Switched-mode voedingen (UPS) zijn heel gebruikelijk. De computer die u nu gebruikt, heeft een multi-voltage UPS (minstens 12, -12, +5, -5 en +3,3 V). Vrijwel al deze blokken hebben een speciale PWM-controllerchip, meestal van het type TL494CN. Zijn analoog is de binnenlandse microschakeling M1114EU4 (KR1114EU4).
Producenten
De microschakeling in kwestie behoort tot de lijst van de meest voorkomende en meest gebruikte geïntegreerde elektronische schakelingen. Zijn voorganger was de Unitrode UC38xx serie PWM-controllers. In 1999 werd dit bedrijf gekocht door Texas Instruments en sindsdien is de ontwikkeling van een lijn van deze controllers begonnen, wat leidde tot de oprichting in de vroege jaren 2000. TL494-serie chips. Naast de hierboven genoemde UPS'en, zijn ze te vinden in DC-spanningsregelaars, in gestuurde aandrijvingen, in softstarters, kortom, overal waar PWM-besturing wordt gebruikt.
Onder de bedrijven die deze chip hebben gekloond, zijn er wereldberoemde merken als Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Ze geven allemaal een gedetailleerde beschrijving van hun producten, de zogenaamde TL494CN datasheet.
Documentatie
Analyse van de beschrijvingen van het overwogen type microschakeling van verschillende fabrikanten toont de praktische identiteit van zijn kenmerken. De hoeveelheid informatie die door verschillende bedrijven wordt verstrekt, is bijna hetzelfde. Bovendien herhalen de TL494CN-datasheets van merken als Motorola, Inc en ON Semiconductor elkaar in structuur, figuren, tabellen en grafieken. De presentatie van het materiaal door Texas Instruments verschilt enigszins van hen, maar bij zorgvuldige bestudering wordt het duidelijk dat een identiek product wordt bedoeld.
Toewijzing van de TL494CN-chip
Laten we het traditioneel beginnen te beschrijven met het doel en de lijst met interne apparaten. Het is een PWM-controller met vaste frequentie die voornamelijk is ontworpen voor UPS-toepassingen en die de volgende apparaten bevat:
- zaagtandspanningsgenerator (SPG);
- foutversterkers;
- bron van de referentie (referentie) spanning +5 V;
- dode tijd aanpassingscircuit;
- uitgangstransistorschakelaars voor stroom tot 500 mA;
- schema voor het selecteren van eentakt- of tweetaktbedrijf.
Grenzen
Net als elke andere microschakeling, moet de beschrijving van de TL494CN een lijst met maximaal toelaatbare prestatiekenmerken bevatten. Laten we ze geven op basis van gegevens van Motorola, Inc:
- Voeding: 42 V.
- Verzamelspanninguitgangstransistor: 42 V.
- Uitgangstransistor collectorstroom: 500 mA.
- Ingangsspanningsbereik versterker: -0,3V tot +42V.
- Vermogensdissipatie (bij t< 45°C): 1000mW.
- Bewaartemperatuurbereik: -55 tot +125°C.
- Omgevingstemperatuurbereik: van 0 tot +70 °С.
Opgemerkt moet worden dat parameter 7 voor de TL494IN-chip iets breder is: van -25 tot +85 °С.
TL494CN-chipontwerp
Beschrijving in het Russisch van de conclusies van zijn zaak wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
De microschakeling is geplaatst in een plastic (dit wordt aangegeven door de letter N aan het einde van de aanduiding) 16-pins verpakking met pdp-type kabels.
Het uiterlijk wordt getoond in de onderstaande foto.
TL494CN: functioneel diagram
De taak van deze microschakeling is dus pulsbreedtemodulatie (PWM, of English Pulse Width Modulated (PWM)) van spanningspulsen die worden gegenereerd in zowel gereguleerde als niet-gereguleerde UPS'en. Bij voedingen van het eerste type bereikt het pulsduurbereik in de regel de maximaal mogelijke waarde (~ 48% voor elke uitgang in push-pull-circuits, die veel worden gebruikt om auto-audioversterkers van stroom te voorzien).
