Switched-mode strømforsyninger (UPS) er meget almindelige. Den computer, du bruger nu, har en UPS med flere spændinger (mindst +12, -12, +5, -5 og +3,3 V). Næsten alle sådanne blokke har en speciel PWM-controllerchip, norm alt af typen TL494CN. Dens analog er det private mikrokredsløb M1114EU4 (KR1114EU4).
Producere
Det mikrokredsløb, der overvejes, hører til listen over de mest almindelige og udbredte integrerede elektroniske kredsløb. Dens forgænger var Unitrode UC38xx-serien af PWM-controllere. I 1999 blev dette firma købt af Texas Instruments, og siden da er udviklingen af en linje af disse controllere begyndt, hvilket førte til oprettelsen i begyndelsen af 2000'erne. TL494 serie chips. Ud over de UPS'er, der allerede er nævnt ovenfor, kan de findes i DC-spændingsregulatorer, i kontrollerede drev, i softstartere, kort sagt, hvor som helst PWM-styring bruges.
Blandt de firmaer, der klonede denne chip, er der så verdensberømte mærker som Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. De giver alle en detaljeret beskrivelse af deres produkter, det såkaldte TL494CN datablad.
Dokumentation
Analyse af beskrivelserne af den overvejede type mikrokredsløb fra forskellige producenter viser den praktiske identitet af dens egenskaber. Mængden af information givet af forskellige firmaer er næsten den samme. Desuden gentager TL494CN datablad fra mærker som Motorola, Inc og ON Semiconductor hinanden i dets struktur, figurer, tabeller og grafer. Præsentationen af materialet af Texas Instruments er noget anderledes end dem, men ved omhyggelig undersøgelse bliver det klart, at der menes et identisk produkt.
Tildeling af TL494CN-chippen
Lad os traditionelt begynde at beskrive det med formålet og listen over interne enheder. Det er en PWM-controller med fast frekvens, primært designet til UPS-applikationer, og som indeholder følgende enheder:
- savtandspændingsgenerator (SPG);
- fejlforstærkere;
- kilde for referencen (reference) spænding +5 V;
- dødtidsjusteringskredsløb;
- udgangstransistorkontakter for strøm op til 500 mA;
- skema til valg af et- eller totaktsdrift.
Grænser
Som ethvert andet mikrokredsløb skal beskrivelsen af TL494CN indeholde en liste over maksim alt tilladte ydeevnekarakteristika. Lad os give dem baseret på data fra Motorola, Inc:
- Strømforsyning: 42 V.
- Samlerspændingudgangstransistor: 42 V.
- Output transistorkollektorstrøm: 500 mA.
- Forstærkerens indgangsspændingsområde: -0,3V til +42V.
- Strømtab (ved t< 45°C): 1000mW.
- Opbevaringstemperaturområde: -55 til +125°C.
- Omgivende driftstemperaturområde: fra 0 til +70 °С.
Det skal bemærkes, at parameter 7 for TL494IN-chippen er noget bredere: fra -25 til +85 °С.
TL494CN-chipdesign
Beskrivelse på russisk af konklusionerne af sagen er vist i figuren nedenfor.
Mikrokredsløbet er placeret i en plastik (dette er angivet med bogstavet N i slutningen af dens betegnelse) 16-bens pakke med ledninger af pdp-type.
Dets udseende er vist på billedet nedenfor.
TL494CN: funktionelt diagram
Så opgaven med dette mikrokredsløb er pulsbreddemodulation (PWM eller engelsk pulsbreddemoduleret (PWM)) af spændingsimpulser genereret inde i både regulerede og uregulerede UPS'er. I strømforsyninger af den første type når pulsvarighedsområdet som regel den maksim alt mulige værdi (~ 48 % for hver udgang i push-pull-kredsløb, der i vid udstrækning anvendes til at drive bilstereoforstærkere).
