Gli alimentatori in modalità commutata (UPS) sono molto comuni. Il computer che stai utilizzando ora ha un UPS multitensione (+12, -12, +5, -5 e +3,3 V almeno). Quasi tutti questi blocchi hanno uno speciale chip controller PWM, solitamente del tipo TL494CN. Il suo analogo è il microcircuito domestico M1114EU4 (KR1114EU4).
Produttori
Il microcircuito in esame appartiene alla lista dei circuiti elettronici integrati più diffusi e diffusi. Il suo predecessore era la serie Unitrode UC38xx di controller PWM. Nel 1999 questa società è stata acquistata da Texas Instruments e da allora è iniziato lo sviluppo di una linea di questi controller, che ha portato alla creazione nei primi anni 2000. Chip della serie TL494. Oltre agli UPS già citati sopra, possono essere trovati nei regolatori di tensione CC, negli azionamenti controllati, negli avviatori graduali, in una parola, ovunque venga utilizzato il controllo PWM.
Tra le aziende che hanno clonato questo chip, ci sono marchi di fama mondiale come Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Tutti forniscono una descrizione dettagliata dei loro prodotti, il cosiddetto datasheet TL494CN.
Documentazione
L'analisi delle descrizioni del tipo di microcircuito considerato di diversi produttori mostra l'identità pratica delle sue caratteristiche. La quantità di informazioni fornite dalle diverse aziende è quasi la stessa. Inoltre, la scheda tecnica TL494CN di marchi come Motorola, Inc e ON Semiconductor si ripetono nella struttura, nelle figure, nelle tabelle e nei grafici. La presentazione del materiale di Texas Instruments è leggermente diversa da loro, tuttavia, dopo un attento studio, diventa chiaro che si intende un prodotto identico.
Assegnazione del chip TL494CN
Cominciamo tradizionalmente a descriverlo con lo scopo e l'elenco dei dispositivi interni. È un controller PWM a frequenza fissa progettato principalmente per applicazioni UPS, contenente i seguenti dispositivi:
- Generatore di tensione a dente di sega (SPG);
- amplificatori di errore;
- sorgente della tensione di riferimento (riferimento) +5 V;
- circuito di regolazione dei tempi morti;
- Interruttori a transistor di uscita per correnti fino a 500 mA;
- schema per la selezione del funzionamento a una o due tempi.
Limiti
Come qualsiasi altro microcircuito, la descrizione del TL494CN deve contenere un elenco delle caratteristiche di prestazione massime consentite. Diamoli in base ai dati di Motorola, Inc:
- Alimentazione: 42 V.
- Tensione collettoretransistor di uscita: 42 V.
- Corrente del collettore del transistor di uscita: 500 mA.
- Gamma di tensione di ingresso dell'amplificatore: da -0,3V a +42V.
- Dissipazione di potenza (a t< 45°C): 1000 mW.
- Intervallo di temperatura di conservazione: da -55 a +125°C.
- Intervallo di temperatura ambiente di esercizio: da 0 a +70 °С.
Va notato che il parametro 7 per il chip TL494IN è leggermente più ampio: da -25 a +85 °С.
Progettazione del chip TL494CN
La descrizione in russo delle conclusioni del suo caso è mostrata nella figura seguente.
Il microcircuito è inserito in un contenitore di plastica (indicato dalla lettera N alla fine della sua designazione) a 16 pin con conduttori di tipo pdp.
Il suo aspetto è mostrato nella foto sotto.
TL494CN: diagramma funzionale
Quindi, il compito di questo microcircuito è la modulazione della larghezza di impulso (PWM, o inglese Pulse Width Modulated (PWM)) degli impulsi di tensione generati all'interno degli UPS sia regolati che non regolati. Negli alimentatori del primo tipo, il range di durata dell'impulso, di norma, raggiunge il valore massimo possibile (~ 48% per ciascuna uscita nei circuiti push-pull, largamente utilizzati per alimentare gli amplificatori car audio).
