Napajalniki s preklopnim načinom (UPS) so zelo pogosti. Računalnik, ki ga zdaj uporabljate, ima večnapetostni UPS (najmanj +12, -12, +5, -5 in +3,3 V). Skoraj vsi takšni bloki imajo poseben čip krmilnika PWM, običajno tipa TL494CN. Njegov analog je domače mikrovezje M1114EU4 (KR1114EU4).
Proizvajalci
Obravnavano mikrovezje spada na seznam najpogostejših in najpogosteje uporabljenih integriranih elektronskih vezij. Njegov predhodnik je bila serija krmilnikov PWM Unitrode UC38xx. Leta 1999 je to podjetje kupil Texas Instruments, od takrat pa se je začel razvoj linije teh krmilnikov, ki je pripeljal do nastanka v zgodnjih 2000-ih. Čipi serije TL494. Poleg že omenjenih UPS-jev jih je mogoče najti v regulatorjih enosmerne napetosti, v krmiljenih pogonih, v mehkih zaganjalnikih, z eno besedo, kjer koli se uporablja PWM krmiljenje.
Med podjetji, ki so klonirala ta čip, so tako svetovno znane blagovne znamke, kot so Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Vsi dajejo podroben opis svojih izdelkov, tako imenovani podatkovni list TL494CN.
Dokumentacija
Analiza opisov obravnavanega tipa mikrovezja različnih proizvajalcev kaže praktično identiteto njegovih značilnosti. Količina informacij, ki jih dajejo različna podjetja, je skoraj enaka. Poleg tega se podatkovni list TL494CN blagovnih znamk, kot sta Motorola, Inc in ON Semiconductor, ponavlja v svoji strukturi, slikah, tabelah in grafih. Predstavitev gradiva podjetja Texas Instruments je nekoliko drugačna od njih, vendar ob natančnem preučevanju postane jasno, da je mišljen enak izdelek.
Dodelitev čipa TL494CN
Začnimo tradicionalno opisovati z namenom in seznamom notranjih naprav. Je PWM krmilnik s fiksno frekvenco, zasnovan predvsem za aplikacije UPS, ki vsebuje naslednje naprave:
- napetostni generator (SPG);
- ojačevalniki napak;
- vir referenčne (referenčne) napetosti +5 V;
- krog za nastavitev mrtvega časa;
- izhodna tranzistorska stikala za tok do 500 mA;
- shema za izbiro enotaktnega ali dvotaktnega delovanja.
Omejitve
Kot vsako drugo mikrovezje mora tudi opis TL494CN vsebovati seznam največjih dovoljenih lastnosti delovanja. Dajmo jih na podlagi podatkov družbe Motorola, Inc:
- Napajanje: 42 V.
- Napetost kolektorjaizhodni tranzistor: 42 V.
- Izhodni kolektorski tok tranzistorja: 500 mA.
- Razpon vhodne napetosti ojačevalnika: -0,3V do +42V.
- Odvajanje moči (pri t< 45°C): 1000 mW.
- Temperaturno območje shranjevanja: -55 do +125°C.
- Območje delovne temperature okolice: od 0 do +70 °С.
Upoštevati je treba, da je parameter 7 za čip TL494IN nekoliko širši: od -25 do +85 °С.
TL494CN dizajn čipa
Opis zaključkov primera v ruščini je prikazan na spodnji sliki.
Mikrovezje je nameščeno v plastičnem (to je označeno s črko N na koncu njegove oznake) 16-pinski ohišje s kabli tipa pdp.
Njegov videz je prikazan na spodnji fotografiji.
TL494CN: funkcionalni diagram
Torej, naloga tega mikrovezja je impulzno-širinska modulacija (PWM ali angleško Pulse Width Modulated (PWM)) napetostnih impulzov, ki nastanejo znotraj reguliranih in nereguliranih UPS. Pri napajalnikih prve vrste obseg trajanja impulza praviloma doseže največjo možno vrednost (~ 48% za vsak izhod v potisno-povlečnih vezjih, ki se pogosto uporabljajo za napajanje avtomobilskih avdio ojačevalcev).
