A kapcsolóüzemű tápegységek (UPS) nagyon gyakoriak. A most használt számítógép többfeszültségű UPS-sel rendelkezik (legalább +12, -12, +5, -5 és +3,3 V). Szinte minden ilyen blokk rendelkezik egy speciális PWM vezérlő chippel, általában TL494CN típusú. Analógja a háztartási M1114EU4 (KR1114EU4) mikroáramkör.
Producerek
A vizsgált mikroáramkör a leggyakoribb és legszélesebb körben használt integrált elektronikus áramkörök listájához tartozik. Elődje az Unitrode UC38xx sorozatú PWM vezérlők voltak. 1999-ben ezt a céget a Texas Instruments megvásárolta, és azóta megkezdődött ezeknek a vezérlőknek a fejlesztése, ami a 2000-es évek elején jött létre. TL494 sorozatú chipek. A fentebb már említett UPS-ek mellett megtalálhatók az egyenfeszültség-szabályozókban, vezérelt hajtásokban, lágyindítókban, egyszóval mindenhol, ahol PWM vezérlést használnak.
A chipet klónozó cégek között vannak olyan világhírű márkák, mint a Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Mindannyian részletes leírást adnak termékeikről, az úgynevezett TL494CN adatlapot.
Dokumentáció
A vizsgált típusú mikroáramkörök különböző gyártóktól származó leírásainak elemzése megmutatja jellemzőinek gyakorlati azonosságát. A különböző cégek által adott információ mennyisége közel azonos. Ezenkívül a Motorola, Inc. és az ON Semiconductor márkák TL494CN adatlapja megismétli egymást szerkezetében, ábráiban, táblázataiban és grafikonjaiban. Az anyag Texas Instruments általi bemutatása némileg eltér tőlük, azonban alapos tanulmányozás után világossá válik, hogy azonos termékről van szó.
A TL494CN chip hozzárendelése
A leírását hagyományosan kezdjük a céllal és a belső eszközök listájával. Ez egy fix frekvenciájú PWM vezérlő, amelyet elsősorban UPS alkalmazásokhoz terveztek, és a következő eszközöket tartalmazza:
- fűrészfogú feszültséggenerátor (SPG);
- hibaerősítők;
- a referencia (referencia) feszültség forrása +5 V;
- holtidő beállító áramkör;
- kimeneti tranzisztoros kapcsolók 500 mA áramerősségig;
- séma az együtemű vagy kétütemű üzemmód kiválasztásához.
Limits
Minden más mikroáramkörhöz hasonlóan a TL494CN leírásának is tartalmaznia kell a maximálisan megengedett teljesítményjellemzők listáját. Adjuk meg őket a Motorola, Inc. adatai alapján:
- Tápegység: 42 V.
- Kollektor feszültségkimeneti tranzisztor: 42 V.
- Kimeneti tranzisztor kollektoráram: 500 mA.
- Erősítő bemeneti feszültségtartománya: -0,3 V és +42 V között.
- Teljesítménydisszipáció (t< 45°C-on): 1000mW.
- Tárolási hőmérséklet-tartomány: -55 és +125°C között.
- Környezeti üzemi hőmérséklet-tartomány: 0 és +70 °С között.
Megjegyzendő, hogy a TL494IN chip 7-es paramétere valamivel szélesebb: -25 és +85 °С között.
TL494CN chip tervezés
Az eset következtetéseinek orosz nyelvű leírása az alábbi ábrán látható.
A mikroáramkör műanyag (ezt a jelölése végén lévő N betű jelzi) 16 tűs tokban pdp típusú vezetékekkel.
A megjelenése az alábbi képen látható.
TL494CN: funkcionális diagram
Tehát ennek a mikroáramkörnek a feladata az impulzusszélesség-moduláció (PWM vagy angolul Pulse Width Modulated (PWM)) a szabályozott és szabályozatlan szünetmentes tápegységekben egyaránt generált feszültségimpulzusok esetében. Az első típusú tápegységeknél az impulzus időtartama általában eléri a lehetséges maximális értéket (~ 48% minden kimenetre a push-pull áramkörökben, amelyeket széles körben használnak autós audioerősítők táplálására).
