TL494 (Texas Instruments) — это наверное самый распространённый ШИМ-контроллер, на базе которого создавалась основная масса компьютерных блоков питания, и силовые части различных бытовых приборов.
Да и сейчас эта микросхема довольно популярна среди радиолюбителей, занимающихся построением импульсных блоков питания. Отечественный аналог этой микросхемы — М1114ЕУ4 (КР1114ЕУ4). Кроме того ещё разные зарубежные фирмы выпускают данную микросхему с разными названиями. Например IR3M02 (Sharp), KA7500 (Samsung), MB3759 (Fujitsu). Всё это одна и та же микросхема.
Возраст её гораздо моложе TL431. Выпускаться он начала фирмой Texas Instruments где то с конца 90-х — начала 2000-х годов.
Давайте-ка вместе попробуем разобраться, что она из себя представляет и что это за «зверь» такой? Рассматривать мы будем микросхему TL494 (Texas Instruments).
И так, для начала посмотрим, что у неё внутри.
Состав.
В её составе имеется:
— генератор пилообразного напряжения (ГПН);
— компаратор регулировки мертвого времени (DA1);
— компаратор регулировки ШИМ (DA2);
— усилитель ошибки 1 (DA3), используется в основном по напряжению;
— усилитель ошибки 2 (DA4), используется в основном по сигналу ограничения тока;
— стабильный источник опорного напряжения (ИОН) на 5В с внешним выводом 14;
— схема управления работой выходного каскада.
Потом все её составные части мы конечно рассмотрим и постараемся разобраться, для чего всё это нужно и как всё это работает, но для начала необходимо будет привести её рабочие параметры (характеристики).
Рекомендуемые рабочие параметры.
| Параметры | Мин. | Макс. | Ед. Изм. |
| VCC Напряжение питания | 7 | 40 | В |
| VI Напряжение на входе усилителя | -0,3 | VCC – 2 | В |
| VO Напряжение на коллекторе | 40 | В | |
| Ток коллектора (каждого транзистора) | 200 | мА | |
| Ток обратной связи | 0,3 | мА | |
| fOSC Частота генератора | 1 | 300 | кГц |
| CT Емкость конденсатора генератора | 0,47 | 10000 | нФ |
| RT Сопротивление резистора генератора | 1,8 | 500 | кОм |
| TA Рабочая температура TL494C TL494I |
0 | 70 | °C |
| -40 | 85 | °C |
Предельные её характеристики следующие;
Напряжение питания……………………………………………..41В
Входное напряжение усилителя………………………………(Vcc+0.3)В
Выходное напряжение коллектора…………………………..41В
Выходной ток коллектора………………………………………250мА
Общая мощность рассеивания в непрерывном режиме….1Вт
Расположение и назначение выводов микросхемы.
Вывод 1
Это не инвертирующий (положительный) вход усилителя ошибки 1.
Если входное напряжение на нём будет ниже, чем напряжение на выводе 2, то на выходе этого усилителя ошибки 1, напряжения не будет (выход будет иметь низкий уровень) и он не будет оказывать никакого влияния на ширину (скважность) выходных импульсов.
Если на этом выводе напряжение будет выше, чем на выводе 2, то на выходе этого усилителя 1, появится напряжение (выход усилителя 1, будет иметь высокий уровень) и ширина (скважность) выходных импульсов будет уменьшаться тем больше, чем выше выходное напряжение этого усилителя (максимум 3,3 вольта).
Вывод 2
Это инвертирующий (отрицательный) вход усилителя сигнала ошибки 1.
Если входное напряжение на этом выводе выше, чем на выводе 1, на выходе усилителя ошибки напряжения не будет (выход будет иметь низкий уровень) и он не будет оказывать никакого влияния на ширину (скважность) выходных импульсов.
Если же напряжение на этом выводе ниже, чем на выводе 1, выход усилителя будет иметь высокий уровень.
Усилитель ошибки, это обычный ОУ с коэффициентом усиления порядка = 70..95дБ по постоянному напряжению, (Ку = 1 на частоте 350 кГц). Диапазон входных напряжений ОУ простирается от -0.3В и до напряжения питания, минус 2В. То есть максимальное входное напряжение должно быть ниже напряжения питания минимум на два вольта.
Вывод 3
Это выходы усилителей ошибки 1 и 2, соединённых с этим выводом через диоды (схема ИЛИ). Если напряжение на выходе какого-либо усилителя меняется с низкого на высокий уровень, то на выводе 3 оно также переходит в высокий.
Если напряжение на этом выводе превысит 3,3 В, то импульсы на выходе микросхемы пропадают (нулевая скважность).
Если напряжение на этом выводе близко к 0 В, тогда длительность выходных импульсов (скважность) будет максимальна.
Вывод 3 обычно используется для обеспечения ОС усилителей, но если это необходимо, то вывод 3 может быть использован и в качестве входного, для обеспечения изменения ширины импульсов.
Если напряжение на нем высокое (> ~ 3,5 В), то импульсы на выходе МС будут отсутствовать. Блок питания не запустится ни при каких обстоятельствах.
Вывод 4
Он управляет диапазоном изменения «мёртвого» времени (англ. Dead-Time Control), в принципе это та же самая скважность.
Если напряжение на нем будет близко к 0 В, то на выходе микросхемы будут, как минимально возможные, так и максимальные по ширине импульсы, что соответственно может задаваться другими входными сигналами (усилители ошибок, вывод 3).
Если напряжение на этом выводе будет около 1,5 В, то ширина выходных импульсов будет в районе 50% от их максимальной ширины.
Если напряжение на этом выводе превысит 3,3 В, то импульсы на выходе МС будут отсутствовать. Блок питания не запустится ни при каких обстоятельствах.
Но стоит не забывать, что при увеличении «мёртвого» времени, диапазон регулировки ШИМ будет уменьшаться.
Изменяя напряжение на выводе 4, можно задавать фиксированную ширину «мёртвого» времени (R-R делителем), осуществить в БП режим мягкого старта (R-C цепочкой), обеспечить дистанционное выключение МС (ключ), а также можно использовать этот вывод, как линейный управляющий вход.
Давайте рассмотрим (для тех, кто не знает), что такое «мёртвое» время и для чего оно нужно.
