Switched-mode strømforsyninger (UPS) er svært vanlige. Datamaskinen du bruker nå har en UPS med flere spenninger (minst +12, -12, +5, -5 og +3,3V). Nesten alle slike blokker har en spesiell PWM-kontrollerbrikke, vanligvis av typen TL494CN. Analogen er den innenlandske mikrokretsen M1114EU4 (KR1114EU4).
Producers
Mikrokretsen som vurderes tilhører listen over de vanligste og mest brukte integrerte elektroniske kretsene. Forgjengeren var Unitrode UC38xx-serien med PWM-kontrollere. I 1999 ble dette selskapet kjøpt av Texas Instruments, og siden den gang har utviklingen av en serie av disse kontrollerene begynt, noe som førte til etableringen på begynnelsen av 2000-tallet. TL494-serien brikker. I tillegg til UPS-ene som allerede er nevnt ovenfor, kan de finnes i likespenningsregulatorer, i kontrollerte stasjoner, i mykstartere, med et ord, uansett hvor PWM-kontroll brukes.
Blant firmaene som klonet denne brikken, er det slike verdenskjente merker som Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. De gir alle en detaljert beskrivelse av produktene sine, det såk alte TL494CN-dataarket.
Dokumentasjon
Analyse av beskrivelsene av den aktuelle typen mikrokrets fra forskjellige produsenter viser den praktiske identiteten til dens egenskaper. Mengden informasjon gitt av forskjellige firmaer er nesten den samme. Dessuten gjentar TL494CN datablad fra merker som Motorola, Inc og ON Semiconductor hverandre i struktur, figurer, tabeller og grafer. Presentasjonen av materialet av Texas Instruments er noe forskjellig fra dem, men ved nøye undersøkelser blir det klart at det er ment et identisk produkt.
Tildeling av TL494CN-brikken
La oss tradisjonelt begynne å beskrive det med formålet og listen over interne enheter. Det er en PWM-kontroller med fast frekvens primært designet for UPS-applikasjoner, og inneholder følgende enheter:
- sawtooth spenningsgenerator (SPG);
- feilforsterkere;
- kilde for referansespenning (referanse) +5 V;
- dødtidsjusteringskrets;
- utgangstransistorbrytere for strøm opp til 500 mA;
- skjema for å velge ett- eller totaktsdrift.
Limits
Som enhver annen mikrokrets, må beskrivelsen av TL494CN inneholde en liste over maksim alt tillatte ytelsesegenskaper. La oss gi dem basert på data fra Motorola, Inc:
- Strømforsyning: 42 V.
- Kollektorspenningutgangstransistor: 42 V.
- Utgangstransistor-kollektorstrøm: 500 mA.
- Forsterkerinngangsspenningsområde: -0,3V til +42V.
- Strømtap (ved t< 45°C): 1000mW.
- Lagringstemperaturområde: -55 til +125°C.
- Omgivelsestemperaturområde: fra 0 til +70 °С.
Det skal bemerkes at parameter 7 for TL494IN-brikken er noe bredere: fra -25 til +85 °С.
TL494CN-brikkedesign
Beskrivelse på russisk av konklusjonene i saken er vist i figuren nedenfor.
Mikrokretsen er plassert i en plastikk (dette er indikert med bokstaven N på slutten av betegnelsen) 16-pinners pakke med ledninger av pdp-type.
Utseendet er vist på bildet nedenfor.
TL494CN: funksjonsdiagram
Så, oppgaven til denne mikrokretsen er pulsbreddemodulasjon (PWM, eller engelsk pulsbreddemodulert (PWM)) av spenningspulser generert inne i både regulerte og uregulerte UPS-er. I strømforsyninger av den første typen når pulsvarighetsområdet som regel den maksim alt mulige verdien (~ 48 % for hver utgang i push-pull-kretser, mye brukt til å drive billydforsterkere).
