ספקי כוח במצב מחליף (UPS) נפוצים מאוד. למחשב שבו אתה משתמש כעת יש UPS רב-מתח (+12, -12, +5, -5 ו-+3.3V לפחות). כמעט לכל בלוקים כאלה יש שבב בקר PWM מיוחד, בדרך כלל מסוג TL494CN. האנלוגי שלו הוא המיקרו-מעגל הביתי M1114EU4 (KR1114EU4).
מפיקים
המיקרו-מעגל הנדון שייך לרשימת המעגלים האלקטרוניים המשולבים הנפוצים והנפוץ ביותר. קודמתה הייתה סדרת Unitrode UC38xx של בקרי PWM. בשנת 1999, חברה זו נקנתה על ידי טקסס אינסטרומנטס, ומאז החל הפיתוח של קו של בקרים אלו, שהוביל ליצירתו בתחילת שנות ה-2000. שבבים מסדרת TL494. בנוסף ל-UPS שכבר צוינו לעיל, ניתן למצוא אותם בווסת מתח DC, בכוננים מבוקרים, במתחרים רכים, במילה אחת, בכל מקום שבו נעשה שימוש בבקרת PWM.
בין החברות ששיבטו את השבב הזה, יש מותגים מפורסמים כמו Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. כולם נותנים תיאור מפורט של המוצרים שלהם, מה שנקרא גיליון הנתונים TL494CN.
Documentation
ניתוח התיאורים של סוג המיקרו-מעגל הנחשב מיצרנים שונים מראה את הזהות המעשית של מאפייניו. כמות המידע שניתנה על ידי חברות שונות כמעט זהה. יתר על כן, גליון הנתונים TL494CN ממותגים כגון Motorola, Inc ו-ON Semiconductor חוזרים זה על זה במבנה, באיורים, בטבלאות ובגרפים שלו. הצגת החומר על ידי טקסס אינסטרומנטס שונה מהם במקצת, אולם לאחר עיון מדוקדק, מתברר כי הכוונה למוצר זהה.
הקצאת שבב TL494CN
בוא נתחיל באופן מסורתי לתאר את זה עם המטרה ורשימת ההתקנים הפנימיים. זהו בקר PWM בתדר קבוע המיועד בעיקר ליישומי UPS, המכיל את ההתקנים הבאים:
- מחולל מתח מסור (SPG);
- מגברי שגיאה;
- מקור של מתח הפניה (הפניה) +5 V;
- מעגל התאמת זמן מת;
- מתגי טרנזיסטור פלט עבור זרם של עד 500 mA;
- סכמה לבחירת פעולת פעימה אחת או שתי פעימות.
Limits
כמו כל מעגל מיקרו אחר, התיאור של ה-TL494CN חייב להכיל רשימה של מאפייני ביצועים מקסימליים מותרים. בואו ניתן אותם על סמך נתונים מ-Motorola, Inc:
- ספק כוח: 42 V.
- מתח קולטטרנזיסטור פלט: 42 V.
- זרם אספן טרנזיסטור פלט: 500 mA.
- טווח מתח כניסה למגבר: -0.3V עד +42V.
- פיזור כוח (ב-t< 45°C): 1000mW.
- טווח טמפרטורת אחסון: -55 עד +125°C.
- טווח טמפרטורת סביבה: מ-0 עד +70 מעלות צלזיוס.
יש לציין כי פרמטר 7 עבור שבב TL494IN רחב יותר: מ-25 עד +85 מעלות צלזיוס.
TL494CN עיצוב שבב
תיאור ברוסית של מסקנות המקרה שלו מוצג באיור שלהלן.
המיקרו-מעגל מונח בפלסטיק (זה מסומן באות N בסוף ייעודו) אריזה בעלת 16 פינים עם מובילים מסוג pdp.
המראה שלו מוצג בתמונה למטה.
TL494CN: דיאגרמה פונקציונלית
אז, המשימה של מיקרו-מעגל זה היא אפנון רוחב הדופק (PWM, או אנגלי Pulse Width Modulated (PWM)) של פולסי מתח שנוצרים בתוך UPSs מוסדרים ובלתי מוסדרים כאחד. בספקי כוח מהסוג הראשון, טווח משך הפולסים, ככלל, מגיע לערך המקסימלי האפשרי (~ 48% לכל פלט במעגלי דחיפה, בשימוש נרחב להנעת מגברי שמע לרכב).
