Las fuentes de alimentación de modo conmutado (UPS) son muy comunes. La computadora que está usando ahora tiene un UPS multivoltaje (+12, -12, +5, -5 y +3.3V por lo menos). Casi todos estos bloques tienen un chip controlador PWM especial, generalmente del tipo TL494CN. Su análogo es el microcircuito doméstico M1114EU4 (KR1114EU4).
Productores
El microcircuito en cuestión pertenece a la lista de los circuitos electrónicos integrados más comunes y ampliamente utilizados. Su predecesor fue la serie Unitrode UC38xx de controladores PWM. En 1999, esta empresa fue comprada por Texas Instruments, y desde entonces se ha iniciado el desarrollo de una línea de estos controladores, dando lugar a la creación a principios de la década de 2000. Chips de la serie TL494. Además de los SAI ya mencionados anteriormente, se pueden encontrar en reguladores de tensión de CC, en accionamientos controlados, en arrancadores suaves, en una palabra, dondequiera que se utilice el control PWM.
Entre las empresas que clonaron este chip, hay marcas mundialmente famosas como Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Todos dan una descripción detallada de sus productos, la llamada hoja de datos TL494CN.
Documentación
El análisis de las descripciones del tipo de microcircuito considerado de diferentes fabricantes muestra la identidad práctica de sus características. La cantidad de información proporcionada por diferentes empresas es casi la misma. Además, la hoja de datos TL494CN de marcas como Motorola, Inc y ON Semiconductor se repiten en su estructura, figuras, tablas y gráficos. La presentación del material de Texas Instruments es algo diferente a la de ellos, sin embargo, después de un estudio cuidadoso, queda claro que se trata de un producto idéntico.
Asignación del chip TL494CN
Comencemos tradicionalmente a describirlo con el propósito y la lista de dispositivos internos. Es un controlador PWM de frecuencia fija diseñado principalmente para aplicaciones de UPS, que contiene los siguientes dispositivos:
- generador de voltaje de diente de sierra (SPG);
- amplificadores de error;
- fuente de la tensión de referencia (referencia) +5 V;
- circuito de ajuste de tiempo muerto;
- interruptores de transistor de salida para corriente de hasta 500 mA;
- esquema para seleccionar el funcionamiento de uno o dos tiempos.
Límites
Como cualquier otro microcircuito, la descripción del TL494CN debe contener una lista de las características de rendimiento máximas permitidas. Démoslos según los datos de Motorola, Inc:
- Alimentación: 42 V.
- Tensión de colectortransistor de salida: 42 V.
- Corriente del colector del transistor de salida: 500 mA.
- Rango de voltaje de entrada del amplificador: -0.3V a +42V.
- Disipación de potencia (a t< 45 °C): 1000 mW.
- Rango de temperatura de almacenamiento: -55 a +125 °C.
- Rango de temperatura ambiente de funcionamiento: de 0 a +70 °С.
Cabe señalar que el parámetro 7 para el chip TL494IN es algo más amplio: de -25 a +85 °С.
Diseño de chip TL494CN
La descripción en ruso de las conclusiones de su caso se muestra en la siguiente figura.
El microcircuito se coloca en un paquete de plástico de 16 pines (esto se indica con la letra N al final de su designación) con cables tipo pdp.
Su apariencia se muestra en la foto de abajo.
TL494CN: esquema funcional
Entonces, la tarea de este microcircuito es la modulación de ancho de pulso (PWM, o Pulse Width Modulated (PWM) en inglés) de los pulsos de voltaje generados dentro de los UPS regulados y no regulados. En las fuentes de alimentación del primer tipo, el rango de duración del pulso, por regla general, alcanza el valor máximo posible (~ 48% para cada salida en circuitos push-pull, muy utilizados para alimentar amplificadores de audio para automóviles).