TL494CN-chippen har i alt 6 udgangsben, hvoraf 4 af dem (1, 2, 15, 16) er input fra interne fejlforstærkere, der bruges til at beskytte UPS'en mod strøm og potentiel overbelastning. Pin 4 er inputsignal fra 0 til 3 V for at justere arbejdscyklussen for de rektangulære udgangsimpulser, og3 er udgangen af komparatoren og kan bruges på flere måder. Yderligere 4 (numrene 8, 9, 10, 11) er frie kollektorer og emittere af transistorer med en maksimal tilladt belastningsstrøm på 250 mA (i kontinuerlig tilstand, ikke mere end 200 mA). De kan forbindes i par (9 til 10 og 8 til 11) for at drive højeffekt MOSFET'er med en strømgrænse på 500mA (maks. 400mA kontinuerlig).
Hvad er det interne i TL494CN? Dens diagram er vist i figuren nedenfor.
Mikrokredsløbet har en indbygget referencespændingskilde (ION) +5 V (nr. 14). Den bruges sædvanligvis som en referencespænding (med en nøjagtighed på ± 1%) påført indgangene på kredsløb, der ikke forbruger mere end 10 mA, for eksempel til ben 13 til valg af et- eller totaktsdrift af mikrokredsløb: hvis der er +5 V på den, vælges den anden tilstand, hvis der er minus af forsyningsspændingen på den - den første.
For at justere frekvensen af savtandspændingsgeneratoren (GPN), bruges en kondensator og en modstand, forbundet til henholdsvis ben 5 og 6. Og selvfølgelig har mikrokredsløbet terminaler til tilslutning af plus og minus af strømkilden (henholdsvis nummer 12 og 7) i området fra 7 til 42 V.
Diagrammet viser, at der er en række interne enheder i TL494CN. En beskrivelse på russisk af deres funktionelle formål vil blive givet nedenfor i løbet af præsentationen af materialet.
Indgangsterminalfunktioner
Som alle andreandet elektronisk udstyr. Det pågældende mikrokredsløb har sine egne ind- og udgange. Vi starter med den første. En liste over disse TL494CN-stifter er allerede givet ovenfor. En beskrivelse på russisk af deres funktionelle formål vil blive givet nedenfor med detaljerede forklaringer.
Output 1
Dette er den positive (ikke-inverterende) indgang på fejlforstærker 1. Hvis spændingen på den er lavere end spændingen på ben 2, vil udgangen af fejlforstærker 1 være lav. Hvis det er højere end på ben 2, vil fejlforstærker 1-signalet blive højt. Udgangen fra forstærkeren replikerer i det væsentlige den positive input ved at bruge ben 2 som reference. Fejlforstærkernes funktioner vil blive beskrevet mere detaljeret nedenfor.
Konklusion 2
Dette er den negative (inverterende) indgang på fejlforstærker 1. Hvis denne pin er højere end pin 1, vil udgangen af fejlforstærker 1 være lav. Hvis spændingen på dette ben er lavere end spændingen på ben 1, vil forstærkerens output være højt.
Konklusion 15
Det virker nøjagtigt det samme som 2. Ofte bruges den anden fejlforstærker ikke i TL494CN. Dens koblingskredsløb i dette tilfælde indeholder ben 15, der simpelthen er forbundet til den 14. (referencespænding +5 V).
Konklusion 16
Den fungerer på samme måde som 1. Den er norm alt forbundet til fælles 7, når den anden fejlforstærker ikke bruges. Med ben 15 forbundet til +5V og 16 forbundet til common, er outputtet fra den anden forstærker lavt og har derfor ingen indflydelse på chippens drift.
Konklusion 3
Denne pin og hver interne forstærker TL494CNforbundet med hinanden via dioder. Hvis signalet ved udgangen af nogen af dem ændrer sig fra lavt til højt, så går det ved nummer 3 også højt. Når signalet på denne pin overstiger 3,3V, slukkes udgangsimpulserne (nul duty cycle). Når spændingen på den er tæt på 0 V, er pulsvarigheden maksimal. Mellem 0 og 3,3 V er pulsbredden 50 % til 0 % (for hver af PWM-controllerens udgange - på ben 9 og 10 på de fleste enheder).
