Sch altnetzteile (USV) sind weit verbreitet. Der Computer, den Sie jetzt verwenden, verfügt über eine Mehrspannungs-USV (mindestens +12, -12, +5, -5 und +3,3 V). Fast alle diese Blöcke haben einen speziellen PWM-Controller-Chip, normalerweise vom Typ TL494CN. Sein Analogon ist der inländische Mikrosch altkreis M1114EU4 (KR1114EU4).
Produzenten
Die betrachtete Mikrosch altung gehört zur Liste der gebräuchlichsten und am weitesten verbreiteten integrierten elektronischen Sch altungen. Sein Vorgänger war die PWM-Controller-Serie Unitrode UC38xx. 1999 wurde dieses Unternehmen von Texas Instruments gekauft, und seitdem hat die Entwicklung einer Reihe dieser Controller begonnen, die Anfang der 2000er Jahre zur Gründung führte. Chips der TL494-Serie. Neben den oben bereits erwähnten USVs findet man sie in Gleichspannungsreglern, in geregelten Antrieben, in Softstartern, kurzum überall dort, wo eine PWM-Steuerung zum Einsatz kommt.
Unter den Firmen, die diesen Chip geklont haben, gibt es so weltberühmte Marken wie Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Sie alle liefern eine detaillierte Beschreibung ihrer Produkte, das sogenannte TL494CN-Datenblatt.
Dokumentation
Die Analyse der Beschreibungen des betrachteten Mikrosch altkreistyps von verschiedenen Herstellern zeigt die praktische Identität seiner Eigenschaften. Die Menge an Informationen, die von verschiedenen Unternehmen bereitgestellt werden, ist nahezu gleich. Darüber hinaus wiederholen sich TL494CN-Datenblätter von Marken wie Motorola, Inc und ON Semiconductor in Struktur, Abbildungen, Tabellen und Grafiken gegenseitig. Die Darstellung des Materials von Texas Instruments weicht etwas davon ab, bei genauerem Studium wird jedoch klar, dass es sich um ein identisches Produkt handelt.
Belegung des TL494CN-Chips
Lassen Sie uns traditionell mit der Beschreibung des Zwecks und der Liste der internen Geräte beginnen. Es handelt sich um einen Festfrequenz-PWM-Controller, der hauptsächlich für USV-Anwendungen entwickelt wurde und die folgenden Geräte enthält:
- Sägezahnspannungsgenerator (SPG);
- Fehlerverstärker;
- Quelle der Referenzspannung (Referenz) +5 V;
- Totzeitanpassungssch altung;
- Ausgangstransistorsch alter für Ströme bis 500 mA;
- Schema zur Auswahl von Eintakt- oder Zweitaktbetrieb.
Limits
Wie bei jeder anderen Mikrosch altung muss die Beschreibung des TL494CN eine Liste der maximal zulässigen Leistungsmerkmale enth alten. Geben wir sie basierend auf Daten von Motorola, Inc:
- Stromversorgung: 42 V.
- KollektorspannungAusgangstransistor: 42 V.
- Kollektorstrom des Ausgangstransistors: 500 mA.
- Verstärkereingangsspannungsbereich: -0,3V bis +42V.
- Verlustleistung (bei t< 45°C): 1000mW.
- Lagertemperaturbereich: -55 bis +125°C.
- Umgebungstemperaturbereich: von 0 bis +70 °С.
Es ist zu beachten, dass Parameter 7 für den TL494IN-Chip etwas breiter ist: von -25 bis +85 °С.
Chipdesign TL494CN
Die russische Beschreibung der Schlussfolgerungen des Falles ist in der Abbildung unten dargestellt.
Der Mikrosch altkreis befindet sich in einem 16-poligen Kunststoffgehäuse (dies wird durch den Buchstaben N am Ende seiner Bezeichnung angezeigt) mit pdp-Leitungen.
Das Aussehen ist auf dem Foto unten zu sehen.