Il chip TL494CN ha un totale di 6 pin di uscita, 4 dei quali (1, 2, 15, 16) sono ingressi di amplificatori di errore interni utilizzati per proteggere l'UPS da sovraccarichi di corrente e potenziali. Il pin n. 4 è l'inputsegnale da 0 a 3 V per regolare il duty cycle degli impulsi rettangolari di uscita, e3 è l'uscita del comparatore e può essere utilizzato in diversi modi. Altri 4 (numeri 8, 9, 10, 11) sono collettori ed emettitori liberi di transistor con una corrente di carico massima consentita di 250 mA (in modalità continua, non più di 200 mA). Possono essere collegati in coppia (da 9 a 10 e da 8 a 11) per pilotare MOSFET ad alta potenza con un limite di corrente di 500 mA (max. 400 mA continui).
Quali sono gli interni del TL494CN? Il suo diagramma è mostrato nella figura seguente.
Il microcircuito ha una sorgente di tensione di riferimento incorporata (ION) +5 V (n. 14). Viene solitamente utilizzata come tensione di riferimento (con una precisione del ± 1%) applicata agli ingressi di circuiti che consumano non più di 10 mA, ad esempio al pin 13 a scelta del funzionamento a uno o due tempi del microcircuito: se c'è +5 V su di esso, viene selezionata la seconda modalità, se c'è un meno della tensione di alimentazione su di essa - la prima.
Per regolare la frequenza del generatore di tensione a dente di sega (GPN), vengono utilizzati un condensatore e un resistore, collegati rispettivamente ai pin 5 e 6. E, naturalmente, il microcircuito ha terminali per collegare il più e il meno della fonte di alimentazione (numeri 12 e 7, rispettivamente) nell'intervallo da 7 a 42 V.
Il diagramma mostra che sono presenti diversi dispositivi interni nel TL494CN. Una descrizione in russo del loro scopo funzionale sarà fornita di seguito nel corso della presentazione del materiale.
Funzioni del terminale di ingresso
Come tutti altro dispositivo elettronico. Il microcircuito in questione ha i propri ingressi e uscite. Inizieremo con il primo. Un elenco di questi pin TL494CN è già stato fornito sopra. Di seguito verrà fornita una descrizione in russo del loro scopo funzionale con spiegazioni dettagliate.
Uscita 1
Questo è l'ingresso positivo (non invertente) dell'amplificatore di errore 1. Se la tensione su di esso è inferiore alla tensione sul pin 2, l'uscita dell'amplificatore di errore 1 sarà bassa. Se è superiore al pin 2, il segnale dell'amplificatore di errore 1 andrà alto. L'uscita dell'amplificatore replica essenzialmente l'ingresso positivo utilizzando il pin 2 come riferimento. Le funzioni degli amplificatori di errore verranno descritte più dettagliatamente di seguito.
Conclusione 2
Questo è l'ingresso negativo (invertente) dell'amplificatore di errore 1. Se questo pin è più alto del pin 1, l'uscita dell'amplificatore di errore 1 sarà bassa. Se la tensione su questo pin è inferiore alla tensione sul pin 1, l'uscita dell'amplificatore sarà alta.
Conclusione 15
Funziona esattamente come il numero 2. Spesso il secondo amplificatore di errore non viene utilizzato nel TL494CN. Il suo circuito di commutazione in questo caso contiene il pin 15 semplicemente collegato al 14 (tensione di riferimento +5 V).
Conclusione 16
Funziona come il numero 1. Di solito è collegato al comune 7 quando il secondo amplificatore di errore non viene utilizzato. Con il pin 15 collegato a +5V e il n. 16 collegato al comune, l'uscita del secondo amplificatore è bassa e quindi non ha alcun effetto sul funzionamento del chip.
Conclusione 3
Questo pin e ciascun amplificatore interno TL494CNcollegati tra loro tramite diodi. Se il segnale all'uscita di uno di essi cambia da basso ad alto, anche al numero 3 va alto. Quando il segnale su questo pin supera 3,3 V, gli impulsi di uscita si disattivano (ciclo di lavoro zero). Quando la tensione su di esso è vicina a 0 V, la durata dell'impulso è massima. Tra 0 e 3,3 V, l'ampiezza dell'impulso va dal 50% allo 0% (per ciascuna delle uscite del controller PWM - sui pin 9 e 10 sulla maggior parte dei dispositivi).