При работе двухтактной схемы БП, импульсы поочерёдно подаются с выходов микросхемы на базы (затворы) выходных транзисторов. Так как любой транзистор — элемент инерционный, он не может мгновенно закрыться (открыться) при снятии (подаче) сигнала с базы (затвора) выходного транзистора. И если на выходные транзисторы подавать импульсы без «мёртвого» времени (то есть с одного импульс снять и на второй сразу подать), может наступить такой момент, когда один транзистор не успеет закрыться, а второй уже открылся. Тогда весь ток (называется сквозной ток) потечёт через оба открытых транзистора минуя нагрузку (обмотку трансформатора), и так как он ни чем не будет ограничен, выходные транзисторы мгновенно выйдут из строя.
Чтобы такое не произошло, необходимо после окончания одного импульса и до начала следующего — прошло какое-то определённое время, достаточное для надёжного закрытия того выходного транзистора, со входа которого снят управляющий сигнал.
Это время и называется «мёртвым» временем.
Да, ещё если посмотреть рисунок с составом микросхемы, то мы видим, что вывод 4 соединён со входом компаратора регулировки мертвым временем (DA1) через источник напряжения, величиной 0,1-0,12 В. Для чего это сделано?
Это как раз и сделано для того, чтобы максимальная ширина (скважность) выходных импульсов никогда не была равна 100%, для обеспечения безопасной работы выходных (выходного) транзисторов.
То есть если «посадить» вывод 4 на общий провод, то на входе компаратора DA1 всё равно не будет нулевого напряжения, а будет напряжение как раз этой величины (0,1-0,12 В) и импульсы с генератора пилообразного напряжения (ГПН) появятся на выходе микросхемы только тогда, когда их амплитуда на выводе 5, превысит это напряжение. То есть микросхема имеет фиксированный максимальный порог скважности выходных импульсов, который не превысит для однотактного режима работы выходного каскада 95-96%, и для двухтактного режима работы выходного каскада — 47,5-48%.
Вывод 5
Это вывод ГПН, он предназначен для подключения к нему времязадающего конденсатора Ct, второй конец которого подсоединяется к общему проводу. Ёмкость его выбирается обычно от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ, в зависимости от выходной частоты ГПН импульсов ШИМ-контроллера. Как правило здесь используются конденсаторы высокого качества.
Выходную частоту ГПН можно как раз контролировать на этом выводе. Размах выходного напряжения генератора (амплитуда выходных импульсов) где-то в районе 3-х вольт.
Вывод 6
Тоже вывод ГПН, предназначенный для подключения к нему врямя-задающего резистора Rt, второй конец которого подсоединяется к общему проводу.
Величины Rt и Ct определяют выходную частоту ГПН, и рассчитываются по формуле для однотактного режима работы;
Где F, R, C — кГц, кОм, мкФ. Для двухтактного режима работы формула имеет следующий вид;
Для ШИМ-контроллеров других фирм, частота рассчитывается по такой же формуле, за исключением — цифру 1 необходимо будет поменять на 1,1.
Вывод 7
Он присоединяется к общему проводу схемы устройства на ШИМ-контроллере.
Вывод 8
В составе микросхемы имеется выходной каскад с двумя выходными транзисторами, которые являются ее выходными ключами. Выводы коллекторов и эмиттеров этих транзисторов свободные, и поэтому в зависимости от необходимости, эти транзисторы можно включать в схему для работы как с общим эмиттером, так и с общим коллектором.
В зависимости от напряжения на выводе 13, этот выходной каскад может работать как в двухтактном режиме работы, так и в однотактном. В однотактном режиме работы эти транзисторы можно соединять параллельно для увеличения тока нагрузки, что обычно и делают.
Так вот, вывод 8, это вывод коллектора транзистора 1.
Вывод 9
Это вывод эмиттера транзистора 1.
Вывод 10
Это вывод эмиттера транзистора 2.
Вывод 11
Это коллектор транзистора 2.
Вывод 12
К этому выводу подсоединяется «плюс» источника питания TL494CN.
Вывод 13
Это вывод выбора режима работы выходного каскада. Если этот вывод подсоединить к общему проводу, выходной каскад будет работать в однотактном режиме. Выходные сигналы на выводах транзисторных ключей будут одинаковыми.
Если подать на этот вывод напряжение +5 В (соединить между собой выводы 13 и 14), то выходные ключи будут работать в двухтактном режиме. Выходные сигналы на выводах транзисторных ключей будут противофазны и частота выходных импульсов будет в два раза меньше.
Вывод 14
Это выход стабильного Источника Опорного Напряжения (ИОН), С выходным напряжением +5 В и выходным током до 10 мА, которое может быть использовано в качестве образцового для сравнения в усилителях ошибки, и в других целях.
Вывод 15
Он работает точно так же, как и вывод 2. Если второй усилитель ошибки не используется, то вывод 15 просто подключают к 14-му выводу (опорное напряжение +5 В).
Вывод 16
Он работает так же, как и вывод 1. Если второй усилитель ошибки не используется, то его обычно подключают к общему проводу (вывод 7).
С выводом 15, подключенным к +5 В и выводом 16, подключенным к общему проводу, выходное напряжение второго усилителя отсутствует, поэтому он не оказывает никакого влияния на работу микросхемы.
Принцип работы микросхемы.
Так как же работает ШИМ-контроллер TL494.
Выше мы подробно рассмотрели назначение выводов этой микросхемы и какую функцию они выполняют.
Если всё это тщательно проанализировать, то из всего этого становится ясно, как работает эта микросхема. Но я ещё раз очень кратко опишу принцип её работы.
При типовом включении микросхемы и подаче на неё питания (минус на вывод 7, плюс на вывод 12), ГПН начинает вырабатывать пилообразные импульсы, амплитудой около 3-х вольт, частота которых зависит от подключенных С и R к выводам 5 и 6 микросхемы.
Если величина управляющих сигналов (на выводе 3 и 4) меньше 3-х вольт, то на выходных ключах микросхемы появляются прямоугольные импульсы, ширина которых (скважность) зависит от величины управляющих сигналов на выводе 3 и 4.
То есть в микросхеме идёт сравнение положительного пилообразного напряжения с конденсатора Ct (C1) с любым из двух управляющих сигналов.
Логические схемы управления выходными транзисторами VT1 и VT2, открывают их только тогда, когда напряжение пилообразных импульсов выше сигналов управления. И чем больше эта разница, тем шире выходной импульс (больше скважность).
Управляющее напряжение на выводе 3 в свою очередь зависит от сигналов на входах операционных усилителей (усилителей ошибок), которые в свою очередь могут контролировать выходное напряжение и выходной ток БП.
Таким образом, увеличение или уменьшение величины какого либо управляющего сигнала, вызывает соответственно линейное уменьшение или увеличение ширины импульсов напряжения на выходах микросхемы.