De TL494CN-chip heeft in totaal 6 uitgangspinnen, waarvan 4 (1, 2, 15, 16) ingangen van interne foutversterkers die worden gebruikt om de UPS te beschermen tegen huidige en potentiële overbelastingen. Pin 4 is de invoersignaal van 0 tot 3 V om de duty-cycle van de output rechthoekige pulsen aan te passen, en 3 is de output van de comparator en kan op verschillende manieren worden gebruikt. Nog eens 4 (nummers 8, 9, 10, 11) zijn vrije collectoren en emitters van transistors met een maximaal toelaatbare belastingsstroom van 250 mA (in continue modus, niet meer dan 200 mA). Ze kunnen paarsgewijs worden aangesloten (9 tot 10 en 8 tot 11) om krachtige MOSFET's aan te sturen met een stroomlimiet van 500 mA (max. 400 mA continu).
Wat is de binnenkant van de TL494CN? Het diagram wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
De microschakeling heeft een ingebouwde referentiespanningsbron (ION) +5 V (nr. 14). Het wordt meestal gebruikt als een referentiespanning (met een nauwkeurigheid van ± 1%) die wordt toegepast op de ingangen van circuits die niet meer dan 10 mA verbruiken, bijvoorbeeld op pin 13 naar keuze voor een- of tweetaktwerking van de microschakeling: als er +5 V op staat, wordt de tweede modus geselecteerd, als er een min van de voedingsspanning op staat - de eerste.
Om de frequentie van de zaagtandspanningsgenerator (GPN) aan te passen, worden een condensator en een weerstand gebruikt, respectievelijk verbonden met pinnen 5 en 6. En natuurlijk heeft de microschakeling aansluitingen voor het aansluiten van de plus en min van de stroombron (respectievelijk nummers 12 en 7) in het bereik van 7 tot 42 V.
Het diagram laat zien dat er een aantal interne apparaten in de TL494CN zijn. Een beschrijving in het Russisch van hun functionele doel zal hieronder worden gegeven in de loop van de presentatie van het materiaal.
Invoerterminalfuncties
Zoals elkeander elektronisch apparaat. De betreffende microschakeling heeft zijn eigen in- en uitgangen. We beginnen met de eerste. Een lijst van deze TL494CN-pinnen is hierboven al gegeven. Hieronder volgt een beschrijving in het Russisch van hun functionele doel met gedetailleerde uitleg.
Uitgang 1
Dit is de positieve (niet-inverterende) ingang van foutversterker 1. Als de spanning erop lager is dan de spanning op pin 2, zal de uitgang van foutversterker 1 laag zijn. Als het hoger is dan op pin 2, zal het signaal van de foutversterker 1 hoog worden. De uitgang van de versterker repliceert in wezen de positieve ingang met pin 2 als referentie. De functies van de foutversterkers worden hieronder in meer detail beschreven.
Conclusie 2
Dit is de negatieve (inverterende) ingang van foutversterker 1. Als deze pin hoger is dan pin 1, zal de uitgang van foutversterker 1 laag zijn. Als de spanning op deze pin lager is dan de spanning op pin 1, zal de output van de versterker hoog zijn.
Conclusie 15
Het werkt precies hetzelfde als 2. Vaak wordt de tweede foutversterker niet gebruikt in de TL494CN. Het schakelcircuit bevat in dit geval pin 15 die eenvoudig is aangesloten op de 14e (referentiespanning +5 V).
Conclusie 16
Het werkt hetzelfde als nr. 1. Het wordt meestal aangesloten op gemeenschappelijke 7 wanneer de tweede foutversterker niet wordt gebruikt. Met pin 15 aangesloten op +5V en 16 aangesloten op common, is de output van de tweede versterker laag en heeft daarom geen effect op de werking van de chip.
Conclusie 3
Deze pin en elke interne versterker TL494CNvia diodes met elkaar verbonden. Als het signaal aan de uitgang van een van hen verandert van laag naar hoog, dan wordt het bij nummer 3 ook hoog. Wanneer het signaal op deze pin hoger is dan 3,3 V, worden de uitgangspulsen uitgeschakeld (nul duty cycle). Wanneer de spanning erop bijna 0 V is, is de pulsduur maximaal. Tussen 0 en 3,3 V is de pulsbreedte 50% tot 0% (voor elk van de PWM-controlleruitgangen - op pinnen 9 en 10 op de meeste apparaten).