Se necessario, il pin 3 può essere utilizzato come segnale di ingresso o può essere utilizzato per fornire uno smorzamento per la velocità di variazione dell'ampiezza dell'impulso. Se la tensione su di esso è alta (> ~ 3,5 V), non c'è modo di avviare l'UPS sul controller PWM (non ci saranno impulsi da esso).
Conclusione 4
Controlla il duty cycle degli impulsi in uscita (ing. Dead-Time Control). Se la tensione su di esso è vicina a 0 V, il microcircuito sarà in grado di emettere sia la durata dell'impulso minima possibile che quella massima (impostata da altri segnali di ingresso). Se viene applicata una tensione di circa 1,5 V a questo pin, l'ampiezza dell'impulso di uscita sarà limitata al 50% della sua larghezza massima (o ~ 25% di duty cycle per un controller PWM push-pull). Se la tensione su di esso è alta (> ~ 3,5 V), non c'è modo di avviare l'UPS sul TL494CN. Il suo circuito di commutazione contiene spesso il n. 4, collegato direttamente a terra.
Importante da ricordare! Il segnale ai pin 3 e 4 dovrebbe essere inferiore a ~ 3,3 V. Cosa succede se è vicino, diciamo, a +5 V? Comeallora TL494CN si comporterà? Il circuito del convertitore di tensione su di esso non genererà impulsi, ad es. non ci sarà tensione di uscita dall'UPS
Conclusione 5
Serve per collegare il condensatore di temporizzazione Ct e il suo secondo contatto è collegato a terra. I valori di capacità sono in genere compresi tra 0,01 µF e 0,1 µF. Le modifiche al valore di questo componente portano a una modifica della frequenza del GPN e degli impulsi di uscita del controller PWM. Di norma, qui vengono utilizzati condensatori di alta qualità con un coefficiente di temperatura molto basso (con una variazione minima della capacità al variare della temperatura).
Conclusione 6
Per collegare la resistenza di regolazione del tempo Rt, e il suo secondo contatto è collegato a terra. I valori Rt e Ct determinano la frequenza di FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Conclusione 7
Si collega al filo comune del circuito del dispositivo sul controller PWM.
Conclusione 12
È contrassegnato dalle lettere VCC. Ad esso è collegato il "plus" dell'alimentatore TL494CN. Il suo circuito di commutazione di solito contiene n. 12 collegati all'interruttore di alimentazione. Molti UPS utilizzano questo pin per accendere e spegnere l'alimentazione (e l'UPS stesso). Se ha +12 V e il n. 7 è collegato a terra, i chip FPV e ION funzioneranno.
Conclusione 13
Questo è l'ingresso della modalità di funzionamento. Il suo funzionamento è stato descritto sopra.
Funzioni dei terminali di uscita
Sopra erano elencati per TL494CN. Di seguito verrà fornita una descrizione in russo del loro scopo funzionale con spiegazioni dettagliate.
Conclusione 8
Su questoIl chip ha 2 transistor npn che sono le sue chiavi di uscita. Questo pin è il collettore del transistor 1, solitamente collegato a una sorgente di tensione continua (12 V). Tuttavia, nei circuiti di alcuni dispositivi, viene utilizzato come uscita e puoi vedere un meandro su di esso (così come sul n. 11).
Conclusione 9
Questo è l'emettitore del transistor 1. Aziona il transistor UPS ad alta potenza (effetto di campo nella maggior parte dei casi) in un circuito push-pull, direttamente o tramite un transistor intermedio.
Uscita 10
Questo è l'emettitore del transistor 2. In modalità a ciclo singolo, il segnale su di esso è lo stesso del numero 9. sull' altro è basso e viceversa. Nella maggior parte dei dispositivi, i segnali degli emettitori degli interruttori del transistor di uscita del microcircuito in questione pilotano potenti transistor ad effetto di campo, che vengono portati allo stato ON quando la tensione ai pin 9 e 10 è alta (sopra ~ 3,5 V, ma non si riferisce al livello di 3,3 V sui numeri 3 e 4).
Conclusione 11
Questo è il collettore del transistor 2, solitamente collegato a una sorgente di tensione CC (+12V).