A TL494CN chipnek összesen 6 kimeneti érintkezője van, ezek közül 4 (1, 2, 15, 16) belső hibaerősítők bemenete, amelyek az UPS áram- és potenciális túlterhelés elleni védelmére szolgálnak. A 4-es tű a bemenet0 és 3 V közötti jel a kimenő négyszögletes impulzusok munkaciklusának beállításához, a3 pedig a komparátor kimenete, és többféleképpen használható. További 4 (8, 9, 10, 11 számok) a tranzisztorok szabad kollektorai és emitterei 250 mA maximális megengedett terhelési árammal (folyamatos üzemmódban legfeljebb 200 mA). Párban (9-től 10-ig és 8-tól 11-ig) csatlakoztathatók nagy teljesítményű MOSFET-ek meghajtásához 500 mA áramkorláttal (max. 400 mA folyamatos).
Mi a TL494CN belső része? Diagramja az alábbi ábrán látható.
A mikroáramkör beépített referencia feszültségforrással (ION) +5 V (14. sz.) rendelkezik. Általában referenciafeszültségként (± 1%-os pontossággal) használják olyan áramkörök bemeneteire, amelyek legfeljebb 10 mA-t fogyasztanak, például a választható egy- vagy kétütemű üzemmód 13-as érintkezőjére. mikroáramkör: ha +5 V van rajta, akkor a második üzemmód kerül kiválasztásra, ha mínusz van a tápfeszültségen - az első.
A fűrészfogú feszültséggenerátor (GPN) frekvenciájának beállításához egy kondenzátort és egy ellenállást használnak, amelyek az 5. és 6. érintkezőkhöz vannak csatlakoztatva. És természetesen a mikroáramkörnek vannak kivezetései az áramforrás plusz és mínusz (12-es, illetve 7-es számok) csatlakoztatására a 7 és 42 V közötti tartományban.
A diagram azt mutatja, hogy a TL494CN számos belső eszközt tartalmaz. Funkcionális céljuk orosz nyelvű leírása alább az anyag bemutatása során kerül megadásra.
Bemeneti terminál funkciók
Mint bármelyikegyéb elektronikus eszköz. A kérdéses mikroáramkörnek saját be- és kimenetei vannak. Kezdjük az elsővel. A fenti TL494CN tűk listája már szerepel. Működési céljuk orosz nyelvű leírása az alábbiakban található részletes magyarázatokkal.
1. kimenet
Ez az 1. hibaerősítő pozitív (nem invertáló) bemenete. Ha a rajta lévő feszültség alacsonyabb, mint a 2. érintkező feszültsége, az 1. hibaerősítő kimenete alacsony lesz. Ha ez magasabb, mint a 2. érintkezőn, az 1. hibaerősítő jele magasra emelkedik. Az erősítő kimenete lényegében a pozitív bemenetet replikálja, referenciaként a 2-es érintkezőt használva. A hibaerősítők funkcióit az alábbiakban részletesebben ismertetjük.
2. következtetés
Ez az 1. hibaerősítő negatív (invertáló) bemenete. Ha ez a láb magasabb, mint az 1. érintkező, az 1. hibaerősítő kimenete alacsony lesz. Ha ezen a lábon a feszültség alacsonyabb, mint az 1. érintkező feszültsége, az erősítő kimenete magas lesz.
15. következtetés
Pontosan ugyanúgy működik, mint a 2. Gyakran a második hibaerősítőt nem használják a TL494CN-ben. A kapcsolóáramkör ebben az esetben a 15-ös érintkezőt tartalmazza, amely egyszerűen a 14-eshez van csatlakoztatva (referenciafeszültség +5 V).
16. következtetés
Ugyanúgy működik, mint az 1. Általában a 7. közös csatlakozóhoz csatlakozik, amikor a második hibaerősítő nincs használatban. Ha a 15-ös érintkező +5V-ra, a 16-os pedig a közösre van csatlakoztatva, a második erősítő kimenete alacsony, ezért nincs hatással a chip működésére.
3. következtetés
Ez a tű és mindegyik belső erősítő TL494CNdiódákon keresztül kapcsolódnak egymáshoz. Ha bármelyik kimenetén a jel alacsonyról magasra változik, akkor a 3-as számnál szintén magasra megy. Ha ezen a tűn a jel meghaladja a 3,3 V-ot, a kimeneti impulzusok kikapcsolnak (nulla munkaciklus). Ha a rajta lévő feszültség közel 0 V, akkor az impulzus időtartama maximális. 0 és 3,3 V között az impulzus szélessége 50% és 0% között van (mindegyik PWM vezérlő kimenetnél – a legtöbb eszköz 9. és 10. érintkezőjén).
