Spínané zdroje napájania (UPS) sú veľmi bežné. Počítač, ktorý teraz používate, má viacnapäťový UPS (najmenej +12, -12, +5, -5 a +3,3 V). Takmer všetky takéto bloky majú špeciálny čip regulátora PWM, zvyčajne typu TL494CN. Jeho analógom je domáci mikroobvod M1114EU4 (KR1114EU4).
Producers
Uvažovaný mikroobvod patrí do zoznamu najbežnejších a najpoužívanejších integrovaných elektronických obvodov. Jeho predchodcom bola séria PWM regulátorov Unitrode UC38xx. V roku 1999 bola táto spoločnosť kúpená spoločnosťou Texas Instruments a odvtedy sa začal vývoj radu týchto ovládačov, ktorý viedol k vytvoreniu začiatkom roku 2000. Čipy série TL494. Okrem už spomenutých UPS ich možno nájsť v regulátoroch jednosmerného napätia, v riadených pohonoch, v softštartéroch, jedným slovom, všade tam, kde sa používa PWM riadenie.
Medzi firmami, ktoré naklonovali tento čip, sú také svetoznáme značky ako Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Všetky poskytujú podrobný popis svojich produktov, takzvaný datasheet TL494CN.
Dokumentácia
Analýza popisov uvažovaného typu mikroobvodu od rôznych výrobcov ukazuje praktickú identitu jeho charakteristík. Množstvo informácií, ktoré poskytujú rôzne firmy, je takmer rovnaké. Datasheet TL494CN od značiek ako Motorola, Inc a ON Semiconductor sa navyše navzájom opakujú vo svojej štruktúre, obrázkoch, tabuľkách a grafoch. Prezentácia materiálu spoločnosťou Texas Instruments sa od nich trochu líši, avšak po dôkladnom preštudovaní je jasné, že ide o identický produkt.
Pridelenie čipu TL494CN
Začnime ho tradične popisovať účelom a zoznamom interných zariadení. Je to regulátor PWM s pevnou frekvenciou primárne navrhnutý pre aplikácie UPS, ktorý obsahuje nasledujúce zariadenia:
- generátor pílového napätia (SPG);
- error zosilňovače;
- zdroj referenčného (referenčného) napätia +5 V;
- obvod nastavenia mŕtveho času;
- výstupné tranzistorové spínače pre prúd do 500 mA;
- schéma na výber jednotaktnej alebo dvojtaktnej prevádzky.
Limity
Ako každý iný mikroobvod, popis TL494CN musí obsahovať zoznam maximálnych povolených výkonnostných charakteristík. Dajme ich na základe údajov od spoločnosti Motorola, Inc:
- Napájanie: 42 V.
- Napätie kolektoravýstupný tranzistor: 42 V.
- Výstupný tranzistorový kolektorový prúd: 500 mA.
- Rozsah vstupného napätia zosilňovača: -0,3V až +42V.
- Stratový výkon (pri t< 45°C): 1000 mW.
- Rozsah skladovacej teploty: -55 až +125°C.
- Rozsah prevádzkovej teploty okolia: od 0 do +70 °С.
Treba poznamenať, že parameter 7 pre čip TL494IN je o niečo širší: od -25 do +85 °С.
Dizajn čipu TL494CN
Popis záverov prípadu v ruštine je uvedený na obrázku nižšie.
Mikroobvod je umiestnený v plastovom (označené písmenom N na konci jeho označenia) 16-pinovom obale s vývodmi typu pdp.
Jeho vzhľad je znázornený na fotografii nižšie.
TL494CN: funkčný diagram
Úlohou tohto mikroobvodu je teda modulácia šírky impulzu (PWM, alebo anglicky Pulse Width Modulated (PWM)) napäťových impulzov generovaných vo vnútri regulovaných aj neregulovaných UPS. V napájacích zdrojoch prvého typu dosahuje rozsah trvania impulzu spravidla maximálnu možnú hodnotu (~ 48 % pre každý výstup v obvodoch push-pull, široko používaných na napájanie zosilňovačov autoaudia).
