Anahtarlamalı güç kaynakları (UPS) çok yaygındır. Şu anda kullanmakta olduğunuz bilgisayarda çok voltajlı bir UPS (en az +12, -12, +5, -5 ve +3.3V) var. Hemen hemen tüm bu bloklar, genellikle TL494CN tipinde özel bir PWM kontrol çipine sahiptir. Analogu, yerel mikro devre M1114EU4'tür (KR1114EU4).
Yapımcılar
İncelenen mikro devre, en yaygın ve yaygın olarak kullanılan entegre elektronik devreler listesine aittir. Selefi, Unitrode UC38xx serisi PWM kontrolörleriydi. 1999 yılında, bu şirket Texas Instruments tarafından satın alındı ve o zamandan beri bu kontrolörlerin bir hattının geliştirilmesi başladı ve 2000'lerin başında yaratılmasına yol açtı. TL494 serisi çipler. Yukarıda belirtilen UPS'lere ek olarak, DC voltaj regülatörlerinde, kontrollü sürücülerde, yumuşak yol vericilerde, kısacası PWM kontrolünün kullanıldığı her yerde bulunabilirler.
Bu çipi klonlayan firmalar arasında Motorola, Inc, International Rectifier gibi dünyaca ünlü markalar var. Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Hepsi, TL494CN veri sayfası olarak adlandırılan, ürünlerinin ayrıntılı bir tanımını verir.
Belgeler
Farklı üreticilerin dikkate alınan mikro devre tipi açıklamalarının analizi, özelliklerinin pratik kimliğini gösterir. Farklı firmalar tarafından verilen bilgi miktarı hemen hemen aynıdır. Ayrıca Motorola, Inc ve ON Semiconductor gibi markaların TL494CN datasheet'i yapısı, şekil, tablo ve grafiklerinde birbirini tekrarlamaktadır. Materyallerin Texas Instruments tarafından sunumu onlardan biraz farklıdır, ancak dikkatli bir çalışma ile aynı ürünün kastedildiği anlaşılır.
TL494CN çipinin atanması
Geleneksel olarak, dahili cihazların amacı ve listesi ile açıklamaya başlayalım. Öncelikle UPS uygulamaları için tasarlanmış, aşağıdaki cihazları içeren sabit frekanslı bir PWM kontrol cihazıdır:
- testere dişi voltaj üreteci (SPG);
- hata yükselticileri;
- referans (referans) voltajının kaynağı +5 V;
- ölü zaman ayar devresi;
- 500 mA'ya kadar akım için çıkış transistör anahtarları;
- tek zamanlı veya iki zamanlı çalışmayı seçme şeması.
Sınırlar
Diğer tüm mikro devreler gibi, TL494CN'nin açıklaması da izin verilen maksimum performans özelliklerinin bir listesini içermelidir. Bunları Motorola, Inc.'den alınan verilere göre verelim:
- Güç kaynağı: 42 V.
- Kollektör voltajıçıkış transistörü: 42 V.
- Çıkış transistör kollektör akımı: 500 mA.
- Amplifikatör giriş voltajı aralığı: -0.3V - +42V.
- Güç kaybı (t< 45°C'de): 1000mW.
- Saklama sıcaklığı aralığı: -55 ila +125°C.
- Ortam çalışma sıcaklığı aralığı: 0 ila +70 °С.
TL494IN yongası için parametre 7'nin biraz daha geniş olduğuna dikkat edilmelidir: -25 ila +85 °С.
TL494CN çip tasarımı
Durumunun sonuçlarının Rusça açıklaması aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Mikro devre bir plastiğe yerleştirilir (bu, tanımının sonundaki N harfi ile belirtilir) pdp tipi uçlara sahip 16 pimli paket.
Görünüşü aşağıdaki fotoğrafta gösterilmektedir.
TL494CN: işlevsel şema
Dolayısıyla, bu mikro devrenin görevi, hem düzenlenmiş hem de düzenlenmemiş UPS'lerde üretilen voltaj darbelerinin darbe genişlik modülasyonu (PWM veya İngiliz Darbe Genişliği Modülasyonlu (PWM)). Birinci tip güç kaynaklarında, darbe süresi aralığı, kural olarak, mümkün olan maksimum değere ulaşır (otomobil ses amplifikatörlerine güç sağlamak için yaygın olarak kullanılan itme-çekme devrelerindeki her çıkış için ~ %48).
