Bộ nguồn ở chế độ chuyển mạch (UPS) rất phổ biến. Máy tính bạn đang sử dụng hiện có bộ lưu điện đa điện áp (tối thiểu +12, -12, +5, -5 và + 3.3V). Hầu như tất cả các khối như vậy đều có một chip điều khiển PWM đặc biệt, thường là loại TL494CN. Tương tự của nó là vi mạch nội địa M1114EU4 (KR1114EU4).
Nhà sản xuất
Vi mạch đang được xem xét thuộc danh sách các mạch điện tử tích hợp phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất. Tiền thân của nó là dòng bộ điều khiển PWM Unitrode UC38xx. Năm 1999, công ty này được Texas Instruments mua lại, và kể từ đó việc phát triển dòng bộ điều khiển này đã bắt đầu, dẫn đến sự ra đời vào đầu những năm 2000. Dòng chip TL494. Ngoài các UPS đã nêu ở trên, chúng có thể được tìm thấy trong các bộ điều chỉnh điện áp DC, trong các ổ đĩa có điều khiển, trong các bộ khởi động mềm, nói chung, bất cứ nơi nào sử dụng điều khiển PWM.
Trong số các công ty đã nhân bản con chip này, có những thương hiệu nổi tiếng thế giới như Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Tất cả đều đưa ra mô tả chi tiết về sản phẩm của họ, cái gọi là bảng dữ liệu TL494CN.
Tài liệu
Phân tích các mô tả về loại vi mạch được xem xét từ các nhà sản xuất khác nhau cho thấy bản sắc thực tế của các đặc tính của nó. Lượng thông tin được đưa ra bởi các công ty khác nhau gần như giống nhau. Hơn nữa, biểu dữ liệu TL494CN từ các thương hiệu như Motorola, Inc và ON Semiconductor lặp lại nhau trong cấu trúc, hình, bảng và đồ thị của nó. Cách trình bày tài liệu của Texas Instruments hơi khác so với họ, tuy nhiên, sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng, chúng ta thấy rõ ràng rằng một sản phẩm giống hệt nhau là có ý nghĩa.
Chỉ định chip TL494CN
Theo truyền thống, hãy bắt đầu mô tả nó với mục đích và danh sách các thiết bị bên trong. Đây là bộ điều khiển PWM tần số cố định được thiết kế chủ yếu cho các ứng dụng UPS, chứa các thiết bị sau:
- bộ tạo điện áp răng cưa (SPG);
- bộ khuếch đại lỗi;
- nguồn của điện áp tham chiếu (tham chiếu) +5 V;
- mạch điều chỉnh thời gian chết;
- công tắc bóng bán dẫn đầu ra cho dòng điện lên đến 500 mA;
- lược đồ để chọn thao tác một thì hoặc hai thì.
Giới hạn
Giống như bất kỳ vi mạch nào khác, mô tả của TL494CN phải chứa danh sách các đặc tính hiệu suất tối đa cho phép. Hãy cung cấp chúng dựa trên dữ liệu từ Motorola, Inc:
- Nguồn cung cấp: 42 V.
- Điện áp bộ thubóng bán dẫn đầu ra: 42 V.
- Dòng điện thu bán dẫn đầu ra: 500 mA.
- Dải điện áp đầu vào của bộ khuếch đại: -0.3V đến + 42V.
- Công suất tiêu tán (ở t< 45 ° C): 1000mW.
- Phạm vi nhiệt độ bảo quản: -55 đến + 125 ° C.
- Phạm vi nhiệt độ hoạt động xung quanh: từ 0 đến +70 ° С.
Cần lưu ý rằng thông số 7 cho chip TL494IN có phần rộng hơn: từ -25 đến +85 ° С.
Thiết kế chip TL494CN
Mô tả bằng tiếng Nga về kết luận của trường hợp của nó được hiển thị trong hình bên dưới.
Vi mạch được đặt trong một loại nhựa (điều này được biểu thị bằng chữ N ở cuối ký hiệu của nó) Gói 16 chân với dây dẫn loại pdp.
Hình dạng của nó được hiển thị trong bức ảnh dưới đây.
