Hakkuriteholähteet (UPS) ovat hyvin yleisiä. Nyt käyttämässäsi tietokoneessa on monijännite-UPS (+12, -12, +5, -5 ja +3,3 V vähintään). Lähes kaikissa tällaisissa lohkoissa on erityinen PWM-ohjainpiiri, yleensä TL494CN-tyyppinen. Sen analogi on kotimainen mikropiiri M1114EU4 (KR1114EU4).
Tuottajat
Tarkasteltavana oleva mikropiiri kuuluu yleisimpien ja laajimmin käytettyjen integroitujen elektronisten piirien luetteloon. Sen edeltäjä oli Unitrode UC38xx -sarja PWM-ohjaimia. Vuonna 1999 Texas Instruments osti tämän yrityksen, ja siitä lähtien näiden ohjaimien linjan kehitys on alkanut, mikä on johtanut luomiseen 2000-luvun alussa. TL494-sarjan sirut. Edellä jo mainittujen UPS-laitteiden lisäksi niitä löytyy tasajännitesäätimistä, ohjatuista taajuusmuuttajista, pehmokäynnistimistä, eli kaikki alta, missä PWM-ohjausta käytetään.
Tämän sirun kloonaaneiden yritysten joukossa on sellaisia maailmankuuluja tuotemerkkejä kuin Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. He kaikki antavat yksityiskohtaisen kuvauksen tuotteistaan, niin sanotun TL494CN-tietolomakkeen.
Dokumentaatio
Eri valmistajien kyseessä olevan mikropiirityypin kuvausten analyysi osoittaa sen ominaisuuksien käytännön identiteetin. Eri yritysten antamat tiedot ovat lähes samat. Lisäksi Motorola, Inc:n ja ON Semiconductorin k altaisten tuotemerkkien TL494CN-tietolehti toistaa toisiaan rakenteessa, kuvissa, taulukoissa ja kaavioissa. Texas Instrumentsin materiaalin esitys eroaa hieman heistä, mutta huolellisen tutkimisen jälkeen käy selväksi, että kyseessä on identtinen tuote.
TL494CN-sirun määritys
Aloitetaan perinteisesti kuvailla sitä tarkoituksella ja sisäisten laitteiden luettelolla. Se on kiinteätaajuinen PWM-ohjain, joka on suunniteltu ensisijaisesti UPS-sovelluksiin ja sisältää seuraavat laitteet:
- sahajännitegeneraattori (SPG);
- virhevahvistimet;
- viitejännitteen (viite) lähde +5 V;
- kuolleen ajan säätöpiiri;
- lähtötransistorikytkimet virralle 500 mA asti;
- kaavio yksitahti- tai kaksitahtisen toiminnan valitsemiseksi.
Rajat
Kuten minkä tahansa muun mikropiirin, TL494CN:n kuvauksen tulee sisältää luettelo suurimmista sallituista suorituskykyominaisuuksista. Esitetään ne Motorola, Inc:n tietojen perusteella:
- Virtalähde: 42 V.
- Keräimen jännitelähtötransistori: 42 V.
- Lähtötransistorin kollektorin virta: 500 mA.
- Vahvistimen tulojännitealue: -0,3 V - +42 V.
- Tehonhäviö (lämpötilassa t< 45°C): 1000mW.
- Säilytyslämpötila-alue: -55 - +125°C.
- Ympäristön käyttölämpötila-alue: 0 - +70 °С.
On huomattava, että TL494IN-sirun parametri 7 on hieman leveämpi: -25 - +85 °С.
TL494CN-sirun suunnittelu
Sen tapauksen päätelmien venäjänkielinen kuvaus on alla olevassa kuvassa.
Mikropiiri on sijoitettu muoviseen (tämä on merkitty kirjaimella N sen nimen lopussa) 16-napaiseen pakkaukseen pdp-tyyppisillä johtimilla.
Sen ulkonäkö näkyy alla olevassa valokuvassa.
TL494CN: toimintakaavio
Tämän mikropiirin tehtävänä on siis pulssinleveysmodulointi (PWM tai englantilainen pulssinleveysmoduloitu (PWM)) sekä säädetyissä että säätelemättömissä UPS:issä generoitujen jännitepulssien avulla. Ensimmäisen tyypin virtalähteissä pulssin kestoalue saavuttaa pääsääntöisesti suurimman mahdollisen arvon (~ 48 % jokaisesta lähdöstä push-pull-piireissä, joita käytetään laaj alti auton audiovahvistimien virransyöttöön).
