Switched-mode power supplys (UPS) är mycket vanliga. Datorn du använder nu har en UPS med flera spänningar (minst +12, -12, +5, -5 och +3,3V). Nästan alla sådana block har ett speciellt PWM-kontrollchip, vanligtvis av typen TL494CN. Dess analog är den inhemska mikrokretsen M1114EU4 (KR1114EU4).
Producers
Mikrokretsen i fråga tillhör listan över de vanligaste och mest använda integrerade elektroniska kretsarna. Dess föregångare var Unitrode UC38xx-serien av PWM-kontroller. 1999 köptes detta företag av Texas Instruments, och sedan dess har utvecklingen av en linje av dessa kontroller börjat, vilket ledde till skapandet i början av 2000-talet. TL494-serien chips. Utöver de UPS som redan nämnts ovan, kan de hittas i DC-spänningsregulatorer, i kontrollerade enheter, i mjukstartare, med ett ord, varhelst PWM-styrning används.
Bland de företag som klonade detta chip, det finns sådana världsberömda varumärken som Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. De ger alla en detaljerad beskrivning av sina produkter, det så kallade TL494CN-databladet.
Dokumentation
Analys av beskrivningarna av den aktuella typen av mikrokretsar från olika tillverkare visar den praktiska identiteten hos dess egenskaper. Mängden information som ges av olika företag är nästan densamma. Dessutom upprepar TL494CN datablad från märken som Motorola, Inc och ON Semiconductor varandra i sin struktur, figurer, tabeller och grafer. Presentationen av materialet av Texas Instruments skiljer sig något från dem, men vid noggranna studier blir det tydligt att en identisk produkt avses.
Tilldelning av TL494CN-chippet
Låt oss traditionellt börja beskriva det med syftet och listan över interna enheter. Det är en PWM-kontroller med fast frekvens, främst designad för UPS-applikationer, som innehåller följande enheter:
- sågtandsspänningsgenerator (SPG);
- felförstärkare;
- källa för referensspänningen (referens) +5 V;
- dödtidsjusteringskrets;
- utgångstransistoromkopplare för ström upp till 500 mA;
- schema för att välja en- eller tvåtaktsdrift.
Limits
Liksom alla andra mikrokretsar måste beskrivningen av TL494CN innehålla en lista över maxim alt tillåtna prestandaegenskaper. Låt oss ge dem baserat på data från Motorola, Inc:
- Strömförsörjning: 42 V.
- Kollektorspänningutgångstransistor: 42 V.
- Utgångstransistorkollektorström: 500 mA.
- Förstärkarens inspänningsområde: -0,3V till +42V.
- Strömförlust (vid t< 45°C): 1000mW.
- Lagringstemperaturintervall: -55 till +125°C.
- Omgivningstemperaturintervall: från 0 till +70 °С.
Det bör noteras att parameter 7 för TL494IN-chippet är något bredare: från -25 till +85 °С.
TL494CN-chipdesign
Beskrivning på ryska av slutsatserna av dess fall visas i figuren nedan.
Mikrokretsen är placerad i en plast (detta indikeras med bokstaven N i slutet av dess beteckning) 16-stiftspaket med kablar av pdp-typ.
Dess utseende visas på bilden nedan.
TL494CN: funktionsdiagram
Så, uppgiften för denna mikrokrets är pulsbreddsmodulering (PWM, eller English Pulse Width Modulated (PWM)) av spänningspulser som genereras inuti både reglerade och oreglerade UPS:er. I nätaggregat av den första typen når pulslängdsintervallet som regel det maximala möjliga värdet (~ 48 % för varje utgång i push-pull-kretsar, som ofta används för att driva billjudförstärkare).
TL494CN-chippet har tot alt 6 utgångsstift, 4 av dem (1, 2, 15, 16) är ingångar till interna felförstärkare som används för att skydda UPS:en från ström och potentiell överbelastning. Pin 4 är ingångensignal från 0 till 3 V för att justera arbetscykeln för de utgående rektangulära pulserna, och3 är utgången från komparatorn och kan användas på flera sätt. Ytterligare 4 (nummer 8, 9, 10, 11) är fria kollektorer och emitters av transistorer med en maximal tillåten belastningsström på 250 mA (i kontinuerligt läge, inte mer än 200 mA). De kan anslutas i par (9 till 10 och 8 till 11) för att driva MOSFET:er med hög effekt med en strömgräns på 500mA (max. 400mA kontinuerligt).
Vad är insidan av TL494CN? Diagrammet visas i figuren nedan.
Mikrokretsen har en inbyggd referensspänningskälla (ION) +5 V (nr 14). Den används vanligtvis som en referensspänning (med en noggrannhet på ± 1%) som appliceras på ingångarna på kretsar som inte förbrukar mer än 10 mA, till exempel till stift 13 för val av en- eller tvåtaktsdrift av mikrokrets: om det finns +5 V på den, väljs det andra läget, om det finns ett minus av matningsspänningen på den - det första.