TL494CN: sơ đồ chức năng
Vì vậy, nhiệm vụ của vi mạch này là điều chế độ rộng xung (PWM, hoặc tiếng Anh là Pulse Width Modulated (PWM)) của các xung điện áp được tạo ra bên trong cả UPS được điều chỉnh và không được điều chỉnh. Trong các bộ nguồn thuộc loại đầu tiên, phạm vi thời lượng xung, theo quy luật, đạt giá trị lớn nhất có thể (~ 48% cho mỗi đầu ra trong mạch đẩy-kéo, được sử dụng rộng rãi để cấp nguồn cho bộ khuếch đại âm thanh trên ô tô).
Chip TL494CN có tổng cộng 6 chân đầu ra, 4 trong số đó (1, 2, 15, 16) là đầu vào của bộ khuếch đại lỗi bên trong được sử dụng để bảo vệ UPS khỏi quá tải dòng điện và tiềm ẩn. Pin số 4 là đầu vàotín hiệu từ 0 đến 3 V để điều chỉnh chu kỳ làm việc của các xung hình chữ nhật đầu ra, và3 là đầu ra của bộ so sánh và có thể được sử dụng theo một số cách. Số 4 khác (số 8, 9, 10, 11) là bộ thu và phát bóng bán dẫn tự do với dòng tải tối đa cho phép là 250 mA (ở chế độ liên tục, không quá 200 mA). Chúng có thể được kết nối theo cặp (9 đến 10 và 8 đến 11) để điều khiển MOSFET công suất cao với giới hạn hiện tại là 500mA (tối đa 400mA liên tục).
Bên trong của TL494CN là gì? Sơ đồ của nó được hiển thị trong hình dưới đây.
Vi mạch tích hợp sẵn nguồn điện áp tham chiếu (ION) +5 V (số 14). Nó thường được sử dụng làm điện áp chuẩn (với độ chính xác ± 1%) được áp dụng cho các đầu vào của mạch tiêu thụ không quá 10 mA, ví dụ, cho chân 13 của sự lựa chọn hoạt động một hoặc hai hành trình của vi mạch: nếu có +5 V trên đó, chế độ thứ hai sẽ được chọn, nếu có mức trừ điện áp cung cấp trên đó - chế độ đầu tiên.
Để điều chỉnh tần số của máy phát điện áp răng cưa (GPN), một tụ điện và một điện trở được sử dụng, được kết nối tương ứng với các chân 5 và 6. Và, tất nhiên, vi mạch có các đầu cuối để kết nối cộng và trừ của nguồn điện (số 12 và 7, tương ứng) trong phạm vi từ 7 đến 42 V.
Sơ đồ cho thấy có một số thiết bị bên trong TL494CN. Phần mô tả bằng tiếng Nga về mục đích chức năng của chúng sẽ được đưa ra bên dưới trong quá trình trình bày tài liệu.
Chức năng đầu vào đầu vào
Thích bất kỳthiết bị điện tử khác. Vi mạch được đề cập có các đầu vào và đầu ra riêng. Chúng tôi sẽ bắt đầu với cái đầu tiên. Danh sách các chân TL494CN này đã được đưa ra ở trên. Phần mô tả bằng tiếng Nga về mục đích chức năng của chúng sẽ được đưa ra bên dưới kèm theo giải thích chi tiết.
Đầu ra 1
Đây là đầu vào tích cực (không đảo) của bộ khuếch đại lỗi 1. Nếu điện áp trên đó thấp hơn điện áp trên chân 2, đầu ra của bộ khuếch đại lỗi 1 sẽ ở mức thấp. Nếu nó cao hơn trên chân 2, tín hiệu bộ khuếch đại lỗi 1 sẽ đi cao. Đầu ra của bộ khuếch đại về cơ bản sao chép đầu vào tích cực bằng cách sử dụng chân 2 làm tham chiếu. Các chức năng của bộ khuếch đại lỗi sẽ được mô tả chi tiết hơn bên dưới.