Indien nodig kan pin 3 worden gebruikt als ingangssignaal of kan worden gebruikt om de pulsbreedte-veranderingssnelheid te dempen. Als de spanning erop hoog is (> ~ 3,5V), is er geen manier om de UPS op de PWM-controller te starten (er zullen geen pulsen van komen).
Conclusie 4
Het regelt de werkcyclus van de uitgangspulsen (eng. Dead-Time Control). Als de spanning erop bijna 0 V is, kan de microschakeling zowel de minimaal mogelijke als de maximale pulsbreedte uitvoeren (die wordt ingesteld door andere ingangssignalen). Als op deze pin een spanning van ongeveer 1,5 V wordt toegepast, wordt de breedte van de uitgangspuls beperkt tot 50% van de maximale breedte (of ~ 25% inschakelduur voor een push-pull PWM-controller). Als de spanning erop hoog is (> ~ 3,5V), is er geen manier om de UPS op de TL494CN te starten. Het schakelcircuit bevat vaak nr. 4, rechtstreeks verbonden met de grond.
Belangrijk om te onthouden! Het signaal op pinnen 3 en 4 moet lager zijn dan ~ 3,3 V. Wat als het in de buurt komt van, laten we zeggen, +5 V? Hoedan zal TL494CN zich gedragen? Het spanningsomvormercircuit erop zal geen pulsen genereren, d.w.z. er zal geen uitgangsspanning zijn van de UPS
Conclusie 5
Dient om de timingcondensator Ct aan te sluiten, en het tweede contact is verbonden met de aarde. Capaciteitswaarden zijn typisch 0,01 µF tot 0,1 µF. Veranderingen in de waarde van deze component leiden tot een verandering in de frequentie van de GPN en de uitgangspulsen van de PWM-controller. In de regel worden hier condensatoren van hoge kwaliteit met een zeer lage temperatuurcoëfficiënt (met zeer weinig verandering in capaciteit bij temperatuurverandering) gebruikt.
Conclusie 6
Om de tijdinstelweerstand Rt aan te sluiten, en het tweede contact is verbonden met de grond. De Rt- en Ct-waarden bepalen de frequentie van FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Conclusie 7
Het wordt aangesloten op de gemeenschappelijke draad van het apparaatcircuit op de PWM-controller.
Conclusie 12
Het is gemarkeerd met de letters VCC. Hierop wordt de "plus" van de TL494CN voeding aangesloten. Het schakelcircuit bevat meestal nr. 12 dat is aangesloten op de voedingsschakelaar. Veel UPS'en gebruiken deze pin om de stroom (en de UPS zelf) in en uit te schakelen. Als het +12 V heeft en nr. 7 is geaard, werken de FPV- en ION-chips.
Conclusie 13
Dit is de invoer voor de bedrijfsmodus. De werking ervan is hierboven beschreven.
Functies van uitgangsklemmen
Hierboven werden ze vermeld voor TL494CN. Hieronder volgt een beschrijving in het Russisch van hun functionele doel met gedetailleerde uitleg.
Conclusie 8
Op dezeDe chip heeft 2 npn-transistoren die de uitgangstoetsen zijn. Deze pin is de collector van transistor 1, meestal aangesloten op een gelijkspanningsbron (12 V). In de circuits van sommige apparaten wordt het echter als uitgang gebruikt en je kunt er een meander op zien (evenals op nr. 11).
Conclusie 9
Dit is de emitter van transistor 1. Deze stuurt de hoogvermogen-UPS-transistor (veldeffect in de meeste gevallen) aan in een push-pull-circuit, rechtstreeks of via een tussentransistor.
Uitvoer 10
Dit is de emitter van transistor 2. In de modus met één cyclus is het signaal erop hetzelfde als op9. aan de andere kant is het laag en vice versa. In de meeste apparaten sturen de signalen van de emitters van de uitgangstransistorschakelaars van de betreffende microschakeling krachtige veldeffecttransistoren aan, die naar de AAN-status worden gestuurd wanneer de spanning op pinnen 9 en 10 hoog is (meer dan ~ 3,5 V, maar het verwijst niet naar het niveau van 3,3 V op nr. 3 en 4).
