Zasilacze z przełączanym trybem (UPS) są bardzo popularne. Komputer, którego używasz, ma teraz wielonapięciowy zasilacz UPS (przynajmniej +12, -12, +5, -5 i +3,3 V). Prawie wszystkie takie bloki mają specjalny układ kontrolera PWM, zwykle typu TL494CN. Jego analogiem jest domowy mikroukład M1114EU4 (KR1114EU4).
Producenci
Rozważany mikroukład należy do listy najpopularniejszych i najszerzej stosowanych zintegrowanych układów elektronicznych. Jego poprzednikiem była seria sterowników PWM Unitrode UC38xx. W 1999 roku firma ta została kupiona przez Texas Instruments i od tego czasu rozpoczął się rozwój linii tych sterowników, co doprowadziło do powstania na początku 2000 roku. Układy serii TL494. Oprócz wspomnianych już zasilaczy UPS można je znaleźć w regulatorach napięcia DC, w sterowanych napędach, w softstartach, jednym słowem wszędzie tam, gdzie stosowane jest sterowanie PWM.
Wśród firm, które sklonowały ten chip, są takie znane na całym świecie marki, jak Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Wszyscy podają szczegółowy opis swoich produktów, tak zwany arkusz danych TL494CN.
Dokumentacja
Analiza opisów rozważanego typu mikroukładu różnych producentów pokazuje praktyczną tożsamość jego cech. Ilość informacji podawanych przez różne firmy jest prawie taka sama. Ponadto arkusze danych TL494CN takich marek jak Motorola, Inc i ON Semiconductor powtarzają się w swojej strukturze, rysunkach, tabelach i wykresach. Prezentacja materiału przez Texas Instruments nieco się od nich różni, jednak po dokładnym przestudiowaniu staje się jasne, że chodzi o identyczny produkt.
Przypisanie układu TL494CN
Zacznijmy tradycyjnie opisywać to od przeznaczenia i listy urządzeń wewnętrznych. Jest to sterownik PWM o stałej częstotliwości przeznaczony głównie do zastosowań UPS, zawierający następujące urządzenia:
- piłokształtny generator napięcia (SPG);
- wzmacniacze błędów;
- źródło napięcia odniesienia (odniesienia) +5 V;
- obwód regulacji czasu martwego;
- wyjściowe przełączniki tranzystorowe dla prądu do 500 mA;
- schemat wyboru operacji jednotaktowej lub dwutaktowej.
Limity
Jak każdy inny mikroukład, opis TL494CN musi zawierać listę maksymalnych dopuszczalnych charakterystyk wydajności. Podajmy je na podstawie danych firmy Motorola, Inc:
- Zasilanie: 42 V.
- Napięcie kolektoratranzystor wyjściowy: 42 V.
- Prąd kolektora tranzystora wyjściowego: 500 mA.
- Zakres napięcia wejściowego wzmacniacza: -0,3V do +42V.
- Rozpraszanie mocy (przy t< 45°C): 1000mW.
- Zakres temperatury przechowywania: -55 do +125°C.
- Zakres temperatur otoczenia podczas pracy: od 0 do +70 °С.
Należy zauważyć, że parametr 7 dla układu TL494IN jest nieco szerszy: od -25 do +85 °С.
Projekt układu TL494CN
Opis w języku rosyjskim wniosków z jego sprawy przedstawia poniższy rysunek.
Mikroukład jest umieszczony w plastikowym opakowaniu (jest to oznaczone literą N na końcu jego oznaczenia) 16-pinowej obudowie z przewodami typu pdp.
Jego wygląd pokazano na poniższym zdjęciu.
TL494CN: schemat funkcjonalny
Tak więc zadaniem tego mikroukładu jest modulacja szerokości impulsu (PWM lub angielska modulacja szerokości impulsu (PWM)) impulsów napięciowych generowanych zarówno wewnątrz regulowanych, jak i nieregulowanych zasilaczy UPS. W zasilaczach pierwszego typu zakres czasu trwania impulsu z reguły osiąga maksymalną możliwą wartość (~48% dla każdego wyjścia w obwodach push-pull, szeroko stosowanych do zasilania wzmacniaczy samochodowych).