Nota: nei dispositivi sul TL494CN, il circuito di commutazione può contenere sia i collettori che gli emettitori dei transistor 1 e 2 come uscite del controller PWM, sebbene la seconda opzione sia più comune. Ci sono, tuttavia, opzioni quando esattamente i pin 8 e 11 sono uscite. Se trovi un piccolo trasformatore nel circuito tra l'IC e i FET, molto probabilmente il segnale di uscita viene preso da loro.(dai collezionisti)
Conclusione 14
Questa è l'uscita ION, anche descritta sopra.
Principio di funzionamento
Come funziona il chip TL494CN? Forniremo una descrizione dell'ordine del suo lavoro sulla base dei materiali di Motorola, Inc. L'uscita della modulazione dell'ampiezza dell'impulso si ottiene confrontando il segnale a dente di sega positivo dal condensatore Ct con uno dei due segnali di controllo. I transistor di uscita Q1 e Q2 sono dotati di gate NOR per aprirli solo quando l'ingresso di trigger clock (C1) (vedi diagramma funzionale TL494CN) diventa basso.
Quindi, se all'ingresso C1 del trigger il livello di un'unità logica, i transistor di uscita sono chiusi in entrambe le modalità di funzionamento: ciclo singolo e push-pull. Se a questo ingresso è presente un segnale di clock, nella modalità push-pull, il transistor si apre uno per uno all'arrivo dell'interruzione dell'impulso di clock sul trigger. In modalità ciclo singolo, il trigger non viene utilizzato ed entrambi i tasti di uscita si aprono in modo sincrono.
Questo stato aperto (in entrambe le modalità) è possibile solo in quella parte del periodo FPV in cui la tensione a dente di sega è maggiore dei segnali di controllo. Pertanto, un aumento o una diminuzione dell'ampiezza del segnale di controllo provoca un aumento o una diminuzione lineare dell'ampiezza degli impulsi di tensione alle uscite del microcircuito, rispettivamente.
La tensione dal pin 4 (controllo del tempo morto), gli ingressi dell'amplificatore di errore o l'ingresso del segnale di feedback dal pin 3 possono essere utilizzati come segnali di controllo.
Primi passi per lavorare con un microcircuito
Prima di farloqualsiasi dispositivo utile, si consiglia di imparare come funziona il TL494CN. Come verificare se funziona?
Prendi la tua breadboard, mettici sopra l'IC e collega i fili secondo lo schema seguente.
Se tutto è collegato correttamente, il circuito funzionerà. Lascia i pin 3 e 4 non liberi. Usa il tuo oscilloscopio per controllare il funzionamento dell'FPV - al pin 6 dovresti vedere una tensione a dente di sega. Le uscite saranno zero. Come determinare le loro prestazioni in TL494CN. Il controllo può essere fatto in questo modo:
- Collega l'uscita di feedback (3) e l'uscita di controllo del tempo morto (4) a terra (7).
- Ora dovresti rilevare l'onda quadra alle uscite dell'IC.
Come amplificare il segnale in uscita?
L'uscita del TL494CN ha una corrente piuttosto bassa e sicuramente vuoi più potenza. Quindi, dobbiamo aggiungere alcuni potenti transistor. I più facili da usare (e molto facili da ottenere - da una vecchia scheda madre per computer) sono i MOSFET di potenza a canale n. Allo stesso tempo, dobbiamo invertire l'uscita del TL494CN, perché se colleghiamo ad esso un MOSFET a canale n, in assenza di un impulso all'uscita del microcircuito, sarà aperto per il flusso CC. In questo caso, il MOSFET può semplicemente bruciarsi … Quindi estraiamo il transistor npn universale e lo colleghiamo secondo lo schema seguente.
Potente MOSFET in questoil circuito è controllato passivamente. Questo non è molto buono, ma per scopi di test e bassa potenza è abbastanza adatto. R1 nel circuito è il carico del transistor npn. Selezionarlo in base alla corrente massima consentita del suo collettore. R2 rappresenta il carico del nostro stadio di potenza. Nei seguenti esperimenti, sarà sostituito da un trasformatore.
