Fontes de alimentação de modo comutado (UPS) são muito comuns. O computador que você está usando agora tem um no-break multivoltagem (+12, -12, +5, -5 e +3,3V pelo menos). Quase todos esses blocos possuem um chip controlador PWM especial, geralmente do tipo TL494CN. Seu análogo é o microcircuito doméstico M1114EU4 (KR1114EU4).
Produtores
O microcircuito em questão pertence à lista dos circuitos eletrônicos integrados mais comuns e amplamente utilizados. Seu antecessor foi a série Unitrode UC38xx de controladores PWM. Em 1999, esta empresa foi comprada pela Texas Instruments, e desde então começou o desenvolvimento de uma linha desses controladores, levando à criação no início dos anos 2000. Chips da série TL494. Além dos UPSs já mencionados acima, eles podem ser encontrados em reguladores de tensão CC, em acionamentos controlados, em soft starters, em uma palavra, onde quer que o controle PWM seja usado.
Entre as empresas que clonaram este chip, existem marcas mundialmente famosas como Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Todos eles fornecem uma descrição detalhada de seus produtos, a chamada ficha técnica TL494CN.
Documentação
A análise das descrições do tipo de microcircuito considerado de diferentes fabricantes mostra a identidade prática de suas características. A quantidade de informações fornecidas por diferentes empresas é quase a mesma. Além disso, o datasheet do TL494CN de marcas como Motorola, Inc e ON Semiconductor se repetem em sua estrutura, figuras, tabelas e gráficos. A apresentação do material pela Texas Instruments é um pouco diferente deles, porém, após um estudo cuidadoso, fica claro que se trata de um produto idêntico.
Atribuição do chip TL494CN
Vamos tradicionalmente começar a descrevê-lo com o propósito e a lista de dispositivos internos. É um controlador PWM de frequência fixa projetado principalmente para aplicações UPS, contendo os seguintes dispositivos:
- gerador de tensão dente de serra (SPG);
- amplificadores de erro;
- fonte da tensão de referência (referência) +5 V;
- circuito de ajuste de tempo morto;
- chaves de transistor de saída para corrente de até 500 mA;
- esquema para selecionar a operação de um ou dois tempos.
Limites
Como qualquer outro microcircuito, a descrição do TL494CN deve conter uma lista de características de desempenho máximo permitido. Vamos fornecê-los com base nos dados da Motorola, Inc:
- Fonte de alimentação: 42 V.
- Tensão do coletortransistor de saída: 42 V.
- Corrente do coletor do transistor de saída: 500 mA.
- Faixa de tensão de entrada do amplificador: -0,3V a +42V.
- Dissipação de potência (em t< 45°C): 1000mW.
- Intervalo de temperatura de armazenamento: -55 a +125°C.
- Faixa de temperatura ambiente de operação: de 0 a +70 °С.
Deve-se notar que o parâmetro 7 para o chip TL494IN é um pouco mais amplo: de -25 a +85 °С.
TL494CN chip design
A descrição em russo das conclusões de seu caso é mostrada na figura abaixo.
O microcircuito é colocado em uma embalagem plástica (indicada pela letra N no final de sua designação) de 16 pinos com terminais tipo pdp.
Sua aparência é mostrada na foto abaixo.
TL494CN: diagrama funcional
Portanto, a tarefa deste microcircuito é a modulação por largura de pulso (PWM, ou Pulse Width Modulated (PWM)) de pulsos de tensão gerados dentro de UPSs regulados e não regulados. Nas fontes de alimentação do primeiro tipo, a faixa de duração do pulso, via de regra, atinge o valor máximo possível (~ 48% para cada saída em circuitos push-pull, amplamente utilizados para alimentar amplificadores de áudio automotivos).
O chip TL494CN possui um total de 6 pinos de saída, 4 deles (1, 2, 15, 16) são entradas de amplificadores de erro internos usados para proteger o UPS de sobrecargas de corrente e potencial. O pino 4 é a entradasinal de 0 a 3 V para ajustar o ciclo de trabalho dos pulsos retangulares de saída, e3 é a saída do comparador e pode ser usado de várias maneiras. Outros 4 (números 8, 9, 10, 11) são coletores e emissores livres de transistores com uma corrente de carga máxima permitida de 250 mA (em modo contínuo, não mais que 200 mA). Eles podem ser conectados em pares (9 a 10 e 8 a 11) para acionar MOSFETs de alta potência com limite de corrente de 500mA (máx. 400mA contínuos).
Qual é a parte interna do TL494CN? Seu diagrama é mostrado na figura abaixo.