Ha szükséges, a 3. érintkező bemeneti jelként, vagy az impulzusszélesség változási sebességének csillapítására használható. Ha magas rajta a feszültség (> ~ 3,5 V), akkor a PWM vezérlőn nem lehet elindítani az UPS-t (nem lesz impulzus belőle).
4. következtetés
A kimeneti impulzusok munkaciklusát vezérli (angol. Holtidő vezérlés). Ha a rajta lévő feszültség közel 0 V, akkor a mikroáramkör a lehető legkisebb és a maximális impulzusszélességet is képes lesz kiadni (amit más bemeneti jelek állítanak be). Ha körülbelül 1,5 V feszültséget kapcsolunk erre a lábra, a kimeneti impulzus szélessége a maximális szélesség 50%-ára korlátozódik (vagy ~25%-os munkaciklusra push-pull PWM vezérlő esetén). Ha a feszültség magas rajta (> ~ 3,5 V), akkor a TL494CN-en nem lehet elindítani az UPS-t. A kapcsolóáramkör gyakran tartalmazza a 4-es számút, amely közvetlenül a földre van kötve.
Fontos emlékezni! A 3-as és 4-es érintkezőknél a jel ~3,3V alatt kell legyen. Mi van ha közel van mondjuk a +5V-hoz? Hogyanakkor a TL494CN fog viselkedni? A rajta lévő feszültségátalakító áramkör nem fog impulzusokat generálni, pl. nem lesz kimeneti feszültség az UPS-ből
5. következtetés
A Ct időzítő kondenzátor csatlakoztatására szolgál, a második érintkezője pedig a földhöz van kötve. A kapacitásértékek általában 0,01 µF és 0,1 µF között vannak. Ennek a komponensnek az értékében bekövetkező változások a GPN frekvenciájának és a PWM vezérlő kimeneti impulzusainak megváltozásához vezetnek. Általában jó minőségű, nagyon alacsony hőmérsékleti együtthatójú kondenzátorokat használnak (a hőmérséklet változásával nagyon kis kapacitásváltozással).
6. következtetés
Az Rt időbeállító ellenállás és a második érintkező csatlakoztatásához a földeléshez. Az Rt és Ct értékek határozzák meg az FPG frekvenciáját.
f=1, 1: (Rt x Ct)
7. következtetés
A PWM-vezérlő eszközáramkörének közös vezetékéhez csatlakozik.
12. következtetés
VCC betűkkel van jelölve. A TL494CN táp "plusza" rá van kötve. Ennek kapcsolóáramköre általában a tápkapcsolóhoz csatlakoztatott 12-es számút tartalmazza. Sok UPS ezt a tűt használja az áramellátás (és maga az UPS) be- és kikapcsolására. Ha +12 V van és a 7-es földelve van, akkor az FPV és ION chipek működni fognak.
13. következtetés
Ez a működési mód bemenete. Működését fentebb leírtuk.
A kimeneti csatlakozók funkciói
Fent a TL494CN listán szerepeltek. Működési céljuk orosz nyelvű leírása az alábbiakban található részletes magyarázatokkal.
8. következtetés
ErrőlA chip 2 npn tranzisztorral rendelkezik, amelyek a kimeneti kulcsai. Ez a tű az 1. tranzisztor kollektora, általában egyenfeszültség-forráshoz (12 V) csatlakozik. Egyes készülékek áramköreiben azonban kimenetként használják, és kanyarulat látható rajta (valamint a 11-esnél is).
9. következtetés
Ez az 1. tranzisztor emittere. Meghajtja a nagy teljesítményű UPS tranzisztort (a legtöbb esetben térhatás) egy push-pull áramkörben, akár közvetlenül, akár egy közbenső tranzisztoron keresztül.
10. kimenet
Ez a 2. tranzisztor emittere. Egyciklusú módban a jel ugyanaz, mint a 9. másikon alacsony, és fordítva. A legtöbb készülékben a szóban forgó mikroáramkör kimeneti tranzisztoros kapcsolóinak emittereinek jelei erős térhatású tranzisztorokat hajtanak meg, amelyek akkor kapcsolnak BE állapotba, ha a 9. és 10. érintkezőnél magas a feszültség (~3,5 V felett, de nem a 3. és 4. sz. 3,3 V-os szintjére vonatkozik).
11. következtetés
Ez a 2. tranzisztor kollektora, általában DC feszültségforráshoz (+12V) csatlakozik.