Kết luận 2
Đây là đầu vào âm (đảo) của bộ khuếch đại lỗi 1. Nếu chân này cao hơn chân 1, đầu ra của bộ khuếch đại lỗi 1 sẽ ở mức thấp. Nếu điện áp trên chân này thấp hơn điện áp trên chân 1, đầu ra của bộ khuếch đại sẽ ở mức cao.
Kết luận 15
Nó hoạt động giống hệt như2. Thường thì bộ khuếch đại lỗi thứ hai không được sử dụng trong TL494CN. Mạch chuyển mạch của nó trong trường hợp này chứa chân 15 được kết nối đơn giản với chân 14 (điện áp tham chiếu +5 V).
Kết luận 16
Nó hoạt động giống như1. Nó thường được kết nối với7 chung khi bộ khuếch đại lỗi thứ hai không được sử dụng. Với chân 15 được kết nối với + 5V và16 được kết nối với chung, đầu ra của bộ khuếch đại thứ hai thấp và do đó không ảnh hưởng đến hoạt động của chip.
Kết luận 3
Chân này và mỗi bộ khuếch đại bên trong TL494CNđược kết nối với nhau qua điốt. Nếu tín hiệu ở đầu ra của bất kỳ tín hiệu nào trong số chúng thay đổi từ thấp đến cao, thì ở số 3, tín hiệu cũng sẽ lên cao. Khi tín hiệu trên chân này vượt quá 3.3V, các xung đầu ra sẽ tắt (chu kỳ nhiệm vụ không). Khi điện áp trên nó gần bằng 0 V thì thời gian xung là cực đại. Trong khoảng từ 0 đến 3,3V, độ rộng xung là 50% đến 0% (đối với mỗi đầu ra của bộ điều khiển PWM - trên các chân 9 và 10 trên hầu hết các thiết bị).
Nếu được yêu cầu, chân 3 có thể được sử dụng làm tín hiệu đầu vào hoặc có thể được sử dụng để cung cấp giảm chấn cho tốc độ thay đổi độ rộng xung. Nếu điện áp trên nó cao (> ~ 3.5V), không có cách nào để khởi động UPS trên bộ điều khiển PWM (sẽ không có xung từ nó).
Kết luận 4
Nó kiểm soát chu kỳ làm việc của các xung đầu ra (điều khiển thời gian chết tương tự). Nếu điện áp trên nó gần bằng 0 V, vi mạch sẽ có thể xuất ra cả độ rộng xung tối thiểu có thể và tối đa (được thiết lập bởi các tín hiệu đầu vào khác). Nếu điện áp khoảng 1,5V được đặt vào chân này, độ rộng xung đầu ra sẽ bị giới hạn ở 50% độ rộng tối đa của nó (hoặc ~ 25% chu kỳ làm việc đối với bộ điều khiển PWM kéo đẩy). Nếu điện áp trên đó cao (> ~ 3.5V), không có cách nào để khởi động UPS trên TL494CN. Mạch chuyển mạch của nó thường chứa số 4, được nối trực tiếp với đất.
Điều quan trọng cần nhớ! Tín hiệu ở chân 3 và 4 phải dưới ~ 3,3V. Nếu tín hiệu gần bằng + 5V thì sao? Làm saosau đó TL494CN sẽ hành xử? Mạch chuyển đổi điện áp trên nó sẽ không tạo ra xung, tức là sẽ không có điện áp đầu ra từ UPS
Kết luận 5
Phục vụ để kết nối tụ điện định thời Ct và tiếp điểm thứ hai của nó được kết nối với đất. Giá trị điện dung thường từ 0,01 µF đến 0,1 µF. Những thay đổi về giá trị của thành phần này dẫn đến sự thay đổi tần số của GPN và các xung đầu ra của bộ điều khiển PWM. Theo quy định, các tụ điện chất lượng cao có hệ số nhiệt độ rất thấp (điện dung thay đổi rất ít khi nhiệt độ thay đổi) được sử dụng ở đây.
Kết luận 6
Để kết nối điện trở cài đặt thời gian Rt, và tiếp điểm thứ hai của nó được nối với đất. Giá trị Rt và Ct xác định tần số của FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Kết luận 7
Nó kết nối với dây chung của mạch thiết bị trên bộ điều khiển PWM.