TL494CN çipinin toplam 6 çıkış pini vardır, bunlardan 4'ü (1, 2, 15, 16) UPS'i mevcut ve potansiyel aşırı yüklerden korumak için kullanılan dahili hata yükselticilerinin girişleridir. Pin 4 giriştir0'dan 3 V'a sinyal çıkışının görev döngüsünü ayarlamak için dikdörtgen darbeler ve3 karşılaştırıcının çıkışıdır ve çeşitli şekillerde kullanılabilir. Diğer 4 (8, 9, 10, 11 sayıları), izin verilen maksimum yük akımı 250 mA olan (sürekli modda, 200 mA'dan fazla olmayan) transistörlerin serbest toplayıcıları ve yayıcılarıdır. 500mA (maks. 400mA sürekli) yüksek güçlü MOSFET'leri sürmek için çiftler halinde (9 ila 10 ve 8 ila 11) bağlanabilirler.
TL494CN'nin içindekiler nelerdir? Diyagramı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Mikro devrede yerleşik bir referans voltaj kaynağı (ION) +5 V (No. 14) bulunur. Genellikle 10 mA'dan fazla tüketmeyen devrelerin girişlerine, örneğin bir veya iki zamanlı çalışma seçiminin pim 13'üne uygulanan bir referans voltajı (±% 1 doğrulukla) olarak kullanılır. mikro devre: üzerinde +5 V varsa, ikinci mod seçilir, üzerinde eksi besleme voltajı varsa - birincisi.
Testere dişi voltaj üretecinin (GPN) frekansını ayarlamak için, sırasıyla pim 5 ve 6'ya bağlı bir kapasitör ve bir direnç kullanılır. Ve elbette, mikro devre, güç kaynağının artı ve eksilerini (sırasıyla 12 ve 7 sayıları) 7 ila 42 V aralığında bağlamak için terminallere sahiptir.
Şema, TL494CN'de bir dizi dahili cihaz olduğunu gösterir. Aşağıda, materyalin sunumu sırasında işlevsel amaçlarının Rusça bir açıklaması verilecektir.
Giriş terminali işlevleri
Herhangi biri gibidiğer elektronik cihaz. Söz konusu mikro devrenin kendi giriş ve çıkışları vardır. İlkinden başlayacağız. Bu TL494CN pinlerinin bir listesi yukarıda zaten verilmiştir. Aşağıda ayrıntılı açıklamalarla birlikte işlevsel amaçlarının Rusça bir açıklaması verilecektir.
Çıkış 1
Bu, hata yükselticisi 1'in pozitif (ters çevirmeyen) girişidir. Üzerindeki voltaj pim 2'deki voltajdan düşükse, hata yükselticisi 1'in çıkışı düşük olacaktır. Pin 2'den daha yüksekse, hata yükselticisi 1 sinyali yükselecektir. Amplifikatörün çıkışı, referans olarak pin 2'yi kullanarak esasen pozitif girişi kopyalar. Hata yükselticilerinin işlevleri aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklanacaktır.
Sonuç 2
Bu, hata yükselticisi 1'in negatif (ters çeviren) girişidir. Bu pim, pim 1'den yüksekse, hata yükselticisi 1'in çıkışı düşük olacaktır. Bu pindeki voltaj pin 1'deki voltajdan düşükse, amplifikatörün çıkışı yüksek olacaktır.
Sonuç 15
2 ile tamamen aynı şekilde çalışır. Genellikle ikinci hata yükselticisi TL494CN'de kullanılmaz. Bu durumda anahtarlama devresi, 14'üne basitçe bağlanan pim 15'i içerir (referans voltajı +5 V).
Sonuç 16
1 ile aynı şekilde çalışır. Genellikle ikinci hata amplifikatörü kullanılmadığında ortak 7'ye bağlanır. Pin 15 +5V'a ve 16 ortak'a bağlıyken, ikinci amplifikatörün çıkışı düşüktür ve bu nedenle çipin çalışması üzerinde hiçbir etkisi yoktur.
Sonuç 3
Bu pin ve her dahili amplifikatör TL494CNdiyotlarla birbirine bağlanır. Herhangi birinin çıkışındaki sinyal düşükten yükseğe değişirse, 3 numarada da yükselir. Bu pin üzerindeki sinyal 3,3V'u aştığında çıkış darbeleri kapanır (sıfır görev döngüsü). Üzerindeki voltaj 0 V'a yakın olduğunda darbe süresi maksimumdur. 0 ile 3,3 V arasında, darbe genişliği %50 ila %0'dır (PWM kontrolör çıkışlarının her biri için - çoğu cihazda 9 ve 10 numaralı pinlerde).
