Tl494cn: схема включення, опис російською, схема перетворювача

Імпульсні блоки живлення

(ІБП) дуже поширені. Комп`ютер, який ви використовуєте зараз, має ДБЖ з декількома вихідними напругами (+12, -12, +5, -5 і + 3,3 У, по крайней мере). Практично всі такі блоки мають спеціальну мікросхему ШІМ-контролера, як правило, типу TL494CN. Аналог її - вітчизняна мікросхема М1114ЕУ4 (КР1114ЕУ4).

Виробники

Вже згадана мікросхема відноситься до переліку найбільш поширених і широко застосовуваних інтегральних електронних схем. Попередником її була серія UC38хх ШІМ-контролерів компанії Unitrode. У 1999 році ця фірма була куплена компанією Texas Instruments, і з тих пір почалося розвиток лінійки цих контролерів, що призвело до створення на початку 2000-х рр. мікросхем серії TL494. Крім уже зазначених вище ІБП, їх можна зустріти в регуляторах постійної напруги, в керованих приводах, в пристроях плавного пуску, - словом скрізь, де використовується ШІМ-регулювання.

Серед фірм, клонувати дану мікросхему, значаться такі всесвітньо відомі бренди, як Motorola, Inc, International Rectifier, Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Всі вони дають докладний опис своєї продукції, так званий TL494CN datasheet.

документація

Аналіз описів розглянутого типу мікросхеми від різних виробників показує практичну ідентичність її характеристик. Обсяг відомостей, що наведені різними фірмами, практично однаковий. Більш того, TL494CN datasheet від таких брендів, як Motorola, Inc і ON Semiconductor повторюють один одного в своїй структурі, що приводяться малюнках, таблицях і графіках. Дещо відрізняється від них виклад матеріалу у фірми Texas Instruments, однак при уважному його вивченні стає ясно, що мається на увазі ідентичний виріб.

Призначення мікросхеми TL494CN

Опис її за традицією почнемо з призначення і переліку внутрішніх пристроїв. Вона являє собою ШІМ-контролер з фіксованою частотою, призначений переважно для застосування в ДБЖ, і містить наступні пристрої:

• генератор пилкоподібної напруги (ДПН);
• підсилювачі помилки;
• джерело еталонного (опорного) напруги +5 В;
• схема регулювання «мертвого часу»;
• вихідні транзисторні ключі на струм до 500 мА;
• схема вибору одно- або двотактного режиму роботи.

граничні параметри

Як і у будь-який інший мікросхеми, у TL494CN опис в обов`язковому порядку повинно містити перелік гранично допустимих експлуатаційних характеристик. Дамо їх на підставі даних Motorola, Inc:

1. Напруга живлення: 42 В.
2. Напруга на колекторі вихідного транзистора: 42 В.
3. Струм колектора вихідного транзистора: 500 мА.
4. Діапазон вхідної напруги підсилювача: від - 0,3 В до +42 В.
5. Потужність, що розсіюється (при tlt; 45 ° C) 1000 мВт.
6. Діапазон температур зберігання: від -55 до +125 ° С.
7. Діапазон робочих температур навколишнього середовища: від 0 до +70 ° С.

Слід зазначити, що параметр 7 для мікросхеми TL494IN дещо ширше: від -25 до +85 ° С.

Конструкція мікросхеми TL494CN

Опис на російській мові висновків її корпусу наведено на малюнку, розташованому нижче.

Мікросхема поміщена в пластиковий (на це вказує літера N в кінці її позначення) 16-контактний корпус з висновками pdp-типу.

Зовнішній вигляд її показаний на фото нижче.

TL494CN: схема функціональна

Отже, завданням даної мікросхеми є широтно-імпульсна модуляція (ШІМ, або англ. Pulse Width Modulated (PWM)) імпульсів напруги, що виробляються всередині як регульованих, так і нерегульованих ДБЖ. У блоках харчування першого типу діапазон тривалості імпульсів, як правило, досягає максимально можливої величини (~ 48% для кожного виходу в двотактних схемах, широко використовуваних для харчування автомобільних аудіокоректор).