TL494CN-brikken har tot alt 6 utgangspinner, 4 av dem (1, 2, 15, 16) er innganger til interne feilforsterkere som brukes til å beskytte UPS-en mot strøm og potensiell overbelastning. Pin 4 er inngangensignal fra 0 til 3 V for å justere driftssyklusen til de rektangulære utgangspulsene, og 3 er utgangen til komparatoren og kan brukes på flere måter. Ytterligere 4 (nummer 8, 9, 10, 11) er frie samlere og emittere av transistorer med en maksimal tillatt belastningsstrøm på 250 mA (i kontinuerlig modus, ikke mer enn 200 mA). De kan kobles i par (9 til 10 og 8 til 11) for å drive høyeffekts MOSFET-er med en strømgrense på 500mA (maks. 400mA kontinuerlig).
Hva er innsiden av TL494CN? Diagrammet er vist i figuren nedenfor.
Mikrokretsen har innebygget referansespenningskilde (ION) +5 V (nr. 14). Den brukes vanligvis som en referansespenning (med en nøyaktighet på ± 1%) påført inngangene til kretser som ikke bruker mer enn 10 mA, for eksempel til pinne 13 for valg av ett- eller totaktsdrift av mikrokrets: hvis det er +5 V på den, velges den andre modusen, hvis det er minus av forsyningsspenningen på den - den første.
For å justere frekvensen til sagtannspenningsgeneratoren (GPN), brukes en kondensator og en motstand, koblet til henholdsvis pinne 5 og 6. Og selvfølgelig har mikrokretsen terminaler for tilkobling av pluss og minus til strømkilden (henholdsvis nummer 12 og 7) i området fra 7 til 42 V.
Diagrammet viser at det er en rekke interne enheter i TL494CN. En beskrivelse på russisk av deres funksjonelle formål vil bli gitt nedenfor i løpet av presentasjonen av materialet.
Inndataterminalfunksjoner
Som alle andreannen elektronisk enhet. Den aktuelle mikrokretsen har sine egne innganger og utganger. Vi starter med det første. En liste over disse TL494CN-pinnene er allerede gitt ovenfor. En beskrivelse på russisk av deres funksjonelle formål vil bli gitt nedenfor med detaljerte forklaringer.
Utgang 1
Dette er den positive (ikke-inverterende) inngangen til feilforsterker 1. Hvis spenningen på den er lavere enn spenningen på pinne 2, vil utgangen til feilforsterker 1 være lav. Hvis den er høyere enn på pin 2, vil feilforsterker 1-signalet gå høyt. Utgangen fra forsterkeren replikerer i hovedsak den positive inngangen ved å bruke pinne 2 som referanse. Funksjonene til feilforsterkerne vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor.
Konklusjon 2
Dette er den negative (inverterende) inngangen til feilforsterker 1. Hvis denne pinnen er høyere enn pinne 1, vil utgangen til feilforsterker 1 være lav. Hvis spenningen på denne pinnen er lavere enn spenningen på pinne 1, vil utgangen fra forsterkeren være høy.
Konklusjon 15
Det fungerer akkurat det samme som 2. Ofte brukes ikke den andre feilforsterkeren i TL494CN. Dens svitsjekrets inneholder i dette tilfellet pinne 15 bare koblet til den 14. (referansespenning +5 V).
Konklusjon 16
Den fungerer på samme måte som 1. Den er vanligvis koblet til felles 7 når den andre feilforsterkeren ikke brukes. Med pin 15 koblet til +5V og 16 koblet til common, er utgangen på den andre forsterkeren lav og har derfor ingen effekt på driften av brikken.
Konklusjon 3
Denne pinnen og hver interne forsterker TL494CNkoblet til hverandre via dioder. Hvis signalet ved utgangen til noen av dem endres fra lavt til høyt, går det også høyt ved nummer 3. Når signalet på denne pinnen overstiger 3,3V, slås utgangspulsene av (null driftssyklus). Når spenningen på den er nær 0 V, er pulsvarigheten maksimal. Mellom 0 og 3,3V er pulsbredden 50 % til 0 % (for hver av PWM-kontrollerutgangene - på pinnene 9 og 10 på de fleste enheter).
