Ang Switched-mode power supply (UPS) ay napakakaraniwan. Ang computer na ginagamit mo ngayon ay may multi-voltage na UPS (+12, -12, +5, -5, at +3.3V man lang). Halos lahat ng naturang mga bloke ay may espesyal na PWM controller chip, kadalasan sa uri ng TL494CN. Ang analogue nito ay ang domestic microcircuit M1114EU4 (KR1114EU4).
Producer
Ang microcircuit na isinasaalang-alang ay kabilang sa listahan ng pinakakaraniwan at malawakang ginagamit na integrated electronic circuits. Ang hinalinhan nito ay ang Unitrode UC38xx series ng PWM controllers. Noong 1999, ang kumpanyang ito ay binili ng Texas Instruments, at mula noon ay nagsimula ang pagbuo ng isang linya ng mga controllers na ito, na humahantong sa paglikha noong unang bahagi ng 2000s. Mga chip ng serye ng TL494. Bilang karagdagan sa mga UPS na nabanggit na sa itaas, makikita ang mga ito sa mga regulator ng boltahe ng DC, sa mga kontroladong drive, sa mga soft starter, sa madaling salita, saanman ginagamit ang kontrol ng PWM.
Sa mga kumpanyang nag-clone ng chip na ito, may mga sikat na brand sa mundo gaya ng Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Lahat sila ay nagbibigay ng detalyadong paglalarawan ng kanilang mga produkto, ang tinatawag na TL494CN datasheet.
Dokumentasyon
Pagsusuri ng mga paglalarawan ng itinuturing na uri ng microcircuit mula sa iba't ibang mga tagagawa ay nagpapakita ng praktikal na pagkakakilanlan ng mga katangian nito. Ang dami ng impormasyon na ibinigay ng iba't ibang mga kumpanya ay halos pareho. Bukod dito, ang datasheet ng TL494CN mula sa mga tatak tulad ng Motorola, Inc at ON Semiconductor ay inuulit ang isa't isa sa istraktura, mga figure, mga talahanayan at mga graph nito. Ang pagtatanghal ng materyal ng Texas Instruments ay medyo naiiba sa kanila, gayunpaman, sa masusing pag-aaral, nagiging malinaw na magkaparehong produkto ang ibig sabihin.
Pagtatalaga ng TL494CN chip
Tradisyunal na simulan natin itong ilarawan sa layunin at listahan ng mga panloob na device. Ito ay isang fixed frequency PWM controller na pangunahing idinisenyo para sa mga UPS application, na naglalaman ng mga sumusunod na device:
- sawtooth voltage generator (SPG);
- error amplifier;
- pinagmulan ng reference (reference) boltahe +5 V;
- dead time adjustment circuit;
- output transistor switch para sa kasalukuyang hanggang 500 mA;
- scheme para sa pagpili ng one-stroke o two-stroke na operasyon.
Limit
Tulad ng iba pang microcircuit, ang paglalarawan ng TL494CN ay dapat maglaman ng isang listahan ng pinakamataas na pinapahintulutang katangian ng pagganap. Bigyan natin sila batay sa data mula sa Motorola, Inc:
- Power supply: 42 V.
- boltahe ng kolektoroutput transistor: 42 V.
- Output transistor collector current: 500 mA.
- Amplifier input voltage range: -0.3V hanggang +42V.
- Pag-alis ng kuryente (sa t< 45°C): 1000mW.
- Hanay ng temperatura ng storage: -55 hanggang +125°C.
- Ambient operating temperature range: mula 0 hanggang +70 °С.
Dapat tandaan na ang parameter 7 para sa TL494IN chip ay medyo mas malawak: mula -25 hanggang +85 °С.
TL494CN chip design
Paglalarawan sa Russian ng mga konklusyon ng kaso nito ay ipinapakita sa figure sa ibaba.
Ang microcircuit ay inilagay sa isang plastic (ito ay ipinahiwatig ng titik N sa dulo ng pagtatalaga nito) 16-pin na package na may mga pdp-type na lead.