לשבב TL494CN יש בסך הכל 6 פיני פלט, 4 מהם (1, 2, 15, 16) הם כניסות של מגברי שגיאה פנימיים המשמשים להגנה על ה-UPS מפני עומסי זרם ופוטנציאל. פין מס' 4 הוא הקלטאות מ-0 ל-3 V כדי להתאים את מחזור העבודה של הפולסים המלבניים של הפלט, ו-3 הוא הפלט של המשווה וניתן להשתמש בו בכמה דרכים. עוד 4 (מספרים 8, 9, 10, 11) הם אספנים ופולטים חופשיים של טרנזיסטורים עם זרם עומס מרבי מותר של 250 mA (במצב רציף, לא יותר מ- 200 mA). ניתן לחבר אותם בזוגות (9 עד 10 ו-8 עד 11) כדי להניע MOSFETs בעלי הספק גבוה עם מגבלת זרם של 500mA (מקסימום 400mA רציף).
מהו החלק הפנימי של ה-TL494CN? הדיאגרמה שלו מוצגת באיור למטה.
למיקרו-מעגל יש מקור מתח ייחוס מובנה (ION) +5 V (מס' 14). הוא משמש בדרך כלל כמתח ייחוס (בדיוק של ± 1%) המופעל על כניסות של מעגלים שצורכים לא יותר מ-10 mA, למשל, לפין 13 לבחירה של פעולת חד או שתי פעימות של מיקרו-מעגל: אם יש בו +5 V, המצב השני נבחר, אם יש בו מינוס של מתח האספקה - הראשון.
כדי לכוונן את התדר של מחולל המתח עם שן המסור (GPN), נעשה שימוש בקבל ובנגד, המחוברים לפינים 5 ו-6, בהתאמה. וכמובן, למיקרו-מעגל יש מסופים לחיבור הפלוס והמינוס של מקור הכוח (מספרים 12 ו-7, בהתאמה) בטווח שבין 7 ל-42 V.
התרשים מראה שיש מספר התקנים פנימיים ב-TL494CN. תיאור ברוסית של מטרתם הפונקציונלית יינתן להלן במהלך הצגת החומר.
פונקציות מסוף קלט
כמו כל אחדמכשיר אלקטרוני אחר. למיקרו-מעגל המדובר יש כניסות ויציאות משלו. נתחיל עם הראשון. רשימה של סיכות TL494CN אלה כבר ניתנה לעיל. תיאור ברוסית של מטרתם הפונקציונלית יינתן להלן עם הסברים מפורטים.
פלט 1
זהו הקלט החיובי (הלא מתהפך) של מגבר שגיאה 1. אם המתח בו נמוך מהמתח בפין 2, הפלט של מגבר שגיאה 1 יהיה נמוך. אם הוא גבוה יותר מאשר בפין 2, האות של מגבר השגיאה 1 יעלה גבוה. הפלט של המגבר בעצם משכפל את הקלט החיובי תוך שימוש בפין 2 כאסמכתא. הפונקציות של מגברי השגיאה יתוארו ביתר פירוט להלן.
מסקנה 2
זהו הקלט השלילי (המתהפך) של מגבר שגיאה 1. אם פין זה גבוה מפין 1, הפלט של מגבר שגיאה 1 יהיה נמוך. אם המתח בפין זה נמוך מהמתח בפין 1, הפלט של המגבר יהיה גבוה.
מסקנה 15
זה עובד בדיוק כמו 2. לעתים קרובות לא נעשה שימוש במגבר השגיאה השני ב-TL494CN. מעגל המיתוג שלו במקרה זה מכיל פין 15 מחובר פשוט ל-14 (מתח ייחוס +5 V).
מסקנה 16
זה עובד כמו 1. זה בדרך כלל מחובר למשותף 7 כאשר מגבר השגיאה השני אינו בשימוש. כאשר פין 15 מחובר ל-+5V ו-16 מחובר למשותף, הפלט של המגבר השני נמוך ולכן אין לו השפעה על פעולת השבב.
מסקנה 3
הפין הזה וכל מגבר פנימי TL494CNמחוברים זה לזה באמצעות דיודות. אם האות במוצא של כל אחד מהם משתנה מנמוך לגבוה, אז במספר 3 הוא גם הולך גבוה. כאשר האות בפין זה עולה על 3.3V, פעימות המוצא נכבות (מחזור עבודה אפס). כאשר המתח עליו קרוב ל-0 V, משך הפולס הוא מקסימלי. בין 0 ל-3.3V, רוחב הפולסים הוא 50% עד 0% (עבור כל אחת מיציאות בקר PWM - בפינים 9 ו-10 ברוב המכשירים).
