Switched-mode power supply (UPS) sangat umum. Komputer yang Anda gunakan sekarang memiliki UPS multi-tegangan (setidaknya +12, -12, +5, -5, dan +3,3V). Hampir semua blok tersebut memiliki chip pengontrol PWM khusus, biasanya dari tipe TL494CN. Analognya adalah sirkuit mikro domestik M1114EU4 (KR1114EU4).
Produser
Sirkuit mikro yang dipertimbangkan termasuk dalam daftar sirkuit elektronik terintegrasi yang paling umum dan banyak digunakan. Pendahulunya adalah seri pengontrol PWM Unitrode UC38xx. Pada tahun 1999, perusahaan ini dibeli oleh Texas Instruments, dan sejak itu pengembangan lini pengontrol ini telah dimulai, yang mengarah pada penciptaan pada awal 2000-an. Chip seri TL494. Selain UPS yang sudah disebutkan di atas, mereka dapat ditemukan di regulator tegangan DC, di drive yang dikendalikan, di starter lunak, dengan kata lain, di mana pun kontrol PWM digunakan.
Di antara perusahaan yang mengkloning chip ini, ada merek terkenal di dunia seperti Motorola, Inc, International Rectifier,Semikonduktor Fairchild, Semikonduktor ON. Mereka semua memberikan deskripsi rinci tentang produk mereka, yang disebut lembar data TL494CN.
Dokumentasi
Analisis deskripsi jenis sirkuit mikro yang dipertimbangkan dari berbagai produsen menunjukkan identitas praktis dari karakteristiknya. Jumlah informasi yang diberikan oleh perusahaan yang berbeda hampir sama. Selain itu, lembar data TL494CN dari merek seperti Motorola, Inc dan ON Semiconductor saling mengulang dalam struktur, gambar, tabel, dan grafiknya. Penyajian materi oleh Texas Instruments agak berbeda dari mereka, namun, setelah dipelajari dengan seksama, menjadi jelas bahwa produk yang identik dimaksudkan.
Penugasan chip TL494CN
Mari kita mulai menjelaskannya secara tradisional dengan tujuan dan daftar perangkat internal. Ini adalah pengontrol PWM frekuensi tetap yang terutama dirancang untuk aplikasi UPS, yang berisi perangkat berikut:
- generator tegangan gigi gergaji (SPG);
- penguat kesalahan;
- sumber tegangan referensi (referensi) +5 V;
- sirkuit penyesuaian waktu mati;
- output transistor switch untuk arus hingga 500 mA;
- skema untuk memilih operasi satu langkah atau dua langkah.
Batas
Seperti sirkuit mikro lainnya, deskripsi TL494CN harus berisi daftar karakteristik kinerja maksimum yang diizinkan. Mari kita beri mereka berdasarkan data dari Motorola, Inc:
- Power supply: 42 V.
- Tegangan kolektortransistor keluaran: 42 V.
- Arus kolektor transistor keluaran: 500 mA.
- Rentang tegangan input amplifier: -0,3V hingga +42V.
- Disipasi daya (pada t< 45°C): 1000mW.
- Kisaran suhu penyimpanan: -55 hingga +125°C.
- Kisaran suhu pengoperasian sekitar: dari 0 hingga +70 °С.
Perlu dicatat bahwa parameter 7 untuk chip TL494IN agak lebih lebar: dari -25 hingga +85 °С.
Desain chip TL494CN
Deskripsi dalam bahasa Rusia tentang kesimpulan kasusnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Sirkuit mikro ditempatkan dalam plastik (ini ditunjukkan oleh huruf N di akhir penunjukannya) paket 16-pin dengan lead tipe pdp.
Penampilannya terlihat pada foto di bawah ini.
TL494CN: diagram fungsional
Jadi, tugas dari rangkaian mikro ini adalah modulasi lebar pulsa (PWM, atau English Pulse Width Modulated (PWM)) dari pulsa tegangan yang dihasilkan di dalam UPS yang teregulasi dan tidak teregulasi. Pada catu daya tipe pertama, rentang durasi pulsa, sebagai suatu peraturan, mencapai nilai maksimum yang mungkin (~ 48% untuk setiap output dalam sirkuit tarik-tarik, yang banyak digunakan untuk memberi daya pada amplifier audio mobil).