O microcircuito possui uma fonte de tensão de referência integrada (ION) +5 V (Nº 14). Geralmente é usado como tensão de referência (com precisão de ± 1%) aplicada às entradas de circuitos que consomem não mais que 10 mA, por exemplo, ao pino 13 da escolha de operação de um ou dois tempos do microcircuito: se houver +5 V nele, o segundo modo é selecionado, se houver um sinal de menos na tensão de alimentação - o primeiro.
Para ajustar a frequência do gerador de tensão dente de serra (GPN), são utilizados um capacitor e um resistor, conectados aos pinos 5 e 6, respectivamente. E, claro, o microcircuito possui terminais para conectar o positivo e o negativo da fonte de alimentação (números 12 e 7, respectivamente) na faixa de 7 a 42 V.
O diagrama mostra que há vários dispositivos internos no TL494CN. Uma descrição em russo de sua finalidade funcional será fornecida abaixo no decorrer da apresentação do material.
Funções do terminal de entrada
Como qualqueroutro dispositivo eletrônico. O microcircuito em questão tem suas próprias entradas e saídas. Começaremos com o primeiro. Uma lista desses pinos TL494CN já foi fornecida acima. Uma descrição em russo de sua finalidade funcional será fornecida abaixo com explicações detalhadas.
Saída 1
Esta é a entrada positiva (não inversora) do amplificador de erro 1. Se a tensão nele for menor que a tensão no pino 2, a saída do amplificador de erro 1 será baixa. Se for maior do que no pino 2, o sinal do amplificador de erro 1 ficará alto. A saída do amplificador replica essencialmente a entrada positiva usando o pino 2 como referência. As funções dos amplificadores de erro serão descritas com mais detalhes abaixo.
Conclusão 2
Esta é a entrada negativa (invertida) do amplificador de erro 1. Se este pino for maior que o pino 1, a saída do amplificador de erro 1 será baixa. Se a tensão neste pino for menor que a tensão no pino 1, a saída do amplificador será alta.
Conclusão 15
Funciona exatamente como o nº 2. Muitas vezes o segundo amplificador de erro não é usado no TL494CN. Seu circuito de comutação neste caso contém o pino 15 simplesmente conectado ao 14º (tensão de referência +5 V).
Conclusão 16
Funciona da mesma forma que o nº 1. Geralmente é conectado ao comum nº 7 quando o segundo amplificador de erro não está sendo usado. Com o pino 15 conectado a +5V e o 16 conectado ao comum, a saída do segundo amplificador é baixa e, portanto, não afeta o funcionamento do chip.
Conclusão 3
Este pino e cada amplificador interno TL494CNconectados entre si por diodos. Se o sinal na saída de qualquer um deles mudar de baixo para alto, no número 3 ele também ficará alto. Quando o sinal neste pino excede 3,3 V, os pulsos de saída são desligados (ciclo de trabalho zero). Quando a tensão está próxima de 0 V, a duração do pulso é máxima. Entre 0 e 3,3 V, a largura do pulso é de 50% a 0% (para cada uma das saídas do controlador PWM - nos pinos 9 e 10 na maioria dos dispositivos).
Se necessário, o pino 3 pode ser usado como um sinal de entrada ou pode ser usado para fornecer amortecimento para a taxa de mudança de largura de pulso. Se a tensão nele for alta (> ~ 3,5V), não há como iniciar o UPS no controlador PWM (não haverá pulsos dele).
Conclusão 4
Controla o ciclo de trabalho dos pulsos de saída (eng. Dead-Time Control). Se a tensão nele estiver próxima de 0 V, o microcircuito poderá emitir a largura de pulso mínima possível e máxima (que é definida por outros sinais de entrada). Se uma tensão de cerca de 1,5 V for aplicada a este pino, a largura do pulso de saída será limitada a 50% de sua largura máxima (ou ciclo de trabalho de ~25% para um controlador PWM push-pull). Se a tensão nele for alta (> ~ 3,5V), não há como iniciar o UPS no TL494CN. Seu circuito de comutação geralmente contém o nº 4, conectado diretamente ao terra.
Importante lembrar! O sinal nos pinos 3 e 4 deve estar abaixo de ~3,3 V. E se estiver próximo de, digamos, +5 V? Quãoentão TL494CN vai se comportar? O circuito conversor de tensão nele não gerará pulsos, ou seja, não haverá tensão de saída do UPS
Conclusão 5
Serve para conectar o capacitor de temporização Ct, e seu segundo contato é conectado ao terra. Os valores de capacitância são tipicamente de 0,01 µF a 0,1 µF. Alterações no valor deste componente levam a uma alteração na frequência do GPN e nos pulsos de saída do controlador PWM. Como regra, capacitores de alta qualidade com um coeficiente de temperatura muito baixo (com muito pouca mudança na capacitância com a mudança de temperatura) são usados aqui.