Om nødvendig kan pin 3 brukes som et inngangssignal eller kan brukes til å gi demping for pulsbreddeendringshastigheten. Hvis spenningen på den er høy (> ~ 3,5V), er det ingen måte å starte UPS-en på PWM-kontrolleren (det kommer ingen pulser fra den).
Konklusjon 4
Den kontrollerer driftssyklusen til utgangspulsene (eng. Dead-Time Control). Hvis spenningen på den er nær 0 V, vil mikrokretsen kunne gi ut både minimum mulig og maksimal pulsbredde (som er satt av andre inngangssignaler). Hvis en spenning på ca. 1,5V tilføres denne pinnen, vil utgangspulsbredden være begrenset til 50 % av dens maksimale bredde (eller ~25 % driftssyklus for en push-pull PWM-kontroller). Hvis spenningen på den er høy (> ~ 3,5V), er det ingen måte å starte UPS-en på TL494CN. Svitsjekretsen inneholder ofte nr. 4, koblet direkte til bakken
Viktig å huske! Signalet på pinnene 3 og 4 bør være under ~3,3 V. Hva om det er nær, for eksempel, +5 V? Hvordanvil TL494CN oppføre seg? Spenningsomformerkretsen på den vil ikke generere pulser, dvs. det vil ikke være noen utgangsspenning fra UPS-en
Konklusjon 5
Tjener til å koble til tidskondensatoren Ct, og dens andre kontakt er koblet til bakken. Kapasitansverdier er typisk 0,01 µF til 0,1 µF. Endringer i verdien til denne komponenten fører til en endring i frekvensen til GPN og utgangspulsene til PWM-kontrolleren. Som regel brukes kondensatorer av høy kvalitet med svært lav temperaturkoeffisient (med svært liten endring i kapasitans ved temperaturendring).
Konklusjon 6
For å koble tidsinnstillingsmotstanden Rt, og dens andre kontakt er koblet til jord. Rt- og Ct-verdiene bestemmer frekvensen til FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Konklusjon 7
Den kobles til den felles ledningen til enhetskretsen på PWM-kontrolleren.
Konklusjon 12
Den er merket med bokstavene VCC. "Pluss" til TL494CN-strømforsyningen er koblet til den. Bryterkretsen inneholder vanligvis nr. 12 koblet til strømforsyningsbryteren. Mange UPS-er bruker denne pinnen til å slå strømmen (og selve UPS-en) av og på. Hvis den har +12 V og nr. 7 er jordet, vil FPV- og ION-brikkene fungere.
Konklusjon 13
Dette er driftsmodusinngangen. Driften er beskrevet ovenfor.
Funksjoner til utgangsterminaler
Ovenfor ble de oppført for TL494CN. En beskrivelse på russisk av deres funksjonelle formål vil bli gitt nedenfor med detaljerte forklaringer.
Konklusjon 8
På detteBrikken har 2 npn-transistorer som er utgangsnøklene. Denne pinnen er kollektoren til transistor 1, vanligvis koblet til en likespenningskilde (12 V). I kretsene til noen enheter brukes den imidlertid som en utgang, og du kan se en meander på den (så vel som på nr. 11).
Konklusjon 9
Dette er emitteren til transistor 1. Den driver UPS-transistoren med høy effekt (felteffekt i de fleste tilfeller) i en push-pull-krets, enten direkte eller gjennom en mellomtransistor.
Utgang 10
Dette er emitteren til transistor 2. I enkeltsyklusmodus er signalet på den det samme som på 9. på den andre er det lavt, og omvendt. I de fleste enheter driver signalene fra emitterne til utgangstransistorbryterne til den aktuelle mikrokretsen kraftige felteffekttransistorer, som drives til PÅ-tilstand når spenningen på pinnene 9 og 10 er høy (over ~ 3,5 V, men den refererer ikke til nivået på 3,3 V på nr. 3 og 4).
Konklusjon 11
Dette er kollektoren til transistor 2, vanligvis koblet til en likespenningskilde (+12V).