Chip TL494CN memiliki total 6 pin output, 4 di antaranya (1, 2, 15, 16) adalah input dari penguat kesalahan internal yang digunakan untuk melindungi UPS dari arus berlebih dan potensi kelebihan beban. Pin 4 adalah inputsinyal dari 0 hingga 3 V untuk mengatur siklus kerja pulsa persegi panjang keluaran, dan3 adalah keluaran komparator dan dapat digunakan dalam beberapa cara. 4 lainnya (angka 8, 9, 10, 11) adalah kolektor dan emitor bebas transistor dengan arus beban maksimum yang diijinkan 250 mA (dalam mode kontinu, tidak lebih dari 200 mA). Mereka dapat dihubungkan berpasangan (9 hingga 10 dan 8 hingga 11) untuk menggerakkan MOSFET berdaya tinggi dengan batas arus 500mA (maks. 400mA kontinu).
Apa internal TL494CN? Diagramnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Microcircuit memiliki sumber tegangan referensi (ION) +5 V (No. 14) bawaan. Biasanya digunakan sebagai tegangan referensi (dengan akurasi ± 1%) yang diterapkan pada input sirkuit yang mengkonsumsi tidak lebih dari 10 mA, misalnya, ke pin 13 pilihan operasi satu atau dua langkah dari sirkuit mikro: jika ada +5 V di atasnya, mode kedua dipilih, jika ada minus dari tegangan suplai - yang pertama.
Untuk mengatur frekuensi generator tegangan gigi gergaji (GPN), kapasitor dan resistor digunakan, masing-masing dihubungkan ke pin 5 dan 6. Dan, tentu saja, sirkuit mikro memiliki terminal untuk menghubungkan plus dan minus sumber daya (masing-masing nomor 12 dan 7) dalam kisaran 7 hingga 42 V.
Diagram menunjukkan bahwa ada sejumlah perangkat internal di TL494CN. Deskripsi dalam bahasa Rusia tentang tujuan fungsionalnya akan diberikan di bawah ini selama presentasi materi.
Fungsi terminal masukan
Seperti apapunperangkat elektronik lainnya. Sirkuit mikro yang dimaksud memiliki input dan output sendiri. Kita akan mulai dengan yang pertama. Daftar pin TL494CN ini telah diberikan di atas. Deskripsi dalam bahasa Rusia tentang tujuan fungsionalnya akan diberikan di bawah ini dengan penjelasan terperinci.
Keluaran 1
Ini adalah input positif (non-inverting) dari penguat kesalahan 1. Jika tegangan di atasnya lebih rendah dari tegangan pada pin 2, keluaran penguat kesalahan 1 akan rendah. Jika lebih tinggi dari pada pin 2, sinyal error amplifier 1 akan menjadi tinggi. Output dari penguat pada dasarnya mereplikasi input positif menggunakan pin 2 sebagai referensi. Fungsi dari penguat kesalahan akan dijelaskan lebih rinci di bawah ini.
Kesimpulan 2
Ini adalah input negatif (pembalik) dari penguat kesalahan 1. Jika pin ini lebih tinggi dari pin 1, output dari penguat kesalahan 1 akan rendah. Jika tegangan pada pin ini lebih rendah dari tegangan pada pin 1, output dari amplifier akan menjadi tinggi.
Kesimpulan 15
Ini bekerja persis sama dengan 2. Seringkali penguat kesalahan kedua tidak digunakan di TL494CN. Rangkaian switching-nya dalam hal ini berisi pin 15 yang hanya terhubung ke 14 (tegangan referensi +5 V).
Kesimpulan 16
Ini bekerja sama seperti1. Biasanya terhubung ke7 umum ketika penguat kesalahan kedua tidak digunakan. Dengan pin 15 terhubung ke +5V dan 16 terhubung ke common, output penguat kedua rendah dan karenanya tidak berpengaruh pada pengoperasian chip.
Kesimpulan 3
Pin ini dan setiap penguat internal TL494CNdihubungkan satu sama lain melalui dioda. Jika sinyal pada output salah satu dari mereka berubah dari rendah ke tinggi, maka pada nomor 3 itu juga menjadi tinggi. Ketika sinyal pada pin ini melebihi 3.3V, pulsa output mati (siklus tugas nol). Ketika tegangan di atasnya mendekati 0 V, durasi pulsa maksimum. Antara 0 dan 3.3V, lebar pulsa adalah 50% hingga 0% (untuk setiap keluaran pengontrol PWM - pada pin 9 dan 10 pada sebagian besar perangkat).