Hvis det er nødvendigt, kan ben 3 bruges som indgangssignal eller kan bruges til at give dæmpning af pulsbreddeændringshastigheden. Hvis spændingen på den er høj (> ~ 3,5V), er der ingen måde at starte UPS'en på PWM-controlleren (der vil ikke være nogen impulser fra den).
Konklusion 4
Det styrer udgangsimpulsernes driftscyklus (eng. Dead-Time Control). Hvis spændingen på den er tæt på 0 V, vil mikrokredsløbet være i stand til at udsende både den mindst mulige og den maksimale pulsbredde (som indstilles af andre indgangssignaler). Hvis der påføres en spænding på omkring 1,5V til denne ben, vil udgangsimpulsbredden være begrænset til 50 % af dens maksimale bredde (eller ~25 % arbejdscyklus for en push-pull PWM-controller). Hvis spændingen på den er høj (> ~ 3,5V), er der ingen måde at starte UPS'en på TL494CN. Dens koblingskredsløb indeholder ofte nr. 4, forbundet direkte til jorden.
Vigtigt at huske! Signalet på ben 3 og 4 bør være under ~3.3V. Hvad hvis det er tæt på for eksempel +5V? Hvordanså vil TL494CN opføre sig? Spændingsomformerkredsløbet på den vil ikke generere impulser, dvs. der vil ikke være nogen udgangsspænding fra UPS'en
Konklusion 5
Tjener til at forbinde timing-kondensatoren Ct, og dens anden kontakt er forbundet til jorden. Kapacitansværdier er typisk 0,01 µF til 0,1 µF. Ændringer i værdien af denne komponent fører til en ændring i frekvensen af GPN og PWM-controllerens udgangsimpulser. Som regel bruges kondensatorer af høj kvalitet med en meget lav temperaturkoefficient (med meget lille ændring i kapacitans ved temperaturændring).
Konklusion 6
For at forbinde tidsindstillingsmodstanden Rt, og dens anden kontakt er forbundet til jorden. Rt- og Ct-værdierne bestemmer frekvensen af FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Konklusion 7
Den forbindes til den fælles ledning af enhedskredsløbet på PWM-controlleren.
Konklusion 12
Det er markeret med bogstaverne VCC. "Plus" af TL494CN strømforsyningen er forbundet til den. Dens omskifterkredsløb indeholder norm alt nr. 12 forbundet til strømforsyningsafbryderen. Mange UPS'er bruger denne pin til at tænde og slukke for strømmen (og selve UPS'en). Hvis den har +12 V og nr. 7 er jordet, vil FPV- og ION-chippen fungere.
Konklusion 13
Dette er driftstilstandens input. Dens funktion er beskrevet ovenfor.
Funktioner af udgangsterminaler
Ovenfor var de opført for TL494CN. En beskrivelse på russisk af deres funktionelle formål vil blive givet nedenfor med detaljerede forklaringer.
Konklusion 8
Om detteChippen har 2 npn transistorer, som er dens udgangsnøgler. Denne pin er kollektoren af transistor 1, norm alt forbundet til en DC-spændingskilde (12 V). I nogle enheders kredsløb bruges den dog som udgang, og du kan se en slyngning på den (såvel som på nr. 11).
Konklusion 9
Dette er transistor 1's emitter. Den driver UPS-transistoren med høj effekt (felteffekt i de fleste tilfælde) i et push-pull-kredsløb, enten direkte eller gennem en mellemtransistor.
Output 10
Dette er transistor 2's emitter. I enkeltcyklustilstand er signalet på den det samme som på 9. på den anden er det lavt og omvendt. I de fleste enheder driver signalerne fra emitterne fra udgangstransistorkontakterne på det pågældende mikrokredsløb kraftige felteffekttransistorer, som drives til ON-tilstand, når spændingen ved ben 9 og 10 er høj (over ~ 3,5 V, men den henviser ikke til niveauet på 3,3 V på nr. 3 og 4).