Ang hitsura nito ay ipinapakita sa larawan sa ibaba.
TL494CN: functional diagram
Kaya, ang gawain ng microcircuit na ito ay pulse-width modulation (PWM, o English Pulse Width Modulated (PWM)) ng mga boltahe na pulse na nabuo sa loob ng parehong regulated at unregulated na mga UPS. Sa mga power supply ng unang uri, ang hanay ng tagal ng pulso, bilang panuntunan, ay umaabot sa pinakamataas na posibleng halaga (~ 48% para sa bawat output sa mga push-pull circuit, na malawakang ginagamit sa pagpapagana ng mga audio amplifier ng kotse).
Ang TL494CN chip ay may kabuuang 6 na output pin, 4 sa mga ito (1, 2, 15, 16) ay mga input ng internal error amplifier na ginagamit upang protektahan ang UPS mula sa kasalukuyan at potensyal na mga overload. Pin 4 ang inputsignal mula 0 hanggang 3 V upang ayusin ang duty cycle ng output rectangular pulses, at3 ay ang output ng comparator at maaaring magamit sa maraming paraan. Ang isa pang 4 (mga numero 8, 9, 10, 11) ay mga libreng collectors at emitters ng transistors na may maximum na pinapayagang load current na 250 mA (sa tuloy-tuloy na mode, hindi hihigit sa 200 mA). Maaari silang ikonekta nang magkapares (9 hanggang 10 at 8 hanggang 11) para humimok ng mga high-power na MOSFET na may kasalukuyang limitasyon na 500mA (max. 400mA tuloy-tuloy).
Ano ang mga panloob ng TL494CN? Ang diagram nito ay ipinapakita sa figure sa ibaba.
Ang microcircuit ay may built-in na reference voltage source (ION) +5 V (No. 14). Ito ay kadalasang ginagamit bilang isang reference na boltahe (na may katumpakan na ± 1%) na inilalapat sa mga input ng mga circuit na kumonsumo ng hindi hihigit sa 10 mA, halimbawa, sa pin 13 ng pagpipilian ng isa- o dalawang-stroke na operasyon ng microcircuit: kung mayroong +5 V dito, pipiliin ang pangalawang mode, kung mayroong minus ng supply boltahe dito - ang una.
Upang ayusin ang dalas ng sawtooth voltage generator (GPN), ginagamit ang isang capacitor at isang risistor, na konektado sa mga pin 5 at 6, ayon sa pagkakabanggit. At, siyempre, ang microcircuit ay may mga terminal para sa pagkonekta ng plus at minus ng power source (mga numero 12 at 7, ayon sa pagkakabanggit) sa hanay mula 7 hanggang 42 V.
Ipinapakita ng diagram na may ilang internal na device sa TL494CN. Ang isang paglalarawan sa Russian ng kanilang functional na layunin ay ibibigay sa ibaba sa kurso ng pagtatanghal ng materyal.
Input terminal functions
Tulad ng anumaniba pang elektronikong kagamitan. Ang microcircuit na pinag-uusapan ay may sariling mga input at output. Magsisimula tayo sa una. Ang isang listahan ng mga TL494CN pin na ito ay naibigay na sa itaas. Ang isang paglalarawan sa Russian ng kanilang functional na layunin ay ibibigay sa ibaba na may mga detalyadong paliwanag.
Output 1
Ito ang positive (non-inverting) input ng error amplifier 1. Kung mas mababa ang boltahe dito kaysa sa boltahe sa pin 2, magiging mababa ang output ng error amplifier 1. Kung mas mataas ito kaysa sa pin 2, tataas ang signal ng error amplifier 1. Ang output ng amplifier ay mahalagang ginagaya ang positibong input gamit ang pin 2 bilang reference. Ang mga function ng mga error amplifier ay ilalarawan nang mas detalyado sa ibaba.
