منابع تغذیه با حالت سوئیچ (UPS) بسیار رایج هستند. رایانه ای که اکنون از آن استفاده می کنید دارای یک یو پی اس چند ولتاژی است (حداقل 12+، 12-، 5+، 5- و 3.3+ ولت). تقریباً همه این بلوک‌ها دارای یک تراشه کنترل‌کننده PWM هستند که معمولاً از نوع TL494CN است. آنالوگ آن ریزمدار خانگی M1114EU4 (KR1114EU4) است.
تهیه کنندگان
ریزمدار مورد بررسی به لیست رایج ترین و پرکاربردترین مدارهای الکترونیکی مجتمع تعلق دارد. سلف آن سری Unitrode UC38xx از کنترلرهای PWM بود. در سال 1999 این شرکت توسط Texas Instruments خریداری شد و از آن زمان توسعه خطی از این کنترلرها آغاز شد که منجر به ایجاد در اوایل دهه 2000 شد. تراشه های سری TL494. علاوه بر UPSهایی که قبلاً در بالا ذکر شد، آنها را می توان در تنظیم کننده های ولتاژ DC، در درایوهای کنترل شده، در نرم افزارهای شروع کننده، در یک کلام، هر جا که از کنترل PWM استفاده می شود، یافت.
در میان شرکت‌هایی که این تراشه را شبیه‌سازی کردند، مارک‌های معروف جهانی مانند Motorola، Inc، International Rectifier،Fairchild Semiconductor، ON Semiconductor. همه آنها توضیحات مفصلی از محصولات خود ارائه می دهند که به اصطلاح TL494CN داده می شود.
مستندات
تجزیه و تحلیل توصیفات نوع ریز مدار در نظر گرفته شده از سازندگان مختلف، هویت عملی ویژگی های آن را نشان می دهد. میزان اطلاعات ارائه شده توسط شرکت های مختلف تقریباً یکسان است. علاوه بر این، برگه داده TL494CN از مارک هایی مانند Motorola، Inc و ON Semiconductor یکدیگر را در ساختار، شکل ها، جداول و نمودارها تکرار می کنند. ارائه مطالب توسط Texas Instruments تا حدودی با آنها متفاوت است، اما با مطالعه دقیق مشخص می شود که محصول مشابهی در نظر گرفته شده است.
تخصیص تراشه TL494CN
بیایید به طور سنتی توصیف آن را با هدف و فهرست دستگاه های داخلی شروع کنیم. این یک کنترلر PWM فرکانس ثابت است که در درجه اول برای برنامه های UPS طراحی شده است و شامل دستگاه های زیر است:
- ژنراتور ولتاژ اره ای (SPG);
- تقویت کننده های خطا؛
- منبع مرجع (مرجع) ولتاژ +5 V;
- مدار تنظیم زمان مرده؛
- سوئیچ ترانزیستور خروجی برای جریان تا 500 میلی آمپر؛
- طرحبرای انتخاب عملیات یک زمانه یا دو زمانه.
محدودیت
مانند هر ریزمدار دیگر، توضیحات TL494CN باید حاوی لیستی از حداکثر ویژگی های عملکرد مجاز باشد. بیایید آنها را بر اساس داده های موتورولا، Inc: ارائه دهیم
- منبع تغذیه: 42 V.
- ولتاژ کلکتورترانزیستور خروجی: 42 ولت.
- جریان کلکتور ترانزیستور خروجی: 500 میلی آمپر.
- محدوده ولتاژ ورودی تقویت کننده: -0.3V تا +42V.
- اتلاف نیرو (در t< 45°C): 1000mW.
- محدوده دمای ذخیره سازی: -55 تا +125 درجه سانتی گراد.
- محدوده دمای کارکرد محیط: از 0 تا +70 درجه سانتی گراد.
لازم به ذکر است که پارامتر 7 برای تراشه TL494IN تا حدودی گسترده تر است: از -25 تا +85 ° C.
طراحی تراشه TL494CN
توضیح به زبان روسی نتیجه گیری پرونده آن در شکل زیر نشان داده شده است.
میکرو مدار در یک بسته پلاستیکی (این با حرف N در انتهای نام آن مشخص می شود) قرار می گیرد) بسته 16 پین با سرب های نوع pdp.