Jika diperlukan, pin 3 dapat digunakan sebagai sinyal input atau dapat digunakan untuk meredam laju perubahan lebar pulsa. Jika tegangannya tinggi (> ~ 3.5V), tidak ada cara untuk memulai UPS pada pengontrol PWM (tidak akan ada pulsa darinya).
Kesimpulan 4
Ini mengontrol siklus kerja pulsa keluaran (eng. Kontrol Waktu Mati). Jika tegangan di atasnya mendekati 0 V, sirkuit mikro akan dapat menghasilkan lebar pulsa minimum dan maksimum yang mungkin (yang diatur oleh sinyal input lainnya). Jika tegangan sekitar 1,5V diterapkan ke pin ini, lebar pulsa keluaran akan dibatasi hingga 50% dari lebar maksimumnya (atau ~ 25% siklus kerja untuk pengontrol PWM push-pull). Jika tegangannya tinggi (> ~ 3.5V), tidak ada cara untuk memulai UPS pada TL494CN. Sirkuit switchingnya sering berisi No. 4, terhubung langsung ke ground.
Penting untuk diingat! Sinyal pada pin 3 dan 4 harus di bawah ~3.3V. Bagaimana jika mendekati, katakanlah, +5V? Bagaimanamaka TL494CN akan berperilaku? Rangkaian konverter tegangan di atasnya tidak akan menghasilkan pulsa, mis. tidak akan ada tegangan keluaran dari UPS
Kesimpulan 5
Berfungsi untuk menghubungkan timing kapasitor Ct, dan kontak keduanya terhubung ke ground. Nilai kapasitansi biasanya 0,01 F hingga 0,1 F. Perubahan nilai komponen ini menyebabkan perubahan frekuensi GPN dan pulsa keluaran pengontrol PWM. Sebagai aturan, kapasitor berkualitas tinggi dengan koefisien suhu yang sangat rendah (dengan sedikit perubahan kapasitansi dengan perubahan suhu) digunakan di sini.
Kesimpulan 6
Untuk menghubungkan resistor pengaturan waktu Rt, dan kontak kedua terhubung ke ground. Nilai Rt dan Ct menentukan frekuensi FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Kesimpulan 7
Ini terhubung ke kabel umum sirkuit perangkat pada pengontrol PWM.
Kesimpulan 12
Ditandai dengan huruf VCC. "Plus" catu daya TL494CN terhubung dengannya. Sirkuit switching-nya biasanya berisi No. 12 yang terhubung ke sakelar catu daya. Banyak UPS menggunakan pin ini untuk menghidupkan dan mematikan daya (dan UPS itu sendiri). Jika memiliki +12 V dan No. 7 di-ground, chip FPV dan ION akan bekerja.
Kesimpulan 13
Ini adalah input mode operasi. Operasinya telah dijelaskan di atas.
Fungsi terminal keluaran
Di atas mereka terdaftar untuk TL494CN. Deskripsi dalam bahasa Rusia tentang tujuan fungsionalnya akan diberikan di bawah ini dengan penjelasan terperinci.
Kesimpulan 8
Pada iniChip ini memiliki 2 transistor npn yang merupakan kunci keluarannya. Pin ini merupakan kolektor transistor 1, biasanya dihubungkan dengan sumber tegangan DC (12 V). Namun, di sirkuit beberapa perangkat, ini digunakan sebagai output, dan Anda dapat melihat liku di atasnya (juga di No. 11).
Kesimpulan 9
Ini adalah emitor transistor 1. Ini menggerakkan transistor UPS daya tinggi (efek medan dalam banyak kasus) dalam rangkaian push-pull, baik secara langsung atau melalui transistor perantara.
Keluaran 10
Ini adalah emitor transistor 2. Dalam mode satu siklus, sinyal di atasnya sama dengan di9. di sisi lain rendah, dan sebaliknya. Di sebagian besar perangkat, sinyal dari emitor transistor keluaran beralih dari sirkuit mikro yang dimaksud menggerakkan transistor efek medan yang kuat, yang didorong ke status ON ketika tegangan pada pin 9 dan 10 tinggi (di atas ~ 3,5 V, tetapi tidak mengacu pada level 3,3 V pada No. 3 dan 4).
Kesimpulan 11
Ini adalah kolektor transistor 2, biasanya terhubung ke sumber tegangan DC (+12V).