Megjegyzés: A TL494CN eszközeiben a kapcsolóáramkör az 1. és 2. tranzisztor kollektorait és emittereit egyaránt tartalmazhatja a PWM vezérlő kimeneteként, bár a második lehetőség gyakoribb. Vannak azonban olyan opciók, amikor pontosan a 8-as és 11-es érintkező a kimenet. Ha egy kis transzformátort talál az IC és a FET-ek közötti áramkörben, akkor a kimeneti jel nagy valószínűséggel tőlük származik.(gyűjtőktől)
14. következtetés
Ez az ION kimenet, szintén fentebb.
Működési elv
Hogyan működik a TL494CN chip? Munkájának sorrendjét a Motorola, Inc. anyagai alapján ismertetjük. Az impulzusszélesség-modulációs kimenet a Ct kondenzátor pozitív fűrészfogjelének összehasonlításával érhető el a két vezérlőjel valamelyikével. A Q1 és Q2 kimeneti tranzisztorok NOR kapuzottak, hogy csak akkor nyíljanak ki, ha a trigger óra bemenet (C1) (lásd a TL494CN funkciódiagramot) lecsökken.
Tehát, ha a trigger C1 bemenetén egy logikai egység szintje van, akkor a kimeneti tranzisztorok mindkét üzemmódban zárva vannak: egyciklusú és push-pull üzemmódban. Ha ezen a bemeneten órajel van, akkor push-pull üzemmódban a tranzisztor egyesével nyit, amikor az óraimpulzus-lezárás megérkezik a triggerhez. Egyciklusú módban a trigger nincs használatban, és mindkét kimeneti billentyű szinkronban nyílik meg.
Ez a nyitott állapot (mindkét módban) csak az FPV periódus azon szakaszában lehetséges, amikor a fűrészfog feszültség nagyobb, mint a vezérlőjelek. Így a vezérlőjel nagyságának növekedése vagy csökkenése a mikroáramkör kimenetein a feszültségimpulzusok szélességének lineáris növekedését, illetve csökkenését okozza.
A 4. érintkező feszültsége (holtidő vezérlés), a hibaerősítő bemenetei vagy a 3. érintkezőről érkező visszacsatoló jelek használhatók vezérlőjelként.
A mikroáramkörrel való munka első lépései
Mielőtt megtennéBármilyen hasznos eszközt, javasoljuk, hogy megtanulja, hogyan működik a TL494CN. Hogyan ellenőrizhető, hogy működik-e?
Vegye elő a kenyérsütődeszkát, helyezze rá az IC-t, és csatlakoztassa a vezetékeket az alábbi ábra szerint.
Ha minden megfelelően van csatlakoztatva, az áramkör működik. A 3. és 4. csapot ne hagyja szabadon. Használja oszcilloszkópját az FPV működésének ellenőrzésére – a 6. érintkezőnél fűrészfog feszültséget kell látnia. A kimenetek nullák lesznek. Hogyan határozható meg a teljesítményük a TL494CN-ben. Az ellenőrzés a következőképpen hajtható végre:
- Csatlakoztassa a visszacsatoló kimenetet (3) és a holtidő vezérlő kimenetét (4) a testhez (7).
- Most érzékelnie kell a négyszöghullámot az IC kimenetein.
Hogyan kell felerősíteni a kimeneti jelet?
A TL494CN kimenete meglehetősen alacsony áramerősségű, és minden bizonnyal több teljesítményre van szüksége. Ezért hozzá kell adnunk néhány erős tranzisztort. A legkönnyebben használható (és nagyon könnyen beszerezhető - egy régi számítógépes alaplapról) az n-csatornás tápellátású MOSFET-ek. Ugyanakkor a TL494CN kimenetét invertálnunk kell, mert ha n-csatornás MOSFET-et kötünk rá, akkor impulzus hiányában a mikroáramkör kimenetén az egyenáramra nyitva lesz. Ebben az esetben a MOSFET egyszerűen kiéghet… Tehát kivesszük az univerzális npn tranzisztort és az alábbi ábra szerint csatlakoztatjuk.
Erőteljes MOSFET ebbenaz áramkör passzív vezérlésű. Ez nem túl jó, de tesztelési célokra és alacsony fogyasztásra nagyon alkalmas. Az R1 az áramkörben az npn tranzisztor terhelése. Válassza ki a kollektor maximális megengedett áramának megfelelően. Az R2 a teljesítményfokozatunk terhelését jelenti. A következő kísérletekben transzformátorral helyettesítjük.