Konklusyon 2
Ito ang negatibong (inverting) input ng error amplifier 1. Kung mas mataas ang pin na ito kaysa sa pin 1, magiging mababa ang output ng error amplifier 1. Kung mas mababa ang boltahe sa pin na ito kaysa sa boltahe sa pin 1, magiging mataas ang output ng amplifier.
Konklusyon 15
Ito ay eksaktong kapareho ng 2. Kadalasan ang pangalawang error amplifier ay hindi ginagamit sa TL494CN. Ang switching circuit nito sa kasong ito ay naglalaman ng pin 15 na nakakonekta lamang sa ika-14 (reference na boltahe +5 V).
Konklusyon 16
Gumagana ito katulad ng 1. Karaniwan itong konektado sa karaniwang 7 kapag hindi ginagamit ang pangalawang error amplifier. Sa pin 15 na konektado sa +5V at 16 na konektado sa common, ang output ng pangalawang amplifier ay mababa at samakatuwid ay walang epekto sa pagpapatakbo ng chip.
Konklusyon 3
Ang pin na ito at ang bawat panloob na amplifier ay TL494CNkonektado sa bawat isa sa pamamagitan ng diodes. Kung ang signal sa output ng alinman sa mga ito ay nagbabago mula sa mababa hanggang sa mataas, pagkatapos ay sa numero 3 ito ay tumataas din. Kapag ang signal sa pin na ito ay lumampas sa 3.3V, ang output pulses ay patayin (zero duty cycle). Kapag ang boltahe dito ay malapit sa 0 V, ang tagal ng pulso ay pinakamataas. Sa pagitan ng 0 at 3.3V, ang lapad ng pulso ay 50% hanggang 0% (para sa bawat isa sa mga output ng PWM controller - sa mga pin 9 at 10 sa karamihan ng mga device).
Kung kinakailangan, ang pin 3 ay maaaring gamitin bilang input signal o maaaring gamitin upang magbigay ng damping para sa rate ng pagbabago ng lapad ng pulso. Kung mataas ang boltahe dito (> ~ 3.5V), walang paraan upang simulan ang UPS sa PWM controller (walang pulso mula rito).
Konklusyon 4
Kinokontrol nito ang duty cycle ng mga output pulse (eng. Dead-Time Control). Kung ang boltahe dito ay malapit sa 0 V, ang microcircuit ay makakapag-output ng parehong minimum na posible at ang maximum na lapad ng pulso (na itinakda ng iba pang mga signal ng input). Kung ang boltahe na humigit-kumulang 1.5V ay inilapat sa pin na ito, ang lapad ng pulso ng output ay limitado sa 50% ng maximum na lapad nito (o ~25% duty cycle para sa isang push-pull PWM controller). Kung mataas ang boltahe dito (> ~ 3.5V), walang paraan upang simulan ang UPS sa TL494CN. Ang switching circuit nito ay kadalasang naglalaman ng No. 4, na direktang konektado sa lupa.
Mahalagang tandaan! Ang signal sa mga pin 3 at 4 ay dapat nasa ibaba ng ~3.3V. Paano kung ito ay malapit sa, sabihin nating, +5V? Paanotapos magbehave si TL494CN? Ang circuit converter ng boltahe dito ay hindi bubuo ng mga pulso, i.e. walang magiging output boltahe mula sa UPS
Konklusyon 5
Nagsisilbing ikonekta ang timing capacitor Ct, at ang pangalawang contact nito ay konektado sa lupa. Ang mga halaga ng kapasidad ay karaniwang 0.01 µF hanggang 0.1 µF. Ang mga pagbabago sa halaga ng bahaging ito ay humantong sa isang pagbabago sa dalas ng GPN at ang mga pulso ng output ng PWM controller. Bilang panuntunan, ginagamit dito ang mga de-kalidad na capacitor na may napakababang temperature coefficient (na may napakakaunting pagbabago sa capacitance na may pagbabago sa temperatura).
Konklusyon 6
Upang ikonekta ang time-setting resistor Rt, at ang pangalawang contact nito ay konektado sa lupa. Tinutukoy ng mga halaga ng Rt at Ct ang dalas ng FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Konklusyon 7
Kumukonekta ito sa karaniwang wire ng circuit ng device sa PWM controller.