Čip TL494CN má celkom 6 výstupných kolíkov, 4 z nich (1, 2, 15, 16) sú vstupy zosilňovačov vnútornej chyby, ktoré sa používajú na ochranu UPS pred súčasným a potenciálnym preťažením. Pin 4 je vstupsignál od 0 do 3 V na úpravu pracovného cyklu výstupných pravouhlých impulzov a3 je výstup komparátora a možno ho použiť niekoľkými spôsobmi. Ďalšie 4 (čísla 8, 9, 10, 11) sú voľné kolektory a emitory tranzistorov s maximálnym prípustným zaťažovacím prúdom 250 mA (v nepretržitom režime nie viac ako 200 mA). Môžu byť prepojené v pároch (9 až 10 a 8 až 11) na pohon vysokovýkonných MOSFET s limitom prúdu 500 mA (max. 400 mA nepretržite).
Aké sú vnútorné časti TL494CN? Jeho diagram je znázornený na obrázku nižšie.
Mikroobvod má zabudovaný zdroj referenčného napätia (ION) +5 V (č. 14). Zvyčajne sa používa ako referenčné napätie (s presnosťou ± 1%) aplikované na vstupy obvodov, ktoré spotrebúvajú nie viac ako 10 mA, napríklad na kolík 13 podľa výberu jedno- alebo dvojtaktnej prevádzky. mikroobvod: ak je na ňom +5 V, zvolí sa druhý režim, ak je na ňom mínus napájacieho napätia - prvý.
Na nastavenie frekvencie generátora pílového napätia (GPN) sa používa kondenzátor a rezistor, ktoré sú pripojené na kolíky 5 a 6. A samozrejme, mikroobvod má svorky na pripojenie plus a mínus zdroja energie (čísla 12 a 7) v rozsahu od 7 do 42 V.
Schéma ukazuje, že v TL494CN je niekoľko interných zariadení. Popis ich funkčného účelu v ruštine bude uvedený nižšie v priebehu prezentácie materiálu.
Funkcie vstupného terminálu
Ako každýiné elektronické zariadenie. Príslušný mikroobvod má svoje vlastné vstupy a výstupy. Začneme prvým. Zoznam týchto kolíkov TL494CN už bol uvedený vyššie. Popis ich funkčného účelu v ruštine bude uvedený nižšie s podrobným vysvetlením.
Výstup 1
Toto je kladný (neinvertujúci) vstup chybového zosilňovača 1. Ak je napätie na ňom nižšie ako napätie na kolíku 2, výstup chybového zosilňovača 1 bude nízky. Ak je vyššia ako na kolíku 2, signál chybového zosilňovača 1 bude vysoký. Výstup zosilňovača v podstate replikuje kladný vstup pomocou kolíka 2 ako referencie. Funkcie chybových zosilňovačov budú podrobnejšie popísané nižšie.
Záver 2
Toto je záporný (invertujúci) vstup chybového zosilňovača 1. Ak je tento kolík vyšší ako kolík 1, výstup chybového zosilňovača 1 bude nízky. Ak je napätie na tomto kolíku nižšie ako napätie na kolíku 1, výstup zosilňovača bude vysoký.
Záver 15
Funguje presne rovnako ako 2. Druhý chybový zosilňovač sa v TL494CN často nepoužíva. Jeho spínací obvod v tomto prípade obsahuje kolík 15 jednoducho pripojený k 14. (referenčné napätie +5 V).
Záver 16
Funguje rovnako ako 1. Zvyčajne sa pripája k spoločnému 7, keď sa nepoužíva druhý chybový zosilňovač. S pinom 15 pripojeným na +5V a 16 pripojeným k spoločnému je výstup druhého zosilňovača nízky, a preto nemá žiadny vplyv na činnosť čipu.
Záver 3
Tento kolík a každý interný zosilňovač TL494CNnavzájom prepojené diódami. Ak sa signál na výstupe ktoréhokoľvek z nich zmení z nízkeho na vysoký, potom pri čísle 3 ide tiež vysoko. Keď signál na tomto kolíku prekročí 3,3 V, výstupné impulzy sa vypnú (nulový pracovný cyklus). Keď je napätie na ňom blízke 0 V, trvanie impulzu je maximálne. Medzi 0 a 3,3 V je šírka impulzu 50 % až 0 % (pre každý z výstupov regulátora PWM – na kolíkoch 9 a 10 na väčšine zariadení).