Ha most megnézzük a jelet a mikroáramkör 6. érintkezőjénél oszcilloszkóppal, akkor egy „fűrészt” fogunk látni. A 8-ason (K1) továbbra is láthatók a négyzethullám-impulzusok, a MOSFET-impulzusok leeresztőjén pedig azonos alakú, de nagyobb méretű impulzusok.
Hogyan lehet növelni a kimeneti feszültséget?
Most növeljük a feszültséget a TL494CN-nel. A kapcsolási és bekötési rajz ugyanaz - a kenyérsütőtáblán. Természetesen nem lehet rá kellően magas feszültséget kapni, főleg, hogy a teljesítmény MOSFET-eken nincs hűtőborda. Csatlakoztasson azonban egy kis transzformátort a végfokozathoz ennek a diagramnak megfelelően.
A transzformátor primer tekercse 10 fordulatot tartalmaz. A szekunder tekercs körülbelül 100 fordulatot tartalmaz. Így az átalakítási arány 10. Ha 10V-ot adsz az elsődlegesre, akkor kb 100V-ot kell kapnod a kimeneten. A mag ferritből készül. Használhat közepes méretű magot a PC tápegység transzformátorából.
Legyen óvatos, a transzformátor kimenete nagyfeszültségű. Az áram nagyon alacsony, és nem fog megölni. De jó ütést kaphat. Egy másik veszély az, ha nagyot telepítkondenzátor a kimeneten, nagy töltést fog felhalmozni. Ezért az áramkör kikapcsolása után le kell kisütni.
Az áramkör kimenetén bármilyen jelzőfényt, például izzót bekapcsolhat, ahogy az alábbi képen is látható.
DC feszültséggel működik, és körülbelül 160 V-ra van szüksége a világításához. (A teljes készülék tápfeszültsége kb. 15 V – egy nagyságrenddel kisebb.)
A transzformátor kimeneti áramkörét széles körben használják minden UPS-ben, beleértve a PC tápegységeket is. Ezekben az eszközökben az első transzformátor, amely tranzisztoros kapcsolókon keresztül kapcsolódik a PWM vezérlő kimeneteihez, arra szolgál, hogy galvanikusan leválasztja az áramkör kisfeszültségű részét, amely magában foglalja a TL494CN-t a nagyfeszültségű részétől, amely a hálózati feszültséget tartalmazza. transzformátor.
Feszültségszabályozó
A házilag készített kis elektronikai eszközökben általában egy tipikus, TL494CN-en gyártott PC UPS biztosítja az áramellátást. A PC tápáramköre jól ismert, maguk a blokkok is könnyen hozzáférhetők, hiszen évente több millió régi PC-t dobnak ki vagy adnak el alkatrésznek. De általában ezek az UPS-ek nem termelnek 12 V-nál nagyobb feszültséget. Ez túl kevés egy frekvenciaváltóhoz. Természetesen meg lehet próbálni egy 25 V-os túlfeszültségű PC UPS-t használni, de ezt nehéz lenne megtalálni, és túl sok teljesítmény oszlana el 5 V-on a logikai kapukban.
A TL494-en (vagy analógokon) azonban bármilyen áramkört építhet, amely nagyobb teljesítményt és feszültséget biztosít. PC UPS és nagy teljesítményű MOS tipikus alkatrészeinek felhasználásatranzisztorok az alaplapról, a TL494CN-re építhetsz PWM feszültségszabályozót. Az átalakító áramköre az alábbi ábrán látható.
Ezen látható a mikroáramkör kapcsoló áramköre és a kimeneti fokozat két tranzisztoron: egy univerzális npn- és egy erős MOS.
Fő részek: T1, Q1, L1, D1. A bipoláris T1 egy leegyszerűsített módon csatlakoztatott teljesítmény MOSFET meghajtására szolgál, ún. "passzív". Az L1 egy régi HP nyomtató induktora (kb. 50 fordulat, 1 cm magas, 0,5 cm széles tekercsekkel, nyitott fojtótekercs). A D1 egy Schottky-dióda egy másik készülékből. A TL494 a fentiektől eltérő módon van bekötve, bár bármelyik használható.
A C8 egy kis kapacitás, amely megakadályozza a zaj hatását a hibaerősítő bemenetére, a 0,01 uF érték többé-kevésbé normális. A nagyobb értékek lelassítják a kívánt feszültség beállítását.
A C6 egy még kisebb kondenzátor, a nagyfrekvenciás zajok szűrésére szolgál. A kapacitása akár több száz pikofarad is lehet.
