TL494CN: схема ўключэння, апісанне на рускай, схема пераўтваральніка

Імпульсныя блокі харчавання (КБС) вельмі распаўсюджаны. Кампутар, які вы выкарыстоўваеце зараз, мае КБС з некалькімі выходнымі высілкамі (+12, -12, +5, -5 і + 3,3 У, па меншай меры). Практычна ўсе такія блокі маюць спецыяльную мікрасхему ШІМ-кантролера, як правіла, тыпу TL494CN. Аналаг яе - айчынная мікрасхема М1114ЕУ4 (КР1114ЕУ4).

вытворцы

Разгляданая мікрасхема ставіцца да пераліку найбольш распаўсюджаных і шырока ўжывальных інтэгральных электронных схем. Папярэднікам яе была серыя UC38хх ШІМ-кантролераў кампаніі Unitrode. У 1999 г. гэтая фірма была набыта кампаніяй Texas Instruments, і з таго часу пачалося развіццё лінейкі гэтых кантролераў, якое прывяло да стварэння ў пачатку 2000-х гг. мікрасхем серыі TL494. Акрамя ўжо адзначаных вышэй КБС, іх можна сустрэць у рэгулятарах пастаяннага напружання, у кіраваных прывадах, у прыладах плыўнага пуску, - словам ўсюды, дзе выкарыстоўваецца ШІМ-рэгуляванне.

Сярод фірмаў, кланавалі дадзеную мікрасхему, значацца такія сусветна вядомыя брэнды, як Motorola, Inc, International Rectifier, Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Усе яны даюць падрабязнае апісанне сваёй прадукцыі, так званы TL494CN datasheet.

дакументацыя

Аналіз апісанняў разгляданага тыпу мікрасхемы ад розных вытворцаў паказвае практычную ідэнтычнасць яе характарыстык. Аб'ём звестак, прыводных рознымі фірмамі, практычна аднолькавы. Больш за тое, TL494CN datasheet ад такіх брэндаў, як Motorola, Inc і ON Semiconductor паўтараюць адзін аднаго ў сваёй структуры, прыводных малюнках, табліцах і графіках. Некалькі адрозніваецца ад іх выкладанне матэрыялу ў фірмы Texas Instruments, аднак пры ўважлівым яго вывучэнні становіцца зразумела, што маецца на ўвазе ідэнтычнае выраб.

Прызначэнне мікрасхемы TL494CN

Апісанне яе па традыцыі пачнем з прызначэння і пераліку ўнутраных прыладаў. Яна ўяўляе сабой ШІМ-кантролер з фіксаванай частатой, прызначаны пераважна для прымянення ў КБС, і які змяшчае наступныя прылады:

• генератар пилообразного напружання (ГПН);
• ўзмацняльнікі памылкі;
• крыніца эталоннага (апорнага) напругі +5 У;
• схема рэгулявання «мёртвага часу»;
• выходныя транзістарны ключы на ток да 500 ма;
• схема выбару адно-або двухтактнага рэжыму працы.

гранічныя параметры

Як і ў любой іншай мікрасхемы, у TL494CN апісанне ў абавязковым парадку павінна ўтрымліваць пералік гранічна дапушчальных эксплуатацыйных характарыстык. Дамо іх на падставе дадзеных Motorola, Inc:

1. Напружанне харчавання: 42 В.
2. Напружанне на калектары выхаднога транзістара: 42 В.
3. Ток калектара выхаднога транзістара: 500 ма.
4. Дыяпазон уваходнага напружання ўзмацняльніка: ад - 0,3 У да +42 В.
5. Рассейваная магутнасць (пры t <45 ° C): 1000 мВт.
6. Дыяпазон тэмператур захоўвання: ад -55 да 125 ° С.
7. Дыяпазон рабочых тэмператур навакольнага асяроддзя: ад 0 да 70 ° С.

Варта адзначыць, што параметр 7 для мікрасхемы TL494IN некалькі шырэй: ад -25 да +85 ° С.

Канструкцыя мікрасхемы TL494CN

Апісанне на рускай мове высноў яе корпуса прыведзена на малюнку, размешчаным ніжэй.