Gerekirse, pin 3 bir giriş sinyali olarak kullanılabilir veya darbe genişliği değişim oranı için sönümleme sağlamak için kullanılabilir. Üzerindeki voltaj yüksekse (> ~ 3.5V), KGK'yı PWM kontrol cihazında başlatmanın bir yolu yoktur (ondan darbe olmayacaktır).
Sonuç 4
Çıkış darbelerinin görev döngüsünü kontrol eder (İng. Ölü Zaman Kontrolü). Üzerindeki voltaj 0 V'a yakınsa, mikro devre hem mümkün olan minimum hem de maksimum darbe genişliğini (diğer giriş sinyalleri tarafından ayarlanır) verebilir. Bu pime yaklaşık 1,5 V'luk bir voltaj uygulanırsa, çıkış darbe genişliği maksimum genişliğinin %50'si (veya bir itme-çekme PWM denetleyicisi için ~%25 görev döngüsü) ile sınırlandırılacaktır. Üzerindeki voltaj yüksekse (> ~ 3.5V), TL494CN'de UPS'i çalıştırmanın bir yolu yoktur. Anahtarlama devresi genellikle doğrudan toprağa bağlı 4 numara içerir.
Hatırlamak önemli! Pim 3 ve 4'teki sinyal ~3.3V'nin altında olmalıdır. Ya +5V'a yakınsa? Nasılo zaman TL494CN davranacak? Üzerindeki voltaj dönüştürücü devresi darbe üretmeyecektir, yani. KGK'dan çıkış voltajı olmayacaktır
Sonuç 5
Zamanlama kapasitörünü Ct bağlamaya yarar ve ikinci kontağı toprağa bağlanır. Kapasitans değerleri tipik olarak 0,01 µF ila 0,1 µF'dir. Bu bileşenin değerindeki değişiklikler, GPN frekansında ve PWM kontrolörünün çıkış darbelerinde bir değişikliğe yol açar. Kural olarak, burada çok düşük sıcaklık katsayısına sahip (sıcaklık değişimiyle kapasitansta çok az değişiklik olan) yüksek kaliteli kapasitörler kullanılır.
Sonuç 6
Zaman ayar direncini Rt bağlamak için ve ikinci kontağı toprağa bağlanır. Rt ve Ct değerleri FPG frekansını belirler.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Sonuç 7
PWM kontrol cihazı üzerindeki cihaz devresinin ortak kablosuna bağlanır.
Sonuç 12
VCC harfleriyle işaretlenmiştir. TL494CN güç kaynağının "artı" ona bağlanır. Anahtarlama devresi genellikle güç kaynağı anahtarına bağlı No. 12'yi içerir. Birçok UPS, gücü (ve UPS'in kendisini) açıp kapatmak için bu pimi kullanır. +12 V varsa ve No. 7 topraklanırsa FPV ve ION çipleri çalışacaktır.
Sonuç 13
Bu, çalışma modu girişidir. Çalışması yukarıda açıklanmıştır.
Çıkış terminallerinin işlevleri
Yukarıda TL494CN için listelenmiştir. Aşağıda ayrıntılı açıklamalarla birlikte işlevsel amaçlarının Rusça bir açıklaması verilecektir.
Sonuç 8
Bunun üzerineÇip, çıkış anahtarları olan 2 npn transistöre sahiptir. Bu pim, genellikle bir DC voltaj kaynağına (12 V) bağlanan transistör 1'in toplayıcısıdır. Ancak bazı cihazların devrelerinde çıkış olarak kullanılır ve üzerinde bir menderes görebilirsiniz (ayrıca No. 11'de olduğu gibi).
Sonuç 9
Bu, transistör 1'in emitörüdür. Yüksek güçlü UPS transistörünü (çoğu durumda alan etkisi) doğrudan veya bir ara transistör aracılığıyla bir itme-çekme devresinde çalıştırır.
Çıkış 10
Bu, transistör 2'nin emitörüdür. Tek çevrim modunda, üzerindeki sinyal 9'daki ile aynıdır, diğerinde düşüktür ve bunun tersi de geçerlidir. Çoğu cihazda, söz konusu mikro devrenin çıkış transistör anahtarlarının vericilerinden gelen sinyaller, pim 9 ve 10'daki voltaj yüksek olduğunda (~ 3.5 V'un üzerinde, ancak No. 3 ve 4'teki 3,3 V seviyesine atıfta bulunmaz.
Sonuç 11
Bu, genellikle bir DC voltaj kaynağına (+12V) bağlı olan transistör 2'nin toplayıcısıdır.