TL494CN-sirussa on yhteensä 6 lähtönastaa, joista 4 (1, 2, 15, 16) ovat sisäisten virhevahvistimien tuloja, joita käytetään suojaamaan UPS:ää virroilta ja mahdollisilta ylikuormituksilta. Pin 4 on syötesignaali 0 - 3 V ulostulon suorakulmaisten pulssien toimintasuhteen säätämiseksi, ja3 on vertailijan lähtö ja sitä voidaan käyttää useilla tavoilla. Toiset 4 (numerot 8, 9, 10, 11) ovat vapaita transistorien keräilijöitä ja emittereitä, joiden suurin sallittu kuormitusvirta on 250 mA (jatkuvassa tilassa enintään 200 mA). Ne voidaan kytkeä pareittain (9 - 10 ja 8 - 11) ohjaamaan suuritehoisia MOSFETejä, joiden virtaraja on 500 mA (max. 400 mA jatkuva).
Mikä on TL494CN:n sisäosat? Sen kaavio näkyy alla olevassa kuvassa.
Mikropiirissä on sisäänrakennettu referenssijännitelähde (ION) +5 V (nro 14). Sitä käytetään yleensä vertailujännitteenä (tarkkuudella ± 1 %), joka syötetään enintään 10 mA:n energiaa kuluttavien piirien tuloihin, esimerkiksi nastaan 13, joka valitaan yksi- tai kaksitahtisesta toiminnasta. mikropiiri: jos siinä on +5 V, valitaan toinen tila, jos siinä on syöttöjännitteen miinus - ensimmäinen.
Sahahammasjännitegeneraattorin (GPN) taajuuden säätämiseen käytetään kondensaattoria ja vastusta, jotka on kytketty nastoihin 5 ja 6. Ja tietysti mikropiirissä on liittimet virtalähteen plus- ja miinusliitäntöjen kytkemiseksi (numerot 12 ja 7, vastaavasti) välillä 7 - 42 V.
Kaavio osoittaa, että TL494CN:ssä on useita sisäisiä laitteita. Venäjänkielinen kuvaus niiden toiminnallisesta tarkoituksesta annetaan alla materiaalin esittelyn yhteydessä.
Tuloliittimen toiminnot
Kuten mikä tahansamuu elektroninen laite. Kyseisellä mikropiirillä on omat tulot ja lähdöt. Aloitamme ensimmäisestä. Luettelo näistä TL494CN-nastoista on jo annettu yllä. Alla on venäjänkielinen kuvaus niiden toiminnallisesta tarkoituksesta yksityiskohtaisten selitysten kera.
Tulostulo 1
Tämä on virhevahvistimen 1 positiivinen (ei-invertoiva) tulo. Jos sen jännite on pienempi kuin nastan 2 jännite, virhevahvistimen 1 lähtö on alhainen. Jos se on korkeampi kuin nastassa 2, virhevahvistimen 1 signaali nousee korkeaksi. Vahvistimen lähtö olennaisesti toistaa positiivisen tulon käyttämällä nastaa 2 referenssinä. Virhevahvistimien toiminnot kuvataan tarkemmin alla.
Johtopäätös 2
Tämä on virhevahvistimen 1 negatiivinen (invertoiva) tulo. Jos tämä nasta on suurempi kuin nasta 1, virhevahvistimen 1 lähtö on alhainen. Jos tämän nastan jännite on pienempi kuin nastan 1 jännite, vahvistimen lähtö on korkea.
Johtopäätös 15
Se toimii täsmälleen samalla tavalla kuin2. Usein toista virhevahvistinta ei käytetä TL494CN:ssä. Sen kytkentäpiiri sisältää tässä tapauksessa nastan 15, joka on yksinkertaisesti kytkettynä 14:een (viitejännite +5 V).
Johtopäätös 16
Se toimii samoin kuin 1. Se kytketään yleensä yhteiseen 7, kun toista virhevahvistinta ei käytetä. Kun nasta 15 on kytketty +5 V:iin ja 16 on yhdistetty yhteiseen, toisen vahvistimen lähtö on alhainen eikä sillä siksi ole vaikutusta sirun toimintaan.
Johtopäätös 3
Tämä nasta ja jokainen sisäinen vahvistin TL494CNkytketty toisiinsa diodien kautta. Jos signaali minkä tahansa niistä lähdössä muuttuu matalasta korkeaksi, numerossa 3 se myös nousee korkeaksi. Kun tämän nastan signaali ylittää 3,3 V, lähtöpulssit sammuvat (nolla käyttösuhde). Kun sen jännite on lähellä 0 V, pulssin kesto on maksimi. Välillä 0–3,3 V pulssin leveys on 50–0 % (jokaiselle PWM-ohjaimen ulostulolle - nastoissa 9 ja 10 useimmissa laitteissa).