Мікрасхема змешчана ў пластыкавы (на гэта паказвае літара N ў канцы яе абазначэння) 16-кантактны корпус з высновамі pdp-тыпу.

Знешні выгляд яе паказаны на фота ніжэй.

TL494CN: схема функцыянальная

Такім чынам, задачай дадзенай мікрасхемы з'яўляецца шыротным-імпульсных мадуляцыя (ШІМ, або англ. Pulse Width Modulated (PWM)) імпульсаў напружання, выпрацоўваемых ўнутры як рэгуляваных, так і нерэгулюемых КБС. У блоках харчавання першага тыпу дыяпазон працягласці імпульсаў, як правіла, дасягае максімальна магчымай велічыні (~ 48% для кожнага выхаду ў двухтактных схемах, шырока выкарыстоўваюцца для харчавання аўтамабільных аудиоусилителей).

Мікрасхема TL494CN мае ў агульнай складанасці 6 высноў для выходных сігналаў, 4 з іх (1, 2, 15, 16) з'яўляюцца ўваходамі ўнутраных узмацняльнікаў памылкі, якія выкарыстоўваюцца для абароны КБС ад токавых і патэнцыйных перагрузак. Кантакт № 4 - гэта ўваход сігналу ад 0 да 3 У для рэгулявання сітаватасць выходных прастакутных імпульсаў, а № 3 з'яўляецца выхадам кампаратара і можа быць выкарыстаны некалькімі спосабамі. Яшчэ 4 (нумары 8, 9, 10, 11) уяўляюць сабой свабодныя калектары і эмітэрам транзістараў з лімітава дапушчальным токам нагрузкі 250 ма (у працяглым рэжыме не больш за 200 ма). Яны могуць злучацца парамі (9 з 10, а 8 з 11) для кіравання магутнымі палявымі транзістарамі (MOSFET-транзістараў) з лімітава дапушчальным токам 500 ма (не больш за 400 ма ў працяглым рэжыме).

Якое ж ўнутрана прылада TL494CN? Схема яе паказаная на малюнку ніжэй.

Мікрасхема мае убудаваную крыніцу апорнай напругі (Іён) +5 У (№ 14). Ён звычайна выкарыстоўваецца ў якасці эталоннага напружання (з дакладнасцю ± 1%), які падаецца на ўваходы схем, спажывальных не больш за 10 ма, напрыклад, на выснову 13 выбару адно-або двухтактнага рэжыму працы мікрасхемы: пры наяўнасці на ім +5 У выбіраецца другі рэжым , пры наяўнасці на ім мінусу напружання харчавання - першы.

Для налады частоты генератара пилообразного напружання (ГПН) выкарыстоўваюць кандэнсатар і рэзістар, якія падключаюцца да кантактаў 5 і 6 адпаведна. І, вядома, мікрасхема мае высновы для падлучэння плюсу і мінусу крыніцы харчавання (нумары 12 і 7 адпаведна) у дыяпазоне ад 7 да 42 В.

З схемы відаць, што маецца яшчэ шэраг унутраных прылад у TL494CN. Апісанне на рускай мове іх функцыянальнага прызначэння будзе дадзена ніжэй па ходзе выкладу матэрыялу.

Функцыі высноў ўваходных сігналаў

Як і любое іншае электронная прылада. разгляданая мікрасхема мае свае ўваходы і выхады. Мы пачнем з першых. Вышэй ужо было дадзены пералік гэтых высноваў TL494CN. Апісанне на рускай мове іх функцыянальнага прызначэння будзе далей прыведзена з падрабязнымі тлумачэннямі.

выснову 1

Гэта станоўчы (неинвертирующий) ўваход узмацняльніка сігналу памылкі 1. Калі напружанне на ім ніжэй, чым напруга на выснове 2, выхад ўзмацняльніка памылкі 1 будзе мець нізкі ўзровень. Калі ж яно будзе вышэй, чым на кантакце 2, сігнал ўзмацняльніка памылкі 1 стане высокім. Выхад ўзмацняльніка па сутнасці, паўтарае станоўчы уваход з выкарыстаннем вываду 2 у якасці эталона. Функцыі узмацняльнікаў памылкі будуць больш падрабязна апісаны ніжэй.