V prípade potreby možno kolík 3 použiť ako vstupný signál alebo ho použiť na tlmenie rýchlosti zmeny šírky impulzu. Ak je na ňom vysoké napätie (> ~ 3,5V), nie je možné spustiť UPS na PWM ovládači (nebudú z neho vychádzať žiadne impulzy).
Záver 4
Ovláda pracovný cyklus výstupných impulzov (angl. Dead-Time Control). Ak je napätie na ňom blízke 0 V, mikroobvod bude schopný vydávať minimálnu možnú aj maximálnu šírku impulzu (ktorá je nastavená inými vstupnými signálmi). Ak sa na tento kolík privedie napätie približne 1,5 V, šírka výstupného impulzu bude obmedzená na 50 % jeho maximálnej šírky (alebo ~25 % pracovného cyklu pre ovládač PWM push-pull). Ak je na ňom vysoké napätie (> ~ 3,5 V), nie je možné spustiť UPS na TL494CN. Jeho spínací obvod často obsahuje č. 4, pripojený priamo k zemi.
Dôležité na zapamätanie! Signál na kolíkoch 3 a 4 by mal byť pod ~ 3,3 V. Čo ak je blízko, povedzme, +5 V? Akopotom sa bude TL494CN správať? Obvod meniča napätia na ňom nebude generovať impulzy, t.j. nebude výstupné napätie z UPS
Záver 5
Slúži na pripojenie časovacieho kondenzátora Ct a jeho druhý kontakt je spojený so zemou. Hodnoty kapacity sú zvyčajne 0,01 µF až 0,1 µF. Zmeny hodnoty tejto zložky vedú k zmene frekvencie GPN a výstupných impulzov regulátora PWM. Spravidla sa tu používajú vysokokvalitné kondenzátory s veľmi nízkym teplotným koeficientom (s veľmi malou zmenou kapacity so zmenou teploty).
Záver 6
Na pripojenie časovo nastavovacieho odporu Rt a jeho druhý kontakt je spojený so zemou. Hodnoty Rt a Ct určujú frekvenciu FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Záver 7
Pripája sa k spoločnému vodiču obvodu zariadenia na ovládači PWM.
Záver 12
Je označený písmenami VCC. K nemu je pripojené „plus“napájacieho zdroja TL494CN. Jeho spínací obvod zvyčajne obsahuje č.12 pripojený k vypínaču napájania. Mnoho UPS používa tento kolík na zapnutie a vypnutie napájania (a samotného UPS). Ak má +12 V a č. 7 je uzemnené, čipy FPV a ION budú fungovať.
Záver 13
Toto je vstup prevádzkového režimu. Jeho fungovanie bolo popísané vyššie.
Funkcie výstupných svoriek
Vyššie boli uvedené pre TL494CN. Popis ich funkčného účelu v ruštine bude uvedený nižšie s podrobným vysvetlením.
Záver 8
Na totoČip má 2 npn tranzistory, ktoré sú jeho výstupnými kľúčmi. Tento kolík je kolektor tranzistora 1, zvyčajne pripojený k zdroju jednosmerného napätia (12 V). V obvodoch niektorých zariadení sa však používa ako výstup a je na ňom vidieť meander (rovnako ako na č. 11).
Záver 9
Toto je emitor tranzistora 1. Poháňa vysokovýkonný tranzistor UPS (vo väčšine prípadov efekt poľa) v obvode push-pull, buď priamo alebo cez medziľahlý tranzistor.
Výstup 10
Toto je emitor tranzistora 2. V jednocyklovom režime je signál na ňom rovnaký ako na 9. Na druhom je nízky a naopak. Vo väčšine zariadení signály z emitorov výstupných tranzistorových spínačov príslušného mikroobvodu poháňajú výkonné tranzistory s efektom poľa, ktoré sa prepínajú do stavu ON, keď je napätie na kolíkoch 9 a 10 vysoké (nad ~ 3,5 V, ale netýka sa to úrovne 3,3 V na č. 3 a 4).
Záver 11
Toto je kolektor tranzistora 2, zvyčajne pripojený k zdroju jednosmerného napätia (+12V).