Merk: I enheter på TL494CN kan svitsjekretsen inneholde både kollektorer og emittere for transistor 1 og 2 som utganger til PWM-kontrolleren, selv om det andre alternativet er mer vanlig. Det er imidlertid alternativer når nøyaktig pinne 8 og 11 er utganger. Hvis du finner en liten transformator i kretsen mellom IC og FET-ene, er utgangssignalet mest sannsynlig tatt fra dem.(fra samlere)
Konklusjon 14
Dette er ION-utgangen, også beskrevet ovenfor.
Arbeidsprinsipp
Hvordan fungerer TL494CN-brikken? Vi vil gi en beskrivelse av rekkefølgen på arbeidet basert på materialer fra Motorola, Inc. Pulsbreddemodulasjonsutgangen oppnås ved å sammenligne det positive sagtannsignalet fra kondensatoren Ct med et av de to styresignalene. Utgangstransistorene Q1 og Q2 er NOR-gatede for å åpne dem bare når triggerklokkeinngangen (C1) (se TL494CN funksjonsdiagram) blir lav.
Således, hvis ved inngangen C1 til triggeren nivået til en logisk enhet, er utgangstransistorene lukket i begge driftsmodusene: enkeltsyklus og push-pull. Hvis et klokkesignal er tilstede ved denne inngangen, vil transistoren i push-pull-modus åpne en etter en ved ankomst av klokkepulsavskjæringen til utløseren. I enkeltsyklusmodus brukes ikke utløseren, og begge utgangstastene åpnes synkront.
Denne åpne tilstanden (i begge moduser) er kun mulig i den delen av FPV-perioden når sagtannspenningen er større enn kontrollsignalene. En økning eller reduksjon i størrelsen på styresignalet forårsaker således en lineær økning eller reduksjon i bredden av spenningspulsene ved utgangene til mikrokretsen, henholdsvis.
Spenning fra pinne 4 (dødtidskontroll), feilforsterkerinnganger eller tilbakemeldingssignalinngang fra pinne 3 kan brukes som styresignaler.
Første trinn i arbeid med en mikrokrets
Før du gjørenhver nyttig enhet, anbefales det å lære hvordan TL494CN fungerer. Hvordan sjekker jeg om det fungerer?
Ta brødbrettet ditt, sett IC-en på den og koble til ledningene i henhold til diagrammet nedenfor.
Hvis alt er riktig tilkoblet, vil kretsen fungere. La pinne 3 og 4 ikke være fri. Bruk oscilloskopet til å sjekke driften av FPV - ved pin 6 bør du se en sagtannspenning. Utgangene vil være null. Hvordan bestemme ytelsen deres i TL494CN. Å sjekke det kan gjøres slik:
- Koble tilbakemeldingsutgang (3) og dødtidskontrollutgang (4) til jord (7).
- Nå bør du oppdage firkantbølgen ved utgangene til IC.
Hvordan forsterke utgangssignalet?
Utgangen fra TL494CN er ganske lavstrøm, og du vil absolutt ha mer kraft. Derfor må vi legge til noen kraftige transistorer. De enkleste å bruke (og veldig enkle å få - fra et gammelt hovedkort) er n-kanals strøm-MOSFET-er. Samtidig må vi invertere utgangen til TL494CN, fordi hvis vi kobler en n-kanals MOSFET til den, vil den i fravær av en puls ved utgangen til mikrokretsen være åpen for DC-strøm. I dette tilfellet kan MOSFET ganske enkelt brenne ut … Så vi tar ut den universelle npn-transistoren og kobler den til i henhold til diagrammet nedenfor.
Kraftfull MOSFET i dettekretsen er passivt kontrollert. Dette er ikke veldig bra, men for testformål og lav effekt er det ganske egnet. R1 i kretsen er belastningen til npn-transistoren. Velg den i henhold til den maksim alt tillatte strømmen til kollektoren. R2 representerer belastningen til krafttrinnet vårt. I de følgende eksperimentene vil den bli erstattet av en transformator.