выснову 2

Гэта адмоўнае (Інвертуйце) ўваход узмацняльніка сігналу памылкі 1. Калі гэтая выснова вышэй, чым на выснове 1, выхад ўзмацняльніка памылкі 1 будзе нізкім. Калі ж напружанне на гэтай выснове ніжэй, чым напруга на выснове 1, выхад ўзмацняльніка будзе высокім.

выснова 15

Ён працуе сапраўды гэтак жа, як і № 2. Часта другі ўзмацняльнік памылкі не выкарыстоўваецца ў TL494CN. Схема ўключэння яе ў гэтым выпадку змяшчае выснову 15 проста падлучаны да 14-му (апорнае напружанне +5 У).

выснова 16

Ён працуе гэтак жа, як і № 1. Яго звычайна далучаюць да агульнага № 7, калі другі ўзмацняльнік памылкі не выкарыстоўваецца. З высновай 15, падлучаным да +5 У і № 16, падлучаным да агульнага, выхад другога ўзмацняльніка нізкі і таму не мае ніякага ўплыву на працу мікрасхемы.

выснова 3

Гэты кантакт і кожны ўнутраны ўзмацняльнік TL494CN звязаныя паміж сабой праз дыёды. Калі сігнал на выхадзе якога-небудзь з іх змяняецца з нізкага на высокі ўзровень, то на № 3 ён таксама пераходзіць у высокі. Калі сігнал на гэтай выснове перавышае 3,3 У, выходныя імпульсы выключаются (нулявая сітаватасць). Калі напружанне на ім блізка да 0 У, працягласць імпульсу максімальная. У прамежку паміж 0 і 3,3 У, працягласць імпульсу складае ад 50% да 0% (для кожнага з выхадаў ШІМ-кантролера - на высновах 9 і 10 у большасці прылад).

Калі неабходна, кантакт 3 можа быць выкарыстаны ў якасці ўваходнага сігналу або можа быць выкарыстаны для забеспячэння дэмпфавання хуткасці змены шырыні імпульсаў. Калі напружанне на ім высокае (> ~ 3,5 У), няма ніякага спосабу для запуску КБС на ШІМ-кантролеры (імпульсы ад яго будуць адсутнічаць).

выснову 4

Ён кіруе дыяпазонам сітаватасць выходных імпульсаў (англ. Dead-Time Control). Калі напружанне на ім блізка да 0 У, мікрасхема будзе ў стане выдаваць як мінімальна магчымую, так і максімальную шырыню імпульсу (што задаецца іншымі ўваходнымі сігналамі). Калі на гэтую выснову падаецца напружанне каля 1,5 У, шырыня выхаднога імпульсу будзе абмежаваная да 50% ад яго максімальнай шырыні (ці ~ 25% працоўнага цыклу для двухтактнага рэжыму ШІМ-кантролера). Калі напружанне на ім высокае (> ~ 3,5 У), няма ніякага спосабу для запуску КБС на TL494CN. Схема ўключэння яе часцяком змяшчае № 4, падлучаны наўпрост да зямлі.

• Важна запомніць! Сігнал на высновах 3 і 4 павінен быць ніжэй ~ 3,3 В. А што будзе, калі ён блізкі, напрыклад, да + 5 У? Як тады павядзе сябе TL494CN? Схема пераўтваральніка напругі на ёй не будзе выпрацоўваць імпульсы, г.зн. не будзе выхаднога напружання ад КБС.

выснова 5

Служыць для далучэння времязадающего кандэнсатара Ct, прычым другой яго кантакт далучаецца да зямлі. Значэння ёмістасці звычайна ад 0,01 μF да 0,1 μF. Змены велічыні гэтага кампанента вядуць да змены частоты ГПН і выходных імпульсаў ШІМ-кантролера. Як правіла тут выкарыстоўваюцца кандэнсатары высокай якасці з вельмі нізкім тэмпературным каэфіцыентам (з вельмі невялікім змяненнем ёмістасці са змяненнем тэмпературы).