TL494CN: Funktionsdiagramm
Die Aufgabe dieser Mikrosch altung ist also die Pulsweitenmodulation (PWM oder Englisch Pulse Width Modulated (PWM)) von Spannungsimpulsen, die sowohl in geregelten als auch in ungeregelten USVs erzeugt werden. Bei Netzteilen des ersten Typs erreicht der Impulsdauerbereich in der Regel den maximal möglichen Wert (~ 48% für jeden Ausgang in Gegentaktsch altungen, die häufig zur Stromversorgung von Auto-Audioverstärkern verwendet werden).
Der TL494CN-Chip hat insgesamt 6 Ausgangspins, 4 davon (1, 2, 15, 16) sind Eingänge von internen Fehlerverstärkern, die verwendet werden, um die USV vor Strom- und potenziellen Überlastungen zu schützen. Pin 4 ist der EingangSignal von 0 bis 3 V, um das Tastverhältnis der Ausgangsrechteckimpulse einzustellen, und Nr. 3 ist der Ausgang des Komparators und kann auf verschiedene Weise verwendet werden. Weitere 4 (Nummern 8, 9, 10, 11) sind freie Kollektoren und Emitter von Transistoren mit einem maximal zulässigen Laststrom von 250 mA (im Dauerbetrieb nicht mehr als 200 mA). Sie können paarweise (9 zu 10 und 8 zu 11) verbunden werden, um Hochleistungs-MOSFETs mit einer Strombegrenzung von 500 mA (max. 400 mA kontinuierlich) anzusteuern.
Was ist das Innenleben des TL494CN? Sein Diagramm ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Der Mikrosch altkreis hat eine eingebaute Referenzspannungsquelle (ION) +5 V (Nr. 14). Sie wird üblicherweise als Referenzspannung (mit einer Genauigkeit von ± 1 %) an die Eingänge von Sch altungen angelegt, die nicht mehr als 10 mA verbrauchen, z. B. an Pin 13 der Wahl zwischen Ein- oder Zweitaktbetrieb Mikrosch altung: Wenn +5 V anliegen, wird der zweite Modus ausgewählt, wenn ein Minus der Versorgungsspannung anliegt - der erste.
Um die Frequenz des Sägezahnspannungsgenerators (GPN) einzustellen, werden ein Kondensator und ein Widerstand verwendet, die mit den Pins 5 bzw. 6 verbunden sind. Und natürlich hat die Mikrosch altung Klemmen zum Anschließen von Plus und Minus der Stromquelle (Nummer 12 bzw. 7) im Bereich von 7 bis 42 V.
Das Diagramm zeigt, dass es im TL494CN eine Reihe interner Geräte gibt. Eine Beschreibung ihres funktionellen Zwecks in russischer Sprache wird unten im Verlauf der Präsentation des Materials gegeben.
Eingangsterminal-Funktionen
Wie alleanderes elektronisches Gerät. Die betreffende Mikrosch altung hat ihre eigenen Ein- und Ausgänge. Wir beginnen mit dem ersten. Eine Liste dieser TL494CN-Pins wurde bereits oben gegeben. Eine Beschreibung ihres funktionellen Zwecks in russischer Sprache wird unten mit detaillierten Erläuterungen gegeben.
Ausgang 1
Dies ist der positive (nicht invertierende) Eingang des Fehlerverstärkers 1. Wenn die Spannung daran niedriger ist als die Spannung an Pin 2, ist der Ausgang des Fehlerverstärkers 1 niedrig. Wenn es höher als an Pin 2 ist, geht das Signal des Fehlerverstärkers 1 hoch. Der Ausgang des Verstärkers repliziert im Wesentlichen den positiven Eingang unter Verwendung von Pin 2 als Referenz. Die Funktionen der Fehlerverstärker werden weiter unten näher beschrieben.
Schlussfolgerung 2
Dies ist der negative (invertierende) Eingang von Fehlerverstärker 1. Wenn dieser Pin höher als Pin 1 ist, ist der Ausgang von Fehlerverstärker 1 niedrig. Wenn die Spannung an diesem Pin niedriger ist als die Spannung an Pin 1, ist der Ausgang des Verstärkers hoch.