Tarvittaessa nastaa 3 voidaan käyttää tulosignaalina tai sitä voidaan käyttää vaimentamaan pulssinleveyden muutosnopeutta. Jos sen jännite on korkea (> ~ 3,5 V), PWM-ohjaimen UPS:ää ei voi käynnistää (sitä ei tule pulsseja).
Johtopäätös 4
Se ohjaa lähtöpulssien toimintajaksoa (eng. Dead-Time Control). Jos sen jännite on lähellä 0 V, mikropiiri pystyy antamaan sekä pienimmän mahdollisen että suurimman pulssileveyden (joka asetetaan muilla tulosignaaleilla). Jos tähän nastaan syötetään noin 1,5 V:n jännite, lähtöpulssin leveys rajoitetaan 50 prosenttiin sen maksimileveydestä (tai ~25 %:iin push-pull PWM-ohjaimella). Jos sen jännite on korkea (> ~ 3,5 V), UPS:ää ei voi käynnistää TL494CN:ssä. Sen kytkentäpiiri sisältää usein numeron 4, joka on kytketty suoraan maahan.
Tärkeää muistaa! Napojen 3 ja 4 signaalin pitäisi olla alle ~3,3 V. Entä jos se on lähellä esimerkiksi +5 V? Mitensitten TL494CN käyttäytyy? Sen jännitteenmuunninpiiri ei tuota pulsseja, ts. UPS:sta ei tule lähtöjännitettä
Johtopäätös 5
Kytkee ajoituskondensaattorin Ct, ja sen toinen kosketin on kytketty maahan. Kapasitanssiarvot ovat tyypillisesti 0,01 µF - 0,1 µF. Muutokset tämän komponentin arvossa johtavat muutokseen GPN:n taajuudessa ja PWM-ohjaimen lähtöpulsseissa. Yleensä tässä käytetään korkealaatuisia kondensaattoreita, joilla on erittäin alhainen lämpötilakerroin (jolla kapasitanssi muuttuu hyvin vähän lämpötilan muutoksen myötä).
Johtopäätös 6
Ajanasetusvastuksen Rt kytkemiseksi ja sen toinen kosketin kytketään maahan. Rt- ja Ct-arvot määrittävät FPG:n taajuuden.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Johtopäätös 7
Se liitetään PWM-ohjaimen laitepiirin yhteiseen johtoon.
Johtopäätös 12
Se on merkitty kirjaimilla VCC. TL494CN-virtalähteen "plus" on kytketty siihen. Sen kytkentäpiiri sisältää yleensä virransyöttökytkimeen kytketyn nro 12:n. Monet UPS:t käyttävät tätä nastaa virran (ja itse UPS:n) kytkemiseen päälle ja pois. Jos siinä on +12 V ja nro 7 on maadoitettu, FPV- ja ION-sirut toimivat.
Johtopäätös 13
Tämä on toimintatilan tulo. Sen toiminta on kuvattu yllä.
Lähtöliittimien toiminnot
Yllä ne oli listattu hintaan TL494CN. Alla on venäjänkielinen kuvaus niiden toiminnallisesta tarkoituksesta yksityiskohtaisten selitysten kera.
Johtopäätös 8
TästäSirussa on 2 npn-transistoria, jotka ovat sen lähtönäppäimiä. Tämä nasta on transistorin 1 kollektori, joka on yleensä kytketty tasajännitelähteeseen (12 V). Joidenkin laitteiden piireissä sitä kuitenkin käytetään ulostulona, ja siinä näkyy meander (samoin kuin numerossa 11).
Johtopäätös 9
Tämä on transistorin 1 emitteri. Se ohjaa suuritehoista UPS-transistoria (useimmissa tapauksissa kenttävaikutus) push-pull-piirissä joko suoraan tai välitransistorin kautta.
Tulostulo 10
Tämä on transistorin 2 emitteri. Yksitahtitilassa sen signaali on sama kuin kohdassa 9. toisa alta se on matala ja päinvastoin. Useimmissa laitteissa kyseisen mikropiirin lähtötransistorikytkimien emitterien signaalit ohjaavat voimakkaita kenttätransistoreja, jotka ohjataan ON-tilaan, kun jännite nastoissa 9 ja 10 on korkea (yli ~ 3,5 V, mutta se ei viittaa 3,3 V:n tasoon numeroissa 3 ja 4).
Johtopäätös 11
Tämä on transistorin 2 kollektori, joka on yleensä kytketty tasajännitelähteeseen (+12V).