شکل آن در عکس زیر نشان داده شده است.
TL494CN: نمودار عملکردی
بنابراین، وظیفه این ریزمدار مدولاسیون عرض پالس (PWM یا تعدیل شده با پهنای پالس انگلیسی (PWM)) پالس های ولتاژ تولید شده در داخل یو پی اس های تنظیم شده و تنظیم نشده است. در منابع تغذیه نوع اول، محدوده مدت پالس، معمولاً به حداکثر مقدار ممکن می رسد (~ 48٪ برای هر خروجی در مدارهای فشار کش، که به طور گسترده برای تقویت کننده های صوتی اتومبیل استفاده می شود).
تراشه TL494CN در مجموع دارای 6 پایه خروجی است که 4 عدد از آنها (1، 2، 15، 16) ورودی تقویت کننده های خطای داخلی هستند که برای محافظت از UPS در برابر اضافه بارهای فعلی و بالقوه استفاده می شوند. پین شماره 4 ورودی استسیگنال از 0 تا 3 ولت برای تنظیم چرخه وظیفه پالس های مستطیلی خروجی و شماره 3 خروجی مقایسه کننده است و می توان از چندین روش استفاده کرد. 4 مورد دیگر (اعداد 8، 9، 10، 11) کلکتورها و فرستنده های آزاد ترانزیستورها با حداکثر جریان بار مجاز 250 میلی آمپر هستند (در حالت پیوسته، حداکثر 200 میلی آمپر). آنها را می توان به صورت جفت (9 به 10 و 8 به 11) متصل کرد تا ماسفت های پرقدرت با محدودیت جریان 500 میلی آمپر (حداکثر 400 میلی آمپر پیوسته) را هدایت کند.
مواد داخلی TL494CN چیست؟ نمودار آن در شکل زیر نشان داده شده است.
میکرو مدار دارای منبع ولتاژ مرجع داخلی (ION) +5 V (شماره 14) است. معمولاً به عنوان یک ولتاژ مرجع (با دقت 1±٪) اعمال می شود که برای ورودی مدارهایی که بیش از 10 میلی آمپر مصرف نمی کنند، به عنوان مثال، به پایه 13 از انتخاب عملکرد یک یا دو زمانه استفاده می شود. ریزمدار: اگر + 5 ولت روی آن باشد، حالت دوم انتخاب می شود، اگر ولتاژ منبع تغذیه منهای روی آن وجود داشته باشد - حالت اول.
برای تنظیم فرکانس ژنراتور ولتاژ دندانه اره (GPN)، از یک خازن و یک مقاومت استفاده می شود که به ترتیب به پایه های 5 و 6 متصل می شوند. و البته ریز مدار دارای پایانه هایی برای اتصال مثبت و منفی منبع تغذیه (به ترتیب اعداد 12 و 7) در محدوده 7 تا 42 ولت است.
نمودار نشان می دهد که تعدادی دستگاه داخلی در TL494CN وجود دارد. توضیحی به زبان روسی در مورد هدف کاربردی آنها در ادامه در طول ارائه مطالب ارائه خواهد شد.
عملکردهای ترمینال ورودی
مثل هر کدامدستگاه الکترونیکی دیگر میکرو مدار مورد نظر دارای ورودی و خروجی های خاص خود است. با اولی شروع می کنیم. فهرستی از این پین‌های TL494CN قبلاً در بالا ارائه شده است. توضیحی به زبان روسی در مورد هدف عملکردی آنها در زیر با توضیحات مفصل ارائه خواهد شد.
خروجی 1
این ورودی مثبت (غیر معکوس) تقویت کننده خطای 1 است. اگر ولتاژ روی آن کمتر از ولتاژ پایه 2 باشد، خروجی تقویت کننده خطای 1 کم خواهد بود. اگر بالاتر از پایه 2 باشد، سیگنال تقویت کننده خطا 1 بالا می رود. خروجی تقویت کننده اساساً ورودی مثبت را با استفاده از پایه 2 به عنوان مرجع تکرار می کند. عملکرد تقویت کننده های خطا با جزئیات بیشتر در زیر توضیح داده خواهد شد.