Schlussfolgerung 15
Funktioniert genauso wie Nr. 2. Oft wird der zweite Fehlerverstärker im TL494CN nicht verwendet. Sein Sch altkreis enthält in diesem Fall Pin 15, der einfach mit dem 14. verbunden ist (Referenzspannung +5 V).
Schlussfolgerung 16
Es funktioniert genauso wie Nr. 1. Es wird normalerweise an Masse Nr. 7 angeschlossen, wenn der zweite Fehlerverstärker nicht verwendet wird. Wenn Pin 15 mit +5 V und Nr. 16 mit Masse verbunden ist, ist der Ausgang des zweiten Verstärkers niedrig und hat daher keinen Einfluss auf den Betrieb des Chips.
Schlussfolgerung 3
Dieser Pin und jeder interne Verstärker TL494CNüber Dioden miteinander verbunden. Wenn das Signal am Ausgang eines von ihnen von Low auf High wechselt, dann geht es bei Nummer 3 ebenfalls auf High. Wenn das Signal an diesem Pin 3,3 V überschreitet, werden die Ausgangsimpulse ausgesch altet (Null-Tastverhältnis). Wenn die Spannung nahe 0 V liegt, ist die Impulsdauer maximal. Zwischen 0 und 3,3 V beträgt die Impulsbreite 50 % bis 0 % (für jeden der Ausgänge des PWM-Controllers – bei den meisten Geräten an den Pins 9 und 10).
Bei Bedarf kann Pin 3 als Eingangssignal oder zur Dämpfung der Pulsweitenänderungsrate verwendet werden. Wenn die Spannung hoch ist (> ~ 3,5 V), gibt es keine Möglichkeit, die USV am PWM-Controller zu starten (es werden keine Impulse ausgegeben).
Schlussfolgerung 4
Steuert das Tastverhältnis der Ausgangsimpulse (engl. Dead-Time Control). Wenn die Spannung nahe 0 V liegt, kann die Mikrosch altung sowohl die minimal mögliche als auch die maximal mögliche Impulsbreite (die durch andere Eingangssignale festgelegt wird) ausgeben. Wenn an diesen Pin eine Spannung von etwa 1,5 V angelegt wird, wird die Ausgangsimpulsbreite auf 50 % ihrer maximalen Breite begrenzt (oder ~25 % Arbeitszyklus für einen Push-Pull-PWM-Controller). Wenn die Spannung hoch ist (> ~ 3,5 V), gibt es keine Möglichkeit, die USV auf dem TL494CN zu starten. Sein Sch altkreis enthält oft Nr. 4, die direkt mit der Erde verbunden ist.
Wichtig zu merken! Das Signal an den Pins 3 und 4 sollte unter ~3,3 V liegen. Was ist, wenn es beispielsweise nahe bei +5 V liegt? Wiedann wird sich TL494CN verh alten? Die darauf befindliche Spannungswandlersch altung erzeugt keine Impulse, d.h. Die USV liefert keine Ausgangsspannung
Schlussfolgerung 5
Dient zum Anschluss des Zeitkondensators Ct, dessen zweiter Kontakt mit Masse verbunden ist. Kapazitätswerte liegen typischerweise bei 0,01 µF bis 0,1 µF. Änderungen des Werts dieser Komponente führen zu einer Änderung der Frequenz des GPN und der Ausgangsimpulse des PWM-Controllers. Hier werden in der Regel hochwertige Kondensatoren mit sehr niedrigem Temperaturkoeffizienten (mit sehr geringer Kapazitätsänderung bei Temperaturänderung) verwendet.
Schlussfolgerung 6
Um den Zeiteinstellungswiderstand Rt anzuschließen, wird sein zweiter Kontakt mit Masse verbunden. Die Rt- und Ct-Werte bestimmen die Häufigkeit von FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Schlussfolgerung 7
Es wird mit dem gemeinsamen Draht des Gerätesch altkreises am PWM-Controller verbunden.