Conclusão 6
Para conectar o resistor de ajuste de tempo Rt, e seu segundo contato é conectado ao terra. Os valores de Rt e Ct determinam a frequência do FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Conclusão 7
Conecta-se ao fio comum do circuito do dispositivo no controlador PWM.
Conclusão 12
Está marcado com as letras VCC. O "plus" da fonte de alimentação TL494CN está conectado a ela. Seu circuito de comutação geralmente contém o nº 12 conectado ao interruptor da fonte de alimentação. Muitos UPSs usam este pino para ligar e desligar a energia (e o próprio UPS). Se tiver +12 V e o nº 7 estiver aterrado, os chips FPV e ION funcionarão.
Conclusão 13
Esta é a entrada do modo de operação. Seu funcionamento foi descrito acima.
Funções dos terminais de saída
Acima eles foram listados para TL494CN. Uma descrição em russo de sua finalidade funcional será fornecida abaixo com explicações detalhadas.
Conclusão 8
NesteO chip possui 2 transistores npn que são suas chaves de saída. Este pino é o coletor do transistor 1, normalmente conectado a uma fonte de tensão DC (12 V). No entanto, nos circuitos de alguns dispositivos, ele é usado como saída, e você pode ver um meandro nele (assim como no nº 11).
Conclusão 9
Este é o emissor do transistor 1. Ele aciona o transistor UPS de alta potência (efeito de campo na maioria dos casos) em um circuito push-pull, diretamente ou através de um transistor intermediário.
Saída 10
Este é o emissor do transistor 2. No modo de ciclo único, o sinal nele é o mesmo que no 9, no outro é baixo e vice-versa. Na maioria dos dispositivos, os sinais dos emissores das chaves do transistor de saída do microcircuito em questão acionam poderosos transistores de efeito de campo, que são acionados para o estado LIGADO quando a tensão nos pinos 9 e 10 é alta (acima de ~ 3,5 V, mas não se refere ao nível de 3,3 V nos nºs 3 e 4).
Conclusão 11
Este é o coletor do transistor 2, normalmente conectado a uma fonte de tensão DC (+12V).
Nota: Nos dispositivos do TL494CN, o circuito de comutação pode conter tanto coletores quanto emissores dos transistores 1 e 2 como saídas do controlador PWM, embora a segunda opção seja mais comum. Existem, no entanto, opções quando exatamente os pinos 8 e 11 são saídas. Se você encontrar um pequeno transformador no circuito entre o IC e os FETs, o sinal de saída provavelmente será retirado deles.(de colecionadores)
Conclusão 14
Esta é a saída ION, também descrita acima.
Princípio de funcionamento
Como funciona o chip TL494CN? Daremos uma descrição da ordem de seu trabalho com base em materiais da Motorola, Inc. A saída de modulação de largura de pulso é obtida comparando o sinal dente de serra positivo do capacitor Ct com qualquer um dos dois sinais de controle. Os transistores de saída Q1 e Q2 são NOR para abri-los somente quando a entrada do clock de disparo (C1) (veja o diagrama de função TL494CN) estiver baixa.
Assim, se na entrada C1 do trigger o nível de uma unidade lógica, então os transistores de saída são fechados nos dois modos de operação: monociclo e push-pull. Se um sinal de clock estiver presente nesta entrada, então, no modo push-pull, o transistor abre um a um após a chegada do corte do pulso de clock ao gatilho. No modo de ciclo único, o gatilho não é usado e ambas as teclas de saída abrem de forma síncrona.
Este estado aberto (em ambos os modos) é possível somente naquela parte do período FPV quando a tensão dente de serra é maior que os sinais de controle. Assim, um aumento ou diminuição na magnitude do sinal de controle causa um aumento ou diminuição linear na largura dos pulsos de tensão nas saídas do microcircuito, respectivamente.
Tensão do pino 4 (controle de tempo morto), entradas de amplificador de erro ou entrada de sinal de feedback do pino 3 podem ser usados como sinais de controle.
Primeiros passos para trabalhar com um microcircuito
Antes de fazerqualquer dispositivo útil, é recomendável aprender como o TL494CN funciona. Como verificar se funciona?
Pegue sua protoboard, coloque o IC nela e conecte os fios conforme o diagrama abaixo.
Se tudo estiver conectado corretamente, o circuito funcionará. Deixe os pinos 3 e 4 não livres. Use seu osciloscópio para verificar o funcionamento do FPV - no pino 6 você deve ver uma tensão dente de serra. As saídas serão zero. Como determinar seu desempenho em TL494CN. A verificação pode ser feita assim:
- Conecte a saída de feedback (3) e a saída de controle de tempo morto (4) ao terra (7).
- Agora você deve detectar a onda quadrada nas saídas do IC.
Como amplificar o sinal de saída?
