Pārslēdzamā režīma barošanas avoti (UPS) ir ļoti izplatīti. Datoram, kuru izmantojat tagad, ir vairāku spriegumu UPS (vismaz +12, -12, +5, -5 un +3,3 V). Gandrīz visiem šādiem blokiem ir īpaša PWM kontrollera mikroshēma, parasti TL494CN tipa. Tā analogs ir sadzīves mikroshēma M1114EU4 (KR1114EU4).
Producenti
Apskatāmā mikroshēma ietilpst visizplatītāko un plaši izmantoto integrēto elektronisko shēmu sarakstā. Tās priekštecis bija Unitrode UC38xx PWM kontrolieru sērija. 1999. gadā šo uzņēmumu nopirka Texas Instruments, un kopš tā laika ir sākusies šo kontrolieru līnijas izstrāde, kas noveda pie radīšanas 2000. gadu sākumā. TL494 sērijas mikroshēmas. Papildus jau iepriekš minētajiem UPS tos var atrast līdzstrāvas sprieguma regulatoros, vadāmajos piedziņās, mīkstajos starteros, vārdu sakot, visur, kur tiek izmantota PWM vadība.
Starp uzņēmumiem, kas klonēja šo mikroshēmu, ir tādi pasaulslaveni zīmoli kā Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Viņi visi sniedz detalizētu savu produktu aprakstu, tā saukto TL494CN datu lapu.
Dokumentācija
Dažādu ražotāju aplūkotā tipa mikroshēmu aprakstu analīze parāda tā raksturlielumu praktisko identitāti. Dažādu firmu sniegtās informācijas apjoms ir gandrīz vienāds. Turklāt TL494CN datu lapa no tādiem zīmoliem kā Motorola, Inc un ON Semiconductor savā struktūrā, attēlos, tabulās un grafikos atkārto viena otru. Texas Instruments materiāla prezentācija nedaudz atšķiras no tiem, tomēr, rūpīgi izpētot, kļūst skaidrs, ka ir domāts identisks produkts.
TL494CN mikroshēmas piešķiršana
Sāksim to tradicionāli aprakstīt ar mērķi un iekšējo ierīču sarakstu. Tas ir fiksētas frekvences PWM kontrolleris, kas galvenokārt paredzēts UPS lietojumprogrammām un satur šādas ierīces:
- zāģzobu sprieguma ģenerators (SPG);
- kļūdu pastiprinātāji;
- atsauces (atsauces) sprieguma avots +5 V;
- mirušā laika regulēšanas ķēde;
- Izejas tranzistoru slēdži strāvai līdz 500 mA;
- shēma vientaktu vai divtaktu darbības izvēlei.
Ierobežojumi
Tāpat kā jebkuras citas mikroshēmas, TL494CN aprakstā jāietver maksimāli pieļaujamo veiktspējas raksturlielumu saraksts. Sniegsim tos, pamatojoties uz Motorola, Inc. datiem:
- Barošanas avots: 42 V.
- Kolektora spriegumsizejas tranzistors: 42 V.
- Izejas tranzistora kolektora strāva: 500 mA.
- Pastiprinātāja ieejas sprieguma diapazons: -0,3 V līdz +42 V.
- Jaudas izkliede (pie t< 45°C): 1000mW.
- Uzglabāšanas temperatūras diapazons: -55 līdz +125°C.
- Apkārtējās vides temperatūras diapazons: no 0 līdz +70 °С.
Jāatzīmē, ka TL494IN mikroshēmas 7. parametrs ir nedaudz plašāks: no -25 līdz +85 °С.
TL494CN mikroshēmas dizains
Tā lietas secinājumu apraksts krievu valodā ir parādīts attēlā zemāk.
Mikroshēma ir ievietota plastmasas (to norāda burts N tās apzīmējuma beigās) 16 kontaktu iepakojumā ar pdp tipa vadiem.