В качестве управляющих сигналов, как уже было сказано выше, может быть использовано напряжение с вывода 4 (управление «мертвым временем»), входы усилителей ошибки или вход сигнала обратной связи непосредственно с вывода 3.
Теория, как говорится теорией, но гораздо будет лучше всё это посмотреть и «пощупать» на практике, поэтому соберём на макетной плате следующую схемку и посмотрим воочию, как всё это работает.
Самый простой и быстрый способ — собрать всё это на макетной плате. Да, микросхему я поставил КА7500. Вывод «13» микросхемы посадил на общий провод, то есть у нас выходные ключи будут работать в однотактном режиме (сигналы на транзисторах будут одинаковыми), а частота повторения выходных импульсов, будет соответствовать частоте пилообразного напряжения ГПН.
Осциллограф я подключил к следующим контрольным точкам:
— Первый луч к выводу «4», для контроля постоянного напряжения на этом выводе. Находится в центре экрана на нулевой линии. Чувствительность — 1 вольт на деление;
— Второй луч к выводу «5», для контроля пилообразного напряжения ГПН. Находится он так же на нулевой линии (совмещены оба луча) в центре осциллографа и с такой же чувствительностью;
— Третий луч на выход микросхемы к выводу «9», для контроля импульсов на выходе микросхемы. Чувствительность луча 5 вольт на деление (0,5 вольт, плюс делитель на 10). Находится в нижней части экрана осциллографа.
Забыл сказать, выходные ключи микросхемы подключены с общим коллектором. По другому сказать — по схеме эмиттерного повторителя. Почему повторителя? Потому что сигнал на эмиттере транзистора в точности повторяет сигнал базы, чтобы нам всё было хорошо видно.
Если снимать сигнал с коллектора транзистора, то он будет инвертирован (перевёрнут) по отношению к сигналу базы.
Подаём питание на микросхему и смотрим что у нас имеется на выводах.
На четвёртой ножке у нас ноль (бегунок подстроечного резистора в крайнем нижнем положении), первый луч находится на нулевой линии в центре экрана. Усилители ошибки тоже не работают.
На пятой ножке мы видим пилообразное напряжение ГПН (второй луч), амплитудой чуть больше 3-х вольт.
На выходе микросхемы (вывод 9) мы видим прямоугольные импульсы, амплитудой около 15-ти вольт и максимальной ширины (96%). Точки в нижней части экрана — это как раз фиксированный порог скважности и есть. Чтобы его было лучше видно, включим растяжку на осциллографе.
Ну вот, сейчас видно лучше. Это как раз и есть время, когда амплитуда импульса падает до нуля и выходной транзистор закрыт это короткое время. Уровень нуля для этого луча в нижней части экрана.
Ну что, давайте добавим напряжение на вывод «4» и посмотрим что у нас получается.
На выводе «4» подстроечным резистором я установил постоянное напряжение величиной 1 вольт, первый луч поднялся на одно деление (прямая линия на экране осциллографа). Что мы видим? Мёртвое время увеличилось (уменьшилась скважность), это пунктирная линия в нижней части экрана. То есть выходной транзистор закрыт на время уже примерно на половину длительности самого импульса.
Добавим ещё один вольт подстроечным резистором на вывод «4» микросхемы.
Мы видим, что первый луч поднялся ещё на одно деление вверх, длительность выходных импульсов стала ещё меньше (1/3 от длительности всего импульса), а мёртвое время (время закрытия выходного транзистора) увеличилось до двух третьей. То есть наглядно видно, что логика микросхемы сравнивает уровень сигнала ГПН с уровнем управляющего сигнала, и пропускает на выход только тот сигнал ГПН, уровень которого выше управляющего сигнала.
Чтобы стало ещё понятней — длительность (ширина) выходных импульсов микросхемы будет такой, какой является длительность (ширина) выходных импульсов пилообразного напряжения находящихся выше уровня управляющего сигнала (выше прямой линии на экране осциллографа).
Идём дальше, добавляем ещё один вольт на вывод «4» микросхемы. Что мы видим? На выходе микросхемы очень короткие импульсы, по ширине примерно такие же, как и выступающие выше прямой линии верхушки пилообразного напряжения. Включим растяжку на осциллографе, чтобы импульс было лучше видно.
Вот, мы видим короткий импульс, в течении которого выходной транзистор будет открыт, а всё остальное время (нижняя линия на экране) будет закрыт.
Ну что, попробуем поднять напряжение на выводе «4» ещё больше. Ставим подстроечным резистором напряжение на выводе выше уровня пилообразного напряжения ГПН.
Ну всё, БП у нас перестанет работать, так как на выходе полный «штиль». Выходных импульсов нет, так как на управляющем выводе «4» у нас постоянное напряжение уровнем больше 3,3 вольта.
Абсолютно то же самое будет, если подавать управляющий сигнал и на вывод «3», или на какой либо усилитель ошибки. Кому интересно, можете сами проверить опытным путём. Притом, если управляющие сигналы будут сразу на всех управляющих выводах, управлять микросхемой (преобладать), будет сигнал с того управляющего вывода, амплитуда которого больше.
Ну что, давайте попробуем отключить вывод «13» от общего провода и подсоединить его к выводу «14», то есть переключить режим работы выходных ключей из однотактного в двухтактный. Посмотрим, что у нас получится.
Подстроечным резистором выводим опять напряжение на выводе «4» на ноль. Включаем питание. Что мы видим?
На выходе микросхемы так же присутствуют прямоугольные импульсы максимальной длительности, но их частота следования стала в два раза меньше частоты пилообразных импульсов.
Такие же самые импульсы будут и на втором ключевом транзисторе микросхемы (вывод 10), с той лишь разницей, что они будут сдвинуты по времени относительно этих на 180 градусов.
Здесь так же присутствует максимальный порог скважности (2%). Сейчас его не видно, нужно подключать 4-й луч осциллографа и совмещать вместе два выходных сигнала. Щупа четвёртого нет под рукой, поэтому этого не сделал. Кто хочет, проверьте практически сами, чтобы в этом удостовериться.
В таком режиме микросхема работает точно так же, как и в однотактном режиме, лишь с той разницей, что максимальная длительность выходных импульсов здесь не будет превышать 48% от общей длительности импульса.
Так что долго рассматривать этот режим мы не будем, а просто посмотрим, какие у нас будут импульсы при напряжении на выводе «4» в два вольта.
Поднимаем напряжение подстроечным резистором. Ширина выходных импульсов уменьшилась до 1/6 общей длительности импульса, то есть тоже ровно в два раза, чем в однотактном режиме работы выходных ключей (там в 1/3 раза).
