Більшість сучасних імпульсних блоків живлення виготовляється на мікросхемах типу TL494, яка є імпульсним ШІМ контролером. Силова частина виготовляється на потужних елементах, наприклад транзисторах.
Варіанти модифікацій: TL494CN, TL494CD, TL494IN, TL494C, TL494CI.
Також написав огляди інших популярних ІМС, .
- 1. Характеристики та функціонал
- 2. Аналоги
- 3. Типові схеми включення для БП на TL494
- 4. Схеми блоків живлення
- 5. Переробка ATX БП у лабораторний
- 6. Datasheet
- 7. Графіки електричних характеристик
- 8. Функціонал мікросхеми
Характеристики та функціонал
Мікросхема TL494 розроблена як Шим контролер для імпульсних блоків живлення з фіксованою частотою роботи. За завдання робочої частоти потрібно два додаткові зовнішні елементи резистор і конденсатор. Мікросхема має джерело опорної напруги 5В, похибка якого 5%.
Область застосування, вказана виробником:
- блоки живлення потужністю понад 90W AC-DS з PFC;
- Мікрохвильові печі;
- перетворювачі з 12В на 220В;
- джерела енергопостачання для серверів;
- інвертори для сонячних батарей;
- електричні велосипеди та мотоцикли;
- знижувальні перетворювачі;
- детектори диму;
- настільний комп'ютер.
Аналоги
Найвідомішими аналогами мікросхеми TL494 стали вітчизняна KA7500B, КР1114ЕУ4 від Fairchild, Sharp IR3M02, UA494, Fujitsu MB3759. Схема включення аналогічні, розпинування може бути іншою.
Нова TL594 є аналогом ТЛ494 з підвищеною точністю компаратора. TL598 аналог ТЛ594 з повторювачем на виході.
Типові схеми включення для БП на TL494
Основні схеми включення TL494 зібрані з датацитів різних виробників. Вони можуть бути основою для розробки аналогічних пристроїв зі схожим функціоналом.
Схеми блоків живлення
Складні схеми імпульсних блоків живлення TL494 не розглядатиму. Вони вимагають безлічі деталей та часу, тому виготовляти своїми руками не раціонально. Найпростіше у китайців купити готовий аналогічний модуль за 300-500руб.
..
При складанні перетворювачів напруги, що підвищують, особливу увагу приділяйте охолодженню силових транзисторів на виході. Для 200W на виході буде струм близько 1А, відносно небагато. Тестування на стабільність роботи проводити з максимально допустимим навантаженням. Необхідне навантаження найкраще сформувати з ламп розжарювання на 220 вольт потужністю 20w, 40w, 60w, 100w. Не варто перегрівати транзистори більш ніж на 100 градусів. Дотримуйтесь правил техніки безпеки під час роботи з високою напругою. Сім разів поміряй, один раз увімкни.
Перетворювач, що підвищує, на TL494 практично не вимагають налаштування, повторюваність висока. Перед збиранням перевірте номінали резисторів та конденсаторів. Чим меншим буде відхилення, тим стабільніше працюватиме інвертор з 12 на 220 вольт.
Контроль температури транзисторів краще проводити термопарою. Якщо радіатор замала, то простіше поставити вентилятор, щоб не ставити новий радіатор.
Блок живлення на TL494 мені доводилося виготовляти для підсилювача сабвуфера в автомобілі. На той час автомобільні інвертори з 12В на 220В не продавалися, і китайці не мали Aliexpress. Як підсилювач УНЧ застосував мікросхему серії TDA на 80W.
За останні 5 років збільшився інтерес до техніки з електричним приводом. Цьому посприяли китайці, які розпочали масове виробництво електричних велосипедів, сучасних колесо-моторів з високим ККД. Найкращою реалізацією вважаю двох колісні та одноколісні гіроскутери.
Для керування потужним низьковольтним двигуном потрібен хороший контролер керування.
Переробка ATX БП в лабораторний
У кожного радіолюбителя є потужний блок живлення ATX від комп'ютера, який видає 5В і 12В. Його потужність від 200Вт до 500Вт. Знаючи параметри контролера, що управляє, можна змінити параметри ATX джерела. Наприклад, підвищити напругу з 12 до 30В. Популярні 2 способи, один від італійських радіоаматорів.
Розглянемо італійський спосіб, який максимально простий і не вимагає перемотування трансформаторів. Вихід ATX повністю забирається і допрацьовується згідно зі схемою. Величезна кількість радіоаматорів повторили цю схему завдяки своїй простоті. Напруга на виході від 1 до 30В, сила струму до 10А.
Datasheet
Мікросхема настільки популярна, що її випускає кілька виробників, навскідку я знайшов 5 різних даташитів, від Motorola, Texas Instruments та інших менш відомих. Найбільш повні данізаписують TL494 у Мотороли, який і опублікую.
Всі даташити, можна кожен скачати:
- Motorola;
- Texas Instruments – найкращий даташит;
- Contek
Мікросхема TL494 реалізує функціонал ШІМ-контролера і тому дуже часто використовується для побудови двотактних імпульсних блоків живлення (саме ця мікросхема найчастіше зустрічається в комп'ютерних блоках живлення).
Імпульсні блоки живлення вигідно відрізняються від трансформаторних підвищених ККД, зменшеним вагою та габаритами, стабільністю вихідних параметрів. Однак, при цьому є джерелами ВЧ-перешкод і пред'являють особливі вимоги до мінімального навантаження (без неї БП може не запуститися).
Структурна схема TL494 виглядає так.
Мал. 1. Блок-схема TL494
Призначення висновків TL494 у прив'язці до корпусу має такий вигляд.
Мал. 2. Призначення висновків TL494
Мал. 3. Зовнішній вигляд у корпусі ДІП
Можуть бути інші виконання.
Як сучасні аналоги можна розглядати:
1.Покращені версії вихідного чіпа - TL594 та TL598 (оптимізована точність та доданий повторювач на вході відповідно);
2. Прямі аналоги російського виробництва – К1006ЕУ4, КР1114ЕУ4.
Отже, як видно з вищевикладеного, мікросхема досі не застаріла і може активно використовуватися в сучасних блоках живлення як вузловий елемент.