Schlussfolgerung 12
Er ist mit den Buchstaben VCC gekennzeichnet. Daran wird das „Plus“des Netzteils TL494CN angeschlossen. Sein Sch altkreis enthält normalerweise Nr. 12, der mit dem Stromversorgungssch alter verbunden ist. Viele USVs verwenden diesen Pin, um den Strom (und die USV selbst) ein- und auszusch alten. Wenn es +12 V hat und Nr. 7 geerdet ist, funktionieren die FPV- und ION-Chips.
Schlussfolgerung 13
Dies ist der Betriebsmoduseingang. Die Funktionsweise wurde oben beschrieben.
Funktionen der Ausgangsklemmen
Oben wurden sie für TL494CN aufgeführt. Eine Beschreibung ihres funktionellen Zwecks in russischer Sprache wird unten mit detaillierten Erläuterungen gegeben.
Schlussfolgerung 8
DazuDer Chip hat 2 npn-Transistoren, die seine Ausgangsschlüssel sind. Dieser Pin ist der Kollektor von Transistor 1, der normalerweise mit einer Gleichspannungsquelle (12 V) verbunden ist. In den Sch altkreisen einiger Geräte wird es jedoch als Ausgang verwendet, und Sie können darauf (sowie auf Nr. 11) einen Mäander sehen.
Schlussfolgerung 9
Dies ist der Emitter von Transistor 1. Er treibt den Hochleistungs-USV-Transistor (in den meisten Fällen Feldeffekt) in einer Gegentaktsch altung, entweder direkt oder über einen zwischengesch alteten Transistor.
Ausgang 10
Dies ist der Emitter von Transistor 2. Im Single-Cycle-Modus ist das Signal an ihm das gleiche wie an 9, am anderen ist es niedrig und umgekehrt. In den meisten Geräten treiben die Signale von den Emittern der Ausgangstransistorsch alter der betreffenden Mikrosch altung leistungsstarke Feldeffekttransistoren an, die in den EIN-Zustand getrieben werden, wenn die Spannung an den Pins 9 und 10 hoch ist (über ~ 3,5 V, aber es bezieht sich nicht auf den Pegel von 3,3 V an Nr. 3 und 4).
Schlussfolgerung 11
Dies ist der Kollektor von Transistor 2, normalerweise an eine Gleichspannungsquelle (+12V) angeschlossen.
Hinweis: In Geräten auf dem TL494CN kann der Sch altkreis sowohl Kollektoren als auch Emitter der Transistoren 1 und 2 als Ausgänge des PWM-Controllers enth alten, obwohl die zweite Option üblicher ist. Es gibt jedoch Optionen, wenn genau die Pins 8 und 11 Ausgänge sind. Wenn Sie in der Sch altung zwischen dem IC und den FETs einen kleinen Transformator finden, wird das Ausgangssignal höchstwahrscheinlich von ihnen genommen.(von Sammlern)
Schlussfolgerung 14
Dies ist der ebenfalls oben beschriebene ION-Ausgang.
Funktionsprinzip
Wie funktioniert der TL494CN-Chip? Wir werden eine Beschreibung der Reihenfolge ihrer Arbeit auf der Grundlage von Materialien von Motorola, Inc. geben. Die Impulsbreitenmodulationsausgabe wird durch Vergleichen des positiven Sägezahnsignals von dem Kondensator Ct mit einem der beiden Steuersignale erreicht. Die Ausgangstransistoren Q1 und Q2 sind NOR-verknüpft, um sie nur dann zu öffnen, wenn der Triggertakteingang (C1) (siehe TL494CN-Funktionsdiagramm) niedrig wird.