Konklusion 11
Dette er kollektoren for transistor 2, norm alt forbundet til en DC-spændingskilde (+12V).
Bemærk: I enheder på TL494CN kan koblingskredsløbet indeholde både kollektorer og emittere fra transistor 1 og 2 som udgange på PWM-controlleren, selvom den anden mulighed er mere almindelig. Der er dog muligheder, når præcis ben 8 og 11 er udgange. Hvis du finder en lille transformer i kredsløbet mellem IC'en og FET'erne, er udgangssignalet højst sandsynligt taget fra dem.(fra samlere)
Konklusion 14
Dette er ION-output, også beskrevet ovenfor.
Arbejdsprincip
Hvordan fungerer TL494CN-chippen? Vi vil give en beskrivelse af rækkefølgen af dets arbejde baseret på materialer fra Motorola, Inc. Pulsbreddemodulationsoutputtet opnås ved at sammenligne det positive savtandssignal fra kondensatoren Ct med et af de to styresignaler. Udgangstransistorerne Q1 og Q2 er NOR-gatede for kun at åbne dem, når trigger clock-indgangen (C1) (se TL494CN funktionsdiagram) bliver lav.
Hvis således niveauet af en logisk enhed ved indgangen C1 af triggeren, er udgangstransistorerne lukkede i begge driftstilstande: enkelt-cyklus og push-pull. Hvis et ursignal er til stede ved denne indgang, vil transistoren i push-pull-tilstanden åbne en efter en ved ankomsten af urpulsafskæringen til triggeren. I enkelt-cyklus-tilstand bruges triggeren ikke, og begge outputtaster åbner synkront.
Denne åbne tilstand (i begge tilstande) er kun mulig i den del af FPV-perioden, hvor savtandspændingen er større end styresignalerne. En stigning eller et fald i størrelsen af styresignalet forårsager således en lineær stigning eller reduktion i bredden af spændingsimpulserne ved henholdsvis mikrokredsløbets udgange.
Spænding fra ben 4 (dødtidsstyring), fejlforstærkerindgange eller feedbacksignalindgang fra ben 3 kan bruges som styresignaler.
Første trin i arbejdet med et mikrokredsløb
Før du gørenhver nyttig enhed, anbefales det at lære, hvordan TL494CN fungerer. Hvordan tjekker man, om det virker?
Tag dit brødbræt, sæt IC'en på det, og tilslut ledningerne i henhold til diagrammet nedenfor.
Hvis alt er tilsluttet korrekt, vil kredsløbet fungere. Lad ben 3 og 4 ikke være fri. Brug dit oscilloskop til at kontrollere driften af FPV'en - ved ben 6 skulle du kunne se en savtandsspænding. Udgangene vil være nul. Sådan bestemmes deres ydeevne i TL494CN. Tjek det kan gøres sådan:
- Forbind feedbackudgang (3) og dødtidskontroludgang (4) til jord (7).
- Nu bør du detektere firkantbølgen ved udgangene af IC'en.
Hvordan forstærkes udgangssignalet?
Udgangen fra TL494CN er ret lav strøm, og du vil helt sikkert have mere strøm. Derfor skal vi tilføje nogle kraftige transistorer. De nemmeste at bruge (og meget nemme at få - fra et gammelt computerbundkort) er n-kanals power MOSFET'er. Samtidig skal vi invertere udgangen af TL494CN, for hvis vi forbinder en n-kanal MOSFET til den, vil den i mangel af en puls ved udgangen af mikrokredsløbet være åben for DC-flow. I dette tilfælde kan MOSFET simpelthen brænde ud … Så vi tager den universelle npn transistor ud og forbinder den i henhold til diagrammet nedenfor.
Kraftfuld MOSFET i dettekredsløbet er passivt styret. Dette er ikke særlig godt, men til testformål og lav effekt er det ganske velegnet. R1 i kredsløbet er belastningen af npn-transistoren. Vælg den i henhold til den maksim alt tilladte strøm for dens opsamler. R2 repræsenterer belastningen af vores effekttrin. I de følgende eksperimenter vil den blive erstattet af en transformer.