Kết luận 12
Nó được đánh dấu bằng các chữ cái VCC. "Điểm cộng" của bộ nguồn TL494CN được kết nối với nó. Mạch chuyển mạch của nó thường chứa số 12 được kết nối với công tắc cấp nguồn. Nhiều UPS sử dụng chân này để bật và tắt nguồn (và chính UPS). Nếu nó có +12 V và số 7 được nối đất, chip FPV và ION sẽ hoạt động.
Kết luận 13
Đây là đầu vào chế độ hoạt động. Hoạt động của nó đã được mô tả ở trên.
Chức năng của thiết bị đầu cuối đầu ra
Ở trên chúng được liệt kê cho TL494CN. Phần mô tả bằng tiếng Nga về mục đích chức năng của chúng sẽ được đưa ra bên dưới kèm theo giải thích chi tiết.
Kết luận 8
Về điều nàyCon chip có 2 bóng bán dẫn npn là chìa khóa đầu ra của nó. Chân này là chân thu của transistor 1, thường được nối với nguồn điện áp một chiều (12 V). Tuy nhiên, trong các mạch của một số thiết bị, nó được sử dụng như một đầu ra và bạn có thể thấy một đoạn uốn lượn trên đó (cũng như trên số 11).
Kết luận 9
Đây là bộ phát của bóng bán dẫn 1. Nó điều khiển bóng bán dẫn UPS công suất cao (hiệu ứng trường trong hầu hết các trường hợp) trong mạch đẩy kéo, trực tiếp hoặc thông qua bóng bán dẫn trung gian.
Đầu ra 10
Đây là bộ phát của bóng bán dẫn 2. Ở chế độ một chu kỳ, tín hiệu trên nó giống như trên số 9. mặt khác là tín hiệu thấp và ngược lại. Trong hầu hết các thiết bị, các tín hiệu từ bộ phát của công tắc bóng bán dẫn đầu ra của vi mạch được đề cập điều khiển các bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh mẽ, được chuyển sang trạng thái BẬT khi điện áp ở chân 9 và 10 cao (trên ~ 3,5 V, nhưng nó không đề cập đến mức 3,3 V ở số 3 và 4).
Kết luận 11
Đây là bộ thu của bóng bán dẫn 2, thường được kết nối với nguồn điện áp một chiều (+ 12V).
Lưu ý: Trong các thiết bị trên TL494CN, mạch chuyển đổi có thể chứa cả bộ thu và bộ phát của bóng bán dẫn 1 và 2 làm đầu ra của bộ điều khiển PWM, mặc dù tùy chọn thứ hai phổ biến hơn. Tuy nhiên, có các tùy chọn khi chính xác các chân 8 và 11 là đầu ra. Nếu bạn tìm thấy một biến áp nhỏ trong mạch giữa IC và FET, tín hiệu đầu ra rất có thể được lấy từ chúng.(từ người sưu tầm)
Kết luận 14
Đây là đầu ra ION, cũng được mô tả ở trên.
Nguyên tắc làm việc
Chip TL494CN hoạt động như thế nào? Chúng tôi sẽ đưa ra mô tả về thứ tự công việc của nó dựa trên tài liệu của Motorola, Inc. Đầu ra điều chế độ rộng xung đạt được bằng cách so sánh tín hiệu răng cưa dương từ tụ điện Ct với một trong hai tín hiệu điều khiển. Các bóng bán dẫn đầu ra Q1 và Q2 được định hướng NOR để chỉ mở chúng khi đầu vào đồng hồ kích hoạt (C1) (xem sơ đồ chức năng TL494CN) xuống mức thấp.
Như vậy, nếu tại đầu vào C1 của bộ kích hoạt mức của một đơn vị logic, thì các bóng bán dẫn đầu ra được đóng ở cả hai chế độ hoạt động: chu kỳ đơn và kéo đẩy. Nếu tín hiệu đồng hồ hiện diện ở đầu vào này, thì ở chế độ đẩy-kéo, bóng bán dẫn sẽ mở từng công tắc một khi điểm cắt xung đồng hồ đến bộ kích hoạt. Ở chế độ một chu kỳ, trình kích hoạt không được sử dụng và cả hai phím đầu ra sẽ mở đồng bộ.