Not: TL494CN üzerindeki cihazlarda, anahtarlama devresi, ikinci seçenek daha yaygın olmasına rağmen, PWM kontrolörünün çıkışları olarak transistör 1 ve 2'nin hem toplayıcılarını hem de emitörlerini içerebilir. Bununla birlikte, tam olarak pin 8 ve 11 çıkış olduğunda seçenekler vardır. IC ve FET'ler arasındaki devrede küçük bir transformatör bulursanız, çıkış sinyali büyük olasılıkla onlardan alınır.(koleksiyonerlerden)
Sonuç 14
Bu, yukarıda da açıklanan ION çıkışıdır.
Çalışma prensibi
TL494CN çipi nasıl çalışır? Motorola, Inc.'den alınan materyallere dayanarak çalışmalarının sırasının bir tanımını vereceğiz. Darbe genişliği modülasyon çıkışı, Ct kondansatöründen gelen pozitif testere dişi sinyalinin iki kontrol sinyalinden biri ile karşılaştırılmasıyla elde edilir. Q1 ve Q2 çıkış transistörleri, yalnızca tetikleme saati girişi (C1) (bkz. TL494CN fonksiyon şeması) düştüğünde onları açmak için NOR kapılıdır.
Böylece, tetikleyicinin C1 girişinde mantıksal bir birimin seviyesindeyse, çıkış transistörleri her iki çalışma modunda da kapalıdır: tek çevrim ve itme-çekme. Bu girişte bir saat sinyali varsa, itme-çekme modunda, saat darbesi kesmesinin tetiğe ulaşmasıyla transistör anahtarları birer birer açılır. Tek çevrim modunda tetik kullanılmaz ve her iki çıkış tuşu da eşzamanlı olarak açılır.
Bu açık durum (her iki modda) yalnızca, testere dişi voltajının kontrol sinyallerinden daha yüksek olduğu FPV periyodunun o kısmında mümkündür. Bu nedenle, kontrol sinyalinin büyüklüğündeki bir artış veya azalma, sırasıyla mikro devrenin çıkışlarındaki voltaj darbelerinin genişliğinde doğrusal bir artış veya azalmaya neden olur.
Pin 4'ten gelen voltaj (ölü zaman kontrolü), hata yükseltici girişleri veya pin 3'ten gelen geri besleme sinyali girişi kontrol sinyalleri olarak kullanılabilir.
Bir mikro devre ile çalışmanın ilk adımları
Yapmadan önceHerhangi bir faydalı cihaz için TL494CN'nin nasıl çalıştığını öğrenmeniz önerilir. Çalışıp çalışmadığı nasıl kontrol edilir?
Breadboard'unuzu alın, IC'yi üzerine yerleştirin ve kabloları aşağıdaki şemaya göre bağlayın.
Her şey doğru bağlanırsa devre çalışacaktır. 3 ve 4 numaralı pinleri boş bırakın. FPV'nin çalışmasını kontrol etmek için osiloskopunuzu kullanın - pim 6'da bir testere dişi voltajı görmelisiniz. Çıkışlar sıfır olacaktır. TL494CN'deki performansları nasıl belirlenir. Kontrol şu şekilde yapılabilir:
- Geri besleme çıkışını (3) ve ölü zaman kontrol çıkışını (4) toprağa (7) bağlayın.
- Şimdi IC'nin çıkışlarındaki kare dalgayı tespit etmelisiniz.
Çıkış sinyali nasıl yükseltilir?
TL494CN'nin çıkışı oldukça düşük akım ve kesinlikle daha fazla güç istiyorsunuz. Bu nedenle, bazı güçlü transistörler eklemeliyiz. Kullanımı en kolay (ve eski bir bilgisayar anakartından elde edilmesi çok kolay) n-kanallı güç MOSFET'leridir. Aynı zamanda TL494CN'nin çıkışını da ters çevirmeliyiz, çünkü ona bir n-kanallı MOSFET bağlarsak, o zaman mikro devrenin çıkışında bir darbe olmadığında DC akışına açık olacaktır. Bu durumda MOSFET basitçe yanabilir… Yani evrensel npn transistörünü çıkarıp aşağıdaki şemaya göre bağlıyoruz.
Bunda güçlü MOSFETdevre pasif olarak kontrol edilir. Bu çok iyi değil, ancak test amaçlı ve düşük güç için oldukça uygundur. Devredeki R1, npn transistörünün yüküdür. Kolektörünün izin verilen maksimum akımına göre seçin. R2, güç aşamamızın yükünü temsil eder. Aşağıdaki deneylerde, bir transformatör ile değiştirilecektir.