На выводе второго транзистора (вывод 10) будут такие же импульсы, только сдвинутые по времени на 180 градусов.
Ну вот в принципе мы и разобрали работу ШИМ контроллера.
Ещё по выводу «4». Как говорилось раньше, этот вывод можно использовать для «мягкого» старта блока питания. Как это организовать?
Очень просто. Для этого подключаем к выводу «4» RC цепочку. Вот например фрагмент схемы:
Как здесь работает «мягкий старт»? Смотрим схему. Конденсатор С1 через резистор R5 подключен к ИОН (+5 вольт).
При подаче питания на микросхему (вывод 12), на выводе 14 появляется +5 вольт. Начинает заряжаться конденсатор С1. Через резистор R5 протекает зарядный ток конденсатора, в момент включения он максимальный (конденсатор разряжен) и на резисторе возникает падение напряжения 5 вольт, которое подаётся на вывод «4». Это напряжение, как мы уже выяснили опытным путём, запрещает прохождение импульсов на выход микросхемы.
По мере заряда конденсатора, зарядный ток уменьшается и соответственно уменьшается и падение напряжения на резисторе. Напряжение на выводе «4» также уменьшается и на выходе микросхемы начинают появляться импульсы, длительность которых постепенно увеличивается (по мере заряда конденсатора). Когда конденсатор зарядится полностью — зарядный ток прекращается, напряжение на выводе «4» становится близко к нулю, и вывод «4» больше не оказывает влияния на длительность выходных импульсов. Блок питания выходит на свой рабочий режим.
Естественно Вы догадались, что время запуска БП (выхода его на рабочий режим) будет зависеть от величины резистора и конденсатора, и их подбором можно будет регулировать это время.
Ну вот, это кратко вся теория и практика, и ничего здесь особо сложного нет, и если Вы поймёте и разберётесь в работе этого ШИМ-а, то Вам не составит никакого труда разобраться и понять работу других ШИМ-ов.
Желаю всем удачи.
Форум РадиоКот :: Просмотр темы — Вопрос по усилителям ошибки в TL494.
| Автор: | nogik5 [ Вт май 31, 2016 01:17:29 ] |
| Заголовок сообщения: | Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Сегодня решил почитать еще раз даташит по TL494. Вот текст из даташита на русском. |
| Автор: | Vladlog [ Вт май 31, 2016 01:50:04 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
nogik5 писал(а): это значит на втором также организуется ООС и все будет работать? Там перевод какой-то проблемный. Даже в оригинальном даташите показана возможность подключения ОС на оба усилителя: |
| Автор: | Телекот [ Вт май 31, 2016 08:01:39 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Усилители равноценны но работать будет только один. Как и блок питания может работать только в одном из режимов, стабилизация напряжения или стабилизация тока. Одновременно 2 режима невозможны. |
| Автор: | Vladlog [ Вт май 31, 2016 08:04:58 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Телекот писал(а): Одновременно 2 режима невозможны. Как я понял, автор это понимает. |
| Автор: | Телекот [ Вт май 31, 2016 08:11:53 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Тогда пускай читает только третье предложение. |
| Автор: | nogik5 [ Вт май 31, 2016 09:22:26 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Спасибо. Теперь понятно. А почему в некоторых схемах в интернете с третьей ноги микросхемы не заведена ООС на усилители ошибки, ведь тогда они становятся компараторами? |
| Автор: | Телекот [ Вт май 31, 2016 10:43:02 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Нет ОС получается через весь блок питания. Другое дало что она при этом жутко опаздывает и ОС начинает возбуждаться, появляются писки и жужжания в дросселе. В нормальных схемах обычно вводят частотно зависимую коррекцию местной ОС с выхода усилителя ошибки. |
| Автор: | Starichok51 [ Вт май 31, 2016 11:33:47 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
да, без местной ООС УО превращается в компаратор. |
| Автор: | Телекот [ Вт май 31, 2016 11:41:37 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
У компаратора 2 выходных уровня 0 и 1, промежуточных состояний нет. Это не совсем подходит к данному случаю. Просто медленная общая ОС начинает возбуждаться на частоте где ОС превращается в положительную. На выходе усилителей обычно тогда несколько синусоид разной амплитудой. |
| Автор: | nogik5 [ Вт май 31, 2016 15:28:32 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Спасибо, теперь я все понял. Если я хочу сделать регулятор, то ставлю RC цепь на 3 ногу со 2 или 15 ногой, она не позволит усиливать высокочастотную составляющую из-за которой шим и скачет, также не забываю поставить резистор большего номинала параллельно с RC цепью, для постоянного тока, который заведет ООС по постоянному току, чтобы и по постоянному току усилители ошибки не превращались в компараторы. |
| Автор: | calmikow1988 [ Чт апр 22, 2021 03:55:23 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Здравствуйте. Очень хотелось бы подробней узнать про настройку оос на тл494. Я примерно понимаю что нужно настраивать ачх и фчх. Но не могу разложить все по полочкам. Большая просьба разясните на что влияет уменьшение или увеличение конденсатора и резистора в цепи между 2 и 3 ногой. Может это как-то можно рассчитать или методом перебора это все делается. Кому не сложно поделитесь знаниями. Заранее спасибо |
| Автор: | Телекот [ Чт апр 22, 2021 04:43:04 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Методом подбора. |
| Автор: | calmikow1988 [ Чт апр 22, 2021 06:11:38 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Хорошо метод подбора я понял. Ну а в процессе подбора на что обращать внимание? У Вас здесь у многих большой опыт в данной теме. Как мне узнать запаздывает ли стабилизация и пропускает ли частотные помехи. |
| Автор: | Телекот [ Чт апр 22, 2021 06:42:49 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
У всех разная методика. |
| Автор: | 12943 [ Чт апр 22, 2021 06:50:54 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Монтаж и взаимное расположение не должны быть выполнены с нарушениями известных правил. На этом их ощутимое влияние закончится раз и навсегда. |
| Автор: | Телекот [ Чт апр 22, 2021 06:55:16 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
12943 писал(а): На этом их ощутимое влияние закончится раз и навсегда. Не заканчивается. 12943 писал(а): то нужно научиться работать в симуляторе В этом вопросе симулятор и железо совсем разная вещь. |
| Автор: | pavel2000 [ Чт апр 22, 2021 07:04:04 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
