Потужний ap down стабілізатор на TL494. Схема включення, цоколівка, принцип роботи TL494 на прикладі схем автомобільних перетворювачів напрядження

Тільки найголовніше.
Напруга живлення 8-35в (начебто можна до 40в, але не відчував)
Можливість працювати в однотактному та двотактному режимі.

Для однотактного режиму максимальна тривалість імпульсу становить 96% (щонайменше 4% мертвого часу).
Для двотактного варіанта – тривалість мертвого часу може бути менше 4%.
Подаючи висновку 4 напруга 0…3,3в можна регулювати мертвий час. І здійснювати плавний запуск.
Є вбудований стабілізований джерело опорної напруги 5в струмом до 10ма.
Є вбудований захист від зниженої напруги живлення, вимикаючись нижче 5,5...7в (найчастіше 6,4в). Погано те, що при такій напрузі мосфети вже переходять у лінійний режим і згоряють.
Є можливість вимкнути генератор мікросхеми замкнувши ключем висновок Rt (6) висновок опорної напруги (14) або виведення Ct (5) на землю.

Робоча частота 1...300кГц.

Два вбудовані операційні підсилювачі «помилки» з коефіцієнтом посилення Ку=70..95Дб. Входи – висновки (1); (2) та (15); (16). Виходи підсилювачів об'єднані елементом АБО, тому той на виході якого напруга більша і керує тривалістю імпульсу. Один із входів компаратора зазвичай прив'язують до опорної напруги (14), а другий – куди треба… Затримка сигналу всередині Підсилювача 400нс, вони не призначені для роботи в межах одного такту.

Вихідні каскади мікросхеми при середньому струмі 200ма, досить швидко заряджають вхідну ємність затвора потужного мосфета, але не забезпечують її розряд. за прийнятний час. У зв'язку з чим обов'язково потрібний зовнішній драйвер.

Висновок (5) кондесатор С2 та висновок (6) резистори R3; R4 - задають частоту внутрішнього генератора мікросхеми. У двотактному режимі вона поділяється на 2.

Є можливість синхронізації, запуск вхідних імпульсів.

Однотактний генератор з регулюванням частоти та шпаруватості
Однотактний генератор з регулюванням частоти та шпаруватості (відношення тривалості імпульсу до тривалості паузи). З одним транзисторним вихідним драйвером. Такий режим реалізується, якщо з'єднати висновок 13 із загальною шиною живлення.

Схема (1)

Оскільки мікросхема має два вихідні каскади, які в даному випадку працюють синфазно, їх для збільшення вихідного струму можна включити паралельно… Або не включати… (зеленим кольором на схемі) Так само не завжди ставиться і резистор R7.

Вимірюючи операційним підсилювачем напругу на резисторі R10, можна обмежити вихідний струм. На другий вхід подається опорна напруга дільником R5; R6. Ну розумієте, R10 буде грітися.

Ланцюг С6; R11, на (3) ногу, ставлять для більшої стійкості, дата просить, але працює і без неї. Транзистор можна взяти і npn структури.

Схема (2)

Схема (3)

Однотактний генератор з регулюванням частоти та шпаруватості. З двома транзисторним вихідним драйвером (комплементарний повторювач).
Що можу сказати? Форма сигналу краща, скорочуються перехідні процеси в моменти перемикання, вища здатність навантаження, менше теплові втрати. Хоча може бути ця суб'єктивна думка. Але. Зараз я використовую лише двох транзисторний драйвер. Так, резистор у ланцюзі затвора обмежує швидкість перехідних процесів при перемиканні.

Схема (4)

А тут маємо схему типового підвищуючого (boost) регульованого однотактного перетворювача, з регулюванням напруги та обмеженням струму.

Схема робоча, збиралася мною у кількох варіантах. Вихідна напруга залежить від кількості витків котушки L1, та й від опору резисторів R7; R10; R11, які під час налагодження підбираються... Саму котушку можна мотати на будь-чому. Розмір – залежно від потужності. Кільце, Ш-сердечник, навіть просто на стрижні. Але вона не повинна входити до насичення. Тому якщо кільце з фериту, потрібно розрізати і склеїти із зазором. Добре підуть великі кільця з комп'ютерних блоків живлення, їх не треба різати, вони з "розпиленого заліза" зазор вже передбачений. Якщо сердечник Ш-подібний – ставимо не магнітний зазор, бувають із коротким середнім керном – це вже із зазором. Коротше, мотаємо товстим мідним або монтажним дротом (0,5-1,0мм залежно від потужності) і числом витків 10-і більше (залежно, яку напругу бажаємо отримати). Підключаємо навантаження на заплановану напругу невеликої потужності. Підключаємо наш витвір до акумулятора через потужну лампу. Якщо лампа не спалахнула в повний розжар - беремо вольтметр і осцилограф.