Один з варіантів імпульсного блоку живлення на TL494
Схема БП нижче.
Мал. 4. Схема БП
Тут за вирівнювання струму відповідають два польові транзистори (обов'язково кріпляться на тепловідведення). Вони повинні живитись від окремого джерела постійного струму. Підійде, наприклад, модульний перетворювач DC-DC, такий як TEN 12-2413 або аналог.
З вихідних обмоток трансформатора (можна об'єднувати кілька) має надходити близько 34 ст.
Мал. 5. Другий варіант БП
Ця схема реалізує БП з регульованою вихідною напругою (до 30В) та порогом за силою струму (до 5А).
Як гальванічна розв'язка виступає понижувальний трансформатор. На виході вторинної обмотки (або набору поєднаних вторинних обмоток) має бути близько 40В.
L1 – тороїдальний дросель. VD1 – діод Шоттки, встановлюється на радіатор, оскільки він задіяний у схемі випрямлення.
Пари резисторів R9 і 10, а також R3 і 4, використовуються для підстроювання "грубо-точно" напруги та сили струму відповідно.
На радіатор крім діода VD1 слід винести:
1.Діодний міст (підійде, наприклад, KBPC 3510);
2.Транзистор (у схемі використовувався КТ827А, можна аналоги);
3. Шунт (на схемі позначений R12);
4.Дросель (котушка L1).
Тепловідведення найкраще обдувати примусово за допомогою вентилятора (наприклад, 12 см кулер від ПК).
Індикатори сили струму та напруги можуть бути цифровими (найкраще взяти готові) або аналоговими (потрібне калібрування шкали).
Третій варіант
Мал. 6. Третій варіант БП
Варіант кінцевої реалізації.
Мал. 7. Зовнішній вигляд пристрою
Зважаючи на те, що TL494 має малу потужність вбудованих ключових елементів, на допомогу для управління основним трансформатором TR2, були задіяні транзистори T3 і 4, вони у свою чергу живляться від керуючого трансформатора TR1 (а він управляється транзисторами T1 і 2). Виходить свого роду подвійний каскад управління.
Дросель L5 мотався вручну на жовтому кільці (50 витків мідним дротом 1,5 мм).
Найбільш нагріваються елементи - транзистори T3 і 4, а також діод D15. Вони повинні монтуватися на тепловідведення (бажано з обдуванням).
Дросель L2 використовується у схемі для гасіння ВЧ-перешкод у побутовій мережі.
Зважаючи на те, що TL494 не вміє працювати на високих напругах, для її живлення застосовується окремий трансформатор (Tr3 – це BV EI 382 1189, на виході якого 9, 500 мА).
За такої кількості елементів схема в зборі легко поміщається в корпус Z4A, щоправда, останній необхідно трохи допрацювати для забезпечення обдування (вентилятор ставиться зверху).
Повний перелік елементів наведено нижче.
БП підключається до мережі змінного струму та забезпечує живлення постійною напругою в діапазоні 0-30В і силою струму понад 15А. Обмеження струму та напруги зручно регулюється.
Дата публікації: 22.01.2018
Думки читачів
- Олександр / 04.04.2019 - 08:25
А файлом друку не поділіться? Можна на пошту [email protected]
Розглянута мікросхема відноситься до переліку найбільш поширених і широко застосовуваних інтегральних електронних схем. Попередником її була серія UC38хх ШІМ-контролерів компанії Unitrode. У 1999 р. ця фірма була куплена компанією Texas Instruments, і з того часу почався розвиток лінійки цих контролерів, що призвело до створення на початку 2000-х років. мікросхеми серії TL494. Крім вже зазначених вище ДБЖ, їх можна зустріти в регуляторах постійної напруги, в керованих приводах, в пристроях плавного пуску - словом скрізь, де використовується ШІМ-регулювання.
Серед фірм, що клонували цю мікросхему, є такі всесвітньо відомі бренди, як Motorola, Inc, International Rectifier, Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Всі вони дають докладний опис своєї продукції, так званий TL494CN datasheet.
Документація
Аналіз описів типу мікросхеми, що розглядається, від різних виробників показує практичну ідентичність її характеристик. Обсяг відомостей, які наводяться різними фірмами, практично однаковий. Більше того, TL494CN datasheet від таких брендів, як Motorola, Inc і ON Semiconductor повторюють один одного у своїй структурі, наведених малюнках, таблицях та графіках. Дещо відрізняється від них виклад матеріалу у фірми Texas Instruments, проте при уважному його вивченні стає ясно, що мається на увазі ідентичний виріб.
Призначення мікросхеми TL494CN
Опис її за традицією почнемо із призначення та переліку внутрішніх пристроїв. Вона являє собою ШІМ-контролер з фіксованою частотою, призначений переважно для застосування в ДБЖ, і містить такі пристрої:
- генератор пилкоподібної напруги (ДПН);
- підсилювачі помилки;
- джерело еталонної (опорної) напруги +5 В;
- схема регулювання "мертвого часу";
- вихідні струм до 500 мА;
- схема вибору одно-або двотактного режиму роботи.
Граничні параметри
Як і в будь-якої іншої мікросхеми, у TL494CN опис обов'язково повинен містити перелік гранично допустимих експлуатаційних характеристик. Дамо їх на підставі даних Motorola, Inc:
- Напруга живлення: 42 ст.
- Напруга на колекторі вихідного транзистора: 42 ст.
- Струм колектора вихідного транзистора: 500 мА.
- Діапазон вхідної напруги підсилювача: від - 0,3 до +42 В.
- Розсіювана потужність (при t< 45 °C): 1000 мВт.
- Діапазон температури зберігання: від -55 до +125 °С.
- Діапазон робочих температур довкілля: від 0 до +70 °С.
Слід зазначити, що параметр 7 для мікросхеми TL494IN дещо ширший від -25 до +85 °С.
Конструкція мікросхеми TL494CN
Опис російською висновків її корпусу наведено на малюнку, розташованому нижче.
Мікросхема поміщена у пластиковий (на це вказує літера N наприкінці її позначення) 16-контактний корпус із висновками pdp-типу.
Зовнішній вигляд її показано на фото нижче.
