напрежение (ION) +5 V (№ 14). Обикновено се използва като еталонно напрежение (с точност ± 1%), приложено към входовете на вериги, които консумират не повече от 10 mA, например към щифт 13 по избор на едно- или двутактова работа на микросхема: ако има +5 V върху нея се избира вторият режим, ако има минус на захранващото напрежение - първият.
За регулиране на честотата на генератора на трионообразно напрежение (GPN), се използват кондензатор и резистор, свързани съответно към щифтове 5 и 6. И, разбира се, микросхемата има клеми за свързване на плюса и минуса на източника на захранване (съответно номера 12 и 7) в диапазона от 7 до 42 V.
Диаграмата показва, че има редица вътрешни устройства в TL494CN. Описание на руски език на тяхното функционално предназначение ще бъде дадено по-долу в хода на представянето на материала.
Входни терминални функции
Като всекидруго електронно устройство. Въпросната микросхема има собствени входове и изходи. Ще започнем с първия. Списък с тези TL494CN щифтове вече е даден по-горе. По-долу ще бъде дадено описание на руски език на тяхното функционално предназначение с подробни обяснения.
Изход 1
Това е положителният (неинвертиращ) вход на усилвателя за грешка 1. Ако напрежението върху него е по-ниско от напрежението на пин 2, изходът на усилвателя за грешка 1 ще бъде нисък. Ако е по-висок, отколкото на пин 2, сигналът на усилвателя за грешка 1 ще се повиши. Изходът на усилвателя по същество репликира положителния вход, използвайки щифт 2 като еталон. Функциите на усилвателите за грешки ще бъдат описани по-подробно по-долу.
Заключение 2
Това е отрицателният (инвертиращ) вход на усилвателя за грешка 1. Ако този щифт е по-висок от пин 1, изходът на усилвателя за грешка 1 ще бъде нисък. Ако напрежението на този щифт е по-ниско от напрежението на пин 1, изходът на усилвателя ще бъде висок.
Заключение 15
Работи точно както 2. Често вторият усилвател за грешка не се използва в TL494CN. Неговата превключваща верига в този случай съдържа щифт 15, просто свързан към 14-ия (референтно напрежение +5 V).
Заключение 16
Работи по същия начин като № 1. Обикновено се свързва към общ номер 7, когато не се използва вторият усилвател за грешка. С щифт 15, свързан към +5V и 16, свързан към общ, изходът на втория усилвател е нисък и следователно няма ефект върху работата на чипа.
Заключение 3
Този щифт и всеки вътрешен усилвател TL494CNсвързани помежду си чрез диоди. Ако сигналът на изхода на някой от тях се промени от нисък към висок, тогава при номер 3 той също става висок. Когато сигналът на този пин надвиши 3.3V, изходните импулси се изключват (нулев цикъл на запълване). Когато напрежението върху него е близко до 0 V, продължителността на импулса е максимална. Между 0 и 3.3V, ширината на импулса е 50% до 0% (за всеки от изходите на PWM контролера - на щифтове 9 и 10 на повечето устройства).
Ако е необходимо, щифт 3 може да се използва като входен сигнал или може да се използва за осигуряване на затихване на скоростта на промяна на ширината на импулса. Ако напрежението върху него е високо (> ~ 3.5V), няма начин да стартирате UPS на PWM контролера (няма да има импулси от него).
Заключение 4
Управлява работния цикъл на изходните импулси (eng. Dead-Time Control). Ако напрежението върху него е близо до 0 V, микросхемата ще може да изведе както минималната възможна, така и максималната ширина на импулса (която се задава от други входни сигнали). Ако към този щифт се приложи напрежение от около 1,5 V, ширината на изходния импулс ще бъде ограничена до 50% от максималната му ширина (или ~25% работен цикъл за push-pull PWM контролер). Ако напрежението върху него е високо (> ~ 3.5V), няма начин да стартирате UPS на TL494CN. Неговата превключваща верига често съдържа № 4, свързан директно към земята.
Важно да запомните! Сигналът на щифтове 3 и 4 трябва да е под ~3,3 V. Ами ако е близо до, да речем, +5 V? Кактогава TL494CN ще се държи? Веригата на преобразувателя на напрежение върху него няма да генерира импулси, т.е. няма да има изходно напрежение от UPS
Заключение 5
Служи за свързване на синхронизиращия кондензатор Ct, а вторият му контакт е свързан към земята. Стойностите на капацитета обикновено са от 0,01 µF до 0,1 µF. Промените в стойността на този компонент водят до промяна в честотата на GPN и изходните импулси на PWM контролера. Като правило тук се използват висококачествени кондензатори с много нисък температурен коефициент (с много малка промяна в капацитета при промяна на температурата).