Підбираємо резистори R7; R10; R11 та число витків котушки L1, домагаючись задуманої напруги на навантаженні.

Дросель Др1 - 5...10 витків товстим дротом на будь-якому сердечнику. Бачив навіть варіанти, де L1 та Др1 намотані на одному сердечнику. Сам не перевіряв.

Схема (5)

Це теж реальна схема перетворювача, що підвищує, який можна використовувати, наприклад для зарядки ноутбука від автомобільного акумулятора. Компаратор входів (15);(16) стежить за напругою акумулятора "донора" і відключить перетворювач, коли напруга на ньому впаде нижче обраного порога.

Ланцюг С8; R12; VD2 – так званий Снаббер, призначений для придушення індуктивних викидів. Рятує низьковольтний МОСФЕТ, наприклад, IRF3205 витримує, якщо не помиляюся, (стік - витік) до 50в. Проте здорово зменшує ККД. І діод та резистор пристойно гріються. За те зростає надійність. У деяких режимах (схемах) без нього відразу згоряє потужний транзистор. А буває працює і без цього... Треба дивитися осцилограф...

Схема (6)

Двотактний генератор, що задає.
Різні варіанти виконання та регулювань.
На перший погляд величезне розмаїття схем включення зводиться до набагато скромнішої кількості тих, хто дійсно працює… Перше, що я зазвичай роблю, коли бачу "хитру" схему – перемальовую у звичному для себе стандарті. Раніше це називалося – ГОСТ. Зараз малюють незрозуміло як, що вкрай ускладнює сприйняття. І приховує помилки. Думаю, часто це робиться спеціально.
генератор, Що Задає, для півмоста або мосту. Це найпростіший генератор, тривалість імпульсів і частота регулюється вручну. Оптроном по (3) нозі також можна регулювати тривалість, проте регулювання дуже гостре. Я використав для переривання роботи мікросхеми. Деякі "корифеї" кажуть, що керувати за висновком (3) не можна, мікросхема згорить, але мій досвід підтверджує працездатність даного рішення. До речі, воно вдало використовувалося в зварювальному інверторі.

Простий перетворювач 12В на 220В зібраний на всій відомій мікросхемі TL494. ШИМ контролер навантажений на комплементарні транзистори серії BC547 і BC557, ті, у свою чергу, розгойдують польові транзистори IRF540, навантаженням якої є силовий трансформатор AC. На виході трансформатора отримуємо модифікований синусоїдальний сигнал із напругою 220В.

Схема інвертора на ШІМ контролері TL494

Застосування мікросхеми ШИМ TL494 не тільки робить конструкцію надзвичайно економічною з її мінімальними деталями, але також дуже ефективною та точною. Підстроювання частоти від 60Гц до 50Гц проводитися резистором 100К і конденсатором 220nF підключені до 5-ї та 6-ї ніжки мікросхеми. Потужність інвертора визначається потужністю використовуваного трансформатора і ємністю акумулятора. Для виготовлення трансформатора застосовується будь-який ферритовий сердечник, який здатний розмістити дві обмотки.

Первинна обмотка складається з 5 х 5 витків із центральним відведенням, намотані паралельно, діаметр проводів 2мм. Вторинна обмотка має від 200 до 300 витків дроту діаметром 0,5 мм. При включенні інвертора схема відразу починає працювати, варто лише підлаштувати частоту, що дорівнює частоті електричної мережі. Найчастіше схема інвертора підійде для живлення електричних ламп, нагрівальних елементів невеликої потужності тощо.

Микола Петрушов

TL494, що це за "звір" такий?

