Switched-mode toiteallikad (UPS) on väga levinud. Praegu kasutataval arvutil on mitme pingega UPS (+12, -12, +5, -5 ja +3,3 V vähem alt). Peaaegu kõigil sellistel plokkidel on spetsiaalne PWM-kontrolleri kiip, tavaliselt TL494CN tüüpi. Selle analoog on kodune mikroskeem M1114EU4 (KR1114EU4).
Produtsendid
Vaatlusalune mikroskeem kuulub enimlevinud ja laialdasem alt kasutatavate integraallülituste nimekirja. Selle eelkäija oli Unitrode UC38xx PWM-kontrollerite seeria. 1999. aastal ostis selle ettevõtte Texas Instruments ja sellest ajast alates on alanud nende kontrollerite rea väljatöötamine, mis viis selle loomiseni 2000. aastate alguses. TL494 seeria kiibid. Lisaks ülalmainitud UPS-idele võib neid leida alalispinge regulaatorites, juhitavates ajamites, pehmekäivitites, ühesõnaga kõikjal, kus PWM-juhtimist kasutatakse.
Selle kiibi klooninud ettevõtete hulgas on selliseid maailmakuulsaid kaubamärke nagu Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Nad kõik kirjeldavad oma tooteid, nn TL494CN-i andmelehte.
Dokumentatsioon
Erinevate tootjate vaadeldava tüüpi mikroskeemi kirjelduste analüüs näitab selle omaduste praktilist identiteeti. Erinevate ettevõtete poolt antava teabe hulk on peaaegu sama. Lisaks kordavad selliste kaubamärkide nagu Motorola, Inc ja ON Semiconductor andmeleht TL494CN üksteist oma struktuuris, joonistes, tabelites ja graafikutes. Texas Instrumentsi materjali esitus on neist mõnevõrra erinev, kuid hoolikal uurimisel selgub, et silmas peetakse identset toodet.
TL494CN kiibi määramine
Alustame traditsiooniliselt selle kirjeldamist eesmärgi ja siseseadmete loeteluga. See on fikseeritud sagedusega PWM-kontroller, mis on mõeldud peamiselt UPS-i rakenduste jaoks ja sisaldab järgmisi seadmeid:
- saehamba pingegeneraator (SPG);
- veavõimendid;
- võrdluspinge (referents) allikas +5 V;
- surnud aja reguleerimise ahel;
- väljundtransistori lülitid kuni 500 mA voolu jaoks;
- skeem ühetaktilise või kahetaktilise töörežiimi valimiseks.
Limits
Nagu kõigi teiste mikroskeemide puhul, peab ka TL494CN kirjeldus sisaldama maksimaalsete lubatud tööomaduste loendit. Anname need Motorola, Inc. andmete põhjal:
- Toide: 42 V.
- Kollektori pingeväljundtransistor: 42 V.
- Väljundtransistori kollektori vool: 500 mA.
- Võimendi sisendpinge vahemik: -0,3 V kuni +42 V.
- Toite hajumine (temperatuuril t< 45 °C): 1000 mW.
- Säilitustemperatuuri vahemik: -55 kuni +125°C.
- Ümbritseva töötemperatuuri vahemik: 0 kuni +70 °С.
Tuleb märkida, et TL494IN kiibi parameeter 7 on mõnevõrra laiem: -25 kuni +85 °С.
TL494CN kiibi disain
Selle juhtumi järelduste venekeelne kirjeldus on näidatud alloleval joonisel.
Mikrolülitus on paigutatud plastikust (seda tähistab täht N selle tähise lõpus) 16 kontaktiga pdp-tüüpi juhtmetega pakendisse.
Selle välimus on näidatud alloleval fotol.
TL494CN: funktsionaalne diagramm
Niisiis, selle mikrolülituse ülesanne on nii reguleeritud kui ka reguleerimata UPS-ides genereeritud pingeimpulsside impulsi laiusmodulatsioon (PWM või inglise keeles Impulss Width Modulated (PWM)). Esimest tüüpi toiteallikates saavutab impulsi kestuse vahemik reeglina maksimaalse võimaliku väärtuse (~ 48% iga väljundi kohta push-pull ahelates, mida kasutatakse laialdaselt auto helivõimendite toiteks).