Conclusie 11
Dit is de collector van transistor 2, meestal aangesloten op een DC-spanningsbron (+12V).
Opmerking: In apparaten op de TL494CN kan het schakelcircuit zowel collectoren als emitters van transistors 1 en 2 bevatten als uitgangen van de PWM-controller, hoewel de tweede optie vaker voorkomt. Er zijn echter opties wanneer precies pin 8 en 11 uitgangen zijn. Als je een kleine transformator vindt in het circuit tussen de IC en de FET's, is het uitgangssignaal hoogstwaarschijnlijk van hen afkomstig.(van verzamelaars)
Conclusie 14
Dit is de ION-uitgang, ook hierboven beschreven.
Werkingsprincipe
Hoe werkt de TL494CN-chip? We zullen een beschrijving geven van de volgorde van zijn werk op basis van materiaal van Motorola, Inc. De output van de pulsbreedtemodulatie wordt bereikt door het positieve zaagtandsignaal van de condensator Ct te vergelijken met een van de twee stuursignalen. De uitgangstransistoren Q1 en Q2 zijn NOR-poorten om ze alleen te openen wanneer de triggerklokingang (C1) (zie TL494CN-functiediagram) laag wordt.
Dus, als aan de ingang C1 van de trigger het niveau van een logische eenheid is, dan zijn de uitgangstransistoren gesloten in beide bedrijfsmodi: enkelvoudig en push-pull. Als op deze ingang een kloksignaal aanwezig is, schakelt de transistor in de push-pull-modus één voor één open bij aankomst van de klokpulsuitschakeling op de trigger. In de modus met één cyclus wordt de trigger niet gebruikt en worden beide uitgangstoetsen synchroon geopend.
Deze open toestand (in beide modi) is alleen mogelijk in dat deel van de FPV-periode waarin de zaagtandspanning groter is dan de stuursignalen. Een toename of afname van de grootte van het stuursignaal veroorzaakt dus een lineaire toename of afname van de breedte van de spanningspulsen aan de uitgangen van de microschakeling, respectievelijk.
Spanning van pin 4 (dode tijdregeling), foutversterkeringangen of feedbacksignaalingang van pin 3 kunnen worden gebruikt als stuursignalen.
Eerste stappen in het werken met een microschakeling
Voordat u gaat doenelk nuttig apparaat, het wordt aanbevolen om te leren hoe de TL494CN werkt. Hoe controleer je of het werkt?
Pak je breadboard, plaats de IC erop en sluit de draden aan volgens onderstaand schema.
Als alles correct is aangesloten, werkt het circuit. Laat pinnen 3 en 4 niet vrij. Gebruik uw oscilloscoop om de werking van de FPV te controleren - op pin 6 zou u een zaagtandspanning moeten zien. De uitgangen zullen nul zijn. Hoe hun prestaties in TL494CN te bepalen. Controleren kan als volgt:
- Sluit de feedback-uitgang (3) en de dode tijd-regeluitgang (4) aan op aarde (7).
- Nu zou je de blokgolf aan de uitgangen van de IC moeten detecteren.
Hoe het uitgangssignaal versterken?
De output van de TL494CN is vrij lage stroom, en je wilt zeker meer vermogen. We moeten dus enkele krachtige transistors toevoegen. De gemakkelijkst te gebruiken (en zeer gemakkelijk te verkrijgen - van een oud computermoederbord) zijn n-channel power MOSFET's. Tegelijkertijd moeten we de uitgang van de TL494CN omkeren, want als we er een n-kanaals MOSFET op aansluiten, zal deze bij afwezigheid van een puls aan de uitgang van de microschakeling open zijn voor DC-stroom. In dit geval kan de MOSFET gewoon doorbranden … Dus we nemen de universele npn-transistor eruit en sluiten deze aan volgens het onderstaande schema.
Krachtige MOSFET hierinhet circuit wordt passief gestuurd. Dit is niet erg goed, maar voor testdoeleinden en laag vermogen is het best geschikt. R1 in het circuit is de belasting van de npn-transistor. Selecteer het volgens de maximaal toegestane stroom van de collector. R2 vertegenwoordigt de belasting van onze vermogenstrap. In de volgende experimenten wordt deze vervangen door een transformator.