نتیجه گیری 2
این ورودی منفی (معکوس) تقویت کننده خطای 1 است. اگر این پایه بالاتر از پایه 1 باشد، خروجی تقویت کننده خطای 1 کم خواهد بود. اگر ولتاژ این پایه کمتر از ولتاژ پایه 1 باشد، خروجی تقویت کننده بالا خواهد بود.
نتیجه گیری 15
دقیقاً مانند 2 کار می کند. اغلب تقویت کننده خطای دوم در TL494CN استفاده نمی شود. مدار سوئیچینگ آن در این مورد شامل پایه 15 است که به سادگی به 14 متصل می شود (ولتاژ مرجع +5 ولت).
نتیجه گیری 16
مانند 1 کار می کند. معمولاً زمانی که از تقویت کننده خطای دوم استفاده نمی شود، به شماره 7 مشترک متصل می شود. با اتصال پایه 15 به +5 ولت و شماره 16 متصل به مشترک، خروجی آمپلی فایر دوم کم است و بنابراین تأثیری در عملکرد تراشه ندارد.
نتیجه گیری 3
این پین و هر تقویت کننده داخلی TL494CNاز طریق دیود به یکدیگر متصل می شوند. اگر سیگنال در خروجی هر یک از آنها از کم به زیاد تغییر کند، در شماره 3 نیز بالا می رود. هنگامی که سیگنال این پین از 3.3 ولت بیشتر شود، پالس های خروجی خاموش می شوند (چرخه کار صفر). هنگامی که ولتاژ روی آن نزدیک به 0 ولت است، مدت زمان پالس حداکثر است. بین 0 تا 3.3 ولت، عرض پالس 50٪ تا 0٪ است (برای هر یک از خروجی های کنترلر PWM - در پایه های 9 و 10 در اکثر دستگاه ها).
در صورت لزوم، پین 3 می تواند به عنوان سیگنال ورودی استفاده شود یا می توان از آن برای ایجاد میرایی برای نرخ تغییر عرض پالس استفاده کرد. اگر ولتاژ روی آن بالا باشد (> ~ 3.5 ولت)، راهی برای راه اندازی UPS در کنترل کننده PWM وجود ندارد (هیچ پالسی از آن وجود نخواهد داشت).
نتیجه گیری 4
چرخه وظیفه پالس های خروجی را کنترل می کند (eng. Dead-Time Control). اگر ولتاژ روی آن نزدیک به 0 ولت باشد، ریزمدار می‌تواند هم حداقل ممکن و هم حداکثر عرض پالس (که توسط سیگنال‌های ورودی دیگر تنظیم می‌شود) را خروجی دهد. اگر ولتاژی در حدود 1.5 ولت به این پین اعمال شود، عرض پالس خروجی به 50 درصد حداکثر عرض آن (یا 25 درصد چرخه کاری برای کنترل کننده PWM push-pull) محدود می شود. اگر ولتاژ روی آن بالا باشد (> ~ 3.5 ولت)، راهی برای راه اندازی UPS در TL494CN وجود ندارد. مدار سوئیچینگ آن اغلب شامل شماره 4 است که مستقیماً به زمین متصل است.
مهم به خاطر سپردن! سیگنال در پایه های 3 و 4 باید کمتر از ~3.3 ولت باشد. اگر نزدیک به مثلاً 5 ولت باشد، چه؟ چگونهسپس TL494CN رفتار خواهد کرد؟ مدار مبدل ولتاژ روی آن پالس تولید نمی کند، یعنی. هیچ ولتاژ خروجی از UPS وجود نخواهد داشت
نتیجه گیری 5
برای اتصال خازن زمانبندی Ct عمل می کند و کنتاکت دوم آن به زمین متصل می شود. مقادیر ظرفیت خازنی معمولاً 0.01 µF تا 0.1 µF است. تغییرات در مقدار این جزء منجر به تغییر فرکانس GPN و پالس های خروجی کنترلر PWM می شود. به عنوان یک قاعده، خازن های با کیفیت بالا با ضریب دمای بسیار پایین (با تغییر بسیار کم در ظرفیت با تغییر دما) در اینجا استفاده می شود.