Poznámka: V zariadeniach na TL494CN môže spínací obvod obsahovať kolektory aj emitory tranzistorov 1 a 2 ako výstupy regulátora PWM, hoci druhá možnosť je bežnejšia. Existujú však možnosti, kedy sú výstupy presne kolíky 8 a 11. Ak nájdete v obvode medzi IC a FET malý transformátor, výstupný signál sa s najväčšou pravdepodobnosťou odoberá z nich.(od zberateľov)
Záver 14
Toto je ION výstup, tiež popísaný vyššie.
Princíp činnosti
Ako funguje čip TL494CN? Uvedieme popis poradia jeho práce na základe materiálov od spoločnosti Motorola, Inc. Výstup modulácie šírky impulzu sa dosiahne porovnaním kladného pílovitého signálu z kondenzátora Ct s jedným z dvoch riadiacich signálov. Výstupné tranzistory Q1 a Q2 nie sú NOR hradlované, aby sa otvorili iba vtedy, keď sa vstup spúšťacích hodín (C1) (pozri funkčný diagram TL494CN) zníži.
Ak teda na vstupe C1 spúšťa úroveň logickej jednotky, výstupné tranzistory sú zatvorené v oboch prevádzkových režimoch: jednocyklový a push-pull. Ak je na tomto vstupe prítomný hodinový signál, potom v režime push-pull sa tranzistor jeden po druhom otvorí po príchode prerušenia hodinového impulzu na spúšť. V jednocyklovom režime sa spúšť nepoužíva a obe výstupné klávesy sa otvárajú synchrónne.
Tento otvorený stav (v oboch režimoch) je možný len v tej časti periódy FPV, keď je pílovité napätie väčšie ako riadiace signály. Zvýšenie alebo zníženie veľkosti riadiaceho signálu teda spôsobí lineárne zvýšenie alebo zníženie šírky napäťových impulzov na výstupoch mikroobvodu.
Napätie z kolíka 4 (kontrola mŕtveho času), vstupy chybového zosilňovača alebo vstup signálu spätnej väzby z kolíka 3 možno použiť ako riadiace signály.
Prvé kroky pri práci s mikroobvodom
Predtýmakékoľvek užitočné zariadenie, odporúča sa naučiť sa, ako funguje TL494CN. Ako skontrolovať, či to funguje?
Vezmite dosku na krájanie, položte na ňu integrovaný obvod a zapojte káble podľa schémy nižšie.
Ak je všetko správne pripojené, obvod bude fungovať. Kolíky 3 a 4 ponechajte voľné. Použite svoj osciloskop na kontrolu činnosti FPV - na kolíku 6 by ste mali vidieť napätie píly. Výstupy budú nulové. Ako určiť ich výkon v TL494CN. Kontrolu je možné vykonať takto:
- Pripojte výstup spätnej väzby (3) a výstup riadenia mŕtveho času (4) k zemi (7).
- Teraz by ste mali zistiť štvorcovú vlnu na výstupoch integrovaného obvodu.
Ako zosilniť výstupný signál?
Výstup TL494CN má pomerne nízky prúd a určite chcete viac energie. Preto musíme pridať niekoľko výkonných tranzistorov. Najjednoduchšie na použitie (a veľmi ľahko dostupné – zo starej základnej dosky počítača) sú n-kanálové výkonové MOSFETy. Zároveň musíme invertovať výstup TL494CN, pretože ak k nemu pripojíme n-kanálový MOSFET, potom pri absencii impulzu na výstupe mikroobvodu bude otvorený pre jednosmerný prúd. V tomto prípade môže MOSFET jednoducho vyhorieť … Vyberieme teda univerzálny npn tranzistor a zapojíme ho podľa schémy nižšie.
Výkonný MOSFETobvod je pasívne riadený. To nie je veľmi dobré, ale na testovacie účely a nízky výkon je to celkom vhodné. R1 v obvode je záťažou npn tranzistora. Vyberte ho podľa maximálneho povoleného prúdu jeho kolektora. R2 predstavuje zaťaženie nášho výkonového stupňa. V nasledujúcich experimentoch bude nahradený transformátorom.