El chip TL494CN tiene un total de 6 pines de salida, 4 de ellos (1, 2, 15, 16) son entradas de amplificadores de error internos que se utilizan para proteger el UPS de sobrecargas actuales y potenciales. El pin 4 es la entradaseñal de 0 a 3 V para ajustar el ciclo de trabajo de los pulsos rectangulares de salida, y3 es la salida del comparador y se puede usar de varias maneras. Otros 4 (números 8, 9, 10, 11) son colectores y emisores libres de transistores con una corriente de carga máxima admisible de 250 mA (en modo continuo, no más de 200 mA). Se pueden conectar en pares (9 a 10 y 8 a 11) para controlar MOSFET de alta potencia con un límite de corriente de 500 mA (máx. 400 mA continuos).
¿Cuáles son los componentes internos del TL494CN? Su diagrama se muestra en la siguiente figura.
El microcircuito tiene una fuente de voltaje de referencia incorporada (ION) +5 V (No. 14). Suele utilizarse como tensión de referencia (con una precisión de ± 1%) aplicada a las entradas de circuitos que consumen no más de 10 mA, por ejemplo, al pin 13 de la elección de funcionamiento de uno o dos tiempos del microcircuito: si tiene +5 V, se selecciona el segundo modo, si tiene un voltaje de suministro negativo, el primero.
Para ajustar la frecuencia del generador de voltaje de diente de sierra (GPN), se utilizan un capacitor y una resistencia, conectados a los pines 5 y 6, respectivamente. Y, por supuesto, el microcircuito tiene terminales para conectar el más y el menos de la fuente de alimentación (números 12 y 7, respectivamente) en el rango de 7 a 42 V.
El diagrama muestra que hay varios dispositivos internos en el TL494CN. A continuación se dará una descripción en ruso de su propósito funcional durante la presentación del material.
Funciones del terminal de entrada
Como cualquieraotro dispositivo electrónico. El microcircuito en cuestión tiene sus propias entradas y salidas. Empezaremos con el primero. Ya se ha proporcionado una lista de estos pines TL494CN anteriormente. A continuación se dará una descripción en ruso de su propósito funcional con explicaciones detalladas.
Salida 1
Esta es la entrada positiva (no inversora) del amplificador de error 1. Si el voltaje en él es más bajo que el voltaje en el pin 2, la salida del amplificador de error 1 será baja. Si es más alto que en el pin 2, la señal del amplificador de error 1 será alta. La salida del amplificador esencialmente replica la entrada positiva usando el pin 2 como referencia. Las funciones de los amplificadores de error se describirán con más detalle a continuación.
Conclusión 2
Esta es la entrada negativa (inversión) del amplificador de error 1. Si este pin es más alto que el pin 1, la salida del amplificador de error 1 será baja. Si el voltaje en este pin es más bajo que el voltaje en el pin 1, la salida del amplificador será alta.
Conclusión 15
Funciona exactamente igual que el n.º 2. A menudo, el segundo amplificador de error no se utiliza en el TL494CN. Su circuito de conmutación en este caso contiene el pin 15 simplemente conectado al 14 (voltaje de referencia +5 V).
Conclusión 16
Funciona igual que el n.º 1. Por lo general, se conecta al común n.º 7 cuando no se utiliza el segundo amplificador de error. Con el pin 15 conectado a +5 V y el n.° 16 conectado al común, la salida del segundo amplificador es baja y, por lo tanto, no tiene efecto en el funcionamiento del chip.
Conclusión 3
Este pin y cada amplificador interno TL494CNconectados entre sí a través de diodos. Si la señal en la salida de cualquiera de ellos cambia de baja a alta, entonces en el número 3 también pasa a alta. Cuando la señal en este pin supera los 3,3 V, los pulsos de salida se apagan (ciclo de trabajo cero). Cuando el voltaje en él está cerca de 0 V, la duración del pulso es máxima. Entre 0 y 3,3 V, el ancho de pulso es del 50 % al 0 % (para cada una de las salidas del controlador PWM, en los pines 9 y 10 en la mayoría de los dispositivos).