Мікросхема TL494CN має в цілому 6 висновків для вихідних сигналів, 4 з них (1, 2, 15, 16) є входами внутрішніх підсилювачів помилки, які використовуються для захисту ДБЖ від струмових і потенційних перевантажень. Контакт № 4 - це вхід сигналу від 0 до 3 В для регулювання шпаруватості вихідних прямокутних імпульсів, а № 3 є виходом компаратора і може бути використаний декількома способами. Ще 4 (номери 8, 9, 10, 11) являють собою вільні колектори і емітери транзисторів з гранично допустимим струмом навантаження 250 мА (в тривалому режимі не більше 200 мА). Вони можуть з`єднуватися попарно (9 з 10, а 8 з 11) для управління потужними польовими транзисторами (MOSFET-транзисторів) з гранично допустимим струмом 500 мА (не більше 400 мА в тривалому режимі).

Яке ж внутрішній устрій TL494CN? Схема її показана на малюнку нижче.

Мікросхема має вбудований джерело опорної напруги (ДОН) +5 В (№ 14). Він зазвичай використовується в якості еталонного напруги (з точністю ± 1%), що подається на входи схем, які споживають не більше 10 мА, наприклад, на висновок 13 вибору одно- або двотактного режиму роботи мікросхеми: при наявності на ньому +5 В обирається другий режим , при наявності на ньому мінуса напруги харчування - перший.

Для настройки частоти генератора пилкоподібної напруги (ДПН) використовують конденсатор і резистор, що підключаються до контактів 5 і 6 відповідно. І, звичайно, мікросхема має висновки для підключення плюса і мінуса джерела живлення (Номери 12 і 7 відповідно) в діапазоні від 7 до 42 В.

Зі схеми видно, що є ще ряд внутрішніх пристроїв в TL494CN. Опис російською мовою їх функціонального призначення буде дано нижче по ходу викладу матеріалу.

Функції висновків вхідних сигналів

Як і будь-яке інше електронний пристрій. розглянута мікросхема має свої входи і виходи. Ми почнемо з перших. Вище вже було дано перелік цих висновків TL494CN. Опис російською мовою їх функціонального призначення буде далі наведено з докладними поясненнями.

висновок 1

Це позитивний (неинвертирующий) вхід підсилювача сигналу помилки 1. Якщо напруга на ньому нижче, ніж напруга на виводі 2, вихід підсилювача помилки 1 матиме низький рівень. Якщо ж воно буде вище, ніж на контакті 2, сигнал підсилювача помилки 1 стане високим. Вихід підсилювача по суті, повторює позитивний вхід з використанням виведення 2 в якості еталону. Функції підсилювачів помилки будуть більш детально описані нижче.

висновок 2

Це негативне (інвертується) вхід підсилювача сигналу помилки 1. Якщо цей висновок вище, ніж на виведення 1, вихід підсилювача помилки 1 буде низьким. Якщо ж напруга на цьому висновку нижче, ніж напруга на виводі 1, вихід підсилювача буде високим.

висновок 15

Він працює точно так само, як і № 2. Найчастіше другий підсилювач помилки не використовується в TL494CN. Схема включення її в цьому випадку містить висновок 15 просто підключений до 14-му (опорна напруга +5 В).

висновок 16

Він працює так само, як і № 1. Його зазвичай приєднують до загального № 7, коли другий підсилювач помилки не використовується. З висновком 15, підключеним до +5 В і № 16, підключеним до загального, вихід другого підсилювача низький і тому не має ніякого впливу на роботу мікросхеми.

висновок 3

Цей контакт і кожен внутрішній підсилювач TL494CN пов`язані між собою через діоди. Якщо сигнал на виході будь-якого з них змінюється з низького на високий рівень, то на № 3 він також переходить в високий. Коли сигнал на цьому висновку перевищує 3,3 В, вихідні імпульси вимикаються (нульова шпаруватість). Коли напруга на ньому близько до 0 В, тривалість імпульсу максимальна. У проміжку між 0 і 3,3 В, тривалість імпульсу становить від 50% до 0% (для кожного з виходів ШІМ-контролера - на висновках 9 і 10 в більшості пристроїв).