För att justera frekvensen för sågtandsspänningsgeneratorn (GPN) används en kondensator och ett motstånd, anslutna till stift 5 respektive 6. Och, naturligtvis, har mikrokretsen terminaler för anslutning av plus och minus på strömkällan (nummer 12 respektive 7) i intervallet från 7 till 42 V.
Diagrammet visar att det finns ett antal interna enheter i TL494CN. En beskrivning på ryska av deras funktionella syfte kommer att ges nedan under presentationen av materialet.
Ingångsterminalens funktioner
Som allaannan elektronisk anordning. Mikrokretsen i fråga har sina egna in- och utgångar. Vi börjar med den första. En lista över dessa TL494CN-stift har redan givits ovan. En beskrivning på ryska av deras funktionella syfte kommer att ges nedan med detaljerade förklaringar.
Utgång 1
Detta är den positiva (icke-inverterande) ingången på felförstärkare 1. Om spänningen på den är lägre än spänningen på stift 2, kommer utsignalen från felförstärkare 1 att vara låg. Om den är högre än på stift 2 kommer signalen för felförstärkare 1 att bli hög. Utsignalen från förstärkaren replikerar i huvudsak den positiva ingången med stift 2 som referens. Felförstärkarnas funktioner kommer att beskrivas mer i detalj nedan.
Slutsats 2
Detta är den negativa (inverterande) ingången för felförstärkare 1. Om detta stift är högre än stift 1, kommer utsignalen från felförstärkare 1 att vara låg. Om spänningen på detta stift är lägre än spänningen på stift 1, kommer förstärkarens utgång att vara hög.
Slutsats 15
Det fungerar precis som 2. Ofta används inte den andra felförstärkaren i TL494CN. Dess omkopplingskrets i detta fall innehåller stift 15 helt enkelt anslutet till den 14:e (referensspänning +5 V).
Slutsats 16
Den fungerar på samma sätt som 1. Den är vanligtvis ansluten till common 7 när den andra felförstärkaren inte används. Med stift 15 ansluten till +5V och 16 ansluten till common, är utgången från den andra förstärkaren låg och har därför ingen effekt på chipets funktion.
Slutsats 3
Detta stift och varje intern förstärkare TL494CNkopplade till varandra via dioder. Om signalen vid utgången av någon av dem ändras från låg till hög, går den också hög vid nummer 3. När signalen på detta stift överstiger 3,3V stängs utgångspulserna av (noll arbetscykel). När spänningen på den är nära 0 V är pulslängden maximal. Mellan 0 och 3,3V är pulsbredden 50 % till 0 % (för var och en av PWM-styrenhetens utgångar - på stift 9 och 10 på de flesta enheter).
Om så krävs kan stift 3 användas som en insignal eller kan användas för att ge dämpning av pulsbreddsändringshastigheten. Om spänningen på den är hög (> ~ 3,5V) finns det inget sätt att starta UPS-enheten på PWM-styrenheten (det kommer inga pulser från den).
Slutsats 4
Den styr arbetscykeln för utgångspulserna (eng. Dead-Time Control). Om spänningen på den är nära 0 V kommer mikrokretsen att kunna mata ut både minsta möjliga och maximala pulsbredd (som ställs in av andra insignaler). Om en spänning på cirka 1,5V appliceras på detta stift, kommer utgångspulsbredden att begränsas till 50 % av dess maximala bredd (eller ~25 % arbetscykel för en push-pull PWM-kontroller). Om spänningen på den är hög (> ~ 3,5V), finns det inget sätt att starta UPS-enheten på TL494CN. Dess kopplingskrets innehåller ofta nr 4, ansluten direkt till jord.
Viktigt att komma ihåg! Signalen på stift 3 och 4 bör vara under ~3,3 V. Vad händer om den är nära, säg, +5 V? Hurkommer TL494CN att bete sig? Spänningsomvandlarkretsen på den kommer inte att generera pulser, dvs. det kommer ingen utspänning från UPS:en
Slutsats 5
Används för att ansluta tidskondensatorn Ct, och dess andra kontakt är ansluten till jord. Kapacitansvärdena är vanligtvis 0,01 µF till 0,1 µF. Ändringar i värdet på denna komponent leder till en förändring av frekvensen för GPN och utgångspulserna från PWM-styrenheten. Som regel används här högkvalitativa kondensatorer med mycket låg temperaturkoefficient (med mycket liten förändring i kapacitans vid temperaturförändring).
Slutsats 6
För att ansluta tidsinställningsmotståndet Rt, och dess andra kontakt är ansluten till jord. Rt- och Ct-värdena bestämmer frekvensen för FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Slutsats 7
Den ansluts till den gemensamma ledningen för enhetskretsen på PWM-styrenheten.