Catatan: Pada perangkat pada TL494CN, rangkaian switching dapat berisi kolektor dan emitor dari transistor 1 dan 2 sebagai output dari pengontrol PWM, meskipun opsi kedua lebih umum. Namun, ada opsi kapan tepatnya pin 8 dan 11 adalah output. Jika Anda menemukan trafo kecil di sirkuit antara IC dan FET, sinyal keluaran kemungkinan besar diambil dari mereka.(dari kolektor)
Kesimpulan 14
Ini adalah keluaran ION, juga dijelaskan di atas.
Prinsip kerja
Bagaimana cara kerja chip TL494CN? Kami akan memberikan gambaran urutan pekerjaannya berdasarkan bahan dari Motorola, Inc. Keluaran modulasi lebar pulsa dicapai dengan membandingkan sinyal gigi gergaji positif dari kapasitor Ct dengan salah satu dari dua sinyal kontrol. Transistor keluaran Q1 dan Q2 diberi gerbang NOR untuk membukanya hanya ketika input clock pemicu (C1) (lihat diagram fungsi TL494CN) menjadi rendah.
Jadi, jika pada input C1 pemicu level unit logis, maka transistor keluaran ditutup dalam kedua mode operasi: siklus tunggal dan tarik-tarik. Jika sinyal clock hadir pada input ini, maka dalam mode push-pull, transistor membuka satu per satu pada saat tibanya pemutusan pulsa clock ke pemicu. Dalam mode siklus tunggal, pemicu tidak digunakan, dan kedua kunci keluaran terbuka secara serempak.
Keadaan terbuka ini (dalam kedua mode) hanya dimungkinkan di bagian periode FPV tersebut ketika tegangan gigi gergaji lebih besar daripada sinyal kontrol. Dengan demikian, peningkatan atau penurunan besarnya sinyal kontrol menyebabkan peningkatan atau penurunan linier pada lebar pulsa tegangan masing-masing pada output rangkaian mikro.
Tegangan dari pin 4 (kontrol waktu mati), input penguat kesalahan atau input sinyal umpan balik dari pin 3 dapat digunakan sebagai sinyal kontrol.
Langkah pertama dalam bekerja dengan sirkuit mikro
Sebelum melakukanperangkat apa pun yang berguna, disarankan untuk mempelajari cara kerja TL494CN. Bagaimana cara memeriksa apakah itu berfungsi?
Ambil papan tempat memotong roti Anda, pasang IC di atasnya dan sambungkan kabel sesuai dengan diagram di bawah ini.
Jika semuanya terhubung dengan benar, sirkuit akan berfungsi. Biarkan pin 3 dan 4 tidak gratis. Gunakan osiloskop Anda untuk memeriksa pengoperasian FPV - pada pin 6 Anda akan melihat tegangan gigi gergaji. Outputnya akan menjadi nol. Bagaimana menentukan kinerja mereka di TL494CN. Memeriksanya dapat dilakukan seperti ini:
- Hubungkan output umpan balik (3) dan output kontrol waktu mati (4) ke ground (7).
- Sekarang Anda harus mendeteksi gelombang persegi pada keluaran IC.
Bagaimana cara memperkuat sinyal keluaran?
Output TL494CN arusnya agak rendah, dan Anda tentu menginginkan lebih banyak daya. Jadi, kita harus menambahkan beberapa transistor yang kuat. Yang paling mudah digunakan (dan sangat mudah didapat - dari motherboard komputer lama) adalah MOSFET daya n-channel. Pada saat yang sama, kita harus membalikkan output TL494CN, karena jika kita menghubungkan MOSFET n-channel ke sana, maka dengan tidak adanya pulsa pada output sirkuit mikro, itu akan terbuka untuk aliran DC. Dalam hal ini, MOSFET dapat dengan mudah terbakar … Jadi kami mengambil transistor npn universal dan menghubungkannya sesuai dengan diagram di bawah ini.
MOSFET yang kuat dalam hal inirangkaian dikontrol secara pasif. Ini tidak terlalu bagus, tetapi untuk tujuan pengujian dan daya rendah sangat cocok. R1 di sirkuit adalah beban transistor npn. Pilih sesuai dengan arus maksimum kolektor yang diizinkan. R2 mewakili beban tahap daya kami. Pada percobaan berikut akan diganti dengan trafo.