Tā izskats ir parādīts zemāk esošajā fotoattēlā.
TL494CN: funkcionālā diagramma
Tātad šīs mikroshēmas uzdevums ir gan regulētos, gan neregulētos UPS ģenerēto sprieguma impulsu impulsa platuma modulācija (PWM jeb angļu impulsu platuma modulēta (PWM)). Pirmā tipa barošanas blokos impulsa ilguma diapazons, kā likums, sasniedz maksimālo iespējamo vērtību (~ 48% katrai izejai push-pull shēmās, ko plaši izmanto automašīnu audio pastiprinātāju barošanai).
TL494CN mikroshēmai ir pavisam 6 izejas tapas, no kurām 4 (1, 2, 15, 16) ir iekšējo kļūdu pastiprinātāju ieejas, ko izmanto, lai aizsargātu UPS no strāvas un iespējamām pārslodzēm. Pin 4 ir ievadesignāls no 0 līdz 3 V, lai pielāgotu izejas taisnstūrveida impulsu darba ciklu, un3 ir salīdzinājuma izeja, un to var izmantot vairākos veidos. Vēl 4 (skaitļi 8, 9, 10, 11) ir brīvi tranzistoru kolektori un emitētāji ar maksimālo pieļaujamo slodzes strāvu 250 mA (nepārtrauktā režīmā ne vairāk kā 200 mA). Tos var savienot pa pāriem (9 līdz 10 un 8 līdz 11), lai darbinātu lieljaudas MOSFET ar strāvas ierobežojumu 500 mA (nepārtraukti ne vairāk kā 400 mA).
Kas ir TL494CN iekšējais elements? Tās diagramma ir parādīta zemāk esošajā attēlā.
Mikroshēmai ir iebūvēts atsauces sprieguma avots (ION) +5 V (Nr. 14). To parasti izmanto kā atsauces spriegumu (ar precizitāti ± 1%), kas tiek pielietots to ķēžu ieejām, kuras patērē ne vairāk kā 10 mA, piemēram, pie 13. kontaktdakšas pēc izvēles viena vai divtaktu darbības režīmā. mikroshēma: ja uz tā ir +5 V, tiek izvēlēts otrais režīms, ja uz tā ir barošanas sprieguma mīnuss - pirmais.
Zāģzoba sprieguma ģeneratora (GPN) frekvences regulēšanai tiek izmantots kondensators un rezistors, kas savienoti attiecīgi ar 5. un 6. tapām. Un, protams, mikroshēmai ir spailes barošanas avota plus un mīnusa pieslēgšanai (attiecīgi 12 un 7) diapazonā no 7 līdz 42 V.
Diagramma parāda, ka TL494CN ir vairākas iekšējās ierīces. To funkcionālā mērķa apraksts krievu valodā tiks sniegts tālāk materiāla prezentācijas gaitā.
Ievades termināļa funkcijas
Tāpat kā jebkuršcita elektroniska ierīce. Attiecīgajai mikroshēmai ir savas ieejas un izejas. Sāksim ar pirmo. Šo TL494CN tapu saraksts jau ir sniegts iepriekš. Tālāk tiks sniegts to funkcionālā mērķa apraksts krievu valodā ar detalizētiem paskaidrojumiem.
1. Izvade
Šī ir kļūdas pastiprinātāja 1 pozitīvā (neinvertējošā) ieeja. Ja spriegums uz tā ir zemāks par spriegumu uz kontakta 2, kļūdas pastiprinātāja 1 izeja būs zema. Ja tas ir augstāks nekā uz 2. kontakta, kļūdas pastiprinātāja 1 signāls kļūs augsts. Pastiprinātāja izeja būtībā atkārto pozitīvo ieeju, izmantojot 2. tapu kā atsauci. Tālāk tiks sīkāk aprakstītas kļūdu pastiprinātāju funkcijas.