Ak sa teraz pozrieme na signál na kolíku 6 mikroobvodu pomocou osciloskopu, uvidíme „pílu“. Na 8 (K1) stále môžete vidieť impulzy štvorcových vĺn a na kanáli MOSFET impulzy rovnakého tvaru, ale väčšie.
Ako zvýšiť výstupné napätie?
Teraz poďme zvýšiť napätie pomocou TL494CN. Schéma spínania a zapojenia je rovnaká - na doske. Samozrejme, nemôžete naň dostať dostatočne vysoké napätie, najmä preto, že na výkonových MOSFEToch nie je chladič. Pripojte však malý transformátor k výstupnému stupňu podľa tejto schémy.
Primárne vinutie transformátora obsahuje 10 závitov. Sekundárne vinutie obsahuje asi 100 závitov. Transformačný pomer je teda 10. Ak na primár použijete 10V, na výstupe by ste mali dostať asi 100V. Jadro je vyrobené z feritu. Môžete použiť stredne veľké jadro z transformátora napájania počítača.
Pozor, na výstupe transformátora je vysoké napätie. Prúd je veľmi nízky a nezabije vás. Ale môžete dostať dobrý zásah. Ďalším nebezpečenstvom je, ak nainštalujete veľkúkondenzátor na výstupe, nahromadí veľký náboj. Preto by mal byť po vypnutí okruhu vybitý.
Na výstupe obvodu môžete zapnúť akýkoľvek indikátor, napríklad žiarovku, ako na obrázku nižšie.
Beží na jednosmerné napätie a na rozsvietenie potrebuje asi 160 V. (Napájanie celého zariadenia je cca 15 V – rádovo nižšie.)
Výstupný obvod transformátora je široko používaný v akomkoľvek UPS, vrátane PC napájacích zdrojov. V týchto zariadeniach prvý transformátor, pripojený cez tranzistorové spínače na výstupy PWM regulátora, slúži na galvanické oddelenie nízkonapäťovej časti obvodu, ktorej súčasťou je TL494CN, od jeho vysokonapäťovej časti, ktorá obsahuje sieťové napätie. transformátor.
Regulátor napätia
V podomácky vyrobených malých elektronických zariadeniach je napájanie spravidla zabezpečené typickým PC UPS vyrobeným na TL494CN. Napájací obvod PC je dobre známy a samotné bloky sú ľahko dostupné, pretože milióny starých PC sa ročne likvidujú alebo predávajú na náhradné diely. Ale spravidla tieto UPS nevytvárajú napätie vyššie ako 12 V. To je príliš málo pre frekvenčný menič. Samozrejme, dalo by sa skúsiť použiť 25V prepäťovú PC UPS, ale to by bolo ťažké nájsť a príliš veľa energie by sa rozptyľovalo pri 5V v logických bránach.
Na TL494 (alebo analógoch) však môžete zostaviť ľubovoľné obvody s prístupom k zvýšenému výkonu a napätiu. Použitie typických dielov z PC UPS a vysokovýkonných MOStranzistorov zo základnej dosky, môžete na TL494CN postaviť PWM regulátor napätia. Obvod prevodníka je znázornený na obrázku nižšie.
Na ňom môžete vidieť spínací obvod mikroobvodu a koncový stupeň na dvoch tranzistoroch: univerzálny npn- a výkonný MOS.
Hlavné časti: T1, Q1, L1, D1. Bipolárny T1 slúži na pohon výkonového MOSFETu zapojeného zjednodušeným spôsobom, tzv. „pasívne“. L1 je tlmivka zo starej tlačiarne HP (asi 50 otáčok, výška 1 cm, šírka 0,5 cm s vinutím, otvorená tlmivka). D1 je Schottkyho dióda z iného zariadenia. TL494 je zapojený alternatívnym spôsobom k vyššie uvedenému, hoci je možné použiť ktorýkoľvek z nich.
C8 je malá kapacita na zabránenie účinku šumu vstupujúceho na vstup chybového zosilňovača, hodnota 0,01uF bude viac-menej normálna. Väčšie hodnoty spomalia nastavenie požadovaného napätia.
C6 je ešte menší kondenzátor, používa sa na filtrovanie vysokofrekvenčného šumu. Jeho kapacita je až niekoľko stoviek pikofaradov.