Заключение 6
За свързване на резистора за настройка на времето Rt и вторият му контакт е свързан към земята. Стойностите Rt и Ct определят честотата на FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Заключение 7
Свързва се към общия проводник на веригата на устройството на PWM контролера.
Заключение 12
Той е маркиран с буквите VCC. Към него е свързан "плюсът" на захранването TL494CN. Неговата превключваща верига обикновено съдържа № 12, свързан към превключвателя на захранването. Много UPS използват този щифт за включване и изключване на захранването (и самия UPS). Ако има +12 V и № 7 е заземен, FPV и ION чиповете ще работят.
Заключение 13
Това е входът за режим на работа. Неговото действие е описано по-горе.
Функции на изходните терминали
По-горе бяха изброени за TL494CN. По-долу ще бъде дадено описание на руски език на тяхното функционално предназначение с подробни обяснения.
Заключение 8
За товаЧипът има 2 npn транзистора, които са неговите изходни ключове. Този щифт е колекторът на транзистор 1, обикновено свързан към източник на постоянно напрежение (12 V). Въпреки това, във веригите на някои устройства той се използва като изход и върху него се вижда меандър (както и на № 11).
Заключение 9
Това е емитерът на транзистор 1. Той задвижва транзистора на UPS с висока мощност (ефект на полето в повечето случаи) в push-pull верига, директно или чрез междинен транзистор.
Изход 10
Това е емитерът на транзистор 2. В режим на един цикъл сигналът на него е същият като на 9. От друга страна е нисък и обратно. В повечето устройства сигналите от излъчвателите на изходните транзисторни превключватели на въпросната микросхема задвижват мощни полеви транзистори, които се превеждат в състояние ON, когато напрежението на изводи 9 и 10 е високо (над ~ 3,5 V, но не се отнася до нивото от 3,3 V на № 3 и 4).
Заключение 11
Това е колекторът на транзистор 2, обикновено свързан към източник на постоянно напрежение (+12V).
Забележка: В устройствата на TL494CN, превключващата верига може да съдържа както колектори, така и емитери на транзистори 1 и 2 като изходи на PWM контролера, въпреки че вторият вариант е по-често срещан. Има обаче опции, когато точно щифтове 8 и 11 са изходи. Ако откриете малък трансформатор във веригата между IC и FET, най-вероятно изходният сигнал е взет от тях.(от колекционери)
Заключение 14
Това е ION изходът, също описан по-горе.
Принцип на работа
Как работи чипът TL494CN? Ще дадем описание на реда на неговата работа въз основа на материали от Motorola, Inc. Изходната широчинна импулсна модулация се постига чрез сравняване на положителния назъбен сигнал от кондензатора Ct с всеки от двата управляващи сигнала. Изходните транзистори Q1 и Q2 са НИТО затворени, за да ги отворят само когато входният часовник на тригера (C1) (виж функционалната диаграма на TL494CN) спадне на ниско ниво.
По този начин, ако на входа C1 на тригера е нивото на логическа единица, тогава изходните транзистори са затворени и в двата режима на работа: единичен цикъл и push-pull. Ако на този вход присъства тактов сигнал, тогава в режим push-pull транзисторът се отваря един по един при пристигането на прекъсване на тактовия импулс към тригера. В режим на единичен цикъл спусъкът не се използва и двата изходни ключа се отварят синхронно.
Това отворено състояние (и в двата режима) е възможно само в онази част от FPV периода, когато напрежението на зъбците е по-голямо от управляващите сигнали. По този начин увеличаването или намаляването на величината на управляващия сигнал води до линейно увеличение или намаляване на ширината на импулсите на напрежението на изходите на микросхемата, съответно.
Напрежение от щифт 4 (управление на мъртво време), входове на усилвател за грешка или входен сигнал за обратна връзка от пин 3 могат да се използват като управляващи сигнали.
Първи стъпки в работата с микросхема
Преди да направитевсяко полезно устройство, препоръчително е да научите как работи TL494CN. Как да проверя дали работи?
Вземете вашата макетна платка, поставете IC върху нея и свържете проводниците според диаграмата по-долу.
Ако всичко е свързано правилно, веригата ще работи. Оставете щифтове 3 и 4 не свободни. Използвайте своя осцилоскоп, за да проверите работата на FPV - на щифт 6 трябва да видите напрежение на трион. Изходите ще бъдат нула. Как да определим тяхната производителност в TL494CN. Проверката може да стане така:
- Свържете изхода за обратна връзка (3) и изхода за управление на мъртвото време (4) към земята (7).
- Сега трябва да откриете квадратната вълна на изходите на IC.