У всех разная методика. Можно поподробнее расписать вашу методику? Как проверяется устойчивость, какие действия выполняются, по шагам? |
| Автор: | Телекот [ Чт апр 22, 2021 07:08:47 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Постепенно увеличиваю ёмкость. пока схема не станет работать устойчива, потом ставлю конденсатор в 2 раза больше и увеличиваю резистор пока схема сохраняет устойчивость. Что здесь не понятного. |
| Автор: | calmikow1988 [ Чт апр 22, 2021 07:38:24 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
|
Спасибо за советы. Будем пробовать.| Автор: | otest [ Чт апр 22, 2021 08:43:06 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Вопрос по усилителям ошибки в TL494. |
|
Всё не понятно Цитата: стремясь получить наименьшую ёмкость….Постепенно увеличиваю ёмкость…потом ставлю конденсатор в 2 раза больше |
| Страница 1 из 5 | Часовой пояс: UTC + 3 часа |
| Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group http://www.phpbb.com/ |
1 Характеристики
- Готовый ШИМ — контроллер
- Незадействованные выводы для 200 мА приемника или источника тока
- Выбор однотактного или двухтактного режима работы
- Внутренняя схема запрещает двойной импульс на выходе
- Изменяемое время задержки обеспечивает контроль всего спектра
- Встроенный стабилизатор выдает 5 В опорного напряжения с допуском 5%
- Архитектура микросхемы позволяет легко синхронизироваться
2 Применение
- Настольные ПК
- Микроволновые печи
- Источники питания: AC/DC; изолированный; с коррекцией коэффициента мощности; >90 Вт
- Серверы БП
- Солнечные микро-преобразователи
- Стиральные машины классов : Low-End и High-End
- Электровелосипеды
- Источники питания: AC/DC; изолированный; без коррекции коэффициента мощности; <90 Вт
- Датчики дыма
- Преобразователи в солнечной энергетике
3 Описание
TL 494 включает в себя все функции необходимые для построения схемы управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на одном кристалле. Предназначенная в основном для управления питанием, она позволяет адаптировать схему к конкретному применению. TL 494 содержит два усилителя ошибки, внутренний регулируемый генератор, компаратор управления длительностью мертвого времени (DTC), импульсно управляемый переключатель, источник опорного напряжения 5В ± 5%, контроль выходной цепи.
Усилители ошибки выдают синфазное напряжение в диапазоне -0.3 В до Vcc — 2 В. Компаратор мертвого времени имеет фиксированное смещение, что дает 5% временную задержку. Внутренний генератор можно обойти путем отключения вывода RT и подключения пилообразного напряжения к CT, что применяется для общих цепей в синхронизации источников питания.
Независимые выходные формирователи на транзисторах дают возможность подключать нагрузку по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя. Выходной каскад микросхем TL493/4/5 работает в однотактном или двухтактном режиме с возможностью выбора режима с помощью специального входа. TL494 может работать в однотактном и двухтактном режиме. Архитектура устройства не дает возможности подачи двойного импульса в двухтактном режиме.
TL494C может работать в диапазоне температур от 0°C до 70°C. TL494I работает в диапазоне температур от –40°C до 85°C.
| Серийный номер | Корпус(кол-во выводов) | Размеры |
| TL 494 | SOIC (16) | 9.90 мм × 3.91 мм |
| PDIP (16) | 19.30 мм × 6.35 мм | |
| SOP (16) | 10.30 мм × 5.30 мм | |
| TSSOP (16) | 5.00 мм × 4.40 мм |
4 Расположение и назначение выводов
| Вывод | Тип | Описание | |
| Название | Номер | ||
| 1IN+ | 1 | I | Неинвертирующий вход усилителя ошибки 1 |
| 1IN- | 2 | I | Инвертирующий вход усилителя ошибки 1 |
| 2IN+ | 16 | I | Неинвертирующий вход усилителя ошибки 2 |
| 2IN- | 15 | I | Инвертирующий вход усилителя ошибки 2 |
| C1 | 8 | O | Коллектор Биполярного Плоскостного Транзистора (БПТ) 1 |
| C2 | 11 | O | Коллектор БПТ 2 |
| CT | 5 | — | Вывод для подключения конденсатора для установки частоты генератора |
| DTC | 4 | I | Вход компаратора мертвого времени |
| E1 | 9 | O | Эмиттер БПТ 1 |
| E2 | 10 | O | Эмиттер БПТ 2 |
| FEEDBACK | 3 | I | Вывод для обратной связи |
| GND | 7 | — | Общий |
| OUTPUT CTRL | 13 | I | Выбор режима работы |
| REF | 14 | O | Опорное напряжение 5В |
| RT | 6 | — | Вывод для подключения резистора для установки частоты генератора |
| VCC | 12 | — | Напряжение питания (+) |
5 Спецификация
5.1 Абсолютные максимальные значения
| Мин. | Макс. | Ед. Изм. | |
| VCC Напряжение питания | 41 | В | |
| VI Напряжение на входе усилителя | VCC + 0.3 | В | |
| VO Напряжение на коллекторе | 41 | В | |
| IO Ток коллектора | 250 | мА | |
| Температура припоя 1,6 мм в течении 10 сек. | 260 | °C | |
| Tstg Температура хранения | –65 | 150 | °C |
5.2 Значения электростатического заряда
| Макс. | Ед. изм. | ||
| V(ESD) Электростатический заряд | Модель человеческого тела (HBM), посредством ANSI/ESDA/JEDEC JS-001, все выводы | 500 | В |
| Модель заряда на устройстве (CDM), посредством JEDEC спецификации JESD22-C101, все выводы | 200 | В |
5.3 Рекомендуемые рабочие значения
| Мин. | Макс. | Ед. Изм. | |
| VCC Напряжение питания | 7 | 40 | В |
| VI Напряжение на входе усилителя | -0,3 | VCC – 2 | В |
| VO Напряжение на коллекторе | 40 | В | |
| Ток коллектора (каждого транзистора) | 200 | мА | |
| Ток обратной связи | 0,3 | мА | |
| fOSC Частота генератора | 1 | 300 | кГц |
| CT Емкость конденсатора генератора | 0,47 | 10000 | нФ |
| RT Сопротивление резистора генератора | 1,8 | 500 | кОм |
| TA Рабочая температура на открытом воздухе | 0 | 70 | °C |
| -40 | 85 | °C |
5.4 Тепловые характеристики
В рабочем диапазоне температур на открытом воздухе
| Параметр | TL494 | Ед. изм. | ||||
| D | DB | N | NS | PW | ||
| RθJA Полное тепловое сопротивление для корпуса | 73 | 82 | 67 | 64 | 108 | °C/Вт |
5.5 Электрические характеристики
В рабочем диапазоне температур на открытом воздухе, VCC = 15 В, f = 10 кГц
| Параметр | Условия испытаний(1) | TL494C, TL494I | Ед. изм | ||
| Мин. | Тип.(2) | Макс. | |||
| Выходное напряжение (REF) | IO = 1 мА | 4.75 | 5 | 5.25 | В |
| Стабилизация на входе | VCC от 7 В до 40 V | 2 | 25 | мВ | |
| Стабилизация на выходе | IO от 1 мА до 10 мА | 1 | 15 | мВ | |
| Изменение выходного напряжения при температуре | ΔTA от MIN до MAX | 2 | 10 | мВ/В | |
| Выходной ток короткого замыкания(3) | REF = 0 V | 25 | мА |
(1) Для условий указанных как MIN или MAX используются соответствующие значения, указанные в рекомендуемых условиях эксплуатации.