Chip TL494CN ma w sumie 6 pinów wyjściowych, z czego 4 (1, 2, 15, 16) to wejścia wzmacniaczy błędów wewnętrznych używanych do ochrony UPS przed prądem i potencjalnymi przeciążeniami. Pin 4 to wejściesygnał od 0 do 3 V do regulacji wypełnienia impulsów wyjściowych prostokątnych, a nr 3 jest wyjściem komparatora i może być używany na kilka sposobów. Kolejne 4 (numery 8, 9, 10, 11) to wolne kolektory i emitery tranzystorów o maksymalnym dopuszczalnym prądzie obciążenia 250 mA (w trybie ciągłym nie więcej niż 200 mA). Można je łączyć parami (9 do 10 i 8 do 11), aby sterować tranzystorami MOSFET dużej mocy z ograniczeniem prądu do 500 mA (maks. 400 mA ciągły).
Jakie są elementy wewnętrzne TL494CN? Jego schemat pokazano na poniższym rysunku.
Mikroukład ma wbudowane źródło napięcia odniesienia (ION) +5 V (nr 14). Zwykle jest używany jako napięcie odniesienia (z dokładnością ± 1%) podawane na wejścia obwodów pobierających nie więcej niż 10 mA, np. na pin 13 do wyboru jedno- lub dwusuwowy mikroukład: jeśli jest na nim +5 V, wybierany jest drugi tryb, jeśli jest na nim minus napięcia zasilania - pierwszy.
Aby dostosować częstotliwość generatora napięcia piłokształtnego (GPN), używany jest kondensator i rezystor, podłączone odpowiednio do styków 5 i 6. I oczywiście mikroukład ma zaciski do podłączenia plusa i minusa źródła zasilania (odpowiednio 12 i 7) w zakresie od 7 do 42 V.
Schemat pokazuje, że w TL494CN znajduje się wiele urządzeń wewnętrznych. Opis w języku rosyjskim ich przeznaczenia funkcjonalnego zostanie podany poniżej w trakcie prezentacji materiału.
Funkcje terminala wejściowego
Jak każdyinne urządzenie elektroniczne. Omawiany mikroukład ma własne wejścia i wyjścia. Zaczniemy od pierwszego. Lista tych pinów TL494CN została już podana powyżej. Poniżej zostanie podany opis w języku rosyjskim ich przeznaczenia funkcjonalnego wraz ze szczegółowymi wyjaśnieniami.
Wyjście 1
To jest dodatnie (nieodwracające) wejście wzmacniacza błędu 1. Jeśli napięcie na nim jest niższe niż napięcie na styku 2, wyjście wzmacniacza błędu 1 będzie niskie. Jeśli jest wyższy niż na pinie 2, sygnał wzmacniacza błędu 1 będzie wysoki. Wyjście wzmacniacza zasadniczo replikuje dodatnie wejście, wykorzystując pin 2 jako odniesienie. Funkcje wzmacniaczy błędów zostaną opisane bardziej szczegółowo poniżej.
Wniosek 2
To jest ujemne (odwracające) wejście wzmacniacza błędu 1. Jeśli ten styk jest wyżej niż styk 1, wyjście wzmacniacza błędu 1 będzie niskie. Jeśli napięcie na tym pinie jest niższe niż napięcie na pinie 1, wyjście wzmacniacza będzie wysokie.
Wniosek 15
Działa dokładnie tak samo jak nr 2. Często drugi wzmacniacz błędu nie jest używany w TL494CN. Jego obwód przełączający w tym przypadku zawiera pin 15 po prostu podłączony do 14 (napięcie odniesienia +5 V).
Wniosek 16
Działa tak samo jak nr 1. Zwykle jest podłączony do wspólnego nr 7, gdy drugi wzmacniacz błędu nie jest używany. Z pinem 15 podłączonym do +5V i 16 podłączonym do wspólnego, wyjście drugiego wzmacniacza jest niskie i dlatego nie ma wpływu na działanie układu.
Wniosek 3
Ten pin i każdy wzmacniacz wewnętrzny TL494CNpołączone ze sobą za pomocą diod. Jeśli sygnał na wyjściu któregoś z nich zmieni się z niskiego na wysoki, to przy numerze 3 również stanie się wysoki. Gdy sygnał na tym pinie przekracza 3,3 V, impulsy wyjściowe wyłączają się (zerowy cykl pracy). Gdy napięcie na nim jest bliskie 0 V, czas trwania impulsu jest maksymalny. Pomiędzy 0 a 3,3 V, szerokość impulsu wynosi od 50% do 0% (dla każdego wyjścia kontrolera PWM - na pinach 9 i 10 w większości urządzeń).