אם נדרש, ניתן להשתמש בפין 3 כאות כניסה או שניתן להשתמש בו כדי לספק שיכוך לקצב שינוי רוחב הדופק. אם המתח בו גבוה (> ~ 3.5V), אין דרך להפעיל את ה-UPS בבקר PWM (לא יהיו פולסים ממנו).
מסקנה 4
זה שולט במחזור העבודה של פולסי הפלט (אנגלית בקרת זמן מת). אם המתח בו קרוב ל-0 V, המיקרו-מעגל יוכל להוציא גם את רוחב הפולסים המינימלי האפשרי וגם את רוחב הפולסים המקסימלי (שנקבע על ידי אותות כניסה אחרים). אם מתח של כ-1.5V מופעל על פין זה, רוחב פולס המוצא יוגבל ל-50% מהרוחב המרבי שלו (או ~25% מחזור עבודה עבור בקר PWM בדחיפה). אם המתח בו גבוה (> ~ 3.5V), אין דרך להפעיל את ה-UPS ב-TL494CN. מעגל המיתוג שלו מכיל לעתים קרובות מספר 4, המחובר ישירות לאדמה.
חשוב לזכור! האות בפינים 3 ו-4 צריך להיות מתחת ל-3.3V ~. מה אם הוא קרוב, למשל, ל-+5V? אֵיךאז TL494CN יתנהג? מעגל ממיר המתח עליו לא יפיק פולסים, כלומר. לא יהיה מתח מוצא מה-UPS
מסקנה 5
משמש לחיבור קבל התזמון Ct, והמגע השני שלו מחובר לאדמה. ערכי הקיבול הם בדרך כלל 0.01 µF עד 0.1 µF. שינויים בערך של רכיב זה מובילים לשינוי בתדר ה-GPN ובפולסי המוצא של בקר ה-PWM. ככלל, נעשה שימוש כאן בקבלים באיכות גבוהה עם מקדם טמפרטורה נמוך מאוד (עם שינוי קטן מאוד בקיבול עם שינוי טמפרטורה).
מסקנה 6
כדי לחבר את הנגד לקביעת הזמן Rt, והמגע השני שלו מחובר לאדמה. ערכי Rt ו-Ct קובעים את התדירות של FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
מסקנה 7
הוא מתחבר לחוט המשותף של מעגל ההתקן בבקר PWM.
מסקנה 12
זה מסומן באותיות VCC. ה"פלוס" של ספק הכוח TL494CN מחובר אליו. מעגל המיתוג שלו מכיל בדרך כלל מס' 12 המחובר למתג אספקת החשמל. UPS רבים משתמשים בפין הזה כדי להפעיל ולכבות את המתח (ואת ה-UPS עצמו). אם יש לו +12 V ומספר 7 מוארק, שבבי ה-FPV וה-ION יעבדו.
מסקנה 13
זהו הקלט של מצב הפעולה. פעולתו תוארה לעיל.
פונקציות של מסופי פלט
למעלה הם היו רשומים עבור TL494CN. תיאור ברוסית של מטרתם הפונקציונלית יינתן להלן עם הסברים מפורטים.
מסקנה 8
על זהלשבב יש 2 טרנזיסטורים npn שהם מפתחות הפלט שלו. סיכה זו היא הקולט של טרנזיסטור 1, המחובר בדרך כלל למקור מתח DC (12 V). עם זאת, במעגלים של מכשירים מסוימים, הוא משמש כפלט, וניתן לראות עליו פיתול (כמו גם במס' 11).
מסקנה 9
זהו הפולט של טרנזיסטור 1. הוא מניע את טרנזיסטור ה-UPS בעוצמה גבוהה (אפקט שדה ברוב המקרים) במעגל דחיפה-משיכה, ישירות או דרך טרנזיסטור ביניים.
פלט 10
זהו הפולט של טרנזיסטור 2. במצב חד-מחזורי, האות עליו זהה לזה של 9. בצד השני הוא נמוך, ולהיפך. ברוב המכשירים, האותות מהפולטים של מתגי טרנזיסטור המוצא של המיקרו-מעגל המדובר מניעים טרנזיסטורי אפקט שדה רבי עוצמה, אשר מונעים למצב ON כאשר המתח בפינים 9 ו-10 גבוה (מעל ~ 3.5 V, אך זה לא מתייחס לרמה של 3.3 V במספר 3 ו-4).
מסקנה 11
זהו הקולט של טרנזיסטור 2, המחובר בדרך כלל למקור מתח DC (+12V).