выснову 6

Для падлучэння врямязадающего рэзістара Rt, прычым другой яго кантакт далучаецца да зямлі. Велічыні Rt і Ct вызначаюць частату ГПН.

• f = 1,1: (Rt х Ct).

выснову 7

Ён далучаецца да агульнага провада схемы прылады на ШІМ-кантролеры.

выснова 12

Ён замаркіраваных літарамі VCC. Да яго далучаецца «плюс» крыніцы харчавання TL494CN. Схема ўключэння яе звычайна змяшчае № 12, злучаны з камутатарам крыніцы харчавання. Многія КБС выкарыстоўваюць гэтую выснову, каб ўключаць харчаванне (і сам КБС) і выключаць яго. Калі на ім маецца +12 У і № 7 заземлены, ГПН і Іён мікрасхемы будуць працаваць.

выснова 13

Гэта ўваход рэжыму працы. Яго функцыянаванне было апісана вышэй.

Функцыі высноў выходных сігналаў

Вышэй яны ж былі пералічаныя для TL494CN. Апісанне на рускай мове іх функцыянальнага прызначэння будзе ніжэй прыведзена з падрабязнымі тлумачэннямі.

выснова 8

На гэтай мікрасхеме ёсць 2 npn-транзістара, якія з'яўляюцца яе выходнымі ключамі. Гэтая выснова - калектар транзістара 1, як правіла, падлучаны да крыніцы пастаяннага напружання (12 У). Тым не менш у схемах некаторых прылад ён выкарыстоўваецца ў якасці выхаду, і можна ўбачыць на ім меандр (як і на № 11).

выснова 9

Гэта эмітар транзістара 1. Ён кіруе магутным транзістарам КБС (палявых у большасці выпадкаў) у двухтактнай схеме альбо наўпрост, альбо праз прамежкавы транзістар.

выснова 10

Гэта эмітар транзістара 2. У однотактном рэжыме працы сігнал на ім такі ж, як і на № 9. У двухтактном рэжыме сігналы на №№ 9 і 10 противофазны, т. Е. Калі на адным высокі ўзровень сігналу, то на іншым ён нізкі, і наадварот. У большасці прылад сігналы з эмітэрам выходных транзістарная ключоў разгляданай мікрасхемы кіруюць магутнымі палявымі транзістарамі, прыводнымі ў стан ўключана, калі напружанне на высновах 9 і 10 высокае (вышэй ~ 3,5 У, але ён ніяк не адносіцца да ўзроўню 3,3 У на № № 3 і 4).

выснова 11

Гэта калектар транзістара 2, як правіла, падлучаны да крыніцы пастаяннага напружання (+12 У).

• Заўвага: У прыладах на TL494CN схема ўключэння яе можа ўтрымліваць у якасці выхадаў ШІМ-кантролера як калектары, такі эмітэрам транзістараў 1 і 2, хоць другі варыянт сустракаецца часцей. Ёсць, аднак, варыянты, калі менавіта кантакты 8 і 11 з'яўляюцца выхадамі. Калі вы знойдзеце невялікі трансфарматар у ланцуга паміж мікрасхемай і палявымі транзістарамі, выхадны сігнал, хутчэй за ўсё, бярэцца менавіта з іх (з калектараў).

выснова 14

Гэта выхад Іён, таксама апісаны вышэй.

Прынцып працы

Як жа працуе мікрасхема TL494CN? Апісанне парадку яе працы дамо па матэрыялах Motorola, Inc. Выхад імпульсаў з шыротнай мадуляцыяй дасягаецца шляхам параўнання станоўчага пилообразного сігналу з кандэнсатара Ct з любым з двух кіраўнікоў сігналаў. Лагічныя схемы АБО-НЕ кіравання выходнымі транзістарамі Q1 і Q2, адкрываюць іх толькі тады, калі сігнал на тактавым ўваходзе (С1) трыгера (гл. Функцыянальную схему TL494CN) пераходзіць у нізкі ўзровень.