Čip TL494CN ima skupno 6 izhodnih zatičev, od katerih so 4 (1, 2, 15, 16) vhodi notranjih ojačevalcev napak, ki se uporabljajo za zaščito UPS-a pred tokovnimi in potencialnimi preobremenitvami. Pin 4 je vhodsignal od 0 do 3 V za prilagoditev obratovalnega cikla izhodnih pravokotnih impulzov,3 pa je izhod primerjalnika in se lahko uporablja na več načinov. Drugi 4 (številke 8, 9, 10, 11) so prosti kolektorji in oddajniki tranzistorjev z največjim dovoljenim obremenitvenim tokom 250 mA (v neprekinjenem načinu ne več kot 200 mA). Lahko jih povežemo v parih (9 do 10 in 8 do 11) za pogon MOSFET-ov velike moči z mejo toka 500 mA (maks. 400 mA neprekinjeno).
Kaj je notranjost TL494CN? Njegov diagram je prikazan na spodnji sliki.
Mikrovezje ima vgrajen vir referenčne napetosti (ION) +5 V (št. 14). Običajno se uporablja kot referenčna napetost (z natančnostjo ± 1%), ki se uporablja za vhode vezij, ki ne porabijo več kot 10 mA, na primer za pin 13 po izbiri eno- ali dvotaktnega delovanja mikrovezje: če je na njem +5 V, je izbran drugi način, če je na njem minus napajalne napetosti - prvi.
Za nastavitev frekvence generatorja žagaste napetosti (GPN) se uporabljata kondenzator in upor, ki sta priključena na nožice 5 oziroma 6. In seveda ima mikrovezje sponke za priključitev plusa in minusa vira napajanja (številki 12 oziroma 7) v območju od 7 do 42 V.
Diagram kaže, da je v TL494CN več notranjih naprav. Opis njihovega funkcionalnega namena v ruščini bo podan spodaj med predstavitvijo gradiva.
funkcije vhodnih terminalov
Kot kateri kolidruga elektronska naprava. Zadevno mikrovezje ima lastne vhode in izhode. Začeli bomo s prvim. Seznam teh zatičev TL494CN je bil že podan zgoraj. Spodaj bo podan opis v ruščini njihovega funkcionalnega namena s podrobnimi pojasnili.
Izhod 1
To je pozitivni (neinvertirajoči) vhod ojačevalnika napak 1. Če je napetost na njem nižja od napetosti na nožici 2, bo izhod ojačevalnika napak 1 nizek. Če je višji kot na pinu 2, bo signal ojačevalnika napake 1 visok. Izhod ojačevalnika v bistvu podvaja pozitivni vhod z uporabo nožice 2 kot reference. Funkcije ojačevalcev napak bodo podrobneje opisane spodaj.
zaključek 2
To je negativni (inverzni) vhod ojačevalnika napak 1. Če je ta pin višji od nožice 1, bo izhod ojačevalnika napak 1 nizek. Če je napetost na tem zatiču nižja od napetosti na zatiču 1, bo izhod ojačevalnika visok.
Sklep 15
Deluje popolnoma enako kot 2. Pogosto se drugi ojačevalnik napak ne uporablja v TL494CN. Njegovo preklopno vezje v tem primeru vsebuje pin 15, preprosto povezan s 14. (referenčna napetost +5 V).
Sklep 16
Deluje enako kot 1. Običajno je povezan s skupnim 7, ko se drugi ojačevalnik napak ne uporablja. Ko je pin 15 priključen na +5V in 16 priključen na skupno, je izhod drugega ojačevalnika nizek in zato ne vpliva na delovanje čipa.
zaključek 3
Ta zatič in vsak notranji ojačevalnik TL494CNpovezani med seboj preko diod. Če se signal na izhodu katerega koli od njih spremeni iz nizkega v visoko, potem pri številki 3 postane tudi visok. Ko signal na tem pinu preseže 3,3 V, se izhodni impulzi izklopijo (ničelni delovni cikel). Ko je napetost na njem blizu 0 V, je trajanje impulza največje. Med 0 in 3,3 V je širina impulza od 50% do 0% (za vsak izhod PWM krmilnika - na nožicah 9 in 10 na večini naprav).