TL494CN: схема функціональна
Отже, завданням даної мікросхеми є широтно-імпульсна модуляція (ШІМ, або англ. Pulse Width Modulated (PWM)) імпульсів напруги, що виробляються всередині як регульованих, так і нерегульованих ДБЖ. У блоках живлення першого типу діапазон тривалості імпульсів, як правило, досягає максимально можливої величини (~ 48% для кожного виходу в двотактних схемах, що широко використовуються для живлення автомобільних аудіопідсилювачів).
Мікросхема TL494CN має загалом 6 висновків для вихідних сигналів, 4 з них (1, 2, 15, 16) є входами внутрішніх підсилювачів помилки, що використовуються для захисту ДБЖ від струмових та потенційних перевантажень. Контакт № 4 - це вхід сигналу від 0 до 3 для регулювання шпаруватості вихідних прямокутних імпульсів, а № 3 є виходом компаратора і може бути використаний декількома способами. Ще 4 (номери 8, 9, 10, 11) являють собою вільні колектори та емітери транзисторів із гранично допустимим струмом навантаження 250 мА (у тривалому режимі не більше 200 мА). Вони можуть попарно з'єднуватися (9 з 10, а 8 з 11) для управління потужними польовими з гранично допустимим струмом 500 мА (не більше 400 мА в тривалому режимі).
Який же внутрішній пристрій TL494CN? Схема її показано малюнку нижче.
Мікросхема має вбудоване джерело опорної напруги (ІОН) +5 (№ 14). Він зазвичай використовується як еталонна напруга (з точністю ± 1%), що подається на входи схем, що споживають не більше 10 мА, наприклад, на висновок 13 вибору одно-або двотактного режиму роботи мікросхеми: при наявності на ньому +5 вибирається другий режим , за наявності на ньому мінуса напруги живлення – перший.
Для налаштування частоти генератора пилкоподібної напруги (ГПН) використовують конденсатор і резистор, що підключаються до контактів 5 і 6 відповідно. І, звичайно, мікросхема має висновки для підключення плюсу та мінусу джерела живлення (номери 12 і 7 відповідно) в діапазоні від 7 до 42 Ст.
Зі схеми видно, що є ще ряд внутрішніх пристроїв у TL494CN. Опис російською їх функціонального призначення буде дано нижче під час викладу матеріалу.
Функції виводів вхідних сигналів
Як і будь-який інший електронний пристрій. Розглянута мікросхема має свої входи та виходи. Ми розпочнемо з перших. Вище було дано перелік цих висновків TL494CN. Опис російською їх функціонального призначення буде далі наведено з докладними поясненнями.
Висновок 1
Це позитивний (неінвертуючий) вхід підсилювача сигналу помилки 1. Якщо напруга на ньому нижча, ніж напруга на виводі 2, вихід підсилювача помилки 1 матиме низький рівень. Якщо воно буде вище, ніж на контакті 2, сигнал підсилювача помилки 1 стане високим. Вихід підсилювача по суті, повторює позитивний вхід з використанням 2 висновку в якості еталона. Функції підсилювачів помилки будуть детальніше описані нижче.
Висновок 2
Це негативний (інвертуючий) вхід підсилювача сигналу помилки 1. Якщо цей висновок вищий, ніж на виводі 1, вихід підсилювача помилки 1 буде низьким. Якщо напруга на цьому виводі нижче, ніж напруга на виведенні 1, вихід підсилювача буде високим.
Висновок 15
Він працює так само, як і № 2. Найчастіше другий підсилювач помилки не використовується в TL494CN. Схема включення її в цьому випадку містить висновок 15 просто підключений до 14 (опорна напруга +5 В).
Висновок 16
Він працює так само, як і №1. Його зазвичай приєднують до загального №7, коли другий підсилювач помилки не використовується. З висновком 15, підключеним до +5 і № 16, підключеним до загального, вихід другого підсилювача низький і тому не має ніякого впливу на роботу мікросхеми.
Висновок 3
Цей контакт та кожен внутрішній підсилювач TL494CN пов'язані між собою через діоди. Якщо сигнал на виході якогось із них змінюється з низького на високий рівень, то на № 3 він також переходить у високий. Коли сигнал на цьому виводі перевищує 3,3, вихідні імпульси вимикаються (нульова шпаруватість). Коли напруга на ньому близько 0, тривалість імпульсу максимальна. У проміжку між 0 і 3,3, тривалість імпульсу становить від 50% до 0% (для кожного з виходів ШІМ-контролера - на висновках 9 і 10 в більшості пристроїв).
Якщо необхідно, контакт 3 може бути використаний як вхідний сигнал або може бути використаний для забезпечення демпфування швидкості зміни ширини імпульсів. Якщо напруга на ньому висока (> ~ 3,5 В), немає ніякого способу для запуску ДБЖ на ШІМ-контролері (імпульси від нього будуть відсутні).
Висновок 4
Він управляє діапазоном шпаруватості вихідних імпульсів (англ. Dead-Time Control). Якщо напруга на ньому близько до 0, мікросхема буде в змозі видавати як мінімально можливу, так і максимальну ширину імпульсу (що задається іншими вхідними сигналами). Якщо на цей висновок подається напруга близько 1,5, ширина вихідного імпульсу буде обмежена до 50% від його максимальної ширини (або ~ 25% робочого циклу для двотактного режиму ШИМ-контролера). Якщо напруга на ньому висока (> ~ 3,5 В), немає ніякого способу запуску ДБЖ на TL494CN. Схема включення її найчастіше містить № 4, підключений безпосередньо до землі.
- Важливо запам'ятати! Сигнал на висновках 3 і 4 повинен бути нижчим за ~ 3,3 В. А що буде, якщо він близький, наприклад, до + 5 В? Як тоді поведеться TL494CN? Схема перетворювача напруги у ньому виробляти імпульси, тобто. не буде вихідної напруги від ДБЖ.
Висновок 5
Служить для приєднання часзадающего конденсатора Ct, причому другий контакт приєднується до землі. Значення ємності зазвичай від 0,01 до 0,1 μF. Зміни величини цього компонента ведуть до зміни частоти ДПН та вихідних імпульсів ШІМ-контролера. Як правило, тут використовуються конденсатори високої якості з дуже низьким температурним коефіцієнтом (з дуже невеликою зміною ємності зі зміною температури).