(2) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
(3) Продолжительность короткого замыкания не должна превышать одну секунду.
5.6 Электрические характеристики генератора
CT = 0,01 мкФ, RT = 12 кОм
| Параметр | Условия испытаний(1) | TL494C, TL494I | Ед. изм. | ||
| Мин. | Тип.(2) | Макс. | |||
| Частота | 10 | кГц | |||
| Стандартное отклонение частоты(3) | Все значения VCC, CT, RT, и TA постоянны | 100 | Гц/кГц | ||
| Изменение частоты от напряжения | VCC от 7 В до 40 В, TA = 25°C | 1 | Гц/кГц | ||
| Изменение частоты от температуры(4) | ΔTA — от MIN до MAX | 10 | Гц/кГц |
(1) Для условий указанных как MIN или MAX используются соответствующие значения, указанные в рекомендуемых условиях эксплуатации.
(2) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
(3) Стандартное отклонение является мерой статистического распределения относительно среднего рассчитанного по формуле:
(4) Температурный коэффициент конденсатора и резистора не учитываются.
5.7 Электрические характеристики усилителя ошибки
| Параметр | Условия испытаний | TL494C, TL494I | Ед. изм. | ||
| Мин. | Тип.(1) | Макс. | |||
| Входное напряжение смещения | VO (FEEDBACK) = 2.5 В | 2 | 10 | мВ | |
| Входной ток смещения | VO (FEEDBACK) = 2.5 В | 25 | 250 | нА | |
| Входной ток смещения | VO (FEEDBACK) = 2.5 В | 0.2 | 1 | мкА | |
| Диапазон входного напряжения | VCC от 7 В до 40 В | -0.3 до VCC – 2 | В | ||
| Коэффициент усиления разомкнутой цепи | ΔVO = 3 В, VO = 0.5 В — 3.5 В, RL = 2 кОм | 70 | 95 | dB | |
| Полоса пропускания | ΔVO = 3 В, VO = 0.5 В — 3.5 В, RL = 2 кОм | 800 | кГц | ||
| Коэффициент подавления синфазных сигналов | ΔVO = 40 В, TA = 25°C | 65 | 80 | dB | |
| Выходной ток приемника(FEEDBACK) | VID = –15 мВ до –5 В, V (FEEDBACK) = 0.7 В | 0.3 | 0.7 | мА | |
| Выходной ток источника(FEEDBACK) | VID = 15 мВ до 5 В, V (FEEDBACK) = 3.5 В | -2 | мА |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.8 Выходные электрические характеристики
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. | |
| Ток коллектора в закрытом состоянии | VCE = 40 В, VCC = 40 В | 2 | 100 | мкА | ||
| Ток эмиттера в закрытом состоянии | VCC = VC = 40 В, VE = 0 | -100 | мкА | |||
| Напряжение насыщения коллектор — эмиттер | Общий эмиттер | VE = 0, IC = 200 мА | 1.1 | 1.3 | В | |
| Эмиттерный повторитель | VO(C1 или C2) = 15 В, IE = –200 мА | 1.5 | 2.5 | |||
| Выходной контроль входного тока | VI = Vref | 3.5 | мА |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.9 Электрические характеристики управления длительностью мертвого времени
См. Рисунок 5
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. |
| Входной ток смещения (DEAD-TIME CTRL) | VI от 0 до 5.25 В | -2 | -10 | мкА | |
| Максимальная скважность импульсов на каждом выходе | VI (DEAD-TIME CTRL) = 0, CT = 0.01 мкФ, RT = 12 кОм | 45% | — | ||
| Входное пороговое напряжение (DEAD-TIME CTRL) | Нулевой коэффициент заполнения | 3 | 3.3 | В | |
| Максимальный коэффициент заполнения | 0 |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.10 Электрические характеристики ШИМ — компаратора
См. Рисунок 5
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. |
| Входное пороговое напряжение (FEEDBACK) | Нулевой коэффициент заполнения | 4 | 4.5 | В | |
| Входной ток приемника (FEEDBACK) | V (FEEDBACK) = 0.7 В | 0.3 | 0.7 | мА |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.11 Общие электрические характеристики устройства
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. | |
| Ток потребляемый в режиме ожидания | RT = Vref, Все остальные входы и выходы отключены | VCC = 15 В | 6 | 9 | мА | |
| VCC = 40 В | 10 | 15 | ||||
| Средний потребляемый ток | VI (DEAD-TIME CTRL) = 2 В, | 7.5 | мА |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.12 Коммутационные характеристики
TA = 25°C
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. |
| Время нарастания | Схема с общим эмиттером | 100 | 200 | нс | |
| Время спада | 25 | 100 | нс | ||
| Время нарастания | Схема эмиттерного повторителя | 100 | 200 | нс | |
| Время спада | 40 | 100 | нс |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.13 Типовые характеристики
Рис. 1 Частота колебаний генератора и ее отклонение от сопротивления резистора генератора |
Рис. 2 Усиление напряжения от частоты |
Рис. 3 Усилитель ошибки — передаточные характеристики |
Рис. 4 Усилитель ошибки — график Боде |
6 Измеряемые параметры
Рис. 5 Проверка работы цепи и осциллограммы
Рис. 6 Характеристики усилителя
Прим. А: CL включает датчик и управляющую емкость
Рис. 7 Схема включения с общим эмиттером
Прим. А: CL включает датчик и управляющую емкость
Рис. 8 Схема включения эмиттерного повторителя
Описание работы
Обзор
TL494 не только включает в себя основные блоки, необходимые для управления импульсным источником питания, но также решает многие основные проблемы и уменьшает количество дополнительных схем, требуемых при проектировании устройства. TL494 — это схема управления с фиксированной частотой и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Модуляция выходных импульсов осуществляется путем сравнения пилообразного сигнала, создаваемого внутренним генератором на синхронизирующем конденсаторе (CT), с любым из двух управляющих сигналов. Выходной каскад включается в то время, когда пилообразное напряжение больше сигналов управления напряжением. По мере увеличения управляющего сигнала время, в течение которого пилообразный вход больше, уменьшается; следовательно, длительность выходного импульса уменьшается. D-триггер управления импульсом поочередно направляет модулированный импульс на каждый из двух выходных транзисторов. Для получения дополнительной информации о работе TL494 см. Примечания по применению, расположенные на ti.com.