TL494 (Texas Instruments) - це, напевно, найпоширеніший ШІМ-контролер, на базі якого створювалася основна маса комп'ютерних блоків живлення, і силові частини різних побутових приладів.
Та й зараз ця мікросхема досить популярна серед радіоаматорів, які займаються побудовою імпульсних блоків живлення. Вітчизняний аналог цієї мікросхеми – М1114ЕУ4 (КР1114ЕУ4). Крім того, ще різні зарубіжні фірми випускають цю мікросхему з різними назвами. Наприклад, IR3M02 (Sharp), KA7500 (Samsung), MB3759 (Fujitsu). Все це та сама мікросхема.
Вік її набагато молодший TL431. Випускатися він почала фірмою Texas Instruments десь із кінця 90-х – початку 2000-х років.
Давайте разом спробуємо розібратися, що вона собою являє і що це за "звір" такий? Розглядатимемо ми мікросхему TL494 (Texas Instruments).

І так, спочатку подивимося, що в неї всередині.

склад.

У її складі є:
- генератор пилкоподібної напруги (ДПН);
- компаратор регулювання мертвого часу (DA1);
- компаратор регулювання ШІМ (DA2);
- підсилювач помилки 1 (DA3), використовується в основному за напругою;
- підсилювач помилки 2 (DA4), що використовується в основному за сигналом обмеження струму;
- стабільне джерело опорної напруги (ІОН) на 5В із зовнішнім висновком 14;
- Схема управління роботою вихідного каскаду.

Потім всі її складові ми звичайно розглянемо і постараємося розібратися, навіщо все це потрібно і як все це працює, але для початку необхідно буде навести її робочі параметри (характеристики).

Параметри	мін.	Макс.	Од. Змін.
V CC Напруга живлення	7	40	У
V I Напруга на вході підсилювача	-0,3	V CC - 2	У
V O Напруга на колекторі		40	У
Струм колектора (кожного транзистора)		200	мА
Струм зворотного зв'язку		0,3	мА
f OSC Частота генератора	1	300	кГц
C T Ємність конденсатора генератора	0,47	10000	нФ
R T Опір резистора генератора	1,8	500	кому
T A Робоча температура TL494C TL494I	0	70	°C
T A Робоча температура TL494C TL494I	-40	85	°C

Граничні характеристики наступні;

Напруга живлення................................................ .....41В

Вхідна напруга підсилювача .................................... (Vcc + 0.3)

Вихідна напруга колектора................................41В

Вихідний струм колектора.............................................250мА

Загальна потужність розсіювання в безперервному режимі.

Розташування та призначення висновків мікросхеми.

Висновок 1

Не інвертуючий (позитивний) вхід підсилювача ошибки 1.
Якщо вхідна напруга на ньому буде нижчою, ніж напруга на виводі 2, то на виході цього підсилювача помилки 1, напруги не буде (вихід матиме низький рівень) і він не буде впливати на ширину (скважність) вихідних імпульсів.
Якщо на цьому виводі напруга буде вищою, ніж на виводі 2, то на виході цього підсилювача 1, з'явиться напруга (вихід підсилювача 1, матиме високий рівень) і ширина (шпаровість) вихідних імпульсів буде зменшуватися тим більше, чим вище вихідна напруга цього підсилювача (Максимум 3,3 вольта).

Висновок 2

Це інвертуючий (негативний) вхід підсилювача сигналу 1 помилки.
Якщо вхідна напруга на цьому висновку вище, ніж на виведенні 1, на виході підсилювача помилки напруги не буде (вихід матиме низький рівень) і він не буде впливати на ширину (шпаровість) вихідних імпульсів.
Якщо ж напруга цьому висновку нижче, ніж виведенні 1, вихід підсилювача матиме високий рівень.

Підсилювач помилки, це звичайний ОУ з коефіцієнтом посилення порядку = 70..95дБ за постійною напругою (Ку = 1 на частоті 350 кГц). Діапазон вхідної напруги ОУ простягається від -0.3В і до напруги живлення, мінус 2В. Тобто максимальна вхідна напруга має бути нижчою за напругу живлення мінімум на два вольти.

Висновок 3

Це виходи підсилювачів помилки 1 і 2, з'єднаних із цим висновком через діоди (схема АБО). Якщо напруга на виході будь-якого підсилювача змінюється з низького на високий рівень, то на виведенні 3 воно також переходить у високий.
Якщо напруга на цьому висновку перевищить 3,3, то імпульси на виході мікросхеми пропадають (нульова шпаруватість).
Якщо напруга на цьому виведенні близько до 0, тоді тривалість вихідних імпульсів (шпаруватість) буде максимальна.