Такім чынам, калі на ўваходзе С1 трыгера ўзровень лагічнай адзінкі, то выходныя транзістары зачыненыя ў абодвух рэжымах працы: однотактном і двухтактном. Калі на гэтым ўваходзе прысутнічае сігнал тактавай частоты, то ў двухтактном рэжыме транзістарны ключы адкрываюцца поочердно па прыходзе зрэзу тактавага імпульсу на трыгер. У однотактном рэжыме трыгер не выкарыстоўваецца, і абодва выходных ключа адкрываюцца сінхронна.

Гэта адкрытае стан (у абодвух рэжымах) магчыма толькі ў той частцы перыяду ГПН, калі пилообразное напружанне больш, чым кіраўнікі сігналы. Такім чынам, павелічэнне або памяншэнне велічыні кіраўніка сігналу выклікае адпаведна лінейнае павелічэнне або памяншэнне шырыні імпульсаў напружання на выхадах мікрасхемы.

У якасці кіраўнікоў сігналаў можа быць выкарыстана напружанне з высновы 4 (кіраванне «мёртвым часам"), ўваходы узмацняльнікаў памылкі ці ўваход сігналу зваротнай сувязі з высновы 3.

Першыя крокі па працы з мікрасхемай

Перш чым рабіць якую-небудзь карыснае прылада, рэкамендуецца вывучыць, як працуе TL494CN. Як праверыць яе працаздольнасць?

Вазьміце сваю макетной плату, усталюйце на яе мікрасхему і падключыце драты згодна ніжэйпрыведзенай схеме.

Калі ўсё падлучана правільна, то схема будзе працаваць. Пакіньце высновы 3 і 4 не свабоднымі. Выкарыстоўвайце свой асцылограф, каб праверыць работу ГПН - на выснове 6 вы павінны ўбачыць пилообразное напружанне. Выхады будуць нулявымі. Як жа вызначыць іх працаздольнасць у TL494CN. Праверка яе можа быць выканана наступным чынам:

1. Падключыце выхад зваротнай сувязі (№ 3) і выхад кіравання "мёртвым часам» (№ 4) да агульнай высновы (№ 7).
2. Цяпер вы павінны выявіць прастакутныя імпульсы на выхадах мікрасхемы.

Як узмацніць выходны сігнал?

Выхад TL494CN з'яўляецца даволі слаботочные, а вы, вядома ж, хочаце большай магутнасці. Такім чынам, мы павінны дадаць некалькі магутных транзістараў. Найбольш проста выкарыстоўваць (і вельмі лёгка атрымаць - са старой матчынай платы кампутара) n-канальныя сілавыя МОП-транзістары. Мы павінны пры гэтым проинвертировать выхад TL494CN, т. К. Калі мы падключым n-канальны МОП-транзістар да яго, то пры адсутнасці імпульсу на выхадзе мікрасхемы ён будзе адкрытым для праходжання пастаяннага току. Пры гэтым МОП-транзістар можа папросту згарэць ... Так што дастаем універсальны npn-транзістар і падлучальны згодна ніжэйпрыведзенай схеме.

Магутны МОП-транзістар ў гэтай схеме кіруецца ў пасіўным рэжыме. Гэта не вельмі добра, але для мэт тэставання і малой магутнасці цалкам падыходзіць. R1 ў схеме з'яўляецца нагрузкай npn-транзістара. Выберыце яго ў адпаведнасці з максімальна дапушчальным токам яго калектара. R2 ўяўляе сабой нагрузку нашага сілавога каскаду. У наступных эксперыментах ён будзе заменены трансфарматарам.

Калі мы зараз паглядзім асцылографам сігнал на выснове 6 мікрасхемы, то ўбачыце «пілу». На № 8 (К1) можна па-ранейшаму бачыць прастакутныя імпульсы, а на сцёку МОП-транзістара такія ж па форме імпульсы, але большай велічыні.

А як падняць напружанне на выхадзе?

Зараз давайце атрымаем некаторы напружанне вышэй пры дапамозе TL494CN. Схема ўключэння і разводкі выкарыстоўваецца тая ж самая - на макетной плаце. Вядома, досыць высокага напружання на ёй не атрымаць, тым больш што няма якога-небудзь радыятара на сілавых МОП-транзістарах. І ўсё ж, падключыце невялікі трансфарматар да выходнага каскаду, згодна з гэтай схеме.