Якщо необхідно, контакт 3 може бути використаний в якості вхідного сигналу або може бути використаний для забезпечення демпфірування швидкості зміни ширини імпульсів. Якщо напруга на ньому високий (gt; ~ 3,5 В), немає ніякого способу для запуску ДБЖ на ШІМ-контролері (імпульси від нього будуть відсутні).

висновок 4

Він керує діапазоном скважности вихідних імпульсів (англ. Dead-Time Control). Якщо напруга на ньому близько до 0 В, мікросхема буде в змозі видавати як мінімально можливу, так і максимальну ширину імпульсу (що задається іншими вхідними сигналами). Якщо на цей висновок подається напруга близько 1,5 В, ширина вихідного імпульсу буде обмежена до 50% від його максимальної ширини (або ~ 25% робочого циклу для двотактного режиму ШІМ-контролера). Якщо напруга на ньому високий (gt; ~ 3,5 В), немає ніякого способу для запуску ДБЖ на TL494CN. Схема включення її часто містить № 4, підключений безпосередньо до землі.

• важливо запам`ятати! Сигнал на висновках 3 і 4 повинен бути нижче ~ 3,3 В. А що буде, якщо він близький, наприклад, до + 5 В? Як тоді поведе себе TL494CN? Схема перетворювача напруги на ній не буде виробляти імпульси, тобто НЕ буде вихідної напруги від ДБЖ.

висновок 5

Служить для приєднання времязадающего конденсатора Ct, причому другий його контакт приєднується до землі. Значення ємності зазвичай від 0,01 &mu-F до 0,1 &mu-F. Зміни величини цього компонента ведуть до зміни частоти ДПН і вихідних імпульсів ШІМ-контролера. Як правило тут використовуються конденсатори високої якості з дуже низьким температурним коефіцієнтом (з дуже невеликою зміною ємності зі зміною температури).

висновок 6

Для підключення врямязадающего резистора Rt, причому другий його контакт приєднується до землі. Величини Rt і Ct визначають частоту ДПН.

• f = 1,1: (Rt х Ct).

висновок 7

Він приєднується до загального проводу схеми пристрою на ШІМ-контролері.

висновок 12

Він замаркований літерами VCC. До нього приєднується «плюс» джерела живлення TL494CN. Схема включення її зазвичай містить № 12, з`єднаний з комутатором джерела живлення. Багато ДБЖ використовують цей висновок, щоб включати харчування (і сам ДБЖ) і вимикати його. Якщо на ньому є +12 В і № 7 заземлений, ДПН і ІОН мікросхеми будуть працювати.

висновок 13

Це вхід режиму роботи. Його функціонування було описано вище.

Функції висновків вихідних сигналів

Вище вони ж були перераховані для TL494CN. Опис російською мовою їх функціонального призначення буде нижче наведено з докладними поясненнями.

висновок 8

На цій мікросхемі є 2 npn-транзистора, які є її вихідними ключами. Цей висновок - колектор транзистора 1, як правило, підключений до джерела постійної напруги (12 В). Проте в схемах деяких пристроїв він використовується в якості виходу, і можна побачити на ньому меандр (як і на № 11).

висновок 9

Це емітер транзистора 1. Він керує потужним транзистором ДБЖ (польовим в більшості випадків) в двухтактной схемою або безпосередньо, або через проміжний транзистор.

висновок 10

Це емітер транзистора 2. У однотактному режимі роботи сигнал на ньому такої ж, як і на № 9. У двотактному режимі сигнали на №№ 9 і 10 противофазно, т. Е. Коли на одному високий рівень сигналу, то на іншому він низький, і навпаки. У більшості пристроїв сигнали з емітерів вихідних транзисторних ключів розглянутої мікросхеми керують потужними польовими транзисторами, які приводилися в стан ВКЛЮЧЕНО, коли напруга на висновках 9 і 10 високе (вище ~ 3,5 В, але він ніяк не відноситься до рівня 3,3 В на № № 3 і 4).