Po potrebi se lahko pin 3 uporabi kot vhodni signal ali pa se uporabi za dušenje hitrosti spreminjanja širine impulza. Če je napetost na njem visoka (> ~ 3,5V), ni mogoče zagnati UPS na PWM krmilniku (iz njega ne bo impulzov).
Sklep 4
Kontrolira delovni cikel izhodnih impulzov (eng. Dead-Time Control). Če je napetost na njem blizu 0 V, bo mikrovezje lahko oddalo tako najmanjšo možno kot največjo širino impulza (ki jo nastavijo drugi vhodni signali). Če je na ta zatič priložena napetost približno 1,5 V, bo širina izhodnega impulza omejena na 50 % njegove največje širine (ali ~25 % obratovalni cikel za potisni-pull PWM krmilnik). Če je napetost na njem visoka (> ~ 3,5 V), ni mogoče zagnati UPS na TL494CN. Njegovo preklopno vezje pogosto vsebuje št. 4, ki je povezan neposredno z zemljo.
Pomembno si zapomniti! Signal na nožicah 3 in 4 bi moral biti pod ~3,3 V. Kaj pa, če je blizu, recimo, +5 V? Kakopotem se bo TL494CN obnašal? Tokokrog pretvornika napetosti na njem ne bo ustvarjal impulzov, t.j. iz UPS ne bo izhodne napetosti
Sklep 5
Služi za priključitev časovnega kondenzatorja Ct, njegov drugi kontakt pa je povezan z ozemljitvijo. Vrednosti kapacitivnosti so običajno 0,01 µF do 0,1 µF. Spremembe vrednosti te komponente vodijo do spremembe frekvence GPN in izhodnih impulzov krmilnika PWM. Praviloma se tukaj uporabljajo visokokakovostni kondenzatorji z zelo nizkim temperaturnim koeficientom (z zelo malo spremembo kapacitivnosti s temperaturno spremembo).
Sklep 6
Za priključitev časovnega upora Rt, njegov drugi kontakt pa je povezan z ozemljitvijo. Vrednosti Rt in Ct določata frekvenco FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
zaključek 7
Priključuje se na skupno žico vezja naprave na krmilniku PWM.
Sklep 12
Označeno je s črkami VCC. Nanj je priključen "plus" napajalnika TL494CN. Njegovo preklopno vezje običajno vsebuje št. 12, ki je priključen na stikalo za napajanje. Številni UPS uporabljajo ta zatič za vklop in izklop napajanja (in samega UPS). Če ima +12 V in je št. 7 ozemljen, bosta čipi FPV in ION delovali.
Sklep 13
To je vnos načina delovanja. Njegovo delovanje je bilo opisano zgoraj.
Funkcije izhodnih terminalov
Zgoraj so bili navedeni za TL494CN. Spodaj bo podan opis v ruščini njihovega funkcionalnega namena s podrobnimi pojasnili.
Sklep 8
Na temČip ima 2 npn tranzistorja, ki sta njegova izhodna ključa. Ta zatič je zbiralnik tranzistorja 1, običajno priključen na vir enosmerne napetosti (12 V). Vendar se v vezjih nekaterih naprav uporablja kot izhod in na njem lahko vidite meander (pa tudi na št. 11).
zaključek 9
To je oddajnik tranzistorja 1. Poganja UPS tranzistor velike moči (učinek polja v večini primerov) v potisno-povlečnem vezju, bodisi neposredno bodisi prek vmesnega tranzistorja.
Izhod 10
To je oddajnik tranzistorja 2. V enocikličnem načinu je signal na njem enak kot na 9, na drugem pa je nizek in obratno. V večini naprav signali iz oddajnikov izhodnih tranzistorskih stikal zadevnega mikrovezja poganjajo močne poljske tranzistorje, ki se poganjajo v stanje ON, ko je napetost na nožicah 9 in 10 visoka (nad ~ 3,5 V, vendar ne nanaša se na raven 3,3 V na št. 3 in 4).