Висновок 6
Для підключення резистора Rt, що вчасно задає, причому другий його контакт приєднується до землі. Величини Rt та Ct визначають частоту ДПН.
- f = 1,1: (Rt x Ct).
Висновок 7
Він приєднується до загального дроту схеми пристрою на ШІМ-контролері.
Висновок 12
Він замаркований літерами VCC. До нього приєднується "плюс" джерела живлення TL494CN. Схема включення зазвичай містить № 12, з'єднаний з комутатором джерела живлення. Багато ДБЖ використовують цей висновок, щоб включати харчування (і сам ДБЖ) і вимикати його. Якщо на ньому є +12 В і № 7 заземлений, ДПН та ІОН мікросхеми працюватимуть.
Висновок 13
Це вхід режиму роботи. Його функціонування було описано вище.
Функції виводів вихідних сигналів
Вище вони були перераховані для TL494CN. Опис російською мовою їх функціонального призначення буде наведено нижче з докладними поясненнями.
Висновок 8
На цій мікросхемі є 2 npn-транзистори, які є її вихідними ключами. Цей висновок - колектор транзистора 1, як правило, підключений до джерела постійної напруги (12). Проте в схемах деяких пристроїв він використовується як вихід, і можна побачити на ньому меандр (як і на № 11).
Висновок 9
Це емітер транзистора 1. Він управляє потужним транзистором ДБЖ (польовим здебільшого) у двотактній схемі або безпосередньо, або через проміжний транзистор.
Висновок 10
Це емітер транзистора 2. В однотактному режимі роботи сигнал на ньому такий самий, як і на № 9. У двотактному режимі сигнали на №№ 9 і 10 протифазні, тобто коли на одному високий рівень сигналу, то на іншому він низький, і навпаки. У більшості пристроїв сигнали з емітерів вихідних транзисторних ключів аналізованої мікросхеми керують потужними польовими транзисторами, що приводяться в стан Увімкнено, коли напруга на висновках 9 і 10 висока (вище ~ 3,5 В, але він ніяк не відноситься до рівня 3,3 на № № 3 та 4).
Висновок 11
Це колектор транзистора 2, як правило, підключений до джерела постійної напруги (+12).
- Примітка: У пристроях на TL494CN схема включення її може містити як виходи ШІМ-контролера як колектори, емітери транзисторів 1 і 2, хоча другий варіант зустрічається частіше. Є, однак, варіанти, коли контакти 8 і 11 є виходами. Якщо ви знайдете невеликий трансформатор у ланцюгу між мікросхемою та польовими транзисторами, вихідний сигнал, швидше за все, береться саме з них (з колекторів).
Висновок 14
Це вихід ІОН, також описаний вище.
Принцип роботи
Як працює мікросхема TL494CN? Опис порядку її роботи надамо за матеріалами Motorola, Inc. Вихід імпульсів з широтною модуляцією досягається шляхом порівняння позитивного пилкоподібного сигналу з Ct конденсатора з будь-яким з двох керуючих сигналів. Логічні схеми АБО-НЕ управління вихідними транзисторами Q1 і Q2 відкривають їх тільки тоді, коли сигнал на тактовому вході (С1) тригера (див. функціональну схему TL494CN) переходить у низький рівень.
Таким чином, якщо на вході тригера С1 рівень логічної одиниці, то вихідні транзистори закриті в обох режимах роботи: однотактному і двотактному. Якщо на цьому вході є сигнал, то в двотактному режимі транзисторні ключі відкриваються почергово по приходу зрізу тактового імпульсу на тригер. В однотактному режимі тригер не використовується, і обидва вихідні ключі відкриваються синхронно.
Цей відкритий стан (в обох режимах) можливий лише в тій частині періоду ДПН, коли пилкоподібна напруга більша, ніж керуючі сигнали. Таким чином, збільшення або зменшення величини сигналу, що управляє, викликає відповідно лінійне збільшення або зменшення ширини імпульсів напруги на виходах мікросхеми.
Як керуючі сигнали може бути використана напруга з виведення 4 (керування «мертвим часом»), входи підсилювачів помилки або вхід сигналу зворотного зв'язку з виведення 3.
Перші кроки по роботі з мікросхемою
Перед тим, як робити будь-який корисний пристрій, рекомендується вивчити, як працює TL494CN. Як перевірити її працездатність?
Візьміть свою макетну плату, встановіть на неї мікросхему і підключіть дроти згідно з наведеною нижче схемою.
Якщо все правильно підключено, то схема буде працювати. Залишіть висновки 3 та 4 не вільними. Використовуйте свій осцилограф, щоб перевірити роботу ДПН - на виведенні 6 ви повинні побачити пилкоподібну напругу. Виходи будуть нульовими. Як визначити їх працездатність в TL494CN. Перевірка її може бути виконана таким чином:
- Підключіть вихід зворотного зв'язку (№ 3) та вихід управління «мертвим часом» (№ 4) до загального висновку (№ 7).
- Тепер ви повинні знайти прямокутні імпульси на виходах мікросхеми.
Як посилити вихідний сигнал?
Вихід TL494CN є досить слаботочним, а ви, звичайно ж, хочете більшої потужності. Таким чином, ми маємо додати кілька потужних транзисторів. Найбільш просто використовувати (і дуже легко отримати - зі старої материнської плати комп'ютера) n-канальні силові МОП-транзистори. Ми повинні при цьому проінвертувати вихід TL494CN, тому якщо ми підключимо n-канальний МОП-транзистор до нього, то за відсутності імпульсу на виході мікросхеми він буде відкритим для протікання постійного струму. При може просто згоріти ... Так що дістаємо універсальний npn-транзистор і підключаємо згідно з наведеною нижче схемою.
Потужний МОП-транзистор у цій схемі керується пасивним режимом. Це не дуже добре, але для цілей тестування та малої потужності цілком підходить. R1 у схемі є навантаженням npn-транзистора. Виберіть його відповідно до максимально допустимого струму його колектора. R2 є навантаженням нашого силового каскаду. У наступних експериментах його замінять трансформатором.