Slutsats 12
Den är markerad med bokstäverna VCC. "Plus" på TL494CN-strömförsörjningen är ansluten till den. Dess omkopplingskrets innehåller vanligtvis nr 12 ansluten till strömbrytaren. Många UPS-enheter använder detta stift för att slå på och stänga av strömmen (och själva UPS-en). Om den har +12 V och nr 7 är jordad, kommer FPV- och ION-chipsen att fungera.
Slutsats 13
Detta är driftlägesingången. Dess funktion har beskrivits ovan.
Funktioner för utgångsterminaler
Ovan var de listade för TL494CN. En beskrivning på ryska av deras funktionella syfte kommer att ges nedan med detaljerade förklaringar.
Slutsats 8
Om dettaChipet har 2 npn-transistorer som är dess utgångsnycklar. Detta stift är kollektorn för transistor 1, vanligtvis ansluten till en DC-spänningskälla (12 V). Men i vissa enheters kretsar används den som en utgång, och du kan se en meander på den (liksom på nr 11).
Slutsats 9
Detta är emittern för transistor 1. Den driver UPS-transistorn med hög effekt (fälteffekt i de flesta fall) i en push-pull-krets, antingen direkt eller genom en mellantransistor.
Utgång 10
Detta är emittern för transistor 2. I enkelcykelläge är signalen på den samma som på 9. på den andra är den låg, och vice versa. I de flesta enheter driver signalerna från emitterna från utgångstransistoromkopplarna i den aktuella mikrokretsen kraftfulla fälteffekttransistorer, som drivs till PÅ-läge när spänningen vid stift 9 och 10 är hög (över ~ 3,5 V, men det hänvisar inte till nivån 3,3 V på nr 3 och 4).
Slutsats 11
Detta är kollektorn för transistor 2, vanligtvis ansluten till en DC-spänningskälla (+12V).
Notera: I enheter på TL494CN kan omkopplingskretsen innehålla både kollektorer och emitters från transistorerna 1 och 2 som utgångar från PWM-styrenheten, även om det andra alternativet är vanligare. Det finns dock alternativ när exakt stift 8 och 11 är utgångar. Om du hittar en liten transformator i kretsen mellan IC:en och FET:erna är utsignalen troligen hämtad från dem.(från samlare)
Slutsats 14
Detta är ION-utgången, som också beskrivs ovan.
Arbetsprincip
Hur fungerar TL494CN-chippet? Vi kommer att ge en beskrivning av ordningen för dess arbete baserat på material från Motorola, Inc. Pulsbreddsmodulationsutgången uppnås genom att jämföra den positiva sågtandssignalen från kondensatorn Ct med någon av de två styrsignalerna. Utgångstransistorerna Q1 och Q2 är NOR-grindade för att öppna dem endast när triggerklockingången (C1) (se TL494CN funktionsdiagram) blir låg.
Således, om vid ingången C1 på triggern nivån för en logisk enhet, är utgångstransistorerna stängda i båda driftlägena: enkelcykel och push-pull. Om en klocksignal finns på denna ingång, i push-pull-moden, öppnas transistorn en efter en vid ankomsten av klockpulsavbrottet till triggern. I encykelläge används inte utlösaren, och båda utgångsknapparna öppnas synkront.
Detta öppna tillstånd (i båda lägena) är endast möjligt under den del av FPV-perioden då sågtandsspänningen är högre än styrsignalerna. Således orsakar en ökning eller minskning av styrkan på styrsignalen en linjär ökning eller minskning av bredden på spänningspulserna vid mikrokretsens utgångar.
Spänning från stift 4 (dödtidskontroll), felförstärkaringångar eller återkopplingssignal från stift 3 kan användas som styrsignaler.
Första stegen i att arbeta med en mikrokrets
Innan du görnågon användbar enhet, rekommenderas det att lära sig hur TL494CN fungerar. Hur kontrollerar man om det fungerar?
Ta din brödbräda, sätt på IC:en på den och anslut kablarna enligt diagrammet nedan.
Om allt är korrekt anslutet kommer kretsen att fungera. Lämna stift 3 och 4 inte fria. Använd ditt oscilloskop för att kontrollera funktionen hos FPV - vid stift 6 bör du se en sågtandsspänning. Utgångarna blir noll. Hur man avgör deras prestanda i TL494CN. Att kontrollera det kan göras så här:
- Anslut återkopplingsutgång (3) och dödtidskontrollutgång (4) till jord (7).
- Nu bör du detektera fyrkantvågen vid utgångarna på IC.
Hur förstärker man utsignalen?