Как да усиля изходния сигнал?
Изходът на TL494CN е доста нисък ток и със сигурност искате повече мощност. Следователно трябва да добавим някои мощни транзистори. Най-лесните за използване (и много лесни за получаване - от стара дънна платка на компютъра) са n-канални захранващи MOSFET. В същото време трябва да обърнем изхода на TL494CN, защото ако свържем n-канален MOSFET към него, тогава при липса на импулс на изхода на микросхемата, той ще бъде отворен за DC поток. В този случай MOSFET може просто да изгори … Така че изваждаме универсалния npn транзистор и го свързваме според диаграмата по-долу.
Мощен MOSFET в товаверигата се управлява пасивно. Това не е много добре, но за тестови цели и ниска мощност е доста подходящо. R1 във веригата е натоварването на npn транзистора. Изберете го според максимално допустимия ток на неговия колектор. R2 представлява натоварването на нашето захранващо стъпало. В следващите експерименти той ще бъде заменен от трансформатор.
Ако сега погледнем сигнала на пин 6 на микросхемата с осцилоскоп, ще видим „трион“. На 8 (K1) все още можете да видите импулси с квадратна вълна, а на изтичането на MOSFET импулси със същата форма, но по-големи.
Как да повишим изходното напрежение?
Сега нека да вдигнем малко напрежение с TL494CN. Схемата за превключване и свързване е същата - на макетната платка. Разбира се, не можете да получите достатъчно високо напрежение върху него, особено след като няма радиатор на захранващите MOSFET. Свържете обаче малък трансформатор към изходното стъпало според тази диаграма.
Първичната намотка на трансформатора съдържа 10 оборота. Вторичната намотка съдържа около 100 оборота. По този начин коефициентът на трансформация е 10. Ако приложите 10V към първичния, трябва да получите около 100V на изхода. Ядрото е направено от ферит. Можете да използвате средно голямо ядро от трансформатор за захранване на компютър.
Внимавайте, изходът на трансформатора е с високо напрежение. Токът е много нисък и няма да ви убие. Но можете да получите добър удар. Друга опасност е, ако инсталирате голямкондензатор на изхода, той ще натрупа голям заряд. Следователно, след изключване на веригата, тя трябва да бъде разредена.
На изхода на веригата можете да включите всеки индикатор като крушка, както е на снимката по-долу.
Той работи на DC напрежение и се нуждае от около 160V, за да светне. (Захранването на цялото устройство е около 15 V - с порядък по-ниско.)
Изходната верига на трансформатора е широко използвана във всеки UPS, включително компютърни захранвания. В тези устройства първият трансформатор, свързан чрез транзисторни превключватели към изходите на PWM контролера, служи за галванично изолиране на нисковолтовата част на веригата, която включва TL494CN, от нейната високоволтова част, която съдържа мрежовото напрежение трансформатор.
Регулатор на напрежение
По правило в домашните малки електронни устройства захранването се осигурява от типичен PC UPS, произведен на TL494CN. Захранващата верига на компютъра е добре известна, а самите блокове са лесно достъпни, тъй като милиони стари компютри се изхвърлят годишно или се продават за резервни части. Но като правило тези UPS устройства не произвеждат напрежение, по-високо от 12 V. Това е твърде малко за задвижване с променлива честота. Разбира се, може да се опита да използва 25V PC UPS с пренапрежение, но това би било трудно да се намери и твърде много мощност ще се разсее при 5V в логическите порти.
Въпреки това, на TL494 (или аналози) можете да изградите всякакви вериги с достъп до повишена мощност и напрежение. Използване на типични части от PC UPS и MOS с висока мощносттранзистори от дънната платка, можете да изградите PWM регулатор на напрежението на TL494CN. Схемата на преобразувателя е показана на фигурата по-долу.
На него можете да видите превключващата верига на микросхемата и изходния каскад на два транзистора: универсален npn- и мощен MOS.
Основни части: T1, Q1, L1, D1. Биполярният T1 се използва за задвижване на мощен MOSFET свързан по опростен начин, т.нар. "пасивен". L1 е индуктор от стар HP принтер (около 50 оборота, 1 см височина, 0,5 см ширина с намотки, отворен дросел). D1 е диод на Шотки от друго устройство. TL494 е свързан по алтернативен начин на горния, въпреки че всеки може да се използва.
C8 е малък капацитет за предотвратяване на ефекта на шум, влизащ във входа на усилвателя за грешка, стойност от 0.01uF ще бъде повече или по-малко нормална. По-големите стойности ще забавят настройката на желаното напрежение.
C6 е още по-малък кондензатор, използва се за филтриране на високочестотен шум. Капацитетът му е до няколкостотин пикофарада.