W razie potrzeby pin 3 może być używany jako sygnał wejściowy lub może służyć do tłumienia szybkości zmiany szerokości impulsu. Jeśli napięcie na nim jest wysokie (> ~ 3,5 V), nie ma możliwości uruchomienia UPS na kontrolerze PWM (nie będzie z niego impulsów).
Wniosek 4
Kontroluje cykl pracy impulsów wyjściowych (ang. Dead-Time Control). Jeśli napięcie na nim jest zbliżone do 0 V, mikroukład będzie w stanie wyprowadzić zarówno minimalną możliwą, jak i maksymalną szerokość impulsu (którą ustawiają inne sygnały wejściowe). Jeśli do tego styku zostanie przyłożone napięcie około 1,5 V, szerokość impulsu wyjściowego zostanie ograniczona do 50% jego maksymalnej szerokości (lub ~25% cyklu pracy dla kontrolera push-pull PWM). Jeśli napięcie na nim jest wysokie (> ~ 3,5 V), nie ma możliwości uruchomienia UPS na TL494CN. Jego obwód przełączający często zawiera nr 4, podłączony bezpośrednio do ziemi.
Ważne do zapamiętania! Sygnał na pinach 3 i 4 powinien być poniżej ~3,3 V. A jeśli jest blisko, powiedzmy, +5 V? Jakwtedy TL494CN będzie się zachowywał? Obwód konwertera napięcia na nim nie będzie generował impulsów, tj. nie będzie napięcia wyjściowego z UPS
Wniosek 5
Służy do podłączenia kondensatora taktowania Ct, a jego drugi styk jest podłączony do masy. Wartości pojemności zwykle wynoszą od 0,01 µF do 0,1 µF. Zmiany wartości tego składnika prowadzą do zmiany częstotliwości GPN i impulsów wyjściowych sterownika PWM. Z reguły stosuje się tutaj kondensatory wysokiej jakości o bardzo niskim współczynniku temperaturowym (z bardzo małą zmianą pojemności przy zmianie temperatury).
Wniosek 6
Aby podłączyć rezystor nastawczy czasu Rt, a jego drugi styk jest podłączony do masy. Wartości Rt i Ct określają częstotliwość FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Wniosek 7
Podłącza się do wspólnego przewodu obwodu urządzenia na kontrolerze PWM.
Wniosek 12
Jest oznaczony literami VCC. Do niego podłączony jest „plus” zasilacza TL494CN. Jego obwód przełączający zwykle zawiera nr 12 podłączony do przełącznika zasilania. Wiele zasilaczy UPS używa tego pinu do włączania i wyłączania zasilania (i samego zasilacza). Jeśli ma +12 V i nr 7 jest uziemiony, układy FPV i ION będą działać.
Wniosek 13
To jest wejście trybu pracy. Jego działanie zostało opisane powyżej.
Funkcje zacisków wyjściowych
Powyżej zostały wymienione dla TL494CN. Poniżej zostanie podany opis w języku rosyjskim ich przeznaczenia funkcjonalnego wraz ze szczegółowymi wyjaśnieniami.
Wniosek 8
Na tymUkład ma 2 tranzystory npn, które są jego kluczami wyjściowymi. Ten pin jest kolektorem tranzystora 1, zwykle podłączonym do źródła napięcia stałego (12 V). Jednak w obwodach niektórych urządzeń jest używany jako wyjście i widać na nim meander (podobnie jak na nr 11).
Wniosek 9
To jest emiter tranzystora 1. Steruje on tranzystorem UPS dużej mocy (w większości przypadków efekt polowy) w obwodzie przeciwsobnym, bezpośrednio lub przez tranzystor pośredniczący.
Wyjście 10
To jest emiter tranzystora 2. W trybie jednocyklowym sygnał na nim jest taki sam jak na 9. na drugim jest niski i na odwrót. W większości urządzeń sygnały z emiterów wyjściowych przełączników tranzystorowych danego mikroukładu napędzają potężne tranzystory polowe, które są wprowadzane do stanu włączenia, gdy napięcie na stykach 9 i 10 jest wysokie (powyżej ~ 3,5 V, ale nie odnosi się do poziomu 3,3 V na nr 3 i 4).
Wniosek 11
To jest kolektor tranzystora 2, zwykle podłączony do źródła napięcia stałego (+12V).