Huomautus: TL494CN:n laitteissa kytkentäpiiri voi sisältää sekä transistorien 1 ja 2 kollektorit että emitterit PWM-ohjaimen lähtöinä, vaikka toinen vaihtoehto on yleisempi. On kuitenkin vaihtoehtoja, kun tarkalleen nastat 8 ja 11 ovat lähtöjä. Jos löydät pienen muuntajan IC:n ja FETien välisestä piiristä, lähtösignaali on todennäköisesti otettu niistä.(keräilijöiltä)
Johtopäätös 14
Tämä on ION-lähtö, myös edellä kuvattu.
Toimintaperiaate
Kuinka TL494CN-siru toimii? Annamme kuvauksen sen työjärjestyksestä Motorola, Inc:n materiaalien perusteella. Pulssinleveysmodulaation lähtö saadaan vertaamalla kondensaattorin Ct positiivista sahanhammassignaalia jompaankumpaan kahdesta ohjaussignaalista. Lähtötransistorit Q1 ja Q2 on NOR-portattu avaamaan ne vain, kun liipaisukellotulo (C1) (katso TL494CN:n toimintokaavio) laskee alas.
Jos liipaisimen tulossa C1 on loogisen yksikön taso, niin lähtötransistorit ovat kiinni molemmissa toimintatavoissa: yksitahti- ja push-pull. Jos tässä sisääntulossa on kellosignaali, niin push-pull-tilassa transistori avautuu yksitellen kellopulssin katkaisun saapuessa liipaisuun. Yksijaksoisessa tilassa liipaisinta ei käytetä, ja molemmat lähtönäppäimet avautuvat synkronisesti.
Tämä avoin tila (molemmissa tiloissa) on mahdollista vain siinä FPV-jakson osassa, jolloin sahanhammasjännite on suurempi kuin ohjaussignaalit. Siten ohjaussignaalin suuruuden kasvu tai pieneneminen aiheuttaa vastaavasti jännitepulssien leveyden lineaarisen lisäyksen tai pienenemisen mikropiirin lähdöissä.
Ohjaussignaaleina voidaan käyttää jännitettä nastasta 4 (kuollut aikaohjaus), virhevahvistimen tuloja tai takaisinkytkentäsignaalituloa nastasta 3.
Ensimmäiset vaiheet mikropiirin kanssa työskentelyssä
Ennen kuin teetMitä tahansa hyödyllistä laitetta, on suositeltavaa oppia kuinka TL494CN toimii. Kuinka tarkistaa, toimiiko se?
Ota leipälautasi, aseta IC siihen ja liitä johdot alla olevan kaavion mukaisesti.
Jos kaikki on kytketty oikein, piiri toimii. Älä jätä nastat 3 ja 4 vapaiksi. Käytä oskilloskooppiasi FPV:n toiminnan tarkistamiseen - nastassa 6 sinun pitäisi nähdä sahanhammasjännite. Ulostulot ovat nolla. Kuinka määrittää niiden suorituskyky TL494CN:ssä. Sen voi tarkistaa näin:
- Kytke takaisinkytkentälähtö (3) ja kuolleen ajan ohjauslähtö (4) maahan (7).
- Nyt sinun pitäisi havaita neliöa alto IC:n lähdöissä.
Kuinka vahvistaa lähtösignaalia?
TL494CN:n lähtövirta on melko pieni, ja haluat varmasti lisää tehoa. Siksi meidän on lisättävä joitain tehokkaita transistoreita. Helpoimpia käyttää (ja erittäin helppoja saada - vanh alta tietokoneen emolevyltä) ovat n-kanavaiset teho-MOSFETit. Samanaikaisesti meidän on käännettävä TL494CN:n lähtö, koska jos yhdistämme siihen n-kanavaisen MOSFETin, niin jos mikropiirin lähdössä ei ole pulssia, se on avoin tasavirtavirtaukselle. Tässä tapauksessa MOSFET voi yksinkertaisesti palaa loppuun … Joten poistamme yleisen npn-transistorin ja kytkemme sen alla olevan kaavion mukaisesti.
Tehokas MOSFET tässäpiiri on passiivisesti ohjattu. Tämä ei ole kovin hyvä, mutta testaustarkoituksiin ja pieneen tehoon se on varsin sopiva. Piirin R1 on npn-transistorin kuorma. Valitse se kollektorin suurimman sallitun virran mukaan. R2 edustaa tehoasteemme kuormitusta. Seuraavissa kokeissa se korvataan muuntajalla.