Якщо тепер подивимося осцилографом сигнал на виведенні 6 мікросхеми, то побачите «пилу». На № 8 (К1) можна як і бачити прямокутні імпульси, але в стоку МОП-транзистора такі самі за формою імпульси, але більшої величини.
А як підняти напругу на виході?
Тепер давайте отримаємо деяку напругу вище за допомогою TL494CN. Схема включення та розведення використовується та сама - на макетній платі. Звичайно, досить високої напруги на ній не отримати, тим більше, що немає будь-якого радіатора на силових МОП-транзисторах. І все-таки, підключіть невеликий трансформатор до вихідного каскаду, згідно з цією схемою.
Первинна обмотка трансформатора містить 10 витків. Вторинна обмотка містить близько 100 витків. Таким чином, коефіцієнт трансформації дорівнює 10. Якщо подати 10В первинну обмотку, ви повинні отримати близько 100 В на виході. Сердечник виконаний із фериту. Можна використовувати деякий середнього розміру осердя від трансформатора блоку живлення ПК.
Будьте обережні, вихід трансформатора під високою напругою. Струм дуже низький і не уб'є вас. Але можна отримати добрий удар. Ще одна небезпека – якщо ви встановите великий конденсатор на виході, він накопичуватиме великий заряд. Тому після вимкнення схеми його слід розрядити.
На виході схеми можна увімкнути будь-який індикатор на кшталт лампочки, як на фото нижче.
Вона працює від напруги постійного струму і їй необхідно близько 160 В, щоб засвітитися. (Живлення всього пристрою становить близько 15 В – на порядок нижче.)
Схема з трансформаторним виходом широко застосовується у будь-яких ДБЖ, включаючи і блоки живлення ПК. У цих пристроях перший трансформатор, підключений через транзисторні ключі до виходів ШИМ-контролера, служить для низьковольтної частини схеми, що включає TL494CN, від її високовольтної частини, що містить трансформатор напруги.
Регулятор напруги
Як правило, в невеликих саморобних електронних пристроях живлення забезпечує типовий ДБЖ ПК, виконаний на TL494CN. Схема включення БП ПК загальновідома, а самі блоки доступні, оскільки мільйони старих ПК щорічно утилізуються або продаються на запчастини. Але як правило, ці ДБЖ виробляють напруги не вище 12 В. Цього замало для частотно-регульованого приводу. Звичайно, можна було б постаратися і використовувати ДБЖ ПК підвищеної напруги для 25 В, але його буде важко знайти, і занадто багато потужності розсіюватиметься на напрузі 5 В в логічних елементах.
Однак на TL494 (або аналогах) можна побудувати будь-які схеми з виходом на підвищену потужність та напругу. Використовуючи типові деталі з ДБЖ ПК та потужні МОП-транзистори від материнської плати, можна побудувати ШІМ-регулятор напруги на TL494CN. Схема перетворювача представлена малюнку нижче.
На ній можна побачити схему включення мікросхеми та вихідний каскад на двох транзисторах: універсальному npn- та потужному МОП.
Основні частини: T1, Q1, L1, D1. Біполярний T1 використовується для управління потужним МОП-транзистором, підключеним спрощеним способом, так зв. "пасивним". L1 є дроселем індуктивності від старого принтера HP (близько 50 витків, висота 1 см, ширина 0,5 см з обмотками, відкритий дросель). D1 – це від іншого пристрою. TL494 підключена альтернативним способом стосовно вищеописаного, хоча можна використовувати будь-який з них.
С8 - конденсатор малої ємності, щоб запобігти впливу шумів, що надходять на вхід підсилювача помилки, величина 0,01uF буде більш менш нормальною. Великі значення уповільнюватимуть установку необхідної напруги.
С6 ще менший конденсатор, він використовується для фільтрації високочастотних перешкод. Його ємність – до кількох сотень пікофарад.
Кожному радіоаматору, ремонтнику або просто майстру необхідне джерело живлення, щоб живити свої схеми, тестувати їх за допомогою блока живлення, або просто іноді необхідно зарядити акумулятор. Сталося так, що і я захопився цією темою деякий час тому і мені так само став необхідний такий девайс. Як завжди, з цього питання було перелопачено багато сторінок в інтернеті, стежив за багатьма темами на форумах, але точно того, що було потрібно мені в моєму уявленні не було ніде - тоді було вирішено все зробити самому, зібравши всю необхідну інформацію частинами. Таким чином народився імпульсний лабораторний блок живлення на мікросхемі TL494.
Що особливого – та начебто мало чого, але я поясню – переробляти рідний блок живлення комп'ютера на тій же друкованій платі мені здається не зовсім по фен-шую, та й не красиво. З корпусом та ж історія - дірка залізяка просто не виглядає, хоча якщо є фанати такого стилю, нічого проти не маю. Тому в основі даної конструкції лежать лише основні деталі від рідного комп'ютерного блоку живлення, а ось друкована плата (точніше друковані плати – їх насправді три) зроблена вже окремо та спеціально під корпус. Корпус тут складається також із двох частин - само собою основа корпус Kradex Z4A, а також вентилятор (кулер), який ви можете бачити на фото. Він є ніби продовженням корпусу, але про все по порядку.
Схема блоку живлення:
Список деталей ви можете побачити наприкінці статті. А тепер коротко розберемо схему лабораторного імпульсного блоку живлення. Схема працює на мікросхемі TL494, існує багато аналогів, проте рекомендую все ж таки використовувати оригінальні мікросхеми, коштують вони зовсім недорого, а працюють надійно на відміну від китайських аналогів і підробок. Можна також розібрати кілька старих блоків живлення від комп'ютерів і назбирати необхідних деталей від туди, але я рекомендую по можливості використовувати все ж таки нові деталі та мікросхеми – це підвищить шанс на успіх, так би мовити. Внаслідок того, що вихідна потужність вбудованих ключових елементів TL494 не достатня, щоб керувати потужними транзисторами, що працюють на основний імпульсний трансформатор Tr2, будується схема управління силовими транзисторами T3 і T4 із застосуванням трансформатора керуючого Tr1. Цей трансформатор керування використаний від старого блока живлення комп'ютера без внесення змін до обмоток. Трансформатор управління Tr1 розгойдується транзисторами T1 та T2.