Функциональная блок-схема
Источник опорного напряжения
TL494 имеет внутренний источник опорного напряжения 5 В на выводе REF. Помимо получения опорного напряжения он дает питание логике управления, D-триггеру, генератору, компаратору мертвого времени, компаратору ШИМ. В стабилизаторе используется схема с плавно изменяющейся запрещенной зоной в качестве основного эталона для поддержания тепловой стабильности на уровне менее 100 мВ в рабочем диапазоне температур воздуха от 0 ° C до 70 ° C. Защита от короткого замыкания нужна, чтобы защитить источник опорного напряжения; для дополнительных цепей смещения доступен ток нагрузки 10 мА. Значение внутренне запрограммировано на начальную точность ± 5% и поддерживает стабильность изменения менее 25 мВ в диапазоне входного напряжения от 7 В до 40 В. Для входных напряжений менее 7 В стабилизатор насыщается в пределах 1 В на входе и отслеживает его.
Генератор
Генератор обеспечивает положительную пилообразную форму волны компараторам мертвого времени и ШИМ для сравнения с различными управляющими сигналами.
Частота сигнала выдаваемого генератором задается значениями сопротивления и емкости компонентов RT и СТ. Генератор заряжает конденсатор СТ постоянным током, величина которого задается сопротивлением резистора RT. Когда напряжение на конденсаторе СТ достигнет 3 В, схема генератора разряжает его, и цикл зарядки возобновляется. Зарядный ток определяется по формуле:
Icharge = 3 В/ RT (1)
Период пилообразного сигнала можно рассчитать по формуле :
Т = (3 В×СТ)/Icharge (2)
Частота сигнала от генератора:
fOSC = 1/(RT×CT) (3)
В двухтактном режиме частота на выходе будет равняться половине частоты генератора.
Однотактный режим:
f = 1/(RT×CT)
Двухтактный режим:
f = 1/(2RT×CT)
Управление временем задержки (мертвым временем)
Вход управления мертвым временем задает минимальное мертвое время (время отключения). Выход компаратора запрещает переключение транзисторов Q1 и Q2, когда напряжение на входе больше, чем линейное напряжение генератора. Внутреннее смещение 110 мВ обеспечивает минимальное мертвое время ~ 3%, когда вывод DTC подключен к земле. При подаче напряжения на вывод DTC длительность мертвого времени увеличивается. Это дает возможность линейно изменять длительность мертвого времени от минимума 3% до 100% при изменении входного напряжения от 0 В до 3,3 В соответственно. Благодаря полнодиапазонному управлению выходом можно управлять от внешних источников без нарушения работы усилителей ошибок. Вход управления мертвым временем DTC является входом с относительно высоким импедансом (II < 10 мкА) и должен использоваться там, где требуется дополнительное управление коэффициентом заполнения. Для правильного управления этот вывод должен быть подключен для управления либо подтянут к плюсу питания либо к земле. Обрыв цепи в таком случае даст неопределенное состояние.
Компаратор
Компаратор имеет смещение относительно источника опорного напряжения. Это обеспечивает изоляцию от входного источника питания для повышения стабильности. Вход компаратора не имеет гистерезиса, поэтому должна быть предусмотрена защита от ложного срабатывания вблизи порога переключения. Компаратор имеет время отклика 400 нс от любого из входов управляющего сигнала к выходным транзисторам с перегрузкой всего 100 мВ. Это обеспечивает положительный контроль выхода в пределах половины цикла для работы в рекомендованном диапазоне 300 кГц.
Широтно-импульсная модуляция ШИМ
Компаратор также управляет шириной выходного импульса. Для этого линейно нарастающее напряжения на синхронизирующем конденсаторе CT сравнивается с управляющим сигналом, присутствующим на выходе усилителей ошибки. Вход CT подключается через последовательный диод, который отсутствует на входе управляющего сигнала. Для этого требуется, чтобы управляющий сигнал (выход усилителя ошибки) был на ~ 0,7 В больше, чем напряжение на выводе CT, чтобы подавить выходную логику, и обеспечить работу с максимальным коэффициентом заполнения, не требуя понижения управляющего напряжения до истинного потенциала земли. Ширина выходного импульса изменяется от 97% периода до 0, так как напряжение на выходе усилителя ошибки изменяется от 0,5 В до 3,5 В соответственно.
Усилители ошибки
Оба усилителя ошибки с высоким коэффициентом усиления получают напряжение смещения от шины питания VI. Это позволяет использовать синфазное входное напряжение в диапазоне от –0,3 В до 2 В ниже VI. Оба усилителя ведут себя как несимметричные усилители с однополярным питанием, поскольку каждый выход активен только на высоком уровне. Это позволяет каждому усилителю работать независимо при уменьшении требуемой ширины выходного импульса. Когда оба выхода соединены по логике ИЛИ на инвертирующем входе компаратора ШИМ, доминирует усилитель, требующий минимального выходного импульса. Выходы усилителя подтянуты к низкому уровню генератором тока, чтобы обеспечить максимальную ширину импульса, когда оба усилителя отключены.
Управление выходом (OUTPUT CTRL)
Вывод OUTPUT CTRL определяет, работают ли выходные транзисторы параллельно или в в двухтактном режиме. Этот вход является источником питания для D-триггера. Вывод OUTPUT CTRL является асинхронным и управляет напрямую выходом, независимо от генератора или D-триггера. Входные условия должны быть четко зафиксированы, определяемым применением. Для параллельной работы выходных транзисторов OUTPUT CTRL должен быть заземлен. При этом отключается D-триггер и его выходы. В этом режиме импульсы, наблюдаемые на выходе компаратора мертвого времени / ШИМ, передаются обоими выходными транзисторами параллельно. Для двухтактного режима вывод OUTPUT CTRL должен быть соединен с источником опорного напряжения 5 В. В этом состоянии каждый из выходных транзисторов поочередно активируется D-триггером.