2. secinājums
Šī ir kļūdas pastiprinātāja 1 negatīvā (invertējošā) ieeja. Ja šis kontakts ir augstāks par kontaktu 1, kļūdas pastiprinātāja 1 izeja būs zema. Ja spriegums uz šīs tapas ir zemāks par spriegumu uz kontakta 1, pastiprinātāja izeja būs augsta.
15. secinājums
Tas darbojas tieši tāpat kā 2. Bieži vien TL494CN netiek izmantots otrais kļūdas pastiprinātājs. Tās komutācijas ķēde šajā gadījumā satur 15. tapu, kas vienkārši savienota ar 14. (atsauces spriegums +5 V).
16. secinājums
Tas darbojas tāpat kā 1. Tas parasti tiek savienots ar kopējo 7, ja netiek izmantots otrais kļūdas pastiprinātājs. Ja kontaktdakša 15 ir pievienota +5 V un 16 ir pievienota kopējai, otrā pastiprinātāja izeja ir zema, un tāpēc tas neietekmē mikroshēmas darbību.
3. secinājums
Šī tapa un katrs iekšējais pastiprinātājs TL494CNsavienoti viens ar otru caur diodēm. Ja signāls pie kāda no tiem izejā mainās no zema uz augstu, tad ar numuru 3 tas arī kļūst augsts. Kad signāls uz šīs tapas pārsniedz 3,3 V, izejas impulsi izslēdzas (nulles darba cikls). Kad spriegums uz tā ir tuvu 0 V, impulsa ilgums ir maksimālais. No 0 līdz 3,3 V impulsa platums ir no 50% līdz 0% (katrai PWM kontrollera izejai - lielākajā daļā ierīču 9. un 10. tapām).
Ja nepieciešams, 3. tapu var izmantot kā ieejas signālu vai arī to var izmantot, lai nodrošinātu impulsa platuma maiņas ātruma slāpēšanu. Ja spriegums uz tā ir augsts (> ~ 3,5 V), nav iespējas iedarbināt UPS uz PWM kontrollera (no tā nebūs impulsu).
4. secinājums
Tas kontrolē izejas impulsu darba ciklu (ang. Dead-Time Control). Ja spriegums uz tā ir tuvu 0 V, mikroshēma varēs izvadīt gan minimālo iespējamo, gan maksimālo impulsa platumu (ko nosaka citi ieejas signāli). Ja šai tapai tiek pievienots aptuveni 1,5 V spriegums, izejas impulsa platums tiks ierobežots līdz 50% no tā maksimālā platuma (vai ~ 25% darba cikls push-pull PWM kontrollerim). Ja spriegums uz tā ir augsts (> ~ 3,5 V), nav iespējams iedarbināt UPS uz TL494CN. Tās komutācijas ķēde bieži satur Nr. 4, kas ir tieši savienota ar zemi.
Svarīgi atcerēties! Signālam pie kontaktiem 3 un 4 jābūt zem ~3,3 V. Ko darīt, ja tas ir tuvu, piemēram, +5 V? Kātad TL494CN uzvedīsies? Uz tā esošā sprieguma pārveidotāja ķēde neģenerēs impulsus, t.i. no UPS nebūs izejas sprieguma
5. secinājums
Kalpo, lai pievienotu laika kondensatoru Ct, un tā otrais kontakts ir savienots ar zemi. Kapacitātes vērtības parasti ir no 0,01 µF līdz 0,1 µF. Izmaiņas šī komponenta vērtībā izraisa izmaiņas GPN frekvencē un PWM kontrollera izejas impulsos. Parasti šeit tiek izmantoti augstas kvalitātes kondensatori ar ļoti zemu temperatūras koeficientu (ar ļoti nelielām kapacitātes izmaiņām līdz ar temperatūras izmaiņām).