Şimdi mikro devrenin pim 6'sındaki sinyale bir osiloskop ile bakarsak, bir "testere" görürüz. 8'de (K1) hala kare dalga darbelerini ve MOSFET darbelerinin drenajında aynı şekle sahip, ancak daha büyük görebilirsiniz.
Çıkış voltajı nasıl yükseltilir?
Şimdi TL494CN ile biraz voltaj yükseltelim. Anahtarlama ve bağlantı şeması aynıdır - devre tahtasında. Tabii ki, özellikle güç MOSFET'lerinde ısı emici olmadığı için üzerine yeterince yüksek voltaj alamazsınız. Ancak bu şemaya göre çıkış katına küçük bir transformatör bağlayın.
Transformatörün birincil sargısı 10 dönüş içerir. İkincil sargı yaklaşık 100 dönüş içerir. Böylece dönüşüm oranı 10'dur. Primer'e 10V uygularsanız, çıkışta yaklaşık 100V almalısınız. Çekirdek ferritten yapılmıştır. PC güç kaynağı transformatöründen bir miktar orta boy çekirdek kullanabilirsiniz.
Dikkatli olun, trafonun çıkışı yüksek voltajlıdır. Akım çok düşük ve sizi öldürmez. Ama iyi bir vuruş alabilirsin. Başka bir tehlike, büyük birçıkışta kapasitör, büyük bir yük biriktirecektir. Bu nedenle devre kapatıldıktan sonra deşarj edilmelidir.
Devrenin çıkışında aşağıdaki fotoğraftaki gibi ampul gibi herhangi bir göstergeyi açabilirsiniz.
DC voltajıyla çalışır ve yanması için yaklaşık 160V gerekir. (Cihazın tamamının güç kaynağı yaklaşık 15 V'tur - bir büyüklük sırası daha düşüktür.)
Transformatör çıkış devresi, PC güç kaynakları da dahil olmak üzere tüm UPS'lerde yaygın olarak kullanılır. Bu cihazlarda, PWM kontrolörünün çıkışlarına transistör anahtarlar aracılığıyla bağlanan birinci trafo, devrenin TL494CN'yi içeren düşük voltajlı kısmını, şebeke voltajını içeren yüksek voltajlı kısmından galvanik olarak izole etmeye hizmet eder. transformatör.
Voltaj regülatörü
Kural olarak, ev yapımı küçük elektronik cihazlarda güç, TL494CN'de yapılan tipik bir PC UPS tarafından sağlanır. Bir PC'nin güç kaynağı devresi iyi bilinir ve milyonlarca eski PC her yıl atıldığından veya yedek parça için satıldığından blokların kendilerine kolayca erişilebilir. Ancak bir kural olarak, bu UPS'ler 12 V'tan daha yüksek voltaj üretmezler. Bu, değişken frekanslı bir sürücü için çok azdır. Elbette, 25V aşırı gerilimli bir PC UPS denenebilir ve kullanılabilir, ancak bunu bulmak zor olurdu ve mantık kapılarında 5V'ta çok fazla güç harcanırdı.
Ancak, TL494'te (veya analoglarında) artırılmış güç ve gerilime erişimi olan herhangi bir devre oluşturabilirsiniz. PC UPS ve yüksek güçlü MOS'tan tipik parçaların kullanılmasıanakarttan transistörler, TL494CN üzerinde bir PWM voltaj regülatörü oluşturabilirsiniz. Dönüştürücü devresi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Üzerinde mikro devrenin anahtarlama devresini ve iki transistördeki çıkış aşamasını görebilirsiniz: evrensel bir npn- ve güçlü bir MOS.
Ana parçalar: T1, Q1, L1, D1. Bipolar T1, sözde basitleştirilmiş bir şekilde bağlanmış bir güç MOSFET'ini sürmek için kullanılır. "pasif". L1, eski bir HP yazıcıdan bir indüktördür (yaklaşık 50 dönüş, 1 cm yükseklik, sargılı 0,5 cm genişlik, açık jikle). D1, başka bir cihazdan alınan bir Schottky diyotudur. TL494, yukarıdakilere alternatif bir şekilde kablolanmıştır, ancak her ikisi de kullanılabilir.
C8, hata yükselticisinin girişine giren gürültünün etkisini önlemek için küçük bir kapasitanstır, 0,01 uF değeri aşağı yukarı normal olacaktır. Daha büyük değerler istenilen voltajın ayarlanmasını yavaşlatacaktır.
C6 daha da küçük bir kapasitördür, yüksek frekanslı gürültüyü filtrelemek için kullanılır. Kapasitesi birkaç yüz picofarad'a kadar çıkabilir.