Konklusyon 12
Ito ay minarkahan ng mga letrang VCC. Ang "plus" ng TL494CN power supply ay konektado dito. Ang switching circuit nito ay karaniwang naglalaman ng No. 12 na konektado sa switch ng power supply. Maraming UPS ang gumagamit ng pin na ito upang i-on at patayin ang power (at ang UPS mismo). Kung mayroon itong +12 V at ang No. 7 ay grounded, gagana ang FPV at ION chips.
Konklusyon 13
Ito ang operation mode input. Ang pagpapatakbo nito ay inilarawan sa itaas.
Mga function ng mga output terminal
Sa itaas ay nakalista ang mga ito para sa TL494CN. Ang isang paglalarawan sa Russian ng kanilang functional na layunin ay ibibigay sa ibaba na may mga detalyadong paliwanag.
Konklusyon 8
DitoAng chip ay may 2 npn transistors na mga output key nito. Ang pin na ito ay ang kolektor ng transistor 1, kadalasang konektado sa isang DC boltahe source (12 V). Gayunpaman, sa mga circuit ng ilang device, ginagamit ito bilang output, at makakakita ka ng liku-liko dito (pati na rin sa No. 11).
Konklusyon 9
Ito ang emitter ng transistor 1. Ito ang nagtutulak ng high power na UPS transistor (field effect sa karamihan ng mga kaso) sa isang push-pull circuit, direkta man o sa pamamagitan ng intermediate transistor.
Output 10
Ito ang emitter ng transistor 2. Sa single-cycle mode, ang signal dito ay pareho sa 9. sa kabilang banda ay mababa ito, at kabaliktaran. Sa karamihan ng mga device, ang mga signal mula sa mga naglalabas ng output transistor switch ng microcircuit na pinag-uusapan ay nagtutulak ng malakas na field-effect transistors, na itinutulak sa estadong ON kapag mataas ang boltahe sa mga pin 9 at 10 (sa itaas ~ 3.5 V, ngunit hindi ito tumutukoy sa antas ng 3.3 V sa No. 3 at 4).
Konklusyon 11
Ito ang collector ng transistor 2, kadalasang nakakonekta sa isang DC voltage source (+12V).
Tandaan: Sa mga device sa TL494CN, ang switching circuit ay maaaring maglaman ng parehong collectors at emitters ng transistors 1 at 2 bilang mga output ng PWM controller, bagama't mas karaniwan ang pangalawang opsyon. Gayunpaman, mayroong mga pagpipilian kapag eksaktong mga pin 8 at 11 ay mga output. Kung makakita ka ng isang maliit na transpormer sa circuit sa pagitan ng IC at ng mga FET, ang output signal ay malamang na kinuha mula sa kanila.(mula sa mga kolektor)
Konklusyon 14
Ito ang ION output, na inilarawan din sa itaas.
Prinsipyo sa paggawa
Paano gumagana ang TL494CN chip? Magbibigay kami ng paglalarawan ng pagkakasunud-sunod ng trabaho nito batay sa mga materyales mula sa Motorola, Inc. Ang pulse width modulation output ay nakakamit sa pamamagitan ng paghahambing ng positibong sawtooth signal mula sa capacitor Ct sa alinman sa dalawang control signal. Ang mga output transistor Q1 at Q2 ay NOR gated upang buksan lamang ang mga ito kapag bumaba ang trigger clock input (C1) (tingnan ang TL494CN function diagram).
Kaya, kung sa input C1 ng trigger ang antas ng isang lohikal na yunit, ang mga output transistor ay sarado sa parehong mga mode ng operasyon: single-cycle at push-pull. Kung mayroong signal ng orasan sa input na ito, pagkatapos ay sa push-pull mode, ang transistor ay bumukas nang paisa-isa sa pagdating ng clock pulse cutoff sa trigger. Sa single-cycle mode, hindi ginagamit ang trigger, at ang parehong output key ay bumukas nang sabay-sabay.