Trạng thái mở này (ở cả hai chế độ) chỉ có thể xảy ra trong phần đó của khoảng thời gian FPV khi điện áp răng cưa lớn hơn tín hiệu điều khiển. Do đó, sự tăng hoặc giảm cường độ của tín hiệu điều khiển gây ra sự tăng hoặc giảm tuyến tính về độ rộng của các xung điện áp tại các đầu ra của vi mạch, tương ứng.
Điện áp từ chân 4 (điều khiển thời gian chết), đầu vào bộ khuếch đại lỗi hoặc đầu vào tín hiệu phản hồi từ chân 3 có thể được sử dụng làm tín hiệu điều khiển.
Các bước đầu tiên khi làm việc với vi mạch
Trước khi làmbất kỳ thiết bị hữu ích nào, bạn nên tìm hiểu cách hoạt động của TL494CN. Làm thế nào để kiểm tra xem nó có hoạt động không?
Lấy breadboard của bạn, đặt IC lên đó và kết nối dây theo sơ đồ bên dưới.
Nếu mọi thứ được kết nối chính xác, mạch sẽ hoạt động. Để lại chân 3 và 4 không rảnh. Sử dụng máy hiện sóng để kiểm tra hoạt động của FPV - tại chân 6, bạn sẽ thấy điện áp răng cưa. Kết quả đầu ra sẽ bằng không. Cách xác định hiệu suất của chúng trong TL494CN. Kiểm tra nó có thể được thực hiện như sau:
- Kết nối đầu ra phản hồi (3) và đầu ra điều khiển thời gian chết (4) với mặt đất (7).
- Bây giờ bạn sẽ phát hiện ra sóng vuông ở đầu ra của IC.
Làm thế nào để khuếch đại tín hiệu đầu ra?
Đầu ra của TL494CN hiện tại khá thấp và bạn chắc chắn muốn có nhiều điện hơn. Vì vậy, chúng ta phải thêm một số bóng bán dẫn mạnh mẽ. Dễ sử dụng nhất (và rất dễ lấy - từ bo mạch chủ máy tính cũ) là MOSFET nguồn n-kênh. Đồng thời, chúng ta phải đảo đầu ra của TL494CN, vì nếu chúng ta kết nối MOSFET kênh n với nó, thì trong trường hợp không có xung ở đầu ra của vi mạch, nó sẽ mở cho dòng DC. Trong trường hợp này, MOSFET có thể bị cháy đơn giản … Vì vậy, chúng tôi lấy bóng bán dẫn npn đa năng và kết nối nó theo sơ đồ bên dưới.
MOSFET mạnh mẽ trong nàymạch được điều khiển thụ động. Điều này không tốt lắm, nhưng với mục đích thử nghiệm và công suất thấp thì nó khá phù hợp. R1 trong mạch là tải của tranzito npn. Chọn nó theo dòng điện tối đa cho phép của bộ thu của nó. R2 đại diện cho tải của giai đoạn công suất của chúng tôi. Trong các thí nghiệm sau, nó sẽ được thay thế bằng một máy biến áp.
Nếu bây giờ chúng ta nhìn vào tín hiệu ở chân 6 của vi mạch bằng máy hiện sóng, chúng ta sẽ thấy một "cái cưa". Trên8 (K1), bạn vẫn có thể thấy các xung sóng vuông và trên cống của các xung MOSFET có cùng hình dạng, nhưng lớn hơn.
Làm thế nào để tăng điện áp đầu ra?
Bây giờ hãy tăng điện áp với TL494CN. Sơ đồ chuyển mạch và đấu dây giống nhau - trên breadboard. Tất nhiên, bạn không thể có điện áp đủ cao trên đó, đặc biệt là vì không có tản nhiệt trên MOSFETs nguồn. Tuy nhiên, hãy kết nối một máy biến áp nhỏ với tầng đầu ra theo sơ đồ này.