نتیجه گیری 6
برای اتصال مقاومت تنظیم زمان Rt و کنتاکت دوم آن به زمین متصل می شود. مقادیر Rt و Ct فرکانس FPG را تعیین می کند.
f=1, 1: (Rt x Ct)
نتیجه گیری 7
به سیم مشترک مدار دستگاه در کنترلر PWM متصل می شود.
نتیجه گیری 12
با حروف VCC مشخص شده است. "پلاس" منبع تغذیه TL494CN به آن متصل است. مدار سوئیچینگ آن معمولا شامل شماره 12 متصل به کلید منبع تغذیه است. بسیاری از یو پی اس ها از این پین برای روشن و خاموش کردن برق (و خود یو پی اس) استفاده می کنند. اگر +12 ولت داشته باشد و شماره 7 ارت باشد، تراشه های FPV و ION کار خواهند کرد.
نتیجه گیری 13
این ورودی حالت عملیات است. عملکرد آن در بالا توضیح داده شده است.
عملکرد پایانه های خروجی
در بالا برای TL494CN فهرست شده بودند. توضیحی به زبان روسی در مورد هدف عملکردی آنها در زیر با توضیحات مفصل ارائه خواهد شد.
نتیجه گیری 8
در این مورداین تراشه دارای 2 ترانزیستور npn است که کلیدهای خروجی آن هستند. این پایه کلکتور ترانزیستور 1 است که معمولاً به منبع ولتاژ DC (12 ولت) متصل می شود. اما در مدارهای برخی از دستگاه ها به عنوان خروجی استفاده می شود و روی آن (همچنین روی شماره 11) پیچ و خم می بینید.
نتیجه گیری 9
این امیتر ترانزیستور 1 است. ترانزیستور UPS با قدرت بالا (اثر میدان در بیشتر موارد) را در مدار فشار کشش مستقیم یا از طریق یک ترانزیستور میانی به حرکت در می آورد.
خروجی 10
این امیتر ترانزیستور 2 است. در حالت تک چرخه سیگنال روی آن مانند شماره 9 است و از سوی دیگر کم است و بالعکس. در اکثر دستگاه‌ها، سیگنال‌های ارسال‌کننده سوئیچ‌های ترانزیستور خروجی ریزمدار مورد نظر، ترانزیستورهای اثر میدان قدرتمندی را هدایت می‌کنند که وقتی ولتاژ در پایه‌های 9 و 10 بالا است (بالاتر از 3.5 ولت، اما به حالت ON هدایت می‌شوند. به سطح 3.3 V در شماره 3 و 4 اشاره نمی کند.
نتیجه گیری 11
این کلکتور ترانزیستور 2 است که معمولاً به منبع ولتاژ DC (+12V) متصل می شود.
نکته: در دستگاه های روی TL494CN، مدار سوئیچینگ ممکن است حاوی کلکتورها و امیترهای ترانزیستورهای 1 و 2 به عنوان خروجی های کنترل کننده PWM باشد، اگرچه گزینه دوم رایج تر است. با این حال، گزینه هایی وجود دارد که دقیقاً پین های 8 و 11 خروجی هستند. اگر یک ترانسفورماتور کوچک در مدار بین آی سی و FET پیدا کنید، سیگنال خروجی به احتمال زیاد از آنها گرفته می شود.(از کلکسیونرها)
نتیجه گیری 14
این خروجی ION است که در بالا نیز توضیح داده شد.
اصل کار
تراشه TL494CN چگونه کار می کند؟ ما شرحی از ترتیب کار آن بر اساس مواد موتورولا، Inc. خروجی مدولاسیون عرض پالس با مقایسه سیگنال دندان اره مثبت از خازن Ct با هر یک از دو سیگنال کنترل به دست می آید. ترانزیستورهای خروجی Q1 و Q2 دارای دروازه NOR هستند تا آنها را فقط زمانی باز کنند که ورودی ساعت ماشه (C1) (نمودار عملکرد TL494CN را ببینید) کم شود.
بنابراین، اگر در ورودی C1 ماشه سطح یک واحد منطقی باشد، ترانزیستورهای خروجی در هر دو حالت کار بسته می شوند: تک چرخه و فشار کش. اگر یک سیگنال ساعت در این ورودی وجود داشته باشد، در حالت فشار کش، سوئیچ های ترانزیستور به محض رسیدن نقطه قطع پالس ساعت به ماشه، یکی یکی باز می شوند. در حالت تک چرخه، ماشه استفاده نمی شود و هر دو کلید خروجی به طور همزمان باز می شوند.