Hvis vi nu ser på signalet ved pin 6 på mikrokredsløbet med et oscilloskop, vil vi se en "sav". På 8 (K1) kan du stadig se firkantbølgeimpulser, og på afløbet af MOSFET-impulser af samme form, men større.
Hvordan hæver man udgangsspændingen?
Lad os nu få lidt spænding op med TL494CN. Koblings- og ledningsdiagrammet er det samme - på brødbrættet. Man kan selvfølgelig ikke få en tilstrækkelig høj spænding på den, især da der ikke er nogen køleplade på power MOSFET'erne. Tilslut dog en lille transformer til udgangstrinnet i henhold til dette diagram.
Transformatorens primære vikling indeholder 10 vindinger. Den sekundære vikling indeholder omkring 100 vindinger. Transformationsforholdet er således 10. Hvis du anvender 10V til den primære, bør du få omkring 100V ved udgangen. Kernen er lavet af ferrit. Du kan bruge en mellemstor kerne fra en pc-strømforsyningstransformer.
Vær forsigtig, transformerens output er højspænding. Strømmen er meget lav og vil ikke dræbe dig. Men du kan få et godt hit. En anden fare er, hvis du installerer en storkondensator ved udgangen, vil den akkumulere en stor ladning. Derfor, efter at have slukket for kredsløbet, bør det aflades.
Ved udgangen af kredsløbet kan du tænde enhver indikator som f.eks. en pære, som på billedet nedenfor.
Den kører på DC-spænding og har brug for omkring 160V for at lyse op. (Strømforsyningen til hele enheden er omkring 15 V - en størrelsesorden lavere.)
Transformatorens udgangskredsløb er meget brugt i enhver UPS, inklusive pc-strømforsyninger. I disse enheder tjener den første transformer, der er forbundet via transistorkontakter til PWM-controllerens udgange, til galvanisk at isolere lavspændingsdelen af kredsløbet, som inkluderer TL494CN, fra dens højspændingsdel, som indeholder netspændingen transformer.
Spændingsregulator
Som regel leveres strøm i hjemmelavede små elektroniske enheder af en typisk PC UPS, lavet på TL494CN. Strømforsyningskredsløbet på en pc er velkendt, og selve blokkene er let tilgængelige, da millioner af gamle pc'er årligt bortskaffes eller sælges til reservedele. Men som regel producerer disse UPS'er ikke spændinger højere end 12 V. Dette er for lidt til et frekvensomformer. Selvfølgelig kunne man prøve at bruge en 25V overspænding PC UPS, men det ville være svært at finde, og for meget strøm ville blive spredt ved 5V i de logiske porte.
På TL494 (eller analoger) kan du dog bygge alle kredsløb med adgang til øget strøm og spænding. Bruger typiske dele fra PC UPS og højeffekt MOStransistorer fra bundkortet, kan du bygge en PWM spændingsregulator på TL494CN. Konverterkredsløbet er vist i figuren nedenfor.
På den kan du se mikrokredsløbet og udgangstrinnet på to transistorer: en universel npn- og en kraftig MOS.
Hoveddele: T1, Q1, L1, D1. Den bipolære T1 bruges til at drive en power MOSFET tilsluttet på en forenklet måde, den såkaldte. "passiv". L1 er en induktor fra en gammel HP-printer (ca. 50 omdrejninger, 1 cm høj, 0,5 cm bred med viklinger, åben choker). D1 er en Schottky-diode fra en anden enhed. TL494 er tilsluttet på en alternativ måde til ovenstående, selvom begge kan bruges.
C8 er en lille kapacitans for at forhindre effekten af støj, der kommer ind i fejlforstærkerens input, en værdi på 0,01uF vil være mere eller mindre normal. Større værdier vil sænke indstillingen af den ønskede spænding.
C6 er en endnu mindre kondensator, den bruges til at filtrere højfrekvent støj. Dens kapacitet er op til flere hundrede picofarads.