Першасная абмотка трансфарматара змяшчае 10 віткоў. Другасная абмотка змяшчае каля 100 віткоў. Такім чынам, каэфіцыент трансфармацыі роўны 10. Калі падаць 10В ў першасную абмотку, вы павінны атрымаць каля 100 У на выхадзе. Стрыжань выкананы з ферыту. Можна выкарыстоўваць некаторы сярэдняга памеру стрыжань ад трансфарматара блока харчавання ПК.

Будзьце асцярожныя, выхад трансфарматара пад высокай напругай. Ток вельмі нізкі і не павінна забіваць вас. Але можна атрымаць добры ўдар. Яшчэ адна небяспека - калі вы ўсталюеце вялікі кандэнсатар на выхадзе, ён будзе назапашваць вялікі зарад. Таму пасля выключэння схемы, яго варта разрадзіць.

На выхадзе схемы можна ўключыць любы індыкатар накшталт лямпачкі, як на фота ніжэй. Яна працуе ад напружання пастаяннага току, і ёй неабходна каля 160 У, каб засвяціцца. (Харчаванне ўсёй прылады складае каля 15 В - на парадак ніжэй.)

Схема з трансфарматарнай выхадам шырока ўжываецца ў любых КБС, уключаючы і блокі харчавання ПК. У гэтых прыладах, першы трансфарматар, падлучаны праз транзістарны ключы да выйсцяў ШІМ-кантролера, служыць для гальванічнай развязкі нізкавольтнай часткі схемы, у якую ўваходзяць TL494CN, ад яе высакавольтнай часткі, якая змяшчае трансфарматар сеткавага напружання.

Рэгулятар напружання

Як правіла, у самаробных невялікіх электронных прыладах харчаванне забяспечвае тыпавой КБС ПК, выкананы на TL494CN. Схема ўключэння БП ПК агульнавядомая, а самі блокі лёгкадаступныя, паколькі мільёны старых ПК штогод ўтылізуюцца або прадаюцца на запчасткі. Але як правіла, гэтыя КБС выпрацоўваюць напругі не вышэй 12 В. Гэтага занадта мала для частотна-рэгуляванага прывада. Вядома, можна было б пастарацца і выкарыстоўваць КБС ПК падвышанай напругі для 25 У, але яго будзе цяжка знайсці, і занадта шмат магутнасці будзе рассейвацца на напрузе 5 Ва ў лагічных элементах.

Аднак на TL494 (або аналогах) можна пабудаваць любыя схемы з выхадам на павышаную магутнасць і напружанне. Выкарыстоўваючы тыповыя дэталі з КБС ПК і магутныя МОП-транзістары ад мацярынскай платы, можна пабудаваць ШІМ-рэгулятар напружання на TL494CN. Схема пераўтваральніка прадстаўлена на малюнку ніжэй.

На ёй можна ўбачыць схему ўключэння мікрасхемы і выходны каскад на двух транзістарах: універсальным npn- і магутным МОП.

Асноўныя часткі: T1, Q1, L1, D1. Біпалярны T1 выкарыстоўваецца для кіравання магутным МАП-транзістарам, падлучаным спрошчаным спосабам, так зв. «Пасіўным». L1 з'яўляецца дроселем індуктыўнасці ад старога друкаркі HP (каля 50 віткоў, 1 см вышыня, шырыня 0,5 см з абмоткамі, адкрыты дросель). D1 - гэта дыёд Шоттки ад іншага прылады. TL494 падключана альтэрнатыўным спосабам па адносінах да вышэйапісаным, хоць можна выкарыстоўваць любы з іх.

С8 - кандэнсатар малой ёмістасці, каб прадухіліць ўздзеянне шумоў, якія паступаюць на ўваход узмацняльніка памылкі, велічыня 0,01uF будзе больш-менш нармальнай. Вялікія значэння будуць запавольваць ўстаноўку патрабаванага напружання.

С6 - яшчэ меншы кандэнсатар, ён выкарыстоўваецца для фільтрацыі высокачашчынных перашкод. Яго ёмістасць - да некалькіх сотняў пикофарад.