6. secinājums
Lai pievienotu laika iestatīšanas rezistoru Rt, un tā otrais kontakts ir savienots ar zemi. Rt un Ct vērtības nosaka FPG frekvenci.
f=1, 1: (Rt x Ct)
7. secinājums
Tas savieno ar PWM kontrollera ierīces ķēdes kopējo vadu.
12. secinājums
Tas ir apzīmēts ar burtiem VCC. Tam ir pievienots TL494CN barošanas avota "pluss". Tās komutācijas ķēdē parasti ir Nr. 12, kas savienots ar strāvas padeves slēdzi. Daudzi UPS izmanto šo tapu, lai ieslēgtu un izslēgtu barošanu (un pašu UPS). Ja tam ir +12 V un Nr. 7 ir iezemēts, FPV un ION mikroshēmas darbosies.
13. secinājums
Šī ir darbības režīma ievade. Tās darbība ir aprakstīta iepriekš.
Izvades spaiļu funkcijas
Iepriekš tie bija norādīti TL494CN. Tālāk tiks sniegts to funkcionālā mērķa apraksts krievu valodā ar detalizētiem paskaidrojumiem.
8. secinājums
Par šoMikroshēmai ir 2 npn tranzistori, kas ir tās izvades atslēgas. Šī tapa ir tranzistora 1 kolektors, kas parasti ir savienots ar līdzstrāvas sprieguma avotu (12 V). Tomēr dažu ierīču shēmās tas tiek izmantots kā izeja, un uz tā var redzēt līkumu (kā arī uz Nr. 11).
9. secinājums
Šis ir 1. tranzistora emitētājs. Tas darbina lieljaudas UPS tranzistoru (vairumā gadījumu lauka efekts) push-pull ķēdē vai nu tieši, vai caur starptranzistoru.
10. izvade
Šis ir 2. tranzistora emitētājs. Viena cikla režīmā signāls uz tā ir tāds pats kā uz 9. No otras puses, tas ir zems, un otrādi. Lielākajā daļā ierīču signāli no attiecīgās mikroshēmas izejas tranzistoru slēdžu emitentiem iedarbina jaudīgus lauka efekta tranzistorus, kas tiek iedzīti ON stāvoklī, kad spriegums pie 9. un 10. tapām ir augsts (virs ~ 3,5 V, bet tas neattiecas uz 3,3 V līmeni Nr. 3 un 4).
11. secinājums
Šis ir 2. tranzistora kolektors, kas parasti savienots ar līdzstrāvas sprieguma avotu (+12 V).
Piezīme. TL494CN ierīcēs komutācijas ķēdē var būt gan 1. un 2. tranzistoru kolektori, gan emitētāji kā PWM kontrollera izvadi, lai gan otrā iespēja ir izplatītāka. Tomēr ir iespējas, kad tieši 8. un 11. tapas ir izvades. Ja ķēdē starp IC un FET atrodat nelielu transformatoru, izejas signāls, visticamāk, tiek ņemts no tiem.(no kolekcionāriem)
14. secinājums
Šī ir ION izvade, kas aprakstīta arī iepriekš.
Darba princips
Kā darbojas mikroshēma TL494CN? Mēs sniegsim tās darba kārtības aprakstu, pamatojoties uz Motorola, Inc. materiāliem. Impulsa platuma modulācijas izvade tiek panākta, salīdzinot pozitīvo zāģa zoba signālu no kondensatora Ct ar kādu no diviem vadības signāliem. Izvades tranzistori Q1 un Q2 ir NEDRĪGTI, lai tos atvērtu tikai tad, kad sprūda pulksteņa ieeja (C1) (sk. TL494CN funkciju diagrammu) ir zema.
Tātad, ja trigera ieejā C1 ir loģiskās vienības līmenis, tad izejas tranzistori ir slēgti abos darbības režīmos: viencikla un push-pull. Ja šajā ieejā ir pulksteņa signāls, tad push-pull režīmā tranzistors tiek atvērts pa vienam, kad pulksteņa impulsa pārtraukums tiek atslēgts uz sprūda. Viena cikla režīmā trigeris netiek izmantots, un abi izvades taustiņi tiek atvērti sinhroni.