Висновок 3 зазвичай використовується для забезпечення ОС підсилювачів, але якщо це необхідно, висновок 3 може бути використаний і в якості вхідного, для забезпечення зміни ширини імпульсів.
Якщо напруга на ньому висока (> ~ 3,5), то імпульси на виході МС будуть відсутні. Блок живлення не запуститься за жодних обставин.

Висновок 4

Він керує діапазоном зміни "мертвого" часу (англ. Dead-Time Control), в принципі це та сама шпаруватість.
Якщо напруга на ньому буде близько до 0, то на виході мікросхеми будуть, як мінімально можливі, так і максимальні по ширині імпульси, що може задаватися іншими вхідними сигналами (підсилювачі помилок, висновок 3).
Якщо напруга на цьому висновку буде близько 1,5 В, то ширина вихідних імпульсів буде в районі 50% їх максимальної ширини.
Якщо напруга на цьому висновку перевищить 3,3, то імпульси на виході МС будуть відсутні. Блок живлення не запуститься за жодних обставин.
Але варто не забувати, що при збільшенні "мертвого" часу діапазон регулювання ШИМ буде зменшуватися.

Змінюючи напругу на виведенні 4, можна задавати фіксовану ширину "мертвого" часу (R-R дільником), здійснити БП режим м'якого старту (R-C ланцюжком), забезпечити дистанційне вимикання МС (ключ), а також можна використовувати цей висновок, як лінійний керуючий вхід.

Давайте розглянемо (для тих, хто не знає), що таке "мертве" час і для чого воно потрібне.
Працюючи двотактної схеми БП, імпульси по черзі подаються з виходів мікросхеми на бази (затвори) вихідних транзисторів. Так як будь-який транзистор - інерційний елемент, він не може миттєво закритися (відкритися) при знятті (подачі) сигналу з бази (затвора) вихідного транзистора. І якщо на вихідні транзистори подавати імпульси без "мертвого" часу (тобто з одного імпульсу зняти і на другий відразу подати), може настати такий момент, коли один транзистор не встигне закритися, а другий уже відкрився. Тоді весь струм (називається наскрізний струм) потече через обидва відкритих транзистори минаючи навантаження (обмотку трансформатора), і оскільки він ні чим не буде обмежений, вихідні транзистори миттєво вийдуть з ладу.
Щоб таке не сталося, необхідно після закінчення одного імпульсу і до початку наступного - пройшов якийсь певний час, достатній для надійного закриття вихідного транзистора, з входу якого знятий керуючий сигнал.
Цей час і називається "мертвим" часом.

Так, ще якщо подивитися малюнок зі складом мікросхеми, то бачимо, що висновок 4 з'єднаний з входом компаратора регулювання мертвим часом (DA1) через джерело напруги, величиною 0,1-0,12 В. Для чого це зроблено?
Це якраз і зроблено для того, щоб максимальна ширина (шпаровість) вихідних імпульсів ніколи не дорівнювала 100%, для забезпечення безпечної роботи вихідних (вихідного) транзисторів.
Тобто якщо "посадити" висновок 4 на загальний провід, то на вході компаратора DA1 все одно не буде нульової напруги, а буде напруга саме цієї величини (0,1-0,12) і імпульси з генератора пилкоподібної напруги (ГПН) з'являться на виході мікросхеми тільки тоді, коли їхня амплітуда на виведенні 5 перевищить цю напругу. Тобто, мікросхема має фіксований максимальний поріг шпаруватості вихідних імпульсів, який не перевищить для однотактного режиму роботи вихідного каскаду 95-96%, і для двотактного режиму роботи вихідного каскаду - 47,5-48%.

Висновок 5

Це висновок ДПН, він призначений для підключення до нього конденсатора, що задає час Ct, другий кінець якого приєднується до загального проводу. Місткість його вибирається зазвичай від 0,01 мкФ до 0,1 мкФ, залежно від вихідної частоти ГПН імпульсів ШІМ-контролера. Як правило, тут використовуються конденсатори високої якості.
Вихідну частоту ДПН можна контролювати на цьому висновку. Розмах вихідної напруги генератора (амплітуда вихідних імпульсів) десь у районі 3-х вольт.

Висновок 6

Теж висновок ГПН, призначений для підключення до нього резистора Rt, що вчасно-задає, другий кінець якого приєднується до загального проводу.
Величини Rt і Ct визначають вихідну частоту ДПН і розраховуються за формулою для однотактного режиму роботи;

Для двотактного режиму роботи формула має такий вигляд;

Для ШІМ-контролерів інших фірм частота розраховується за такою ж формулою, за винятком - цифру 1 необхідно буде поміняти на 1,1.