הערה: בהתקנים ב-TL494CN, מעגל המיתוג עשוי להכיל גם קולטים וגם פולטים של טרנזיסטורים 1 ו-2 כמוצאים של בקר PWM, אם כי האפשרות השנייה נפוצה יותר. עם זאת, ישנן אפשרויות כאשר בדיוק פינים 8 ו-11 הם פלטים. אם אתה מוצא שנאי קטן במעגל שבין ה-IC ל-FET, סביר להניח שאות המוצא נלקח מהם.(מאספנים)
מסקנה 14
זהו פלט ה-ION, שתואר גם למעלה.
עקרון העבודה
איך עובד השבב TL494CN? אנו נותנים תיאור של סדר עבודתו בהתבסס על חומרים של Motorola, Inc. פלט אפנון רוחב הדופק מושג על ידי השוואת אות שן המסור החיובי מהקבל Ct לכל אחד משני אותות הבקרה. טרנזיסטורי המוצא Q1 ו-Q2 מגוירים NOR כדי לפתוח אותם רק כאשר כניסת שעון ההדק (C1) (ראה דיאגרמת פונקציות TL494CN) נמוכה.
לכן, אם בכניסה C1 של ההדק רמה של יחידה לוגית, אז טרנזיסטורי המוצא סגורים בשני מצבי הפעולה: מחזור בודד ודחיפה-משיכה. אם קיים אות שעון בכניסה זו, אז במצב דחיפה-משיכה, הטרנזיסטור נפתח בזה אחר זה עם הגעת ניתוק דופק השעון אל ההדק. במצב מחזור בודד, הדק אינו בשימוש, ושני מקשי הפלט נפתחים באופן סינכרוני.
מצב פתוח זה (בשני המצבים) אפשרי רק באותו חלק של תקופת ה-FPV שבו מתח שן המסור גדול יותר מאותות הבקרה. לפיכך, עלייה או ירידה בגודל אות הבקרה גורמת לעלייה או ירידה ליניארית ברוחב של פולסי המתח ביציאות המיקרו-מעגל, בהתאמה.
מתח מפין 4 (בקרת זמן מת), כניסות מגבר שגיאה או כניסת אות משוב מפין 3 יכולים לשמש כאותות בקרה.
צעדים ראשונים בעבודה עם מיקרו-מעגל
לפני ביצועכל מכשיר שימושי, מומלץ ללמוד כיצד פועל ה-TL494CN. איך בודקים אם זה עובד?
קח את לוח הלחם שלך, הצב עליו את ה-IC וחבר את החוטים לפי התרשים למטה.
אם הכל מחובר כהלכה, המעגל יעבוד. השאר את סיכות 3 ו-4 לא פנויות. השתמש באוסילוסקופ שלך כדי לבדוק את פעולת ה-FPV - בפין 6 אתה אמור לראות מתח שן מסור. היציאות יהיו אפס. כיצד לקבוע את הביצועים שלהם ב-TL494CN. בדיקה יכולה להתבצע כך:
- חבר פלט משוב (3) ופלט בקרת זמן מת (4) לאדמה (7).
- כעת עליך לזהות את הגל הריבועי ביציאות של ה-IC.
איך להגביר את אות הפלט?
הפלט של ה-TL494CN הוא זרם נמוך למדי, ואתה בהחלט רוצה יותר כוח. לפיכך, עלינו להוסיף כמה טרנזיסטורים חזקים. הקלים ביותר לשימוש (וקל מאוד להשגה - מלוח אם של מחשב ישן) הם MOSFETs מתח N-channel. יחד עם זאת, עלינו להפוך את הפלט של ה-TL494CN, כי אם נחבר אליו MOSFET n-channel, אז בהעדר פולס במוצא המיקרו-מעגל, הוא יהיה פתוח לזרימת DC. במקרה זה, ה-MOSFET יכול פשוט להישרף… אז אנחנו מוציאים את הטרנזיסטור npn האוניברסלי ומחברים אותו לפי התרשים למטה.
MOSFET עוצמתי בזההמעגל נשלט באופן פסיבי. זה לא טוב במיוחד, אבל למטרות בדיקה והספק נמוך זה די מתאים. R1 במעגל הוא העומס של הטרנזיסטור npn. בחר אותו בהתאם לזרם המרבי המותר של האספן שלו. R2 מייצג את העומס של שלב הכוח שלנו. בניסויים הבאים, הוא יוחלף בשנאי.
אם נסתכל כעת על האות בפין 6 של המיקרו-מעגל עם אוסילוסקופ, נראה "מסור". ב-8 (K1) אתה עדיין יכול לראות פולסים של גל ריבוע, ובניקוז של ה-MOSFET פולסים מאותה צורה, אבל גדולים יותר.