Ang open state na ito (sa parehong mga mode) ay posible lamang sa bahaging iyon ng panahon ng FPV kapag ang boltahe ng sawtooth ay mas malaki kaysa sa mga control signal. Kaya, ang pagtaas o pagbaba sa magnitude ng control signal ay nagdudulot ng linear na pagtaas o pagbaba sa lapad ng mga pulso ng boltahe sa mga output ng microcircuit, ayon sa pagkakabanggit.
Ang boltahe mula sa pin 4 (dead time control), error amplifier input o feedback signal input mula sa pin 3 ay maaaring gamitin bilang control signal.
Mga unang hakbang sa pagtatrabaho sa isang microcircuit
Bago gawinanumang kapaki-pakinabang na aparato, inirerekumenda na matutunan kung paano gumagana ang TL494CN. Paano malalaman kung gumagana ito?
Kunin ang iyong breadboard, ilagay ang IC dito at ikonekta ang mga wire ayon sa diagram sa ibaba.
Kung nakakonekta nang tama ang lahat, gagana ang circuit. Iwanan ang mga pin 3 at 4 na hindi libre. Gamitin ang iyong oscilloscope upang suriin ang pagpapatakbo ng FPV - sa pin 6 dapat kang makakita ng boltahe ng sawtooth. Ang mga output ay magiging zero. Paano matukoy ang kanilang pagganap sa TL494CN. Ang pagsuri ay maaaring gawin tulad nito:
- Ikonekta ang feedback output (3) at dead time control output (4) sa ground (7).
- Ngayon ay dapat mong makita ang square wave sa mga output ng IC.
Paano palakasin ang output signal?
Ang output ng TL494CN ay medyo mababa ang kasalukuyang, at tiyak na gusto mo ng mas maraming kapangyarihan. Kaya, dapat tayong magdagdag ng ilang makapangyarihang transistor. Ang pinakamadaling gamitin (at napakadaling makuha - mula sa isang lumang motherboard ng computer) ay mga n-channel na power MOSFET. Kasabay nito, dapat nating baligtarin ang output ng TL494CN, dahil kung ikinonekta natin ang isang n-channel MOSFET dito, kung gayon sa kawalan ng pulso sa output ng microcircuit, ito ay bukas para sa daloy ng DC. Sa kasong ito, maaaring masunog lang ang MOSFET … Kaya't kinuha namin ang universal npn transistor at ikinonekta ito ayon sa diagram sa ibaba.
Makapangyarihang MOSFET ditoang circuit ay passive na kinokontrol. Ito ay hindi napakahusay, ngunit para sa mga layunin ng pagsubok at mababang kapangyarihan ito ay lubos na angkop. Ang R1 sa circuit ay ang load ng npn transistor. Piliin ito ayon sa maximum na pinapayagang kasalukuyang ng kolektor nito. Kinakatawan ng R2 ang load ng ating power stage. Sa mga sumusunod na eksperimento, papalitan ito ng isang transformer.
Kung titingnan natin ngayon ang signal sa pin 6 ng microcircuit na may oscilloscope, makikita natin ang isang "saw". Sa 8 (K1) makakakita ka pa rin ng mga square wave pulse, at sa drain ng MOSFET pulse na may parehong hugis, ngunit mas malaki.
Paano itaas ang boltahe ng output?
Ngayon, taasan natin ang boltahe gamit ang TL494CN. Ang switching at wiring diagram ay pareho - sa breadboard. Siyempre, hindi ka makakakuha ng sapat na mataas na boltahe dito, lalo na dahil walang heat sink sa mga power MOSFET. Gayunpaman, ikonekta ang isang maliit na transpormer sa yugto ng output ayon sa diagram na ito.
Ang pangunahing paikot-ikot ng transformer ay naglalaman ng 10 pagliko. Ang pangalawang paikot-ikot ay naglalaman ng mga 100 liko. Kaya, ang ratio ng pagbabago ay 10. Kung ilalapat mo ang 10V sa pangunahin, dapat kang makakuha ng tungkol sa 100V sa output. Ang core ay gawa sa ferrite. Maaari kang gumamit ng ilang medium sized na core mula sa PC power supply transformer.