Висновок 7

Він приєднується до загального дроту схеми пристрою на ШІМ-контролері.

Висновок 8

У складі мікросхеми є вихідний каскад із двома вихідними транзисторами, які є її вихідними ключами. Висновки колекторів та емітерів цих транзисторів вільні, і тому залежно від необхідності, ці транзистори можна включати до схеми для роботи як із загальним емітером, так і із загальним колектором.
Залежно від напруги на виводі 13 цей вихідний каскад може працювати як в двотактному режимі роботи, так і в однотактному. В однотактному режимі роботи ці транзистори можна з'єднувати паралельно збільшення струму навантаження, що зазвичай роблять.
Так ось, висновок 8, це висновок колектора 1 транзистора.

Висновок 9

Це висновок емітера транзистора 1.

Висновок 10

Це висновок емітера транзистора 2.

Висновок 11

Це колектор транзистора 2.

Висновок 12

До цього висновку приєднується "плюс" джерела живлення TL494CN.

Висновок 13

Це висновок вибору режиму роботи вихідного каскаду. Якщо цей висновок підключити до спільного дроту, вихідний каскад працюватиме однотактному режимі. Вихідні сигнали на виводах транзисторних ключів будуть однаковими.
Якщо подати цей висновок напруга +5 (з'єднати між собою висновки 13 і 14), вихідні ключі працюватимуть у двотактному режимі. Вихідні сигнали на висновках транзисторних ключів будуть протифазними і частота вихідних імпульсів буде вдвічі меншою.

Висновок 14

Це вихід стабільного Істільника Пропорного Ннапруги (ІОН), З вихідною напругою +5 В і вихідним струмом до 10 мА, яке може бути використане як зразкове для порівняння в підсилювачах помилки, та в інших цілях.

Висновок 15

Він працює так само, як і висновок 2. Якщо другий підсилювач помилки не використовується, то висновок 15 просто підключають до 14-го виводу (опорна напруга +5).

Висновок 16

Він працює так само, як і висновок 1. Якщо другий підсилювач помилки не використовується, його зазвичай підключають до загального проводу (висновок 7).
З висновком 15, підключеним до +5 і висновком 16, підключеним до загального дроту, вихідна напруга другого підсилювача відсутня, тому він не впливає на роботу мікросхеми.

Принцип роботи мікросхеми.

Так як працює ШІМ-контролер TL494.
Вище ми докладно розглянули призначення висновків цієї мікросхеми та яку функцію виконують.
Якщо все це ретельно проаналізувати, то з цього стає ясно, як працює ця мікросхема. Але ще раз дуже коротко опишу принцип її роботи.

При типовому включенні мікросхеми та подачі на неї живлення (мінус на висновок 7, плюс на висновок 12), ГПН починає виробляти пилкоподібні імпульси, амплітудою близько 3-х вольт, частота яких залежить від підключених З і R до висновків 5 і 6 мікросхеми.
Якщо величина керуючих сигналів (на виводі 3 і 4) менше 3-х вольт, то на вихідних ключах мікросхеми з'являються прямокутні імпульси, ширина яких залежить від величини керуючих сигналів на виводі 3 і 4.
Тобто в мікросхемі йде порівняння позитивної пилкоподібної напруги з конденсатора Ct (C1) з будь-яким із двох керуючих сигналів.
Логічні схеми управління вихідними транзисторами VT1 і VT2 відкривають їх тільки тоді, коли напруга пилкоподібних імпульсів вище сигналів управління. І чим більша ця різниця, тим ширший вихідний імпульс (більше шпаруватість).
Керуюча напруга на виводі 3 у свою чергу залежить від сигналів на входах операційних підсилювачів (підсилювачів помилок), які можуть контролювати вихідну напругу і вихідний струм БП.

Таким чином, збільшення або зменшення величини якогось керуючого сигналу, викликає відповідно лінійне зменшення або збільшення ширини імпульсів напруги на виходах мікросхеми.
В якості керуючих сигналів, як вже було сказано вище, може бути використана напруга з виведення 4 (керування «мертвим часом»), підсилювачі входи помилки або вхід сигналу зворотного зв'язку безпосередньо з виведення 3.