Si es necesario, el pin 3 se puede usar como una señal de entrada o se puede usar para proporcionar amortiguación para la tasa de cambio de ancho de pulso. Si el voltaje es alto (> ~ 3,5 V), no hay forma de iniciar el SAI en el controlador PWM (no habrá pulsos).
Conclusión 4
Controla el ciclo de trabajo de los pulsos de salida (ing. Dead-Time Control). Si el voltaje en él está cerca de 0 V, el microcircuito podrá emitir tanto el ancho de pulso mínimo como el máximo (que se establece mediante otras señales de entrada). Si se aplica un voltaje de aproximadamente 1,5 V a este pin, el ancho del pulso de salida se limitará al 50 % de su ancho máximo (o ~25 % del ciclo de trabajo para un controlador PWM push-pull). Si el voltaje es alto (> ~ 3,5 V), no hay forma de iniciar el SAI en el TL494CN. Su circuito de conmutación a menudo contiene el número 4, conectado directamente a tierra.
¡Importante recordar! La señal en los pines 3 y 4 debe estar por debajo de ~3,3 V. ¿Qué pasa si está cerca de, digamos, +5 V? Cómoentonces TL494CN se comportará? El circuito convertidor de voltaje en él no generará pulsos, es decir. no habrá voltaje de salida del UPS
Conclusión 5
Sirve para conectar el condensador de temporización Ct, y su segundo contacto está conectado a tierra. Los valores de capacitancia son típicamente de 0,01 µF a 0,1 µF. Los cambios en el valor de este componente provocan un cambio en la frecuencia del GPN y los pulsos de salida del controlador PWM. Como regla general, aquí se utilizan capacitores de alta calidad con un coeficiente de temperatura muy bajo (con muy poco cambio en la capacitancia con el cambio de temperatura).
Conclusión 6
Para conectar la resistencia de ajuste de tiempo Rt, y su segundo contacto está conectado a tierra. Los valores Rt y Ct determinan la frecuencia de FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Conclusión 7
Se conecta al cable común del circuito del dispositivo en el controlador PWM.
Conclusión 12
Está marcado con las letras VCC. El "plus" de la fuente de alimentación TL494CN está conectado a él. Su circuito de conmutación generalmente contiene el No. 12 conectado al interruptor de la fuente de alimentación. Muchos UPS usan este pin para encender y apagar la alimentación (y el propio UPS). Si tiene +12 V y el No. 7 está conectado a tierra, los chips FPV e ION funcionarán.
Conclusión 13
Esta es la entrada del modo de operación. Su funcionamiento ha sido descrito anteriormente.
Funciones de los terminales de salida
Arriba se enumeraron para TL494CN. A continuación se dará una descripción en ruso de su propósito funcional con explicaciones detalladas.
Conclusión 8
Sobre estoEl chip tiene 2 transistores npn que son sus claves de salida. Este pin es el colector del transistor 1, generalmente conectado a una fuente de voltaje de CC (12 V). Sin embargo, en los circuitos de algunos dispositivos, se usa como salida y se puede ver un meandro en él (así como en el No. 11).
Conclusión 9
Este es el emisor del transistor 1. Impulsa el transistor UPS de alta potencia (efecto de campo en la mayoría de los casos) en un circuito push-pull, ya sea directamente o a través de un transistor intermedio.
Salida 10
Este es el emisor del transistor 2. En el modo de ciclo único, la señal en él es la misma que en el n.° 9. En el otro, es baja y viceversa. En la mayoría de los dispositivos, las señales de los emisores de los interruptores del transistor de salida del microcircuito en cuestión activan potentes transistores de efecto de campo, que pasan al estado ON cuando el voltaje en los pines 9 y 10 es alto (superior a ~ 3,5 V, pero no se refiere al nivel de 3,3 V en los números 3 y 4).
Conclusión 11
Este es el colector del transistor 2, generalmente conectado a una fuente de voltaje DC (+12V).