TL494CN kiibil on kokku 6 väljundviiku, neist 4 (1, 2, 15, 16) on sisendite veavõimendite sisendid, mida kasutatakse UPSi kaitsmiseks voolu ja võimaliku ülekoormuse eest. Pin 4 on sisendsignaal 0 kuni 3 V, et reguleerida väljundristkülikukujuliste impulsside töötsüklit, ja3 on komparaatori väljund ja seda saab kasutada mitmel viisil. Veel 4 (numbrid 8, 9, 10, 11) on transistoride vabad kollektorid ja emitterid, mille maksimaalne lubatud koormusvool on 250 mA (pidevas režiimis mitte rohkem kui 200 mA). Neid saab ühendada paarikaupa (9 kuni 10 ja 8 kuni 11), et juhtida suure võimsusega MOSFET-e voolupiiranguga 500 mA (max 400 mA pidev).
Mis on TL494CN sisemised osad? Selle diagramm on näidatud alloleval joonisel.
Mikroskeemil on sisseehitatud võrdluspinge allikas (ION) +5 V (nr 14). Tavaliselt kasutatakse seda võrdluspingena (täpsusega ± 1%), mis rakendatakse vooluahelate sisenditele, mis tarbivad kuni 10 mA, näiteks ühe- või kahetaktilise töö valikul 13. mikroskeem: kui sellel on +5 V, valitakse teine režiim, kui sellel on toitepinge miinus - esimene.
Saehamba pingegeneraatori (GPN) sageduse reguleerimiseks kasutatakse kondensaatorit ja takistit, mis on ühendatud vastav alt tihvtidega 5 ja 6. Ja loomulikult on mikroskeemil klemmid toiteallika pluss- ja miinuspunktide ühendamiseks (vastav alt numbrid 12 ja 7) vahemikus 7–42 V.
Diagramm näitab, et TL494CN-is on mitmeid siseseadmeid. Nende funktsionaalse eesmärgi venekeelne kirjeldus antakse allpool materjali esitluse käigus.
Sisendterminali funktsioonid
Nagu igamuu elektrooniline seade. Kõnealusel mikroskeemil on oma sisendid ja väljundid. Alustame esimesest. Nende TL494CN tihvtide loend on juba ülalpool toodud. Nende funktsionaalse eesmärgi venekeelne kirjeldus on toodud allpool koos üksikasjalike selgitustega.
Väljund 1
See on veavõimendi 1 positiivne (mitteinverteeriv) sisend. Kui selle pinge on madalam kui kontakti 2 pinge, on veavõimendi 1 väljund madal. Kui see on kõrgem kui kontaktil 2, läheb tõrkevõimendi 1 signaal kõrgeks. Võimendi väljund kordab sisuliselt positiivset sisendit, kasutades viitena viiku 2. Veavõimendite funktsioone kirjeldatakse üksikasjalikum alt allpool.
Järeldus 2
See on veavõimendi 1 negatiivne (inverteeriv) sisend. Kui see viik on kõrgem kui viik 1, on veavõimendi 1 väljund madal. Kui selle kontakti pinge on madalam kui 1. kontakti pinge, on võimendi väljund kõrge.
Järeldus 15
See töötab täpselt samamoodi nagu2. Tihti ei kasutata TL494CN-is teist veavõimendit. Sel juhul sisaldab selle lülitusahel 15. kontakti, mis on lihts alt ühendatud 14. kontaktiga (võrdluspinge +5 V).
Järeldus 16
See töötab samamoodi nagu 1. Tavaliselt ühendatakse see tavalisega 7, kui teist veavõimendit ei kasutata. Kui viik 15 on ühendatud +5 V ja 16 on ühendatud ühisesse, on teise võimendi väljund madal ja see ei mõjuta kiibi tööd.
Järeldus 3
See tihvt ja iga sisemine võimendi TL494CNdioodide kaudu omavahel ühendatud. Kui mõne neist väljundis muutub signaal madalast kõrgeks, siis numbril 3 läheb see ka kõrgeks. Kui selle kontakti signaal ületab 3,3 V, lülituvad väljundimpulsid välja (null töötsükkel). Kui selle pinge on 0 V lähedal, on impulsi kestus maksimaalne. Vahemikus 0 kuni 3,3 V on impulsi laius 50% kuni 0% (iga PWM-kontrolleri väljundi puhul – enamiku seadmete kontaktidel 9 ja 10).