висновок 11

Це колектор транзистора 2, як правило, підключений до джерела постійної напруги (+12 В).

• Примітка: У пристроях на TL494CN схема включення її може містити в якості виходів ШІМ-контролера як колектори, таки емітери транзисторів 1 і 2, хоча другий варіант зустрічається частіше. Є, однак, варіанти, коли саме контакти 8 і 11 є виходами. Якщо ви знайдете невеликий трансформатор в ланцюзі між мікросхемою і польовими транзисторами, вихідний сигнал, швидше за все, береться саме з них (з колекторів).

висновок 14

Це вихід ІОН, також описаний вище.

Принцип роботи

Як же працює мікросхема TL494CN? Опис порядку її роботи дамо за матеріалами Motorola, Inc. Вихід імпульсів з широтной модуляцією досягається шляхом порівняння позитивного пилоподібного сигналу з конденсатора Ct з будь-яким з двох керуючих сигналів. Логічні схеми АБО-НЕ управління вихідними транзисторами Q1 і Q2, відкривають їх тільки тоді, коли сигнал на тактовій вході (С1) тригера (див. Функціональну схему TL494CN) переходить в низький рівень.

Таким чином, якщо на вході С1 тригера рівень логічної одиниці, то вихідні транзистори закриті в обох режимах роботи: однотактному і двотактному. Якщо на цьому вході присутній сигнал тактової частоти, то в двотактному режимі транзисторні ключі відкриваються почергово по приходу зрізу тактового імпульсу на тригер. У однотактному режимі тригер не використовується, і обидва вихідних ключа відкриваються синхронно.

Це відкрите стан (в обох режимах) можливо тільки в тій частині періоду ДПН, коли пилкоподібна напруга більше, ніж керуючі сигнали. Таким чином, збільшення або зменшення величини керуючого сигналу викликає відповідно лінійне збільшення або зменшення ширини імпульсів напруги на виходах мікросхеми.

В якості керуючих сигналів може бути використано напруга з виведення 4 (управління «мертвим часом»), входи підсилювачів помилки або вхід сигналу зворотного зв`язку з виведення 3.

Перші кроки по роботі з мікросхемою

Перш ніж робити будь-яке корисне пристрій, рекомендується вивчити, як працює TL494CN. Як перевірити її працездатність?

Візьміть свою макетну плату, встановіть на неї мікросхему і підключіть проводи згідно наведеної нижче схемою.

Якщо все підключено правильно, то схема буде працювати. Залиште висновки 3 і 4 вільними. Використовуйте свій осцилограф, щоб перевірити роботу ДПН - на виведення 6 ви повинні побачити пилкоподібна напруга. Виходи будуть нульовими. Як же визначити їх працездатність в TL494CN. Перевірка її може бути виконана таким чином:

1. Підключіть вихід зворотного зв`язку (№ 3) і вихід управління «мертвим часом» (№ 4) до спільного висновку (№ 7).
2. Тепер ви повинні виявити прямокутні імпульси на виходах мікросхеми.

Як посилити вихідний сигнал?

Вихід TL494CN є досить слабкострумових, а ви, звичайно ж, хочете більшої потужності. Таким чином, ми повинні додати кілька потужних транзисторів. Найбільш просто використовувати (і дуже легко отримати - зі старої материнської плати комп`ютера) n-канальні силові МОП-транзистори. Ми повинні при цьому проинвертировать вихід TL494CN, т. К. Якщо ми підключимо n-канальний МОП-транзистор до нього, то при відсутності імпульсу на виході мікросхеми він буде відкритим для протікання постійного струму. При цьому МОП-транзистор може просто згоріти ... Так що дістаємо універсальний npn-транзистор і підключаємо згідно наведеної нижче схемою.

Потужний МОП-транзистор в цій схемі управляється в пасивному режимі. Це не дуже добре, але для цілей тестування і малої потужності цілком підходить. R1 у схемі є навантаженням npn-транзистора. Виберіть його відповідно до максимально допустимим струмом його колектора. R2 являє собою навантаження нашого силового каскаду. У наступних експериментах він буде замінений трансформатором.