Hvis vi nå ser på signalet ved pin 6 på mikrokretsen med et oscilloskop, vil vi se en "sag". På 8 (K1) kan du fortsatt se firkantbølgepulser, og på avløpet til MOSFET-pulser med samme form, men større.
Hvordan øker jeg utgangsspenningen?
La oss nå få opp litt spenning med TL494CN. Koblings- og koblingsskjemaet er det samme - på brødbrettet. Selvfølgelig kan du ikke få en tilstrekkelig høy spenning på den, spesielt siden det ikke er noen kjøleribbe på strøm-MOSFET-ene. Koble imidlertid en liten transformator til utgangstrinnet i henhold til dette diagrammet.
Transformatorens primærvikling inneholder 10 omdreininger. Sekundærviklingen inneholder ca. 100 omdreininger. Dermed er transformasjonsforholdet 10. Legger du på 10V til primæren, bør du få ca 100V på utgangen. Kjernen er laget av ferritt. Du kan bruke en mellomstor kjerne fra PC-strømforsyningstransformatoren.
Vær forsiktig, utgangen fra transformatoren er høyspent. Strømmen er veldig lav og vil ikke drepe deg. Men du kan få et godt treff. En annen fare er hvis du installerer en storkondensator ved utgangen, vil den akkumulere en stor ladning. Derfor, etter at kretsen er slått av, bør den utlades.
Ved utgangen av kretsen kan du slå på hvilken som helst indikator som en lyspære, som på bildet nedenfor.
Den går på likespenning og trenger omtrent 160V for å lyse opp. (Strømforsyningen til hele enheten er ca. 15 V - en størrelsesorden lavere.)
Transformatorens utgangskrets er mye brukt i alle UPS-er, inkludert strømforsyninger til PC. I disse enhetene tjener den første transformatoren, koblet via transistorbrytere til utgangene til PWM-kontrolleren, til å galvanisk isolere lavspenningsdelen av kretsen, som inkluderer TL494CN, fra høyspenningsdelen, som inneholder nettspenningen. transformator.
Spenningsregulator
Som regel, i hjemmelagde små elektroniske enheter, leveres strøm fra en typisk PC UPS, laget på TL494CN. Strømforsyningskretsen til en PC er velkjent, og selve blokkene er lett tilgjengelige, siden millioner av gamle PC-er kastes årlig eller selges for reservedeler. Men som regel produserer ikke disse UPS-ene spenninger høyere enn 12 V. Dette er for lite for en variabel frekvensomformer. Selvfølgelig kan man prøve å bruke en 25V overspenning PC UPS, men det ville være vanskelig å finne, og for mye strøm ville bli spredd ved 5V i de logiske portene.
På TL494 (eller analoger) kan du imidlertid bygge alle kretser med tilgang til økt kraft og spenning. Bruker typiske deler fra PC UPS og høyeffekt MOStransistorer fra hovedkortet, kan du bygge en PWM spenningsregulator på TL494CN. Omformerkretsen er vist i figuren nedenfor.
På den kan du se svitsjekretsen til mikrokretsen og utgangstrinnet på to transistorer: en universell npn- og en kraftig MOS.
Hoveddeler: T1, Q1, L1, D1. Den bipolare T1 brukes til å drive en strøm MOSFET koblet på en forenklet måte, den såk alte. "passiv". L1 er en induktor fra en gammel HP-skriver (ca. 50 omdreininger, 1 cm høy, 0,5 cm bred med viklinger, åpen choke). D1 er en Schottky-diode fra en annen enhet. TL494 er koblet på en alternativ måte til ovennevnte, men begge kan brukes.
C8 er en liten kapasitans for å hindre effekten av støy som kommer inn i inngangen til feilforsterkeren, en verdi på 0.01uF vil være mer eller mindre normal. Større verdier vil senke innstillingen av ønsket spenning.
C6 er en enda mindre kondensator, den brukes til å filtrere høyfrekvent støy. Kapasiteten er opptil flere hundre picofarads.