Sklep 11
To je zbiralnik tranzistorja 2, običajno priključen na vir enosmerne napetosti (+12V).
Opomba: V napravah na TL494CN lahko preklopno vezje vsebuje tako kolektorje kot oddajnike tranzistorjev 1 in 2 kot izhode krmilnika PWM, čeprav je druga možnost bolj pogosta. Obstajajo pa možnosti, ko sta točno nožica 8 in 11 izhoda. Če v vezju med IC in FET najdete majhen transformator, je izhodni signal najverjetneje vzet iz njih.(od zbirateljev)
Sklep 14
To je izhod ION, opisan tudi zgoraj.
Načelo dela
Kako deluje čip TL494CN? Podali bomo opis vrstnega reda njegovega dela na podlagi materialov Motorola, Inc. Izhod modulacije širine impulza se doseže s primerjavo pozitivnega žagastega signala iz kondenzatorja Ct s katerim koli od dveh krmilnih signalov. Izhodna tranzistorja Q1 in Q2 NI zaprta, da ju odpreta samo, ko je vhod sprožilne ure (C1) (glejte funkcijski diagram TL494CN) nizek.
Tako, če je na vhodu C1 sprožilca nivo logične enote, so izhodni tranzistorji zaprti v obeh načinih delovanja: enociklični in potisni-povlečni. Če je na tem vhodu prisoten taktni signal, se v potisno-pullnem načinu tranzistor odpre enega za drugim ob prihodu izklopa urnega impulza na sprožilec. V enocikličnem načinu se sprožilec ne uporablja in obe izhodni tipki se odpreta sinhrono.
To odprto stanje (v obeh načinih) je možno samo v tistem delu obdobja FPV, ko je žagasta napetost večja od krmilnih signalov. Tako povečanje ali zmanjšanje velikosti krmilnega signala povzroči linearno povečanje ali zmanjšanje širine napetostnih impulzov na izhodih mikrovezja.
Napetost iz nožice 4 (nadzor mrtvega časa), vhodi ojačevalnika napak ali vhod povratnega signala iz nožice 3 se lahko uporabljajo kot krmilni signali.
Prvi koraki pri delu z mikrovezjem
Preden nareditekatero koli uporabno napravo, priporočamo, da se naučite, kako deluje TL494CN. Kako preveriti, ali deluje?
Vzemite svojo matično ploščo, postavite IC nanjo in povežite žice v skladu s spodnjim diagramom.
Če je vse pravilno priključeno, bo vezje delovalo. Zatiči 3 in 4 ne pustite prosti. S svojim osciloskopom preverite delovanje FPV - na nožici 6 bi morali videti žagasto napetost. Izhodi bodo enaki nič. Kako določiti njihovo zmogljivost v TL494CN. Preverjanje se lahko izvede takole:
- Povežite povratni izhod (3) in izhod za nadzor mrtvega časa (4) na maso (7).
- Zdaj bi morali zaznati kvadratni val na izhodih IC.
Kako okrepiti izhodni signal?
Izhod TL494CN je precej nizek in zagotovo želite več moči. Zato moramo dodati nekaj močnih tranzistorjev. Najlažji za uporabo (in zelo enostaven za pridobitev – s stare računalniške matične plošče) so n-kanalni močnostni MOSFET. Hkrati moramo obrniti izhod TL494CN, ker če nanj povežemo n-kanalni MOSFET, bo v odsotnosti impulza na izhodu mikrovezja odprt za enosmerni tok. V tem primeru lahko MOSFET preprosto pregori … Zato vzamemo univerzalni npn tranzistor in ga povežemo v skladu s spodnjim diagramom.
Zmogljiv MOSFET v temvezje je pasivno krmiljeno. To ni zelo dobro, vendar je za namene testiranja in nizke moči povsem primerno. R1 v vezju je obremenitev npn tranzistorja. Izberite ga glede na največji dovoljeni tok njegovega kolektorja. R2 predstavlja obremenitev naše stopnje moči. V naslednjih poskusih ga bo nadomestil transformator.