Nota: En los dispositivos del TL494CN, el circuito de conmutación puede contener tanto colectores como emisores de los transistores 1 y 2 como salidas del controlador PWM, aunque la segunda opción es más común. Sin embargo, hay opciones cuando exactamente los pines 8 y 11 son salidas. Si encuentra un pequeño transformador en el circuito entre el IC y los FET, lo más probable es que se tome la señal de salida de ellos.(de coleccionistas)
Conclusión 14
Esta es la salida ION, también descrita anteriormente.
Principio de funcionamiento
¿Cómo funciona el chip TL494CN? Daremos una descripción del orden de su trabajo basado en materiales de Motorola, Inc. La salida de modulación de ancho de pulso se logra comparando la señal de diente de sierra positiva del capacitor Ct con cualquiera de las dos señales de control. Los transistores de salida Q1 y Q2 tienen compuerta NOR para abrirlos solo cuando la entrada del reloj de activación (C1) (consulte el diagrama de funciones TL494CN) pasa a nivel bajo.
Por lo tanto, si en la entrada C1 del disparador el nivel de una unidad lógica, los transistores de salida se cierran en ambos modos de operación: ciclo único y contrafase. Si una señal de reloj está presente en esta entrada, entonces en el modo push-pull, el transistor abre uno por uno al llegar el corte del pulso de reloj al disparador. En el modo de ciclo único, el gatillo no se utiliza y ambas teclas de salida se abren de forma sincrónica.
Este estado abierto (en ambos modos) solo es posible en esa parte del período FPV cuando el voltaje del diente de sierra es mayor que las señales de control. Así, un aumento o disminución en la magnitud de la señal de control provoca un aumento o disminución lineal en el ancho de los pulsos de voltaje en las salidas del microcircuito, respectivamente.
El voltaje del pin 4 (control de tiempo muerto), las entradas del amplificador de error o la entrada de señal de retroalimentación del pin 3 se pueden usar como señales de control.
Primeros pasos para trabajar con un microcircuito
Antes de hacercualquier dispositivo útil, se recomienda aprender cómo funciona el TL494CN. ¿Cómo comprobar si funciona?
Tome su protoboard, coloque el IC en ella y conecte los cables de acuerdo con el diagrama a continuación.
Si todo está conectado correctamente, el circuito funcionará. Deje los pines 3 y 4 no libres. Use su osciloscopio para verificar el funcionamiento del FPV: en el pin 6 debería ver un voltaje de diente de sierra. Las salidas serán cero. Cómo determinar su rendimiento en TL494CN. La comprobación se puede hacer así:
- Conecte la salida de retroalimentación (3) y la salida de control de tiempo muerto (4) a tierra (7).
- Ahora debería detectar la onda cuadrada en las salidas del IC.
¿Cómo amplificar la señal de salida?
La salida del TL494CN tiene una corriente bastante baja, y ciertamente desea más potencia. Por lo tanto, debemos agregar algunos transistores potentes. Los más fáciles de usar (y muy fáciles de obtener, de una placa base de computadora antigua) son los MOSFET de potencia de canal n. Al mismo tiempo, debemos invertir la salida del TL494CN, porque si le conectamos un MOSFET de canal n, entonces, en ausencia de un pulso en la salida del microcircuito, estará abierto para el flujo de CC. En este caso, el MOSFET simplemente puede quemarse… Entonces sacamos el transistor npn universal y lo conectamos de acuerdo con el diagrama a continuación.
Potente MOSFET en esteel circuito es controlado pasivamente. Esto no es muy bueno, pero para fines de prueba y bajo consumo es bastante adecuado. R1 en el circuito es la carga del transistor npn. Selecciónelo de acuerdo con la corriente máxima permitida de su colector. R2 representa la carga de nuestra etapa de potencia. En los siguientes experimentos, será reemplazado por un transformador.