Cuộn sơ cấp của máy biến áp gồm 10 vòng. Cuộn thứ cấp chứa khoảng 100 vòng. Như vậy, tỷ số biến đổi là 10. Nếu bạn áp dụng 10V cho sơ cấp, bạn sẽ nhận được khoảng 100V ở đầu ra. Lõi được làm bằng ferit. Bạn có thể sử dụng một số lõi có kích thước trung bình từ máy biến áp cung cấp điện cho PC.
Hãy cẩn thận, đầu ra của máy biến áp là điện áp cao. Dòng điện rất thấp và sẽ không giết bạn. Nhưng bạn có thể nhận được một cú đánh tốt. Một mối nguy hiểm khác là nếu bạn cài đặt mộttụ điện ở đầu ra, nó sẽ tích lũy một điện tích lớn. Vì vậy, sau khi tắt mạch, nó nên được xả.
Ở đầu ra của mạch, bạn có thể bật bất kỳ đèn báo nào như bóng đèn, như trong hình bên dưới.
Nó chạy trên điện áp DC và cần khoảng 160V để phát sáng. (Nguồn điện của toàn bộ thiết bị là khoảng 15 V - thấp hơn một bậc.)
Mạch đầu ra biến áp được sử dụng rộng rãi trong bất kỳ UPS nào, bao gồm cả bộ nguồn PC. Trong các thiết bị này, máy biến áp đầu tiên, được kết nối qua bóng bán dẫn chuyển sang đầu ra của bộ điều khiển PWM, đóng vai trò cách ly điện hóa phần điện áp thấp của mạch, bao gồm TL494CN, khỏi phần điện áp cao của nó, chứa điện áp nguồn. máy biến áp.
Ổn áp
Theo quy định, trong các thiết bị điện tử nhỏ sản xuất tại nhà, nguồn điện được cung cấp bởi một bộ lưu điện PC điển hình, được sản xuất trên TL494CN. Mạch cấp nguồn của PC nổi tiếng và bản thân các khối cũng có thể dễ dàng tiếp cận, vì hàng triệu PC cũ được thải bỏ hàng năm hoặc bán để lấy phụ tùng thay thế. Nhưng theo quy luật, các UPS này không tạo ra điện áp cao hơn 12 V. Đây là quá ít đối với bộ biến tần. Tất nhiên, người ta có thể thử và sử dụng bộ lưu điện PC quá áp 25V, nhưng điều đó sẽ khó tìm và quá nhiều điện sẽ bị tiêu tán ở 5V trong các cổng logic.
Tuy nhiên, trên TL494 (hoặc các thiết bị tương tự), bạn có thể xây dựng bất kỳ mạch nào có quyền truy cập vào công suất và điện áp tăng lên. Sử dụng các bộ phận điển hình từ PC UPS và MOS công suất caobóng bán dẫn từ bo mạch chủ, bạn có thể xây dựng bộ điều chỉnh điện áp PWM trên TL494CN. Mạch chuyển đổi được hiển thị trong hình dưới đây.
Trên đó, bạn có thể thấy mạch chuyển đổi của vi mạch và giai đoạn đầu ra trên hai bóng bán dẫn: một npn- và một MOS mạnh mẽ.
Bộ phận chính: T1, Q1, L1, D1. T1 lưỡng cực được sử dụng để điều khiển MOSFET nguồn được kết nối theo cách đơn giản, cái gọi là. "thụ động". L1 là cuộn cảm của máy in HP cũ (khoảng 50 vòng, cao 1 cm, rộng 0,5 cm với cuộn dây, cuộn cảm hở). D1 là một diode Schottky từ một thiết bị khác. TL494 có dây theo một cách thay thế cho cách trên, mặc dù có thể sử dụng một trong hai.
C8 là một điện dung nhỏ để ngăn chặn ảnh hưởng của tiếng ồn xâm nhập vào đầu vào của bộ khuếch đại lỗi, giá trị 0,01uF sẽ nhiều hơn hoặc ít hơn bình thường. Giá trị lớn hơn sẽ làm chậm việc cài đặt điện áp mong muốn.
C6 là một tụ điện thậm chí còn nhỏ hơn, nó được sử dụng để lọc nhiễu tần số cao. Dung lượng của nó lên đến vài trăm picofarads.