Jika sekarang kita melihat sinyal di pin 6 dari sirkuit mikro dengan osiloskop, kita akan melihat "gergaji". Pada 8 (K1) Anda masih dapat melihat pulsa gelombang persegi, dan pada saluran pembuangan pulsa MOSFET dengan bentuk yang sama, tetapi lebih besar.
Bagaimana cara menaikkan tegangan keluaran?
Sekarang mari kita naikkan tegangan dengan TL494CN. Diagram switching dan pengkabelan sama - di papan tempat memotong roti. Tentu saja, Anda tidak bisa mendapatkan tegangan yang cukup tinggi di atasnya, terutama karena tidak ada pendingin pada MOSFET daya. Namun, sambungkan trafo kecil ke tahap keluaran sesuai dengan diagram ini.
Gulungan primer trafo terdiri dari 10 lilitan. Gulungan sekunder berisi sekitar 100 putaran. Jadi, rasio transformasinya adalah 10. Jika Anda menerapkan 10V ke primer, Anda harus mendapatkan sekitar 100V pada output. Inti terbuat dari ferit. Anda dapat menggunakan beberapa inti berukuran sedang dari transformator catu daya PC.
Hati-hati, keluaran trafo bertegangan tinggi. Arusnya sangat rendah dan tidak akan membunuhmu. Tapi Anda bisa mendapatkan pukulan yang bagus. Bahaya lainnya adalah jika Anda memasang besarkapasitor pada output, itu akan mengumpulkan muatan besar. Oleh karena itu, setelah mematikan sirkuit, itu harus dikosongkan.
Pada output rangkaian, Anda dapat menyalakan indikator apa pun seperti bola lampu, seperti pada foto di bawah ini.
Ini berjalan pada tegangan DC dan membutuhkan sekitar 160V untuk menyala. (Suplai daya seluruh perangkat sekitar 15 V - urutan besarnya lebih rendah.)
Rangkaian keluaran transformator banyak digunakan di semua UPS, termasuk catu daya PC. Pada perangkat ini, transformator pertama, yang terhubung melalui sakelar transistor ke output pengontrol PWM, berfungsi untuk mengisolasi secara galvanis bagian tegangan rendah dari rangkaian, yang mencakup TL494CN, dari bagian tegangan tinggi, yang berisi tegangan listrik. transformator.
Pengatur tegangan
Sebagai aturan, pada perangkat elektronik kecil buatan rumah, daya disediakan oleh UPS PC biasa, yang dibuat di TL494CN. Sirkuit catu daya PC terkenal, dan bloknya sendiri mudah diakses, karena jutaan PC lama dibuang setiap tahun atau dijual untuk suku cadang. Tetapi sebagai aturan, UPS ini tidak menghasilkan tegangan lebih tinggi dari 12 V. Ini terlalu kecil untuk penggerak frekuensi variabel. Tentu saja, seseorang dapat mencoba dan menggunakan UPS PC bertegangan lebih 25V, tetapi itu akan sulit ditemukan dan terlalu banyak daya yang akan hilang pada 5V di gerbang logika.
Namun, pada TL494 (atau analog) Anda dapat membangun sirkuit apa pun dengan akses ke peningkatan daya dan tegangan. Menggunakan suku cadang khas dari UPS PC dan MOS daya tinggitransistor dari motherboard, Anda dapat membangun regulator tegangan PWM pada TL494CN. Rangkaian konverter ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Di atasnya Anda dapat melihat rangkaian switching dari sirkuit mikro dan tahap keluaran pada dua transistor: npn- universal dan MOS yang kuat.
Bagian utama: T1, Q1, L1, D1. T1 bipolar digunakan untuk menggerakkan MOSFET daya yang terhubung dengan cara yang disederhanakan, yang disebut. "pasif". L1 adalah induktor dari printer HP lama (sekitar 50 putaran, tinggi 1 cm, lebar 0,5 cm dengan belitan, choke terbuka). D1 adalah dioda Schottky dari perangkat lain. TL494 disambungkan dengan cara alternatif di atas, meskipun keduanya dapat digunakan.
C8 adalah kapasitansi kecil untuk mencegah efek kebisingan yang masuk ke input penguat kesalahan, nilai 0,01uF akan lebih atau kurang normal. Nilai yang lebih besar akan memperlambat pengaturan tegangan yang diinginkan.
C6 adalah kapasitor yang lebih kecil, digunakan untuk menyaring kebisingan frekuensi tinggi. Kapasitasnya mencapai beberapa ratus picofarads.