Сигнали управляючого трансформатора через діоди D8 та D9 надходять на бази силових транзисторів. Транзистори T3 і T4 використовуються біполярні марки MJE13009, можна використовувати транзистори на менший струм - MJE13007, але тут все ж таки краще залишити на більший струм, щоб підвищити надійність і потужність схеми, хоча від короткого замикання у високовольтних ланцюгах схеми це не врятує. Далі ці транзистори розгойдують трансформатор Tr2, який перетворює випрямлену напругу 310 вольт від діодного мосту VDS1 у необхідне нам (у разі 30 – 31 вольт). Дані з перемотування (або намотування з нуля) трансформатора трохи пізніше. Вихідна напруга знімається з вторинних обмоток цього трансформатора, до яких підключається випрямляч і ряд фільтрів, щоб напруга була максимально без пульсацій. Випрямляч необхідно використовувати на діодах Шоттки, щоб мінімізувати втрати при випрямленні та виключити велике нагрівання цього елемента, за схемою використовується здвоєний діод Шоттки D15. Тут також чим більше допустимий струм діодів, тим краще. При необережності при перших запусках схеми велика можливість зіпсувати ці діоди і силові транзистори T3 і T4. У вихідних фільтрах схеми варто використовувати електролітичні конденсатори із низьким ЕПС (Low ESR). Дроселі L5 та L6 були використані від старих блоків живлення комп'ютерів (хоча як старих – просто несправних, але досить нових та потужних, здається 550 Вт). L6 використаний без зміни обмотки, являє собою циліндр з десятком або близько витків товстого мідного дроту. L5 необхідно перемотати, тому що в комп'ютері використовується кілька рівнів напруги – нам потрібна лише одна напруга, яку ми регулюватимемо.
L5 є кільцем жовтого кольору (не всяке кільце піде, тому що можуть застосовуватися ферити з різними характеристиками, нам потрібно саме жовтого кольору). На це кільце потрібно намотати приблизно 50 витків мідного дроту діаметром 1,5 мм. Резистор R34 гасить - він розряджає конденсатори, щоб при регулюванні не виникло ситуації тривалого очікування зменшення напруги при повороті ручки регулювання.
Найбільш схильні до нагрівання елементи T3 і T4, а також D15 встановлюються на радіатори. У цій конструкції вони були взяті від старих блоків і відформатовані (відрізані і вигнуті під розміри корпусу і друкованої плати).
Схема є імпульсною і може вносити до побутової мережі власні перешкоди, тому необхідно використовувати синфазний дросель L2. Щоб відфільтровувати наявні перешкоди мережі використовуються фільтри із застосуванням дроселів L3 і L4. Терморезистор NTC1 виключить стрибок струму в момент включення схеми в розетку, старт схеми вийде м'якший.
Щоб керувати напругою та струмом, а також для роботи мікросхеми TL494 необхідна напруга нижчого рівня, ніж 310 вольт, тому використовується окрема схема живлення для цього. Побудована вона на малогабаритному трансформаторі Tr3 BV EI 382 1189. З вторинної обмотки напруга випрямляється та згладжується конденсатором – просто і сердито. Таким чином, отримуємо 12 вольт, необхідні для керуючої частини схеми блоку живлення. Далі 12 вольт стабілізуються до 5 вольт за допомогою мікросхеми лінійного стабілізатора 7805 - ця напруга використовується для схеми індикації напруги та струму. Також штучно створюється напруга -5 вольт для живлення операційного підсилювача схеми індикації напруги та струму. В принципі можна використовувати будь-яку доступну схему вольтметра і амперметра для блоку живлення і при відсутності необхідності даний каскад стабілізації напруги можна виключити. Як правило, використовуються схеми вимірювання та індикації, побудовані на мікроконтролерах, яким необхідне живлення близько 3,3 – 5 вольт. Підключення амперметра та вольтметра вказано на схемі.
На фото друкована плата з мікроконтролером – амперметр та вольтметр, до панелі прикріплені на болтики, які загвинчуються у гайки, надійно приклеєні до пластмаси супер клеєм. Даний індикатор має обмеження вимірювання струму до 9,99 А, що явно обмаль для даного блоку живлення. Крім функцій індикації модуль вимірювання струму та напруги більше ніяк не задіяний щодо основної плати пристрою. Функціонально підійде будь-який модуль вимірювання на заміну.
Схема регулювання напруги та струму побудована на чотирьох операційних підсилювачах (використовується LM324 – чотири операційні підсилювачі в одному корпусі). Для живлення цієї мікросхеми варто використовувати фільтр живлення на елементах L1 і C1, C2. Налаштування схеми полягає у підборі елементів, помічених зірочкою для визначення діапазонів регулювання. Схему регулювання зібрано на окремій друкованій платі. Крім того, для більш плавного регулювання струму можна використовувати кілька змінних резисторів з'єднаних відповідним чином.
Для завдання частоти перетворювача необхідно підібрати номінал конденсатора C3 та номінал резистора R3. На схемі вказано невелику табличку з розрахунковими даними. Занадто велика частота може збільшити втрати на силових транзисторах при перемиканні, тому занадто захоплюватися не варто, оптимально, як на мене, використовувати частоту 70-80 кГц, а то й менше.
Тепер про параметри намотування або перемотування трансформатора Tr2. Основу я також використав від старих блоків живлення комп'ютера. Якщо великий струм і велика напруга вам не потрібні, то такий трансформатор можна не перемотувати, а використовувати готовий, з'єднавши обмотки відповідним чином. Однак якщо необхідний більший струм і напруга, трансформатор необхідно перемотати, щоб отримати кращий результат. Насамперед доведеться розібрати сердечник, який у нас є. Це найвідповідальніший момент, тому що ферити досить тендітні, а ламати їх не варто, інакше все на сміття. Отже, щоб розібрати осердя, його необхідно нагріти, так як для склеювання половинок зазвичай виробник використовує епоксидну смолу, яка при нагріванні розм'якшується. Відкриті джерела вогню використати не варто. Добре підійде електронагрівальне обладнання, в побутових умовах - це, наприклад електроплита. При нагріванні акуратно роз'єднуємо половинки осердя. Після остигання знімаємо всі рідні обмотки. Тепер потрібно розрахувати необхідну кількість витків первинної та вторинної обмоток трансформатора. Для цього можна використовувати програму ExcellentIT(5000), в якій задаємо необхідні нам параметри перетворювача і отримуємо розрахунок кількості витків щодо сердечника, що використовується. Далі після намотування сердечник трансформатор необхідно назад склеїти, бажано також використовувати високоміцний клей або епоксидну смолу. При покупці нового сердечника потреба у склеюванні може бути відсутнім, оскільки часто половинки сердечника можуть стягуватися металевими скобами та болтиками. Обмотки необхідно намотувати щільно, щоб унеможливити акустичний шум при роботі пристрою. За бажанням обмотки можна заливати якими парафінами.