Jos nyt katsomme signaalia mikropiirin nastassa 6 oskilloskoopilla, näemme "sahan". Kohdassa 8 (K1) näet edelleen neliöa altopulsseja ja MOSFET-pulssien nielussa samanmuotoisia, mutta suurempia pulsseja.
Kuinka nostaa lähtöjännitettä?
Nostetaan nyt jännitettä TL494CN:llä. Kytkentä- ja kytkentäkaavio on sama - koepalevyllä. Riittävän korkeaa jännitettä siihen ei tietenkään saa, varsinkin kun teho-MOSFETeissä ei ole jäähdytyselementtiä. Liitä kuitenkin pieni muuntaja pääteasteeseen tämän kaavion mukaisesti.
Muuntajan ensiökäämissä on 10 kierrosta. Toisiokäämi sisältää noin 100 kierrosta. Siten muunnossuhde on 10. Jos syötät 10 V ensiövirtaan, sinun pitäisi saada noin 100 V lähtöön. Ydin on valmistettu ferriitistä. Voit käyttää keskikokoista sydäntä PC-virtalähteen muuntajasta.
Ole varovainen, muuntajan ulostulossa on korkea jännite. Virta on hyvin alhainen eikä tapa sinua. Mutta voit saada hyvän osuman. Toinen vaara on, jos asennat suurenkondensaattori lähdössä, se kerää suuren latauksen. Siksi virtapiirin sammuttamisen jälkeen se tulee purkaa.
Voit kytkeä virtapiirin ulostulossa minkä tahansa merkkivalon, kuten hehkulampun, kuten alla olevassa kuvassa.
Se toimii tasajännitteellä ja tarvitsee noin 160 V syttyäkseen. (Koko laitteen virtalähde on noin 15 V - suuruusluokkaa pienempi.)
Muuntajan lähtöpiiriä käytetään laaj alti kaikissa UPS:issa, myös PC-virtalähteissä. Näissä laitteissa ensimmäinen muuntaja, joka on kytketty transistorikytkimien kautta PWM-ohjaimen lähtöihin, eristää galvaanisesti piirin pienjänniteosan, joka sisältää TL494CN:n, suurjänniteosasta, joka sisältää verkkojännitteen. muuntaja.
Jännisäädin
Kotitekoisissa pienissä elektroniikkalaitteissa virran saa pääsääntöisesti tyypillisestä PC UPS:stä, joka on valmistettu TL494CN:stä. PC:n virtalähdepiiri tunnetaan hyvin, ja itse lohkot ovat helposti saavutettavissa, sillä miljoonia vanhoja PC:itä hävitetään vuosittain tai myydään varaosiksi. Mutta yleensä nämä UPS:t eivät tuota yli 12 V:n jännitettä. Tämä on liian vähän taajuusmuuttajalle. Tietysti voitaisiin yrittää käyttää 25 V:n ylijännitteistä PC-UPS-laitetta, mutta sitä olisi vaikea löytää ja liikaa virtaa haihduttaisi 5 V:lla logiikkaporteissa.
Kuitenkin TL494:ssä (tai analogeissa) voit rakentaa mitä tahansa piirejä, joilla on pääsy lisääntyneeseen tehoon ja jännitteeseen. Käyttää tyypillisiä PC UPS:n ja suuritehoisen MOS:n osiaTransistorit emolevyltä, voit rakentaa PWM-jännitteensäätimen TL494CN:ään. Muuntimen piiri näkyy alla olevassa kuvassa.
Siellä näet mikropiirin kytkentäpiirin ja lähtöasteen kahdessa transistorissa: yleiskäyttöinen npn- ja tehokas MOS.
Pääosat: T1, Q1, L1, D1. Bipolaarisella T1:llä ohjataan teho-MOSFETiä, joka on kytketty yksinkertaistetulla tavalla, ns. "passiivinen". L1 on vanhan HP:n tulostimen kela (noin 50 kierrosta, 1 cm korkea, 0,5 cm leveä käämityksellä, avoin kuristin). D1 on Schottky-diodi toisesta laitteesta. TL494 on kytketty vaihtoehtoisella tavalla kuin yllä, vaikka kumpaa tahansa voidaan käyttää.
C8 on pieni kapasitanssi, joka estää kohinan pääsyn virhevahvistimen sisääntuloon, arvo 0,01uF on enemmän tai vähemmän normaali. Suuremmat arvot hidastavat halutun jännitteen asetusta.
C6 on vielä pienempi kondensaattori, sitä käytetään korkeataajuisen kohinan suodattamiseen. Sen kapasiteetti on jopa useita satoja pikofaradia.