Se ora osserviamo il segnale al pin 6 del microcircuito con un oscilloscopio, vedremo una "sega". Su 8 (K1) puoi ancora vedere impulsi ad onda quadra e sul drain dei MOSFET impulsi della stessa forma, ma più grandi.
Come aumentare la tensione di uscita?
Ora alziamo un po' di tensione con il TL494CN. Lo schema di commutazione e cablaggio è lo stesso: sulla breadboard. Naturalmente, non è possibile ottenere una tensione sufficientemente alta, soprattutto perché non c'è un dissipatore di calore sui MOSFET di potenza. Tuttavia, collegare un piccolo trasformatore allo stadio di uscita secondo questo diagramma.
L'avvolgimento primario del trasformatore contiene 10 giri. L'avvolgimento secondario contiene circa 100 giri. Pertanto, il rapporto di trasformazione è 10. Se si applicano 10 V al primario, si dovrebbero ottenere circa 100 V in uscita. Il nucleo è in ferrite. È possibile utilizzare un nucleo di medie dimensioni dal trasformatore di alimentazione del PC.
Attenzione, l'uscita del trasformatore è ad alta tensione. La corrente è molto bassa e non ti ucciderà. Ma puoi ottenere un buon colpo. Un altro pericolo è se si installa un grandecondensatore all'uscita, accumulerà una grande carica. Pertanto, dopo aver spento il circuito, dovrebbe essere scaricato.
All'uscita del circuito, puoi accendere qualsiasi indicatore come una lampadina, come nella foto sotto.
Funziona con tensione CC e necessita di circa 160 V per accendersi. (L'alimentazione dell'intero dispositivo è di circa 15 V - un ordine di grandezza inferiore.)
Il circuito di uscita del trasformatore è ampiamente utilizzato in qualsiasi UPS, inclusi gli alimentatori per PC. In questi dispositivi, il primo trasformatore, collegato tramite interruttori a transistor alle uscite del controller PWM, serve ad isolare galvanicamente la parte a bassa tensione del circuito, che comprende il TL494CN, dalla sua parte ad alta tensione, che contiene la tensione di rete trasformatore.
Regolatore di tensione
Di norma, nei piccoli dispositivi elettronici fatti in casa, l'alimentazione è fornita da un tipico UPS per PC, realizzato su TL494CN. Il circuito di alimentazione di un PC è ben noto e i blocchi stessi sono facilmente accessibili, poiché milioni di vecchi PC vengono sm altiti annualmente o venduti come pezzi di ricambio. Ma di norma, questi UPS non producono tensioni superiori a 12 V. Questo è troppo poco per un convertitore di frequenza. Naturalmente, si potrebbe provare a utilizzare un UPS per PC con sovratensione da 25 V, ma sarebbe difficile da trovare e troppa potenza verrebbe dissipata a 5 V nelle porte logiche.
Tuttavia, sul TL494 (o analoghi) puoi costruire qualsiasi circuito con accesso a maggiore potenza e tensione. Utilizzo di parti tipiche da PC UPS e MOS ad alta potenzatransistor dalla scheda madre, è possibile costruire un regolatore di tensione PWM sul TL494CN. Il circuito del convertitore è mostrato nella figura seguente.
Su di esso puoi vedere il circuito di commutazione del microcircuito e lo stadio di uscita su due transistor: un npn universale e un potente MOS.
Parti principali: T1, Q1, L1, D1. Il bipolare T1 viene utilizzato per pilotare un MOSFET di potenza collegato in modo semplificato, il cosiddetto. "passivo". L1 è un induttore di una vecchia stampante HP (circa 50 giri, 1 cm di altezza, 0,5 cm di larghezza con avvolgimenti, strozzatura aperta). D1 è un diodo Schottky di un altro dispositivo. TL494 è cablato in un modo alternativo al precedente, sebbene sia possibile utilizzare entrambi.
C8 è una piccola capacità per evitare che l'effetto del rumore entri nell'ingresso dell'amplificatore di errore, un valore di 0,01uF sarà più o meno normale. Valori maggiori rallenteranno l'impostazione della tensione desiderata.
C6 è un condensatore ancora più piccolo, viene utilizzato per filtrare il rumore ad alta frequenza. La sua capacità è fino a diverse centinaia di picofarad.