Друкарські плати проектувалися для корпусу Z4A. Сам корпус піддається невеликим доробкам, щоб забезпечити циркуляцію повітря для охолодження. Для цього з обох боків і ззаду свердлиться кілька отворів, а зверху прорізаємо отвір для вентилятора. Вентилятор дме вниз, зайве повітря йде через отвори. Можна вентилятор розташувати і навпаки, що він висмоктував повітря з корпусу. По факту охолодження вентилятором рідко коли знадобиться, до того ж, навіть при великих навантаженнях, елементи схеми сильно не гріються.
Також готуються лицьові панелі. Індикатори напруги і струму використовуються із застосуванням семисегментних індикаторів, а як світлофільтр для цих індикаторів використовується металізована антистатична плівка, на зразок тієї, в яку упаковують радіоелементи з позначкою чутливості до електростатики. Можна також використовувати напівпрозору плівку, яку клеять на шибки, або тонуючу плівку для автомобілів. Набір елементів на лицьовій панелі спереду та ззаду можна компонувати на будь-який смак. У моєму випадку ззаду роз'єм для підключення до розетки, відсік запобіжника та вимикач. Спереду – індикатори струму та напруги, світлодіоди індикації стабілізації струму (червоний) та стабілізації напруги (зелений), ручки змінних резисторів для регулювання струму та напруги та швидкозатискний роз'єм, до якого підключено вихідну напругу.
При правильному складанні блок живлення потребує лише підстроювання діапазонів регулювання.
Захист струму (стабілізація струму) працює наступним чином: при перевищенні встановленого струму на мікросхему TL494 подається сигнал про зниження напруги – чим менше напруга, тим менше струм. При цьому на лицьовій панелі спалахує червоний світлодіод, що сигналізує про перевищення встановленого струму, або про коротке замикання. У нормальному режимі стабілізації напруги світиться зелений світлодіод.
Основні характеристики лабораторного імпульсного блоку живлення залежать в основному від застосовуваної елементної бази, в даному варіанті характеристики наступні:
- Вхідна напруга – 220 вольт змінного струму
- Вихідна напруга – від 0 до 30 вольт постійного струму
- Вихідний струм становить понад 15 А (фактично тестоване значення)
- Режим стабілізації напруги
- Режим стабілізації струму (захист від короткого замикання)
- Індикація обох режимів світлодіодами
- Малі габарити та вага при великій потужності
- Регулювання обмеження струму та напруги
Підсумовуючи, можна відзначити, що лабораторний блок живлення вийшов досить якісний та потужний. Це дозволяє використовувати цей варіант блоку живлення як для тестування якихось своїх схем, так і до зарядки автомобільних акумуляторів. Ємності на виході коштують досить великі, тому коротких замикань краще не допускати, оскільки розряд конденсаторів з великою ймовірністю може вивести схему з ладу (ту, до якої підключаємося), однак без цієї ємності вихідна напруга буде гіршою – зростуть пульсації. Це особливість саме імпульсного блоку, у аналогових блоках живлення вихідна ємність не перевищує 10 мкФ як правило в силу своєї схемотехніки. Таким чином, отримуємо універсальний імпульсний лабораторний блок живлення здатний працювати в широкому діапазоні навантажень практично від нуля до десятків ампер і вольт. Блок живлення чудово зарекомендував себе як при харчуванні невеликих схем при тестуванні (але тут захист від КЗ допоможе мало через велику вихідну ємність) із споживанням в міліампери, так і в застосуванні в ситуаціях, коду необхідна велика вихідна потужність за час мого убогого досвіду в галузі електроніки.
Цей лабораторний блок живлення я зробив близько 4 років тому, коли починав робити перші кроки в електроніці. До цього часу жодної поломки з урахуванням того, що працював часто далеко за межами 10 ампер (зарядка автомобільних акумуляторів). При описі за рахунок давнього терміну виготовлення міг щось проґавити, питання, зауваження складайте в коментарях.
Для розрахунку трансформатора:
Додаю до статті друковані плати (вольтметр та амперметр сюди не входять – можна застосовувати абсолютно будь-які).