Si ahora miramos la señal en el pin 6 del microcircuito con un osciloscopio, veremos una "sierra". En el n.º 8 (K1) todavía se pueden ver pulsos de onda cuadrada y en el drenaje de los pulsos MOSFET de la misma forma, pero más grandes.
¿Cómo aumentar el voltaje de salida?
Ahora aumentemos el voltaje con el TL494CN. El diagrama de conmutación y cableado es el mismo: en la placa de pruebas. Por supuesto, no puede obtener un voltaje lo suficientemente alto, especialmente porque no hay disipador de calor en los MOSFET de potencia. Sin embargo, conecte un pequeño transformador a la etapa de salida de acuerdo con este diagrama.
El devanado primario del transformador contiene 10 vueltas. El devanado secundario contiene alrededor de 100 vueltas. Por lo tanto, la relación de transformación es 10. Si aplica 10 V al primario, debe obtener alrededor de 100 V en la salida. El núcleo está hecho de ferrita. Puede usar un núcleo de tamaño mediano de un transformador de fuente de alimentación de PC.
Cuidado, la salida del transformador es de alto voltaje. La corriente es muy baja y no te matará. Pero puedes conseguir un buen golpe. Otro peligro es si instala un grancondensador en la salida, acumulará una gran carga. Por lo tanto, después de apagar el circuito, debe descargarse.
A la salida del circuito, puede encender cualquier indicador como una bombilla, como en la foto de abajo.
Funciona con voltaje de CC y necesita alrededor de 160 V para encenderse. (La fuente de alimentación de todo el dispositivo es de unos 15 V, un orden de magnitud inferior).
El circuito de salida del transformador se usa ampliamente en cualquier UPS, incluidas las fuentes de alimentación de PC. En estos dispositivos, el primer transformador, conectado mediante interruptores de transistores a las salidas del controlador PWM, sirve para aislar galvánicamente la parte de baja tensión del circuito, que incluye el TL494CN, de su parte de alta tensión, que contiene la tensión de red. transformador.
Regulador de voltaje
Por regla general, en los pequeños dispositivos electrónicos caseros, la alimentación la proporciona un SAI típico para PC, fabricado en TL494CN. El circuito de suministro de energía de una PC es bien conocido y los bloques en sí son fácilmente accesibles, ya que millones de PC viejas se desechan anualmente o se venden como repuestos. Pero, por regla general, estos SAI no producen tensiones superiores a 12 V. Esto es demasiado poco para un variador de frecuencia. Por supuesto, se podría intentar usar un SAI para PC con sobretensión de 25 V, pero sería difícil de encontrar y se disiparía demasiada energía a 5 V en las puertas lógicas.
Sin embargo, en el TL494 (o análogos) puede construir cualquier circuito con acceso a mayor potencia y voltaje. Usando partes típicas de PC UPS y MOS de alta potenciatransistores de la placa base, puede construir un regulador de voltaje PWM en el TL494CN. El circuito convertidor se muestra en la siguiente figura.
En él puede ver el circuito de conmutación del microcircuito y la etapa de salida en dos transistores: un npn universal y un MOS potente.
Partes principales: T1, Q1, L1, D1. El bipolar T1 se utiliza para accionar un MOSFET de potencia conectado de forma simplificada, el llamado. "pasivo". L1 es un inductor de una impresora HP antigua (alrededor de 50 vueltas, 1 cm de alto, 0,5 cm de ancho con bobinados, estrangulador abierto). D1 es un diodo Schottky de otro dispositivo. TL494 se cablea de forma alternativa a la anterior, aunque se puede utilizar cualquiera de los dos.
C8 es una pequeña capacitancia para evitar el efecto del ruido que ingresa a la entrada del amplificador de error, un valor de 0.01uF será más o menos normal. Valores mayores ralentizarán el ajuste del voltaje deseado.
C6 es un condensador aún más pequeño, se utiliza para filtrar el ruido de alta frecuencia. Su capacidad es de varios cientos de picofaradios.