Šis atvērtais stāvoklis (abos režīmos) ir iespējams tikai tajā FPV perioda daļā, kad zāģa zoba spriegums ir lielāks par vadības signāliem. Tādējādi vadības signāla lieluma palielināšanās vai samazināšanās izraisa attiecīgi lineāru sprieguma impulsu platuma palielināšanos vai samazināšanos mikroshēmas izejās.
Kā vadības signālus var izmantot spriegumu no 4. kontakta (nāves laika kontrole), kļūdu pastiprinātāja ieejas vai atgriezeniskās saites signāla ieeju no 3. kontakta.
Pirmie soļi darbā ar mikroshēmu
Pirms darīšanasjebkuru noderīgu ierīci, ieteicams uzzināt, kā darbojas TL494CN. Kā pārbaudīt, vai tas darbojas?
Paņemiet savu maizes dēli, ievietojiet tajā IC un pievienojiet vadus saskaņā ar zemāk redzamo shēmu.
Ja viss ir pareizi pievienots, ķēde darbosies. Neatstājiet 3. un 4. tapas brīvas. Izmantojiet savu osciloskopu, lai pārbaudītu FPV darbību - 6. tapā jums vajadzētu redzēt zāģa zoba spriegumu. Izvadi būs nulle. Kā noteikt to veiktspēju TL494CN. To var pārbaudīt šādi:
- Savienojiet atgriezeniskās saites izvadi (3) un nedzīvā laika kontroles izvadi (4) ar zemējumu (7).
- Tagad jums vajadzētu noteikt kvadrātveida vilni IC izejās.
Kā pastiprināt izejas signālu?
TL494CN izvadei ir diezgan zema strāva, un jūs noteikti vēlaties vairāk jaudas. Tādējādi mums jāpievieno daži spēcīgi tranzistori. Visvieglāk lietojamie (un ļoti vienkārši dabūt - no vecas datora mātesplates) ir n-kanālu jaudas MOSFET. Tajā pašā laikā mums ir jāapgriež TL494CN izeja, jo, ja tam pievienosim n-kanālu MOSFET, tad, ja mikroshēmas izejā nav impulsa, tas būs atvērts līdzstrāvas plūsmai. Šajā gadījumā MOSFET var vienkārši izdegt… Tāpēc mēs izņemam universālo npn tranzistoru un savienojam to saskaņā ar zemāk redzamo shēmu.
Spēcīgs MOSFET šajāķēde tiek pasīvi kontrolēta. Tas nav ļoti labi, bet testēšanas nolūkos un maza jauda ir diezgan piemērots. R1 ķēdē ir npn tranzistora slodze. Izvēlieties to atbilstoši kolektora maksimāli pieļaujamajai strāvai. R2 apzīmē mūsu jaudas posma slodzi. Turpmākajos eksperimentos tas tiks aizstāts ar transformatoru.
Ja tagad ar osciloskopu skatāmies uz signālu mikroshēmas 6. tapā, mēs redzēsim “zāģi”. Uz 8 (K1) joprojām varat redzēt kvadrātveida viļņu impulsus un uz MOSFET izteces tādas pašas formas impulsus, bet lielākus.
Kā paaugstināt izejas spriegumu?
Tagad paaugstināsim spriegumu ar TL494CN. Komutācijas un elektroinstalācijas shēma ir tāda pati - uz maizes dēļa. Protams, jūs nevarat iegūt pietiekami augstu spriegumu, jo īpaši tāpēc, ka jaudas MOSFET nav siltuma izlietnes. Tomēr pievienojiet nelielu transformatoru izejas stadijai saskaņā ar šo shēmu.