این حالت باز (در هر دو حالت) فقط در قسمتی از دوره FPV امکان پذیر است که ولتاژ دندانه اره از سیگنال های کنترل بیشتر باشد. بنابراین، افزایش یا کاهش در بزرگی سیگنال کنترل باعث افزایش یا کاهش خطی در عرض پالس های ولتاژ به ترتیب در خروجی های میکرو مدار می شود.
ولتاژ از پایه 4 (کنترل زمان مرده)، ورودی های تقویت کننده خطا یا ورودی سیگنال بازخورد از پایه 3 می تواند به عنوان سیگنال کنترل استفاده شود.
اولین گام در کار با ریزمدار
قبل از انجامتوصیه می شود هر دستگاه مفیدی را یاد بگیرید که چگونه TL494CN کار می کند. چگونه بررسی کنیم که کار می کند؟
تخته نان خود را بردارید، آی سی را روی آن قرار دهید و سیم ها را مطابق نمودار زیر وصل کنید.
اگر همه چیز به درستی وصل شود، مدار کار خواهد کرد. پین های 3 و 4 را آزاد نگذارید. از اسیلوسکوپ خود برای بررسی عملکرد FPV استفاده کنید - در پایه 6 باید ولتاژ دندان اره را مشاهده کنید. خروجی ها صفر خواهد بود. نحوه تعیین عملکرد آنها در TL494CN. بررسی آن را می توان به این صورت انجام داد:
- خروجی بازخورد (3) و خروجی کنترل زمان مرده (4) را به زمین (7) وصل کنید.
- حالا باید موج مربعی را در خروجی های آی سی تشخیص دهید.
چگونه سیگنال خروجی را تقویت کنیم؟
خروجی TL494CN جریان نسبتاً کمی دارد و مطمئناً شما قدرت بیشتری می خواهید. بنابراین، ما باید چند ترانزیستور قدرتمند اضافه کنیم. ساده‌ترین ماسفت‌های n-channel برای استفاده (و بسیار آسان - از یک مادربرد رایانه قدیمی) استفاده می‌شود. در عین حال باید خروجی TL494CN را معکوس کنیم، زیرا اگر ماسفت کانال n را به آن متصل کنیم، در صورت عدم وجود پالس در خروجی میکرو مدار، برای جریان DC باز می شود. در این حالت، ماسفت به سادگی می تواند بسوزد … بنابراین ما ترانزیستور جهانی npn را بیرون می آوریم و آن را مطابق نمودار زیر وصل می کنیم.
MOSFET قدرتمند در اینمدار به صورت غیر فعال کنترل می شود. این خیلی خوب نیست، اما برای اهداف آزمایشی و قدرت کم کاملاً مناسب است. R1 در مدار بار ترانزیستور npn است. آن را با توجه به حداکثر جریان مجاز کلکتور آن انتخاب کنید. R2 نشان دهنده بار مرحله قدرت ما است. در آزمایش‌های زیر، یک ترانسفورماتور جایگزین آن می‌شود.
اگر اکنون با یک اسیلوسکوپ به سیگنال پایه 6 ریزمدار نگاه کنیم، یک "اره" خواهیم دید. در شماره 8 (K1) همچنان می‌توانید پالس‌های موج مربعی، و در درن پالس‌های ماسفت به همان شکل، اما بزرگتر را ببینید.
چگونه ولتاژ خروجی را افزایش دهیم؟
حالا بیایید با TL494CN مقداری ولتاژ افزایش دهیم. نمودار سوئیچینگ و سیم کشی یکسان است - روی تخته نان. البته، شما نمی توانید ولتاژ کافی را روی آن وارد کنید، به خصوص که هیچ سینک حرارتی روی ماسفت های برق وجود ندارد. با این حال، یک ترانسفورماتور کوچک را مطابق این نمودار به مرحله خروجی وصل کنید.
سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور دارای 10 پیچ است. سیم پیچ ثانویه شامل حدود 100 چرخش است. بنابراین، نسبت تبدیل 10 است. اگر 10 ولت را به اولیه اعمال کنید، باید حدود 100 ولت در خروجی دریافت کنید. هسته از فریت ساخته شده است. می‌توانید از یک هسته متوسط از یک ترانسفورماتور منبع تغذیه رایانه شخصی استفاده کنید.
مراقب باشید، خروجی ترانسفورماتور ولتاژ بالا است. جریان بسیار کم است و شما را نمی کشد. اما شما می توانید یک ضربه خوب دریافت کنید. خطر دیگر در صورت نصب یک دستگاه بزرگ استخازن در خروجی، بار زیادی را جمع می کند. بنابراین پس از خاموش شدن مدار باید دشارژ شود.
در خروجی مدار می توانید مانند عکس زیر هر نشانگر را مانند لامپ روشن کنید.
با ولتاژ DC کار می کند و برای روشن شدن به حدود 160 ولت نیاز دارد. (منبع تغذیه کل دستگاه حدود 15 ولت است - یک مرتبه بزرگتر.)
مدار خروجی ترانسفورماتور به طور گسترده در هر یو پی اس، از جمله منابع تغذیه رایانه شخصی استفاده می شود. در این دستگاه‌ها، اولین ترانسفورماتور که از طریق سوئیچ‌های ترانزیستوری به خروجی‌های کنترلر PWM متصل می‌شود، برای جداسازی گالوانیکی بخش ولتاژ پایین مدار که شامل TL494CN است، از قسمت ولتاژ بالا آن که حاوی ولتاژ برق است، عمل می‌کند. ترانسفورماتور.
تنظیم کننده ولتاژ
به عنوان یک قاعده، در دستگاه های الکترونیکی کوچک خانگی، برق توسط یک یو پی اس کامپیوتر معمولی ساخته شده بر روی TL494CN تامین می شود. مدار منبع تغذیه رایانه شخصی کاملاً شناخته شده است و بلوک ها به راحتی قابل دسترسی هستند، زیرا سالانه میلیون ها رایانه قدیمی دور ریخته می شوند یا برای قطعات یدکی فروخته می شوند. اما به عنوان یک قاعده، این یو پی اس ها ولتاژ بالاتر از 12 ولت تولید نمی کنند. این برای یک درایو فرکانس متغیر بسیار کم است. البته، می‌توان از یک یو پی اس رایانه شخصی با ولتاژ 25 ولت استفاده کرد، اما یافتن آن سخت است و برق بیش از حد در 5 ولت در گیت‌های منطقی تلف می‌شود.
با این حال، در TL494 (یا آنالوگ ها) می توانید هر مداری را با دسترسی به توان و ولتاژ افزایش یافته بسازید. استفاده از قطعات معمولی یو پی اس کامپیوتر و MOS با قدرت بالاترانزیستورهای مادربرد، می توانید یک تنظیم کننده ولتاژ PWM روی TL494CN بسازید. مدار مبدل در شکل زیر نشان داده شده است.
روی آن می توانید مدار سوئیچینگ ریزمدار و مرحله خروجی را روی دو ترانزیستور ببینید: یک npn جهانی و یک MOS قدرتمند.
قطعات اصلی: T1، Q1، L1، D1. T1 دوقطبی برای درایو یک ماسفت برق متصل به روشی ساده استفاده می شود، به اصطلاح. "منفعل". L1 یک سلف از یک چاپگر HP قدیمی است (حدود 50 چرخش، 1 سانتی متر ارتفاع، 0.5 سانتی متر عرض با سیم پیچ، چوک باز). D1 یک دیود شاتکی از دستگاه دیگری است. TL494 به روشی جایگزین برای موارد بالا سیم کشی شده است، اگرچه می توان از هر کدام استفاده کرد.
C8 یک ظرفیت کوچک برای جلوگیری از تأثیر نویز ورودی به ورودی تقویت کننده خطا است، مقدار 0.01uF کم و بیش نرمال خواهد بود. مقادیر بزرگتر باعث کاهش سرعت تنظیم ولتاژ مورد نظر می شود.
C6 یک خازن حتی کوچکتر است، از آن برای فیلتر کردن نویز فرکانس بالا استفاده می شود. ظرفیت آن تا چند صد پیکوفاراد است.