Wenn also am Eingang C1 des Triggers der Pegel einer logischen Einheit anliegt, dann sind die Ausgangstransistoren in beiden Betriebsarten geschlossen: Single-Cycle und Push-Pull. Liegt an diesem Eingang ein Taktsignal an, so sch altet der Transistor im Gegentaktbetrieb beim Eintreffen des Cutoff-Takts am Trigger nacheinander auf. Im Single-Cycle-Modus wird der Trigger nicht verwendet und beide Ausgangstasten öffnen synchron.
Dieser offene Zustand (in beiden Modi) ist nur in dem Teil der FPV-Periode möglich, wenn die Sägezahnspannung größer als die Steuersignale ist. Somit bewirkt eine Erhöhung oder Verringerung der Größe des Steuersignals eine lineare Erhöhung oder Verringerung der Breite der Spannungsimpulse an den Ausgängen der Mikrosch altung.
Spannung von Pin 4 (Totzeitsteuerung), Fehlerverstärkereingänge oder Feedbacksignaleingang von Pin 3 können als Steuersignale verwendet werden.
Erste Schritte in der Arbeit mit einer Mikrosch altung
Bevor du es tustjedem nützlichen Gerät, wird empfohlen, sich mit der Funktionsweise des TL494CN vertraut zu machen. Wie überprüfe ich, ob es funktioniert?
Nehmen Sie Ihr Steckbrett, setzen Sie den IC darauf und verbinden Sie die Drähte gemäß dem Diagramm unten.
Wenn alles richtig angeschlossen ist, funktioniert die Sch altung. Pin 3 und 4 nicht frei lassen. Verwenden Sie Ihr Oszilloskop, um den Betrieb des FPV zu überprüfen - an Pin 6 sollten Sie eine Sägezahnspannung sehen. Die Ausgänge werden Null sein. So bestimmen Sie ihre Leistung in TL494CN. Dies kann folgendermaßen überprüft werden:
- Rückmeldeausgang (3) und Totzeitregelungsausgang (4) mit Masse (7) verbinden.
- Nun solltest du die Rechteckwelle an den Ausgängen des ICs erkennen.
Wie wird das Ausgangssignal verstärkt?
Der Ausgang des TL494CN ist eher schwachstromig, und Sie möchten sicherlich mehr Leistung. Daher müssen wir einige leistungsstarke Transistoren hinzufügen. Am einfachsten zu verwenden (und sehr leicht zu bekommen - von einem alten Computer-Motherboard) sind n-Kanal-Leistungs-MOSFETs. Gleichzeitig müssen wir den Ausgang des TL494CN invertieren, denn wenn wir einen n-Kanal-MOSFET daran anschließen, ist er ohne Impuls am Ausgang der Mikrosch altung für den Gleichstromfluss geöffnet. In diesem Fall kann der MOSFET einfach durchbrennen … Also nehmen wir den universellen npn-Transistor heraus und schließen ihn gemäß dem folgenden Diagramm an.
Leistungsstarker MOSFET darinDie Sch altung wird passiv gesteuert. Das ist nicht sehr gut, aber für Testzwecke und Low-Power durchaus geeignet. R1 in der Sch altung ist die Last des npn-Transistors. Wählen Sie es entsprechend dem maximal zulässigen Strom seines Kollektors aus. R2 repräsentiert die Last unserer Endstufe. In den folgenden Experimenten wird er durch einen Transformator ersetzt.
Wenn wir uns jetzt das Signal an Pin 6 der Mikrosch altung mit einem Oszilloskop ansehen, sehen wir eine „Säge“. An Nr. 8 (K1) sieht man immer noch Rechteckimpulse und am Drain des MOSFET Impulse gleicher Form, aber größer.
Wie erhöhe ich die Ausgangsspannung?
Nun lasst uns etwas Spannung mit dem TL494CN erzeugen. Das Sch alt- und Verdrahtungsschema ist das gleiche - auf dem Steckbrett. Natürlich bekommt man daran keine ausreichend hohe Spannung, zumal bei den Leistungs-MOSFETs kein Kühlkörper vorhanden ist. Schließen Sie jedoch gemäß diesem Schema einen kleinen Transformator an die Ausgangsstufe an.