Če zdaj z osciloskopom pogledamo signal na pin 6 mikrovezja, bomo videli "žago". Na 8 (K1) lahko še vedno vidite kvadratne impulze, na odtoku MOSFET pa impulze enake oblike, vendar večje.
Kako dvigniti izhodno napetost?
Zdaj dvignimo napetost z TL494CN. Shema preklopa in ožičenja je enaka - na matični plošči. Seveda na njem ne morete dobiti dovolj visoke napetosti, še posebej, ker na močnostnih MOSFET-ih ni hladilnega telesa. Vendar pa na izhodno stopnjo priključite majhen transformator v skladu s tem diagramom.
Primarno navitje transformatorja vsebuje 10 zavojev. Sekundarni navit vsebuje približno 100 zavojev. Tako je razmerje preoblikovanja 10. Če na primarno uporabite 10V, bi morali na izhodu dobiti približno 100V. Jedro je izdelano iz ferita. Uporabite lahko srednje veliko jedro iz transformatorja za napajanje osebnega računalnika.
Bodite previdni, izhod transformatorja je visoka napetost. Tok je zelo nizek in vas ne bo ubil. Lahko pa dobite dober zadetek. Druga nevarnost je, če namestite velikokondenzator na izhodu, bo nabral velik naboj. Zato ga je treba po izklopu vezja izprazniti.
Na izhodu vezja lahko vklopite kateri koli indikator, kot je žarnica, kot je na spodnji fotografiji.
Deluje na enosmerni napetosti in potrebuje približno 160 V, da se prižge. (Napajanje celotne naprave je približno 15 V - red velikosti nižje.)
Izhodno vezje transformatorja se pogosto uporablja v vseh UPS, vključno z napajalniki za osebni računalnik. V teh napravah prvi transformator, povezan preko tranzistorskih stikal na izhode PWM krmilnika, služi za galvansko izolacijo nizkonapetostnega dela vezja, ki vključuje TL494CN, od njegovega visokonapetostnega dela, ki vsebuje omrežno napetost. transformator.
regulator napetosti
Pri domačih majhnih elektronskih napravah praviloma napajanje zagotavlja tipičen PC UPS, izdelan na TL494CN. Napajalni tokokrog osebnega računalnika je dobro znan, sami bloki pa so lahko dostopni, saj se na milijone starih osebnih računalnikov letno odvrže ali proda za rezervne dele. A praviloma ti UPS-ji ne proizvajajo napetosti višje od 12 V. To je premalo za frekvenčni pretvornik. Seveda bi lahko poskusili uporabiti 25V prenapetostni PC UPS, vendar bi ga bilo težko najti in preveč moči bi se razpršilo pri 5V v logičnih vratih.
Vendar pa lahko na TL494 (ali analogih) zgradite vsa vezja z dostopom do povečane moči in napetosti. Uporaba tipičnih delov iz PC UPS in MOS visoke močitranzistorjev z matične plošče, lahko zgradite PWM regulator napetosti na TL494CN. Tokokrog pretvornika je prikazan na spodnji sliki.
Na njem lahko vidite preklopno vezje mikrovezja in izhodno stopnjo na dveh tranzistorjih: univerzalni npn- in močan MOS.
Glavni deli: T1, Q1, L1, D1. Bipolarni T1 se uporablja za pogon močnostnega MOSFET-a, priključenega na poenostavljen način, t.i. "pasivni". L1 je induktor iz starega tiskalnika HP (približno 50 obratov, 1 cm visok, 0,5 cm širok z navitji, odprt dušilka). D1 je Schottkyjeva dioda iz druge naprave. TL494 je ožičen na alternativni način kot zgoraj, čeprav je mogoče uporabiti katerega koli.
C8 je majhna kapacitivnost za preprečevanje učinka hrupa, ki vstopa v vhod ojačevalnika napak, vrednost 0,01uF bo bolj ali manj normalna. Večje vrednosti bodo upočasnile nastavitev želene napetosti.
C6 je še manjši kondenzator, uporablja se za filtriranje visokofrekvenčnega šuma. Njegova zmogljivost je do nekaj sto pikofarad.