Vajadusel saab kontakti 3 kasutada sisendsignaalina või kasutada impulsi laiuse muutumise kiiruse summutamiseks. Kui selle pinge on kõrge (> ~ 3,5 V), ei saa PWM-kontrolleri UPS-i käivitada (sellest ei tule impulsse).
Järeldus 4
See juhib väljundimpulsside töötsüklit (nt Dead-Time Control). Kui sellel olev pinge on 0 V lähedal, suudab mikroskeem väljastada nii minimaalse võimaliku kui ka maksimaalse impulsi laiuse (mis määratakse teiste sisendsignaalidega). Kui sellele kontaktile rakendatakse umbes 1,5 V pinget, piiratakse väljundimpulsi laiust 50%-ni selle maksimaalsest laiusest (või ~25% töötsükkel push-pull PWM-kontrolleri puhul). Kui selle pinge on kõrge (> ~ 3,5 V), ei saa TL494CN UPS-i käivitada. Selle lülitusahel sisaldab sageli nr 4, mis on otse maandusega ühendatud.
Oluline meeles pidada! Signaal kontaktidel 3 ja 4 peaks olema alla ~3,3 V. Mis siis, kui see on näiteks +5 V lähedal? Kuidassiis TL494CN käitub? Sellel olev pingemuunduri ahel ei tekita impulsse, st. UPS-ist ei tule väljundpinget
Järeldus 5
Kasutab ajastuskondensaatori Ct ühendamist ja selle teine kontakt on ühendatud maandusega. Mahtuvusväärtused on tavaliselt 0,01 µF kuni 0,1 µF. Selle komponendi väärtuse muutused põhjustavad GPN-i sageduse ja PWM-kontrolleri väljundimpulsside muutumise. Reeglina kasutatakse siin kvaliteetseid kondensaatoreid, millel on väga madal temperatuurikoefitsient (mahtuvus muutub väga vähe temperatuurimuutustega).
Järeldus 6
Ajaseadetakisti Rt ühendamiseks ja selle teine kontakt ühendatakse maandusega. Rt ja Ct väärtused määravad FPG sageduse.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Järeldus 7
Ühendub PWM-kontrolleri seadme vooluringi ühise juhtmega.
Järeldus 12
See on tähistatud tähtedega VCC. Sellega on ühendatud TL494CN toiteallika "pluss". Selle lülitusahel sisaldab tavaliselt toiteallika lülitiga ühendatud nr 12. Paljud UPS-id kasutavad seda tihvti toite (ja UPSi enda) sisse- ja väljalülitamiseks. Kui sellel on +12 V ja nr 7 on maandatud, töötavad FPV- ja ION-kiibid.
Järeldus 13
See on töörežiimi sisend. Selle toimimist on kirjeldatud ülal.
Väljundklemmide funktsioonid
Eespool olid need loetletud TL494CN jaoks. Nende funktsionaalse eesmärgi venekeelne kirjeldus on toodud allpool koos üksikasjalike selgitustega.
Järeldus 8
Selle kohtaKiibil on 2 npn-transistorit, mis on selle väljundklahvid. See kontakt on transistori 1 kollektor, mis on tavaliselt ühendatud alalispinge allikaga (12 V). Mõne seadme ahelates kasutatakse seda aga väljundina ja sellel on näha meander (nagu ka nr 11).
Järeldus 9
See on transistori 1 emitter. See juhib suure võimsusega UPS-i transistori (enamikul juhtudel väljaefekt) tõukeahelas kas otse või vahetransistori kaudu.
Väljund 10
See on transistori 2 emitter. Ühetsüklilises režiimis on sellel olev signaal sama, mis 9. signaal, teiselt poolt on see madal ja vastupidi. Enamikus seadmetes juhivad kõnealuse mikrolülituse väljundtransistorlülitite emitterite signaalid võimsaid väljatransistore, mis lülitatakse ON olekusse, kui pinge kontaktidel 9 ja 10 on kõrge (üle ~ 3,5 V, kuid see ei viita 3,3 V tasemele nr 3 ja 4).