Die Primärwicklung des Transformators enthält 10 Windungen. Die Sekundärwicklung enthält etwa 100 Windungen. Somit beträgt das Übersetzungsverhältnis 10. Wenn Sie 10 V an die Primärseite anlegen, sollten Sie am Ausgang etwa 100 V erh alten. Der Kern besteht aus Ferrit. Sie können einen mittelgroßen Kern von einem PC-Netzteiltransformator verwenden.
Vorsicht, der Ausgang des Transformators ist Hochspannung. Der Strom ist sehr gering und wird Sie nicht töten. Aber man kann einen guten Treffer landen. Eine weitere Gefahr besteht, wenn Sie einen großen installierenKondensator am Ausgang, es wird eine große Ladung akkumulieren. Daher sollte der Stromkreis nach dem Aussch alten entladen werden.
Am Ausgang der Sch altung können Sie eine beliebige Anzeige wie eine Glühbirne einsch alten, wie auf dem Foto unten.
Es läuft mit Gleichspannung und benötigt ca. 160V um zu leuchten. (Die Spannungsversorgung des gesamten Gerätes liegt bei ca. 15 V - eine Größenordnung darunter.)
Die Transformator-Ausgangssch altung wird häufig in jeder USV verwendet, einschließlich PC-Netzteilen. Bei diesen Geräten dient der erste Transformator, der über Transistorsch alter mit den Ausgängen des PWM-Controllers verbunden ist, dazu, den Niederspannungsteil der Sch altung, der den TL494CN enthält, von seinem Hochspannungsteil, der die Netzspannung enthält, galvanisch zu trennen Transformator.
Spannungsregler
In der Regel wird in selbstgebauten kleinen elektronischen Geräten die Stromversorgung von einer typischen PC-USV bereitgestellt, die auf TL494CN hergestellt wird. Die Stromversorgungssch altung eines PCs ist hinlänglich bekannt, und die Bausteine selbst sind leicht zugänglich, da jährlich Millionen alter PCs entsorgt oder als Ersatzteile verkauft werden. Aber in der Regel erzeugen diese USVs keine Spannungen über 12 V. Das ist zu wenig für einen Frequenzumrichter. Natürlich könnte man versuchen, eine 25-V-Überspannungs-PC-USV zu verwenden, aber das wäre schwer zu finden, und bei 5 V würde zu viel Leistung in den Logikgattern verbraucht.
Auf dem TL494 (oder analogen) können Sie jedoch beliebige Sch altungen mit Zugang zu erhöhter Leistung und Spannung aufbauen. Verwendung typischer Teile von PC-USV und Hochleistungs-MOSTransistoren vom Motherboard können Sie auf dem TL494CN einen PWM-Spannungsregler aufbauen. Die Konvertersch altung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Darauf sieht man den Sch altkreis der Mikrosch altung und die Ausgangsstufe auf zwei Transistoren: einem universellen npn- und einem leistungsstarken MOS.
Hauptteile: T1, Q1, L1, D1. Der bipolare T1 dient zur Ansteuerung eines vereinfacht gesch alteten Leistungs-MOSFET, des sog. "passiv". L1 ist eine Induktivität aus einem alten HP-Drucker (ca. 50 Windungen, 1 cm hoch, 0,5 cm breit mit Wicklungen, offene Drossel). D1 ist eine Schottky-Diode von einem anderen Gerät. TL494 wird auf eine alternative Art und Weise verdrahtet, obwohl beide verwendet werden können.
C8 ist eine kleine Kapazität, um die Wirkung von Rauschen zu verhindern, das in den Eingang des Fehlerverstärkers eintritt, ein Wert von 0,01 uF ist mehr oder weniger normal. Größere Werte verlangsamen die Einstellung der gewünschten Spannung.
C6 ist ein noch kleinerer Kondensator, der zum Filtern von Hochfrequenzrauschen verwendet wird. Seine Kapazität beträgt bis zu mehreren hundert Picofarad.