Transformatora primārais tinums satur 10 apgriezienus. Sekundārais tinums satur apmēram 100 apgriezienus. Tādējādi transformācijas koeficients ir 10. Ja primārajam pieliekat 10 V, izejā vajadzētu iegūt apmēram 100 V. Kodols ir izgatavots no ferīta. Varat izmantot kādu vidēja izmēra serdi no datora barošanas avota transformatora.
Esiet piesardzīgs, transformatora izvadei ir augsts spriegums. Strāva ir ļoti vāja un jūs nenogalinās. Bet jūs varat iegūt labu sitienu. Vēl viens apdraudējums ir, ja instalējat lielukondensators pie izejas, tas uzkrās lielu lādiņu. Tāpēc pēc ķēdes izslēgšanas to vajadzētu izlādēt.
Pie ķēdes izejas varat ieslēgt jebkuru indikatoru, piemēram, spuldzi, kā parādīts tālāk esošajā fotoattēlā.
Tas darbojas ar līdzstrāvas spriegumu, un, lai iedegtos, ir nepieciešams aptuveni 160 V. (Visas ierīces strāvas padeve ir aptuveni 15 V - par vienu pakāpi mazāka.)
Transformatora izejas ķēde tiek plaši izmantota jebkurā UPS, tostarp datoru barošanas blokos. Šajās ierīcēs pirmais transformators, kas caur tranzistora slēdžiem savienots ar PWM kontrollera izejām, kalpo, lai galvaniski izolētu ķēdes zemsprieguma daļu, kurā ietilpst TL494CN, no tās augstsprieguma daļas, kurā ir tīkla spriegums. transformators.
Sprieguma regulators
Parasti mājās ražotās mazās elektroniskās ierīcēs strāvu nodrošina tipisks PC UPS, kas izgatavots uz TL494CN. Personālā datora barošanas ķēde ir labi zināma, un paši bloki ir viegli pieejami, jo miljoniem veco datoru katru gadu tiek iznīcināti vai pārdoti kā rezerves daļas. Bet parasti šie UPS nerada spriegumu, kas lielāks par 12 V. Tas ir pārāk maz mainīgas frekvences piedziņai. Protams, varētu mēģināt izmantot 25 V pārsprieguma PC UPS, taču to būtu grūti atrast, un pārāk daudz jaudas tiktu izkliedēts pie 5 V loģiskajos vārtos.
Tomēr ar TL494 (vai analogiem) varat izveidot jebkuras shēmas ar piekļuvi palielinātai jaudai un spriegumam. Izmantojot tipiskas daļas no datora UPS un lieljaudas MOStranzistori no mātesplates, jūs varat izveidot PWM sprieguma regulatoru uz TL494CN. Pārveidotāja ķēde ir parādīta zemāk esošajā attēlā.
Uz tā var redzēt mikroshēmas komutācijas ķēdi un izejas pakāpi uz diviem tranzistoriem: universālā npn- un jaudīgā MOS.
Galvenās daļas: T1, Q1, L1, D1. Bipolāro T1 izmanto, lai vadītu jaudas MOSFET, kas savienots vienkāršotā veidā, ts. "pasīvs". L1 ir induktors no vecā HP printera (apmēram 50 apgriezieni, 1 cm augsts, 0,5 cm plats ar tinumiem, atvērts drosele). D1 ir Šotkija diode no citas ierīces. TL494 ir savienots alternatīvā veidā nekā iepriekš, lai gan var izmantot jebkuru no tiem.
C8 ir maza kapacitāte, lai novērstu trokšņa iekļūšanu kļūdas pastiprinātāja ieejā, vērtība 0,01 uF būs vairāk vai mazāk normāla. Lielākas vērtības palēninās vēlamā sprieguma iestatīšanu.
C6 ir vēl mazāks kondensators, to izmanto augstfrekvences trokšņu filtrēšanai. Tā ietilpība ir līdz pat vairākiem simtiem pikofaradu.