איך להעלות את מתח המוצא?
עכשיו בואו נעלה קצת מתח עם ה-TL494CN. דיאגרמת המיתוג והחיווט זהה - על לוח הלחם. כמובן, אתה לא יכול לקבל עליו מתח גבוה מספיק, במיוחד מכיוון שאין גוף קירור על MOSFETs הכוח. עם זאת, חבר שנאי קטן לשלב הפלט לפי תרשים זה.
הפיתול הראשי של השנאי מכיל 10 סיבובים. הפיתול המשני מכיל כ-100 סיבובים. לפיכך, יחס הטרנספורמציה הוא 10. אם אתה מחיל 10V על הראשוני, אתה אמור לקבל בערך 100V במוצא. הליבה עשויה פריט. אתה יכול להשתמש בליבה בגודל בינוני משנאי ספק כוח למחשב.
היזהר, הפלט של השנאי הוא מתח גבוה. הזרם נמוך מאוד ולא יהרוג אותך. אבל אתה יכול לקבל מכה טובה. סכנה נוספת היא אם אתה מתקין גדולקבל במוצא, הוא יצבור מטען גדול. לכן, לאחר כיבוי המעגל, יש לפרוק אותו.
ביציאה של המעגל, אתה יכול להדליק כל מחוון כמו נורה, כמו בתמונה למטה.
הוא פועל על מתח DC וצריך כ-160V כדי להידלק. (אספקת החשמל של המכשיר כולו היא בערך 15 V - בסדר גודל נמוך יותר.)
מעגל הפלט של השנאי נמצא בשימוש נרחב בכל UPS, כולל ספקי כוח למחשבים. במכשירים אלו, השנאי הראשון, המחובר באמצעות מתגי טרנזיסטור ליציאות של בקר ה-PWM, משמש לבידוד גלווני של חלק המתח הנמוך של המעגל, הכולל את ה-TL494CN, מהחלק המתח הגבוה שלו, המכיל את מתח הרשת. שנאי.
ווסת מתח
ככלל, במכשירים אלקטרוניים קטנים מתוצרת בית, הכוח מסופק על ידי UPS PC טיפוסי, המיוצר ב-TL494CN. מעגל אספקת החשמל של PC ידוע היטב, והבלוקים עצמם נגישים בקלות, שכן מיליוני מחשבים ישנים נפטרים מדי שנה או נמכרים עבור חלקי חילוף. אבל ככלל, UPS אלה אינם מייצרים מתחים גבוהים מ-12 V. זה מעט מדי עבור כונן תדר משתנה. כמובן, אפשר לנסות ולהשתמש ב-UPS של 25V עם מתח יתר למחשב, אבל זה יהיה קשה למצוא ויותר מדי כוח יתפזר ב-5V בשערי הלוגיקה.
עם זאת, ב-TL494 (או אנלוגים) אתה יכול לבנות כל מעגל עם גישה להספק ומתח מוגברים. שימוש בחלקים טיפוסיים מ-PC UPS ו-MOS בהספק גבוהטרנזיסטורים מלוח האם, אתה יכול לבנות וסת מתח PWM על ה-TL494CN. מעגל הממיר מוצג באיור למטה.
בו ניתן לראות את מעגל המיתוג של המיקרו-מעגל ואת שלב הפלט בשני טרנזיסטורים: npn- אוניברסלי ו-MOS רב עוצמה.
חלקים עיקריים: T1, Q1, L1, D1. ה-T1 הדו-קוטבי משמש להנעת MOSFET מתח מחובר בצורה פשוטה, מה שנקרא. "פַּסִיבִי". L1 הוא משרן ממדפסת HP ישנה (כ-50 סיבובים, גובה 1 ס"מ, רוחב 0.5 ס"מ עם פיתולים, משנק פתוח). D1 היא דיודת שוטקי ממכשיר אחר. TL494 מחובר בדרך חלופית לאמור לעיל, אם כי ניתן להשתמש בשניהם.
C8 הוא קיבול קטן כדי למנוע את ההשפעה של רעש הנכנס לכניסה של מגבר השגיאה, ערך של 0.01uF יהיה פחות או יותר נורמלי. ערכים גדולים יותר יאטו את הגדרת המתח הרצוי.
C6 הוא קבל קטן עוד יותר, הוא משמש לסינון רעשים בתדר גבוה. הקיבולת שלו היא עד כמה מאות פיקופאראד.