Теорія, як кажуть теорією, але набагато краще все це подивитися і "помацати" на практиці, тому зберемо на макетній платі наступну схемку і подивимося на власні очі, як все це працює.

Найпростіший і найшвидший спосіб - зібрати все це на макетній платі. Так, мікросхему я поставив КА7500. Висновок "13" мікросхеми посадив на загальний провід, тобто у нас вихідні ключі працюватимуть в однотактному режимі (сигнали на транзисторах будуть однаковими), а частота повторення вихідних імпульсів буде відповідати частоті пилкоподібної напруги ГПН.

Осцилограф я підключив до наступних контрольних точок:
- Перший промінь до виведення "4", для контролю постійної напруги на цьому виводі. Знаходиться у центрі екрана на нульовій лінії. Чутливість - 1 вольт на поділ;
- Другий промінь до виведення "5", для контролю пилкоподібної напруги ДПН. Знаходиться він так само на нульовій лінії (поєднані обидва промені) у центрі осцилографа і з такою самою чутливістю;
- третій промінь на вихід мікросхеми до висновку "9", для контролю імпульсів на виході мікросхеми. Чутливість променя 5 вольт на поділ (0,5 вольт плюс дільник на 10). Знаходиться у нижній частині екрана осцилографа.

Забув сказати, що вихідні ключі мікросхеми підключені із загальним колектором. Інакше сказати - за схемою емітерного повторювача. Чому повторювач? Тому що сигнал на емітері транзистора точно повторює сигнал бази, щоб нам все було добре видно.
Якщо знімати сигнал з колектора транзистора, він буде інвертований (перевернутий) стосовно сигналу бази.
Подаємо харчування на мікросхему і дивимося, що у нас є на висновках.

На четвертій ніжці у нас нуль (бігунок підстроювального резистора в крайньому нижньому положенні) перший промінь знаходиться на нульовій лінії в центрі екрану. Підсилювачі помилки також не працюють.
На п'ятій ніжці ми бачимо пилкоподібну напругу ГПН (другий промінь), амплітудою трохи більше 3-х вольт.
На виході мікросхеми (висновок 9) ми бачимо прямокутні імпульси, амплітудою близько 15 вольт і максимальної ширини (96%). Крапки в нижній частині екрану - це фіксований поріг шпаруватості і є. Щоб його було краще видно, увімкнемо розтяжку на осцилографі.

Ну ось, тепер видно краще. Це саме час, коли амплітуда імпульсу падає до нуля і вихідний транзистор закритий цей короткий час. Рівень нуля для цього променя у нижній частині екрана.
Ну що, давайте додамо напругу на висновок "4" і подивимося, що у нас виходить.

На виведенні "4" підстроювальним резистором я встановив постійну напругу величиною 1 вольт, перший промінь піднявся на один розподіл (пряма лінія на екрані осцилографа). Що ми бачимо? Мертвий час збільшився (зменшилася шпаруватість), це пунктирна лінія в нижній частині екрану. Тобто вихідний транзистор закритий на якийсь час вже приблизно на половину тривалості самого імпульсу.
Додамо ще один вольт підстроювальним резистором на виведення "4" мікросхеми.

Ми, що перший промінь піднявся ще одне поділ вгору, тривалість вихідних імпульсів стала ще менше (1/3 від тривалості всього імпульсу), а мертвий час (час закриття вихідного транзистора) збільшилося до двох третьої. Тобто наочно видно, що логіка мікросхеми порівнює рівень сигналу ДПН з рівнем керуючого сигналу, і пропускає на вихід тільки той сигнал ДПН, рівень якого вище керуючого сигналу.

Щоб стало ще зрозуміліше - тривалість (ширина) вихідних імпульсів мікросхеми буде такою, якою є тривалість (ширина) вихідних імпульсів пилкоподібної напруги, що знаходяться вище за рівень керуючого сигналу (вища за пряму лінію на екрані осцилографа).

Йдемо далі, додаємо ще один вольт на виведення "4" мікросхеми. Що ми бачимо? На виході мікросхеми дуже короткі імпульси, шириною приблизно такі ж, як і виступають вище прямий лінії верхівки пилкоподібної напруги. Включимо розтяжку на осцилографі, щоб імпульс було краще видно.