Якщо ми тепер подивимося осциллографом сигнал на виводі 6 мікросхеми, то побачите «пилку». На № 8 (К1) можна як і раніше бачити прямокутні імпульси, а на стоці МОП-транзистора такі ж за формою імпульси, але більшої величини.

А як підняти напругу на виході?

Тепер давайте отримаємо деякий напруга вище за допомогою TL494CN. Схема включення і розводки використовується та ж сама - на макетної платі. Звичайно, досить високої напруги на ній не отримати, тим більше що немає будь-якого радіатора на силових МОП-транзисторах. І все ж, підключіть невеликий трансформатор до вихідного каскаду, згідно з цією схемою.

Первинна обмотка трансформатора містить 10 витків. Вторинна обмотка містить близько 100 витків. Таким чином, коефіцієнт трансформації дорівнює 10. Якщо подати 10В в первинну обмотку, ви повинні отримати близько 100 В на виході. Сердечник виконаний з фериту. Можна використовувати деякий середнього розміру сердечник від трансформатора блоку живлення ПК.

Будьте обережні, вихід трансформатора під високою напругою. Струм дуже низький і не вб`є вас. Але можна отримати хороший удар. Ще одна небезпека - якщо ви встановите великий конденсатор на виході, він буде накопичувати великий заряд. Тому після виключення схеми, його слід розрядити.

На виході схеми можна включити будь-який індикатор начебто лампочки, як на фото нижче. Вона працює від напруги постійного струму, і їй необхідно близько 160 В, щоб засвітитися. (Харчування всього пристрою становить близько 15 В - на порядок нижче.)

Схема з трансформаторним виходом широко застосовується в будь-яких ДБЖ, включаючи і блоки живлення ПК. У цих пристроях, перший трансформатор, підключений через транзисторні ключі до виходів ШІМ-контролера, служить для гальванічної розв`язки низьковольтної частини схеми, що включає TL494CN, від її високовольтної частини, що містить трансформатор напруги.

Регулятор напруги

Як правило, в саморобних невеликих електронних пристроях харчування забезпечує типовий ІБП ПК, виконаний на TL494CN. Схема включення БП ПК загальновідома, а самі блоки легкодоступні, оскільки мільйони старих ПК щорічно утилізуються або продаються на запчастини. Але як правило, ці ДБЖ виробляють напруги не вище 12 В. Цього дуже мало для частотно-регульованого приводу. Звичайно, можна було б постаратися і використовувати ДБЖ ПК підвищеної напруги для 25 В, але його буде важко знайти, і занадто багато потужності буде розсіюватися на напрузі 5 В в логічних елементах.

Однак на TL494 (або аналогах) можна побудувати будь-які схеми з виходом на підвищену потужність і напруга. Використовуючи типові деталі з ДБЖ ПК і потужні МОП-транзистори від материнської плати, можна побудувати ШІМ-регулятор напруги на TL494CN. Схема перетворювача представлена на малюнку нижче.

На ній можна побачити схему включення мікросхеми і вихідний каскад на двох транзисторах: універсальному npn- і потужному МОП.

Основні частини: T1, Q1, L1, D1. Біполярний T1 використовується для управління потужним МОП-транзистором, підключеним спрощеним способом, так зв. «Пасивним». L1 є дроселем індуктивності від старого принтера HP (близько 50 витків, 1 см висота, ширина 0,5 см з обмотками, відкритий дросель). D1 - це діод Шотткі від іншого пристрою. TL494 підключена альтернативним способом по відношенню до вищеописаного, хоча можна використовувати будь-який з них.

С8 - конденсатор малої місткості, щоб запобігти впливу шумів, що надходять на вхід підсилювача помилки, величина 0,01uF буде більш-менш нормальною. Великі значення будуть сповільнювати установку необхідного напруги.

С6 - ще менший конденсатор, він використовується для фільтрації високочастотних перешкод. Його ємність - до декількох сотень пикофарад.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!