Mag-ingat, mataas ang boltahe ng output ng transformer. Napakababa ng agos at hindi ka papatayin. Ngunit maaari kang makakuha ng magandang hit. Ang isa pang panganib ay kung mag-install ka ng malakikapasitor sa output, ito ay maipon ng isang malaking singil. Samakatuwid, pagkatapos i-off ang circuit, dapat itong i-discharge.
Sa output ng circuit, maaari mong i-on ang anumang indicator tulad ng bombilya, tulad ng nasa larawan sa ibaba.
Tumatakbo ito sa DC boltahe at nangangailangan ng humigit-kumulang 160V upang lumiwanag. (Ang power supply ng buong device ay humigit-kumulang 15 V - isang order ng magnitude na mas mababa.)
Ang transformer output circuit ay malawakang ginagamit sa anumang UPS, kabilang ang mga power supply ng PC. Sa mga device na ito, ang unang transpormer, na konektado sa pamamagitan ng transistor switch sa mga output ng PWM controller, ay nagsisilbing galvanically na ihiwalay ang mababang boltahe na bahagi ng circuit, na kinabibilangan ng TL494CN, mula sa mataas na boltahe na bahagi nito, na naglalaman ng boltahe ng mains. transpormer.
Voltage regulator
Bilang isang panuntunan, sa mga home-made na maliliit na electronic device, ang power ay ibinibigay ng isang tipikal na PC UPS, na ginawa sa TL494CN. Ang circuit ng power supply ng isang PC ay kilala, at ang mga bloke mismo ay madaling ma-access, dahil milyon-milyong lumang mga PC ang itinatapon taun-taon o ibinebenta para sa mga ekstrang bahagi. Ngunit bilang panuntunan, ang mga UPS na ito ay hindi gumagawa ng mga boltahe na mas mataas kaysa sa 12 V. Ito ay masyadong maliit para sa isang variable frequency drive. Siyempre, maaaring subukan ng isa at gumamit ng 25V overvoltage PC UPS, ngunit iyon ay mahirap hanapin at masyadong maraming kapangyarihan ang mawawala sa 5V sa mga logic gate.
Gayunpaman, sa TL494 (o mga analogue) maaari kang bumuo ng anumang mga circuit na may access sa tumaas na kapangyarihan at boltahe. Gumagamit ng mga tipikal na bahagi mula sa PC UPS at high power MOStransistors mula sa motherboard, maaari kang bumuo ng isang PWM voltage regulator sa TL494CN. Ang converter circuit ay ipinapakita sa figure sa ibaba.
Dito makikita mo ang switching circuit ng microcircuit at ang output stage sa dalawang transistor: isang universal npn- at isang malakas na MOS.
Mga pangunahing bahagi: T1, Q1, L1, D1. Ang bipolar T1 ay ginagamit upang himukin ang isang power MOSFET na konektado sa isang pinasimpleng paraan, ang tinatawag na. "passive". Ang L1 ay isang inductor mula sa isang lumang HP printer (mga 50 pagliko, 1 cm ang taas, 0.5 cm ang lapad na may windings, open choke). Ang D1 ay isang Schottky diode mula sa isa pang device. Naka-wire ang TL494 sa isang alternatibong paraan sa itaas, bagama't maaaring gamitin ang alinman.
Ang C8 ay isang maliit na kapasidad upang maiwasan ang epekto ng ingay na pumapasok sa input ng error amplifier, ang halaga na 0.01uF ay magiging mas o mas mababa sa normal. Ang mas malalaking halaga ay magpapabagal sa pagtatakda ng gustong boltahe.
Ang C6 ay isang mas maliit na kapasitor, ginagamit ito upang i-filter ang mataas na dalas ng ingay. Ang kapasidad nito ay hanggang ilang daang picofarad.