Järeldus 11
See on transistori 2 kollektor, mis on tavaliselt ühendatud alalispingeallikaga (+12 V).
Märkus. TL494CN seadmetes võib lülitusahel sisaldada PWM-kontrolleri väljundina nii transistoride 1 kui ka 2 kollektoreid ja emittereid, kuigi teine valik on tavalisem. Siiski on valikuid, kui väljundid on täpselt 8 ja 11. Kui leiate IC ja FET-ide vahelisest ahelast väikese trafo, võetakse väljundsignaal suure tõenäosusega neilt.(kollektsionääridelt)
Järeldus 14
See on ION-väljund, samuti ülalpool kirjeldatud.
Tööpõhimõte
Kuidas TL494CN kiip töötab? Kirjeldame selle töö järjekorda Motorola, Inc. materjalide põhjal. Impulsi laiuse modulatsiooni väljund saavutatakse kondensaatori Ct positiivse saehamba signaali võrdlemisel kahe juhtsignaaliga. Väljundtransistorid Q1 ja Q2 on NOR-väravad, et need avada ainult siis, kui päästiku kella sisend (C1) (vt TL494CN funktsiooniskeemi) on madal.
Seega, kui trigeri sisendis C1 on loogilise üksuse tase, siis on väljundtransistorid suletud mõlemas töörežiimis: ühetsüklilise ja tõukejõuga. Kui selles sisendis on taktsignaal, siis push-pull režiimis lülitub transistor ükshaaval lahti, kui taktimpulsi katkestus päästikule jõuab. Ühetsüklilises režiimis päästikut ei kasutata ja mõlemad väljundklahvid avanevad sünkroonselt.
See avatud olek (mõlemal režiimil) on võimalik ainult FPV perioodi selles osas, mil saehamba pinge on suurem kui juhtsignaalid. Seega põhjustab juhtsignaali suuruse suurenemine või vähenemine vastav alt pingeimpulsside laiuse lineaarse suurenemise või vähenemise mikrolülituse väljundites.
Pinget kontaktilt 4 (surnud aja juhtimine), veavõimendi sisendeid või kontakti 3 tagasisidesignaali sisendit saab kasutada juhtsignaalidena.
Esimesed sammud mikroskeemiga töötamisel
Enne tegemistMis tahes kasuliku seadme puhul on soovitatav õppida, kuidas TL494CN töötab. Kuidas kontrollida, kas see töötab?
Võtke oma leivalaud, pange sellele IC ja ühendage juhtmed vastav alt allolevale skeemile.
Kui kõik on õigesti ühendatud, töötab vooluahel. Jätke tihvtid 3 ja 4 vabaks. Kasutage oma ostsilloskoopi, et kontrollida FPV toimimist – kontakti 6 juures peaksite nägema saehamba pinget. Väljundid on nullid. Kuidas määrata nende jõudlust TL494CN-is. Seda saab kontrollida järgmiselt:
- Ühendage tagasiside väljund (3) ja surnud aja juhtimisväljund (4) maandusega (7).
- Nüüd peaksite tuvastama ruutlaine IC väljunditel.
Kuidas väljundsignaali võimendada?
TL494CN väljund on üsna nõrk ja te soovite kindlasti rohkem võimsust. Seega peame lisama mõned võimsad transistorid. Lihtsaim kasutada (ja väga lihts alt saada – vana arvuti emaplaadilt) on n-kanaliga võimsusega MOSFETid. Samal ajal peame TL494CN väljundi ümber pöörama, sest kui ühendame sellega n-kanaliga MOSFET, siis impulsi puudumisel mikrolülituse väljundis on see alalisvoolu jaoks avatud. Sel juhul võib MOSFET lihts alt läbi põleda… Seega võtame välja universaalse npn-transistori ja ühendame selle vastav alt allolevale skeemile.
Võimas MOSFET sellesvooluring on passiivselt juhitav. See pole kuigi hea, kuid testimise eesmärgil ja väikese võimsusega on see üsna sobiv. R1 ahelas on npn-transistori koormus. Valige see vastav alt selle kollektori maksimaalsele lubatud voolule. R2 tähistab meie jõuastme koormust. Järgmistes katsetes asendatakse see trafoga.