A saída do TL494CN é de baixa corrente, e você certamente quer mais potência. Assim, devemos adicionar alguns transistores poderosos. Os mais fáceis de usar (e muito fáceis de obter - de uma placa-mãe de computador antigo) são os MOSFETs de potência de canal n. Ao mesmo tempo, devemos inverter a saída do TL494CN, porque se conectarmos um MOSFET de canal n a ele, na ausência de um pulso na saída do microcircuito, ele estará aberto para fluxo CC. Neste caso, o MOSFET pode simplesmente queimar… Então, retiramos o transistor npn universal e conectamos de acordo com o diagrama abaixo.
Mosfet poderoso nesteo circuito é controlado passivamente. Isso não é muito bom, mas para fins de teste e baixa potência é bastante adequado. R1 no circuito é a carga do transistor npn. Selecione-o de acordo com a corrente máxima permitida de seu coletor. R2 representa a carga do nosso estágio de potência. Nos experimentos a seguir, ele será substituído por um transformador.
Se olharmos agora o sinal no pino 6 do microcircuito com um osciloscópio, veremos uma “serra”. Em 8 (K1) você ainda pode ver pulsos de onda quadrada, e no dreno dos pulsos MOSFET da mesma forma, mas maiores.
Como aumentar a tensão de saída?
Agora vamos aumentar a tensão com o TL494CN. O diagrama de comutação e fiação é o mesmo - na placa de montagem. Claro, você não pode obter uma tensão suficientemente alta, especialmente porque não há dissipador de calor nos MOSFETs de energia. No entanto, conecte um pequeno transformador ao estágio de saída de acordo com este diagrama.
O enrolamento primário do transformador contém 10 espiras. O enrolamento secundário contém cerca de 100 voltas. Assim, a relação de transformação é 10. Se você aplicar 10V no primário, deverá obter cerca de 100V na saída. O núcleo é feito de ferrite. Você pode usar algum núcleo de tamanho médio do transformador da fonte de alimentação do PC.
Cuidado, a saída do transformador é de alta tensão. A corrente é muito baixa e não vai te matar. Mas você pode obter um bom golpe. Outro perigo é se você instalar um grandecapacitor na saída, ele acumulará uma grande carga. Portanto, após desligar o circuito, ele deve ser descarregado.
Na saída do circuito, você pode acender qualquer indicador como uma lâmpada, como na foto abaixo.
Funciona com tensão DC e precisa de cerca de 160V para acender. (A fonte de alimentação de todo o dispositivo é de cerca de 15 V - uma ordem de magnitude menor.)
O circuito de saída do transformador é amplamente utilizado em qualquer UPS, incluindo fontes de alimentação de PC. Nesses dispositivos, o primeiro transformador, conectado por meio de chaves transistorizadas às saídas do controlador PWM, serve para isolar galvanicamente a parte de baixa tensão do circuito, que inclui o TL494CN, de sua parte de alta tensão, que contém a tensão da rede. transformador.
Regulador de tensão
Como regra geral, em pequenos dispositivos eletrônicos caseiros, a energia é fornecida por um típico PC UPS, feito em TL494CN. O circuito de alimentação de um PC é bem conhecido, e os próprios blocos são de fácil acesso, já que milhões de PCs antigos são descartados anualmente ou vendidos como peças de reposição. Mas, via de regra, esses no-breaks não produzem tensões superiores a 12 V. Isso é muito pouco para um inversor de frequência. Claro, pode-se tentar usar um PC UPS de sobretensão de 25V, mas isso seria difícil de encontrar e muita energia seria dissipada em 5V nas portas lógicas.
No entanto, no TL494 (ou análogos) você pode construir qualquer circuito com acesso a maior potência e tensão. Usando peças típicas de PC UPS e MOS de alta potênciatransistores da placa-mãe, você pode construir um regulador de tensão PWM no TL494CN. O circuito do conversor é mostrado na figura abaixo.
Nela você pode ver o circuito de comutação do microcircuito e o estágio de saída em dois transistores: um npn- universal e um poderoso MOS.
Partes principais: T1, Q1, L1, D1. O T1 bipolar é utilizado para acionar um MOSFET de potência conectado de forma simplificada, o chamado. "passiva". L1 é um indutor de uma impressora HP antiga (cerca de 50 voltas, 1 cm de altura, 0,5 cm de largura com enrolamentos, estrangulamento aberto). D1 é um diodo Schottky de outro dispositivo. O TL494 é conectado de uma maneira alternativa ao acima, embora qualquer um possa ser usado.
C8 é uma pequena capacitância para evitar o efeito de ruído entrando na entrada do amplificador de erro, um valor de 0.01uF será mais ou menos normal. Valores maiores retardarão o ajuste da tensão desejada.
C6 é um capacitor ainda menor, é usado para filtrar ruídos de alta frequência. Sua capacidade é de várias centenas de picofarads.