Ось, ми бачимо короткий імпульс, протягом якого вихідний транзистор буде відкритий, а решту часу (нижня лінія на екрані) буде закрито.
Ну що спробуємо підняти напругу на виведенні "4" ще більше. Ставимо підстроювальним резистором напруга на виведенні вище рівня пилкоподібної напруги ДНН.

Ну все, БП у нас перестане працювати, тому що на виході повний "штиль". Вихідних імпульсів немає, тому що на керуючому виведенні "4" у нас постійна напруга рівнем більше 3,3 вольта.
Абсолютно те саме буде, якщо подавати керуючий сигнал і на висновок "3", або на який-небудь підсилювач помилки. Кому цікаво, можете самі перевірити досвідченим шляхом. Причому, якщо керуючі сигнали відразу на всіх керуючих висновках, керувати мікросхемою (переважати), буде сигнал з того керуючого висновку, амплітуда якого більше.

Ну що, спробуємо відключити висновок "13" від загального дроту і приєднати його до виведення "14", тобто переключити режим роботи вихідних ключів з однотактного на двотактний. Побачимо, що в нас вийде.

Підстроювальним резистором виводимо знову напругу на виведенні "4" на нуль. Включаємо живлення. Що ми бачимо?
На виході мікросхеми також присутні прямокутні імпульси максимальної тривалості, але їх частота прямування стала вдвічі меншою за частоту пилкоподібних імпульсів.
Такі самі імпульси будуть і на другому ключовому транзисторі мікросхеми (висновок 10), з тією різницею, що вони будуть зсунуті за часом щодо цих на 180 градусів.
Тут також є максимальний поріг шпаруватості (2%). Зараз його не видно, потрібно підключати 4-й промінь осцилографа і поєднувати разом два вихідні сигнали. Щупа четвертого немає під рукою, тож цього не зробив. Хто хоче, перевірте практично самі, щоб у цьому переконатись.

У такому режимі мікросхема працює так само, як і в однотактному режимі, лише з тією різницею, що максимальна тривалість вихідних імпульсів не перевищуватиме 48% від загальної тривалості імпульсу.
Так що довго розглядати цей режим ми не будемо, а просто подивимося, які у нас будуть імпульси при напрузі на виведенні "4" у два вольти.

Піднімаємо напругу підстроювальним резистором. Ширина вихідних імпульсів зменшилася до 1/6 загальної тривалості імпульсу, тобто також рівно вдвічі, ніж у однотактному режимі роботи вихідних ключів (там у 1/3 разу).
На виведенні другого транзистора (висновок 10) будуть такі самі імпульси, тільки зрушені за часом на 180 градусів.
Ну ось у принципі ми і розібрали роботу ШІМ контролера.

Ще з висновку "4". Як говорилося раніше, цей висновок можна використовувати для "м'якого" старту блоку живлення. Як це організувати?
Дуже просто. Для цього підключаємо до виводу "4" RC ланцюжок. Ось наприклад фрагмент схеми:

Як тут працює "м'який старт"? Дивимося схему. Конденсатор С1 через резистор R5 підключений до ІОН (+5 вольт).
При подачі живлення на мікросхему (висновок 12) на виведенні 14 з'являється +5 вольт. Починає заряджатися конденсатор С1. Через резистор R5 протікає зарядний струм конденсатора, в момент включення він максимальний (конденсатор розряджений) і на резистори виникає падіння напруги 5 вольт, яке подається на висновок "4". Ця напруга, як ми вже з'ясували досвідченим шляхом, забороняє проходження імпульсів вихід мікросхеми.
У міру заряду конденсатора, зарядний струм зменшується і відповідно зменшується падіння напруги на резисторі. Напруга на виведенні "4" також зменшується і на виході мікросхеми починають з'являтися імпульси, тривалість яких поступово збільшується (у міру заряду конденсатора). Коли конденсатор повністю зарядиться - зарядний струм припиняється, напруга на виведенні "4" стає близько до нуля, і виведення "4" більше не впливає на тривалість вихідних імпульсів. Блок живлення виходить у свій робочий режим.
Природно Ви здогадалися, що час запуску БП (виходу на робочий режим) залежатиме від величини резистора і конденсатора, і їх підбором можна буде регулювати цей час.

Ну ось, це коротко вся теорія і практика, і нічого тут особливо складного немає, і якщо Ви зрозумієте і розберетеся в роботі цього ШІМ-у, то Вам не важко розібратися і зрозуміти роботу інших ШІМ-ів.

Бажаю всім удачі.

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.