Utgången från TL494CN är ganska lågström, och du vill verkligen ha mer kraft. Därför måste vi lägga till några kraftfulla transistorer. De enklaste att använda (och mycket lätta att få - från ett gamm alt datormoderkort) är n-kanals power MOSFET. Samtidigt måste vi invertera utgången från TL494CN, för om vi ansluter en n-kanals MOSFET till den, då i frånvaro av en puls vid utgången av mikrokretsen, kommer den att vara öppen för DC-flöde. I det här fallet kan MOSFET helt enkelt brinna ut … Så vi tar ut den universella npn-transistorn och ansluter den enligt diagrammet nedan.
Kraftfull MOSFET i dettakretsen är passivt styrd. Detta är inte särskilt bra, men för teständamål och låg effekt är det ganska lämpligt. R1 i kretsen är belastningen på npn-transistorn. Välj den enligt den maxim alt tillåtna strömmen för dess kollektor. R2 representerar belastningen av vårt effektsteg. I följande experiment kommer den att ersättas av en transformator.
Om vi nu tittar på signalen vid stift 6 på mikrokretsen med ett oscilloskop, kommer vi att se en "såg". På 8 (K1) kan du fortfarande se fyrkantsvågspulser, och på utloppet av MOSFET-pulser av samma form, men större.
Hur höjer man utspänningen?
Låt oss nu få upp lite spänning med TL494CN. Omkopplings- och kopplingsschemat är detsamma - på brödbrädan. Naturligtvis kan du inte få en tillräckligt hög spänning på den, speciellt eftersom det inte finns någon kylfläns på power-MOSFET:erna. Anslut dock en liten transformator till slutsteget enligt detta diagram.
Transformatorns primärlindning innehåller 10 varv. Sekundärlindningen innehåller cirka 100 varv. Omvandlingsförhållandet är alltså 10. Om du applicerar 10V på primären bör du få cirka 100V vid utgången. Kärnan är gjord av ferrit. Du kan använda en medelstor kärna från datorns strömförsörjningstransformator.
Var försiktig, transformatorns utgång är högspänning. Strömmen är mycket låg och kommer inte att döda dig. Men du kan få en bra träff. En annan fara är om du installerar en storkondensator vid utgången, kommer den att ackumulera en stor laddning. Därför, efter att kretsen har stängts av, bör den laddas ur.
Vid utgången av kretsen kan du slå på vilken indikator som helst som en glödlampa, som på bilden nedan.
Den går på likspänning och behöver cirka 160V för att tändas. (Strömförsörjningen för hela enheten är cirka 15 V - en storleksordning lägre.)
Transformatorns utgångskrets används ofta i alla UPS-enheter, inklusive PC-strömförsörjning. I dessa enheter tjänar den första transformatorn, ansluten via transistoromkopplare till utgångarna på PWM-styrenheten, för att galvaniskt isolera lågspänningsdelen av kretsen, som inkluderar TL494CN, från dess högspänningsdel, som innehåller nätspänningen transformator.
Spänningsregulator
Som regel, i hemgjorda små elektroniska enheter, tillhandahålls ström från en typisk PC UPS, tillverkad på TL494CN. Strömförsörjningskretsen för en PC är välkänd och själva blocken är lättillgängliga, eftersom miljontals gamla datorer kasseras årligen eller säljs som reservdelar. Men som regel producerar dessa UPS:er inte spänningar högre än 12 V. Detta är för lite för en frekvensomformare. Naturligtvis kan man försöka använda en 25V överspänning PC UPS, men det skulle vara svårt att hitta och för mycket ström skulle försvinna vid 5V i de logiska grindarna.
Men på TL494 (eller analoger) kan du bygga vilka kretsar som helst med tillgång till ökad effekt och spänning. Använder typiska delar från PC UPS och högeffekts MOStransistorer från moderkortet kan du bygga en PWM-spänningsregulator på TL494CN. Omvandlarkretsen visas i figuren nedan.
På den kan du se omkopplingskretsen för mikrokretsen och slutsteget på två transistorer: en universell npn- och en kraftfull MOS.
Huvuddelar: T1, Q1, L1, D1. Den bipolära T1 används för att driva en effekt MOSFET ansluten på ett förenklat sätt, den sk. "passiv". L1 är en induktor från en gammal HP-skrivare (ca 50 varv, 1 cm hög, 0,5 cm bred med lindningar, öppen choke). D1 är en Schottky-diod från en annan enhet. TL494 är kopplad på ett alternativt sätt till ovanstående, men båda kan användas.
C8 är en liten kapacitans för att förhindra effekten av brus som kommer in i ingången på felförstärkaren, ett värde på 0.01uF kommer att vara mer eller mindre norm alt. Större värden kommer att sakta ner inställningen av önskad spänning.
C6 är en ännu mindre kondensator, den används för att filtrera högfrekvent brus. Dess kapacitet är upp till flera hundra picofarads.