Uwaga: W urządzeniach na TL494CN obwód przełączający może zawierać zarówno kolektory, jak i emitery tranzystorów 1 i 2 jako wyjścia kontrolera PWM, chociaż druga opcja jest bardziej powszechna. Istnieją jednak opcje, kiedy dokładnie piny 8 i 11 są wyjściami. Jeśli znajdziesz mały transformator w obwodzie między układem scalonym a tranzystorami FET, najprawdopodobniej zostanie z nich pobrany sygnał wyjściowy.(od kolekcjonerów)
Wniosek 14
To jest wyjście ION, również opisane powyżej.
Zasada działania
Jak działa układ TL494CN? Podamy opis kolejności jego pracy na podstawie materiałów firmy Motorola, Inc. Wyjście modulacji szerokości impulsu uzyskuje się przez porównanie dodatniego sygnału piłokształtnego z kondensatora Ct z jednym z dwóch sygnałów sterujących. Tranzystory wyjściowe Q1 i Q2 są bramkowane NOR, aby otworzyć je tylko wtedy, gdy wejście zegara wyzwalającego (C1) (patrz schemat funkcji TL494CN) staje się niskie.
Tak więc, jeśli na wejściu C1 wyzwalacza poziom jednostki logicznej, to tranzystory wyjściowe są zwarte w obu trybach pracy: jednocyklowym i przeciwsobnym. Jeśli na tym wejściu występuje sygnał zegarowy, to w trybie push-pull, tranzystor otwiera się jeden po drugim po dotarciu odcięcia impulsu zegarowego do wyzwalacza. W trybie pojedynczego cyklu wyzwalacz nie jest używany, a oba klawisze wyjściowe otwierają się synchronicznie.
Ten stan otwarty (w obu trybach) jest możliwy tylko w tej części okresu FPV, kiedy napięcie piłokształtne jest większe niż sygnały sterujące. Zatem wzrost lub spadek wielkości sygnału sterującego powoduje odpowiednio liniowy wzrost lub spadek szerokości impulsów napięciowych na wyjściach mikroukładu.
Napięcie z pinu 4 (kontrola czasu martwego), wejścia wzmacniacza błędu lub wejście sygnału sprzężenia zwrotnego z pinu 3 mogą być używane jako sygnały sterujące.
Pierwsze kroki w pracy z mikroukładem
Przed zrobieniemjakiekolwiek przydatne urządzenie, zaleca się, aby dowiedzieć się, jak działa TL494CN. Jak sprawdzić, czy to działa?
Weź swoją płytkę stykową, umieść na niej układ scalony i podłącz przewody zgodnie z poniższym schematem.
Jeśli wszystko jest prawidłowo podłączone, obwód będzie działał. Pozostaw piny 3 i 4 nie wolne. Użyj oscyloskopu, aby sprawdzić działanie FPV - na pinie 6 powinieneś zobaczyć napięcie piłokształtne. Wyjścia będą wynosić zero. Jak określić ich wydajność w TL494CN. Sprawdzenie tego można wykonać w następujący sposób:
- Podłącz wyjście sprzężenia zwrotnego (3) i wyjście sterujące czasem martwym (4) do masy (7).
- Teraz powinieneś wykryć falę prostokątną na wyjściach układu scalonego.
Jak wzmocnić sygnał wyjściowy?
Wyjście TL494CN jest raczej niskie i na pewno potrzebujesz więcej mocy. Dlatego musimy dodać kilka potężnych tranzystorów. Najłatwiejsze w użyciu (i bardzo łatwe do zdobycia - ze starej płyty głównej komputera) są n-kanałowe tranzystory MOSFET. Jednocześnie musimy odwrócić wyjście TL494CN, ponieważ jeśli podłączymy do niego n-kanałowy MOSFET, to przy braku impulsu na wyjściu mikroukładu będzie on otwarty dla przepływu prądu stałego. W takim przypadku MOSFET może się po prostu przepalić… Wyciągamy więc uniwersalny tranzystor npn i podłączamy go zgodnie ze schematem poniżej.
Potężny MOSFET w tymobwód jest sterowany pasywnie. Nie jest to zbyt dobre, ale do celów testowych i małej mocy jest całkiem odpowiednie. R1 w obwodzie to obciążenie tranzystora npn. Wybierz go zgodnie z maksymalnym dopuszczalnym prądem jego kolektora. R2 reprezentuje obciążenie naszego stopnia mocy. W kolejnych eksperymentach zostanie zastąpiony przez transformator.