Als we nu met een oscilloscoop naar het signaal op pin 6 van de microschakeling kijken, zien we een "zaag". Op 8 (K1) zie je nog steeds blokgolfpulsen, en op de afvoer van de MOSFET-pulsen van dezelfde vorm, maar groter.
Hoe de uitgangsspanning te verhogen?
Laten we nu wat spanning verhogen met de TL494CN. Het schakel- en bedradingsschema is hetzelfde - op het breadboard. Natuurlijk kun je er geen voldoende hoge spanning op krijgen, vooral omdat er geen koellichaam op de power MOSFET's zit. Sluit echter een kleine transformator aan op de eindtrap volgens dit schema.
De primaire wikkeling van de transformator bevat 10 windingen. De secundaire wikkeling bevat ongeveer 100 windingen. De transformatieverhouding is dus 10. Als u 10V toepast op de primaire, zou u ongeveer 100V aan de uitgang moeten krijgen. De kern is gemaakt van ferriet. U kunt een middelgrote kern van de pc-voedingstransformator gebruiken.
Wees voorzichtig, de uitgang van de transformator is hoogspanning. De stroom is erg laag en zal je niet doden. Maar je kunt een goede slag slaan. Een ander gevaar is als u een grotecondensator aan de uitgang, zal het een grote lading accumuleren. Daarom moet het na het uitschakelen van het circuit worden ontladen.
Aan de uitgang van het circuit kun je elke indicator aanzetten, zoals een gloeilamp, zoals op de onderstaande foto.
Het werkt op gelijkspanning en heeft ongeveer 160V nodig om op te lichten. (De voeding van het hele apparaat is ongeveer 15 V - een orde van grootte lager.)
Het uitgangscircuit van de transformator wordt veel gebruikt in elke UPS, inclusief pc-voedingen. In deze apparaten dient de eerste transformator, die via transistorschakelaars is aangesloten op de uitgangen van de PWM-controller, om het laagspanningsgedeelte van het circuit, waaronder de TL494CN, galvanisch te isoleren van het hoogspanningsgedeelte, dat de netspanning bevat transformator.
Spanningsregelaar
In de regel wordt in zelfgemaakte kleine elektronische apparaten stroom geleverd door een typische pc-UPS, gemaakt op TL494CN. Het voedingscircuit van een pc is bekend en de blokken zelf zijn gemakkelijk toegankelijk, aangezien jaarlijks miljoenen oude pc's worden weggegooid of voor reserveonderdelen worden verkocht. Maar in de regel produceren deze UPS'en geen spanningen hoger dan 12 V. Dit is te weinig voor een frequentieregelaar. Natuurlijk zou je kunnen proberen een PC-UPS van 25V met overspanning te gebruiken, maar dat zou moeilijk te vinden zijn en er zou te veel vermogen worden gedissipeerd bij 5V in de logische poorten.
Op de TL494 (of analogen) kunt u echter alle circuits bouwen met toegang tot meer vermogen en spanning. Gebruik van typische onderdelen van pc-UPS en krachtige MOStransistors van het moederbord, kunt u op de TL494CN een PWM-spanningsregelaar bouwen. Het convertorcircuit wordt getoond in de onderstaande afbeelding.
Hierop zie je het schakelcircuit van de microschakeling en de eindtrap op twee transistoren: een universele npn- en een krachtige MOS.
Belangrijkste onderdelen: T1, Q1, L1, D1. De bipolaire T1 wordt gebruikt om een op een vereenvoudigde manier aangesloten vermogens-MOSFET aan te sturen, de zogenaamde. "passief". L1 is een spoel uit een oude HP printer (ongeveer 50 windingen, 1 cm hoog, 0,5 cm breed met wikkelingen, open choke). D1 is een Schottky-diode van een ander apparaat. TL494 is bedraad op een alternatieve manier voor de bovenstaande, hoewel beide kunnen worden gebruikt.
C8 is een kleine capaciteit om het effect van ruis te voorkomen dat de ingang van de foutversterker binnenkomt, een waarde van 0,01uF zal min of meer normaal zijn. Grotere waarden vertragen de instelling van de gewenste spanning.
C6 is een nog kleinere condensator, hij wordt gebruikt om hoogfrequente ruis te filteren. De capaciteit is tot enkele honderden picofarads.