Список радіоелементів
| Позначення | Тип | Номінал | Кількість | Примітка | Магазин | Мій блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | ШИМ контролер | TL494 | 1 | До блокноту | ||
| IC2 | Операційний посилювач | LM324 | 1 | До блокноту | ||
| VR1 | Лінійний регулятор | L7805AB | 1 | До блокноту | ||
| VR2 | Лінійний регулятор | LM7905 | 1 | До блокноту | ||
| T1, T2 | Біполярний транзистор | C945 | 2 | До блокноту | ||
| T3, T4 | Біполярний транзистор | MJE13009 | 2 | До блокноту | ||
| VDS2 | Діодний міст | MB105 | 1 | До блокноту | ||
| VDS1 | Діодний міст | GBU1506 | 1 | До блокноту | ||
| D3-D5, D8, D9 | Випрямний діод | 1N4148 | 5 | До блокноту | ||
| D6, D7 | Випрямний діод | FR107 | 2 | До блокноту | ||
| D10, D11 | Випрямний діод | FR207 | 2 | До блокноту | ||
| D12, D13 | Випрямний діод | FR104 | 2 | До блокноту | ||
| D15 | Діод Шоттки | F20C20 | 1 | До блокноту | ||
| L1 | Дросель | 100 мкГн | 1 | До блокноту | ||
| L2 | Синфазний дросель | 29 мГн | 1 | До блокноту | ||
| L3, L4 | Дросель | 10 мкГн | 2 | До блокноту | ||
| L5 | Дросель | 100 мкГн | 1 | на жовтому кільці | До блокноту | |
| L6 | Дросель | 8 мкГн | 1 | До блокноту | ||
| Tr1 | Імпульсний трансформатор | EE16 | 1 | До блокноту | ||
| Tr2 | Імпульсний трансформатор | EE28 - EE33 | 1 | ER35 | До блокноту | |
| Tr3 | Трансформатор | BV EI 382 1189 | 1 | До блокноту | ||
| F1 | Запобіжник | 5 А | 1 | До блокноту | ||
| NTC1 | Терморезистор | 5.1 Ом | 1 | До блокноту | ||
| VDR1 | Варістор | 250 В | 1 | До блокноту | ||
| R1, R9, R12, R14 | Резистор | 2.2 ком | 4 | До блокноту | ||
| R2, R4, R5, R15, R16, R21 | Резистор | 4.7 ком | 6 | До блокноту | ||
| R3 | Резистор | 5.6 ком | 1 | підбирати виходячи з необхідної частоти | До блокноту | |
| R6, R7 | Резистор | 510 ком | 2 | До блокноту | ||
| R8 | Резистор | 1 МОм | 1 | До блокноту | ||
| R13 | Резистор | 1.5 ком | 1 | До блокноту | ||
| R17, R24 | Резистор | 22 ком | 2 | До блокноту | ||
| R18 | Резистор | 1 ком | 1 | До блокноту | ||
| R19, R20 | Резистор | 22 Ом | 2 | До блокноту | ||
| R22, R23 | Резистор | 1.8 ком | 2 | До блокноту | ||
| R27, R28 | Резистор | 2.2 Ом | 2 | До блокноту | ||
| R29, R30 | Резистор | 470 ком | 2 | 1-2 Вт | До блокноту | |
| R31 | Резистор | 100 Ом | 1 | 1-2 Вт | До блокноту | |
| R32, R33 | Резистор | 15 Ом | 2 | До блокноту | ||
| R34 | Резистор | 1 ком | 1 | 1-2 Вт | До блокноту | |
| R10, R11 | Змінний резистор | 10 ком | 2 | можна 3 або 4 використовувати | До блокноту | |
| R25, R26 | Резистор | 0.1 Ом | 2 | шунти, потужність залежить від вихідної потужності БП | До блокноту | |
| C1, C8, C27, C28, C30, C31 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 7 | До блокноту | ||
| C2, C9, C22, C25, C26, C34, C35 | Електролітичний конденсатор | 47 мкФ | 7 | До блокноту | ||
| C3 | Конденсатор | 1 нФ | 1 | плівковий |
[+] Доповнено файлами шкал та фотографіями.
Схема та опис переробок
Мал. 1
Як ШИМ-регулятор управління D1 використовується мікросхема типу TL494. Вона випускається поряд зарубіжних фірм під різними найменуваннями. Наприклад, IR3M02 (SHARP, Японія), µА494 (FAIRCHILD, США), КА7500 (SAMSUNG, Корея), МВ3759 (FUJITSU, Японія) - і т.д. Усі ці мікросхеми є аналогами мікросхеми КР1114ЕУ4.
Перед модернізацією треба перевірити ДБЖ на працездатність, інакше нічого путнього не вийде.
Знімаємо перемикач 115/230V та гнізда для під'єднання шнурів. На місці верхнього гнізда встановлюємо мікроамперметр РА1 на 150 – 200 мкА від касетних магнітофонів, рідну шкалу знято, замість неї встановлено саморобну шкалу, виготовлену за допомогою програми FrontDesigner, файли шкал додаються.
Місце нижнього гнізда закриваємо жерстю і свердлимо отвори для резисторів R4 та R10. На задній панелі корпусу встановлюємо клеми Кл1 та Кл2. На платі ДБЖ залишаємо дроти, що йдуть від шин GND і +12В, їх ми припаяємо до клем Кл1 і Кл2. Провід PS-ON (якщо є) з'єднуємо на корпус (GND).
Металічним різаком перерізаємо доріжки на друкованій платі ДБЖ, що йдуть до висновків №№1, 2, 3, 4, 13, 14, 15, 16 мікросхеми DA1 і підпаюємо деталі згідно зі схемою (Рис. 1).
Всі електролітичні конденсатори на шині +12В замінюємо на 25 Вольтові. Штатний вентилятор М1 підключаємо через стабілізатор напруги DA2.
При монтажі також слід врахувати, що резистори R12 і R13 у процесі роботи блоку нагріваються, їх треба розташувати ближче до вентилятора.
Правильно зібраний, без помилок пристрій запускається відразу. Змінюючи опір резистора R10, перевіряємо межі регулювання вихідної напруги приблизно від 3 – 6 до 18 – 25 В (залежно від конкретного екземпляра). Підбираємо послідовно з R10 постійний резистор, обмеживши верхню межу регулювання на потрібному рівні (ну скажімо 14 В). Підключаємо до клем навантаження (опір 2 - 3 Ома) і змінюючи опір резистора R4 регулюємо струм у навантаженні.
Якщо на наклейці ДБЖ було написано +12 V 8 A, то не слід намагатися зняти з нього 15 Ампер.
Разом
Ось і все можна закривати дах. Цей пристрій можна використовувати як лабораторний блок живлення, так і зарядний пристрій акумуляторів. В останньому випадку резистором R10 треба виставити кінцеву напругу для зарядженого акумулятора (наприклад 14,2 для автомобільного кислотного акумулятора), підключити навантаження і виставити резистором R4 струм зарядки. У випадку зарядного пристрою для автомобільних акумуляторів, резистор R10 можна замінити на постійний.
У деяких екземплярах спостерігалося дзюрчання трансформатора, цей ефект вдалося усунути підключенням конденсатора на 0,1 мкФ з виведення №1 DА1 на корпус (GND) або підключенням конденсатора на 10000 мкФ паралельно конденсатору С3.
Файли
Шкали на 8, 12, 16, 20А у FrontDesigner▼ 🕗 20/05/13 ⚖️ 7,3 Kb ⇣ 312