Jeśli teraz spojrzymy na sygnał na pinie 6 mikroukładu za pomocą oscyloskopu, zobaczymy „piłę”. Na nr 8 (K1) nadal można zobaczyć impulsy fali prostokątnej, a na odpływie impulsów MOSFET o tym samym kształcie, ale większych.
Jak podnieść napięcie wyjściowe?
Teraz zwiększmy napięcie z TL494CN. Schemat przełączania i okablowania jest taki sam - na płytce stykowej. Oczywiście nie można na nim uzyskać wystarczająco wysokiego napięcia, zwłaszcza że na tranzystorach mocy MOSFET nie ma radiatora. Podłącz jednak mały transformator do stopnia wyjściowego zgodnie z tym schematem.
Uzwojenie pierwotne transformatora zawiera 10 zwojów. Uzwojenie wtórne zawiera około 100 zwojów. Tak więc współczynnik transformacji wynosi 10. Jeśli zastosujesz 10V do pierwotnego, powinieneś uzyskać około 100V na wyjściu. Rdzeń wykonany jest z ferrytu. Możesz użyć średniej wielkości rdzenia z transformatora zasilającego komputer.
Uważaj, wyjście transformatora jest pod wysokim napięciem. Prąd jest bardzo niski i cię nie zabije. Ale możesz trafić. Innym niebezpieczeństwem jest zainstalowanie dużegokondensator na wyjściu, zgromadzi duży ładunek. Dlatego po wyłączeniu obwodu należy go rozładować.
Na wyjściu układu można włączyć dowolny wskaźnik jak żarówkę, jak na zdjęciu poniżej.
Zasilany jest napięciem stałym i potrzebuje około 160V, aby się zapalić. (Zasilanie całego urządzenia wynosi około 15 V - o rząd wielkości mniej.)
Obwód wyjściowy transformatora jest szeroko stosowany w każdym zasilaczu UPS, w tym w zasilaczach komputerowych. W tych urządzeniach pierwszy transformator, podłączony za pomocą przełączników tranzystorowych do wyjść sterownika PWM, służy do galwanicznego odizolowania niskonapięciowej części obwodu, w skład której wchodzi TL494CN, od części wysokonapięciowej, w której znajduje się napięcie sieciowe. transformator.
Regulator napięcia
Z reguły w domowych małych urządzeniach elektronicznych zasilanie jest dostarczane przez typowy PC UPS, wykonany na TL494CN. Obwód zasilania komputera PC jest dobrze znany, a same bloki są łatwo dostępne, ponieważ miliony starych komputerów są co roku wyrzucane lub sprzedawane na części zamienne. Ale z reguły te UPS-y nie wytwarzają napięć wyższych niż 12 V. To za mało dla przemiennika częstotliwości. Oczywiście można by spróbować użyć zasilacza UPS PC z zabezpieczeniem nadnapięciowym 25 V, ale byłoby to trudne do znalezienia i zbyt duża moc zostałaby rozproszona przy 5 V w bramkach logicznych.
Jednak na TL494 (lub analogach) można budować dowolne obwody z dostępem do zwiększonej mocy i napięcia. Używanie typowych części z PC UPS i dużej mocy MOStranzystory z płyty głównej można zbudować regulator napięcia PWM na TL494CN. Obwód konwertera pokazano na poniższym rysunku.
Na nim widać obwód przełączający mikroukładu i stopień wyjściowy na dwóch tranzystorach: uniwersalnym npn- i potężnym MOS.
Główne części: T1, Q1, L1, D1. Dwubiegunowy T1 służy do napędzania MOSFET-u mocy podłączonego w uproszczony sposób, tzw. "bierny". L1 to cewka indukcyjna ze starej drukarki HP (około 50 zwojów, 1 cm wysokości, 0,5 cm szerokości z uzwojeniami, otwarty dławik). D1 to dioda Schottky'ego z innego urządzenia. TL494 jest podłączony w sposób alternatywny do powyższego, chociaż można użyć dowolnego z nich.
C8 to mała pojemność, aby zapobiec wpływowi szumu na wejście wzmacniacza błędu, wartość 0,01uF będzie mniej więcej normalna. Większe wartości spowalniają ustawienie żądanego napięcia.
C6 to jeszcze mniejszy kondensator, używany do filtrowania szumów o wysokiej częstotliwości. Jego pojemność to nawet kilkaset pikofaradów.