Kui vaatame nüüd ostsilloskoobiga mikrolülituse 6. kontakti signaali, näeme “saagi”. Numbril 8 (K1) näete endiselt ruutlaine impulsse ja MOSFET-i äravoolul sama kujuga, kuid suuremaid impulsse.
Kuidas tõsta väljundpinget?
Nüüd tõstame TL494CN-iga pinget. Lülitus- ja ühendusskeem on sama - leivaplaadil. Piisav alt kõrget pinget peale muidugi ei saa, seda enam, et toite-MOSFETidel pole jahutusradiaatorit. Siiski ühendage väike trafo väljundastmega vastav alt sellele skeemile.
Trafo primaarmähis sisaldab 10 pööret. Sekundaarmähis sisaldab umbes 100 pööret. Seega on teisendussuhe 10. Kui panna primaarile 10V, siis peaks väljundis saama umbes 100V. Südamik on valmistatud ferriidist. Võite kasutada mõnda keskmise suurusega südamikku arvuti toiteallika trafost.
Olge ettevaatlik, trafo väljund on kõrgepinge. Vool on väga madal ja ei tapa sind. Kuid võite saada hea löögi. Teine oht on see, kui paigaldate suurekondensaator väljundis, kogub see suure laengu. Seetõttu tuleks pärast vooluringi väljalülitamist see tühjendada.
Ahela väljundis saate sisse lülitada mis tahes indikaatori, näiteks lambipirni, nagu alloleval fotol.
See töötab alalispingel ja vajab süttimiseks umbes 160 V. (Kogu seadme toiteallikas on umbes 15 V – suurusjärgu võrra väiksem.)
Trafo väljundahelat kasutatakse laialdaselt kõigis UPSides, sealhulgas arvutite toiteallikates. Nendes seadmetes on esimene trafo, mis on ühendatud transistorlülitite kaudu PWM-kontrolleri väljunditega, et isoleerida galvaaniliselt vooluahela madalpinge osa, mis sisaldab TL494CN, selle kõrgepingeosast, mis sisaldab võrgupinget. trafo.
Pingeregulaator
Reeglina annab kodus valmistatud väikestes elektroonikaseadmetes toite tüüpiline PC UPS, mis on valmistatud TL494CN-il. Arvuti toiteahel on hästi teada ja plokid ise on kergesti ligipääsetavad, kuna igal aastal utiliseeritakse või müüakse varuosadeks miljoneid vanu personaalarvuteid. Kuid reeglina ei tooda need UPS-id kõrgemat pinget kui 12 V. Seda on muutuva sagedusega ajami jaoks liiga vähe. Muidugi võiks proovida kasutada 25 V liigpingega PC UPS-i, kuid seda oleks raske leida ja loogikaväravates hajuks 5 V juures liiga palju võimsust.
Kuid TL494-l (või analoogidel) saate ehitada mis tahes vooluringe, millel on juurdepääs suuremale võimsusele ja pingele. Kasutades arvuti UPS-i ja suure võimsusega MOS-i tüüpilisi ositransistorid emaplaadilt, saate TL494CN-ile ehitada PWM-i pingeregulaatori. Konverteri ahel on näidatud alloleval joonisel.
Sellel näete kahe transistori mikrolülituse ja väljundastme lülitusahelat: universaalne npn- ja võimas MOS.
Põhiosad: T1, Q1, L1, D1. Bipolaarset T1 kasutatakse lihtsustatud viisil ühendatud toite-MOSFET-i juhtimiseks, nn. "passiivne". L1 on vana HP printeri induktiivpool (umbes 50 pööret, 1 cm kõrge, 0,5 cm laius koos mähistega, avatud drossel). D1 on Schottky diood teisest seadmest. TL494 on ühendatud ül altoodule alternatiivsel viisil, kuigi kasutada saab mõlemat.
C8 on väike mahtuvus, et vältida müra mõju tõrkevõimendi sisendisse, väärtus 0,01uF on enam-vähem normaalne. Suuremad väärtused aeglustavad soovitud pinge seadistamist.
C6 on veelgi väiksem kondensaator, seda kasutatakse kõrgsagedusmüra filtreerimiseks. Selle maht on kuni mitusada pikofaradi.