Выходные транзисторы
В TL494 имеются два выходных транзистора. Оба транзистора сконфигурированы как открытый коллектор / открытый эмиттер, и каждый может потреблять или потреблять до 200 мА. Транзисторы имеют напряжение насыщения менее 1,3 В в конфигурации с общим эмиттером и менее 2,5 В в конфигурации эмиттерного повторителя. Выходы защищены от перегрузки, чтобы предотвратить выход из строя, но не имеют достаточного ограничения тока, чтобы позволить им работать как выходы источника тока.
Функциональные режимы устройства
Когда вывод OUTPUT CTRL подключен к земле, TL494 работает в однотактном или параллельном режиме. Когда вывод OUTPUT CTRL подтянут к VREF, TL494 работает в обычном двухтактном режиме.
Применение
В следующем примере TL494 используется для создания источника питания 5 В / 10 А. Эта схема была взята из примечания к приложению SLVA001.
- VI = 32 В
- VO = 5 В
- IO = 10 A
- fOSC = 20 кГц частота генератора
- VR = 20 мВ размах напряжения (VRIPPLE)
- ΔIL = 1.5 A изменение тока индуктивности
Этапы проектирования подробно
Источник питания
В источнике постоянного тока 32 В для этого блока питания используется трансформатор с входным напряжением на 120 В и выходным на 24 В номинальной мощностью 75 ВА. Вторичная обмотка 24 В питает двухполупериодный мостовой выпрямитель, за которым следует токоограничивающий резистор (0,3 Ом) и два фильтрующих конденсатора (см. Рисунок 10).
Выходной ток определяется по формулам 6 и 7:
VRECTIFIER = VSECONDARY × √2 = 24 В × √2 = 34 В (6)
IRECTIFIER(AVG) ≈ (VO × IO)/ VI ≈ (5 В × 10 А)/ 32 В = 1.6 А (7)
Двухполупериодный мостовой выпрямитель 3 A / 50 В удовлетворяет этим расчетным условиям. На Рисунке 9 показаны секции переключения и управления.
Цепи управления
Генератор
Подключение внешнего конденсатора и резистора к выводам 5 и 6 задает частоту генератора TL494. Генератор настроен на работу на частоте 20 кГц с использованием значений компонентов, рассчитанных по формулам 8 и 9:
fOSC = 1/(RT×CT) (8)
Выберем CT = 0,001 мкФ и рассчитаем RT:
RT = 1/(fOSC×CT) = 1/((20 × 103)×(0,001 × 10-6)) = 50 кОм (9)
Усилитель ошибки
Усилитель ошибки сравнивает сигнала с эталоном от источника опорного напряжения 5В и регулирует ШИМ для поддержания постоянного выходного тока (см. Рисунок 11).
Напряжение в 2,5 В формируется делителем на резисторах R3 и R4 от источника опорного напряжения VREF = 5 В. Сигнал ошибки выходного напряжения в 2,5 В также формируется делителем на резисторах R8 и R9. Если выходной сигнал должен быть установлен точно на уровне 5,0 В, для регулировки можно использовать потенциометр 10 кОм вместо резистора R8.
Чтобы повысить стабильность схемы усилителя ошибки, выходной сигнал усилителя ошибки подается обратно на инвертирующий вход через через резистор R7, уменьшая коэффициент усиления до 101.
Токоограничивающий усилитель
Источник питания был рассчитан на ток нагрузки 10 А и реактивный ток IL 1,5 А, поэтому ток короткого замыкания должен быть:
ISC = IO + IL/2 = 10,75 А (10)
Схема ограничения тока показана на Рисунке 12.
Резисторы R1 и R2 задают опорное напряжение приблизительно 1 В на инвертирующем входе усилителя ограничения тока. Резистор R13, включенный последовательно с нагрузкой, подает 1 В на неинвертирующий вход токоограничивающего усилителя, когда ток нагрузки достигает 10 А. Ширина выходного импульса соответственно уменьшается. Значение R13 рассчитывается по формуле 11.
R13 = 1В / 10А = 0,1 Ом (11)
Плавный пуск и мертвое время
Чтобы снизить нагрузку на переключающие транзисторы во время запуска, необходимо уменьшить пусковой выброс, возникающий при заряде конденсатора выходного фильтра. Наличие управления мертвым временем делает реализацию схемы плавного пуска относительно простой (см. Рисунок 13).
Схема плавного пуска позволяет медленно увеличивать ширину импульса на выходе (см. Рисунок 13), подавая сигнал с отрицательной крутизной на вход DTC (вывод 4).
В момент включения конденсатор C2 имеет минимальное сопротивление поэтому подтягивает вход DTC к источнику опорного напряжения 5 В, который отключает выходы (100% мертвое время). По мере того как конденсатор заряжается через R6, ширина выходного импульса медленно увеличивается, пока контур управления не примет команду. При соотношении резисторов 1:10 для R6 и R7 напряжение на выводе 4 после запуска составляет 0,1 × 5 В,
или 0,5 В.
Время плавного пуска обычно находится в диапазоне от 25 до 100 тактов. Если выбрано 50 тактов при частоте переключения 20 кГц, время плавного пуска будет:
t = 1/f = 1 / 20 кГц = 50 мкс на такт (12)
С2 = (время плавного пуска) / R6 = (50 мкс × 50 тактов) / 1 кОм = 2,5 мкФ (13)
Это помогает устранить любые ложные сигналы, которые могут создаваться схемой управления при подаче питания.
Расчет индуктивности
Используемая схема подключения показана на рисунке 14.
Необходимое значение индуктивности L рассчитывается по формулам:
d = коэффициент заполнения = VO/VI = 5 В/32 В = 0.156
f = 20 кГц (цель проектирования)
ton = время включения (S1 замкнут) = (1/f) × d = 7.8 мкс
toff = время выключения (S1 разомкнут) = (1/f) – ton = 42.2 мкс
L ≈ (VI – VO ) × ton/ΔIL ≈ [(32 В – 5 В) × 7.8 мкс ]/1.5 A ≈ 140.4 мкГн
Расчет выходной емкости
После расчета индуктивности фильтра рассчитывается емкость конденсатора выходного фильтра для удовлетворения требований к пульсациям на выходе. Электролитический конденсатор можно смоделировать как последовательно соединенные индуктивность, сопротивление и емкость. Чтобы обеспечить хорошую фильтрацию, частота пульсаций должна быть намного ниже частот, при которых последовательно подключенная индуктивность становится значимой. Итак, два интересующих компонента — это емкость и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Максимальное значение ESR рассчитывается в соответствии с соотношением между заданным размахом пульсаций напряжения и размахом пульсаций тока.
ESR(max) = ΔVO(ripple) / ΔIL = 0.1 В / 1.5 A ≈ 0.067 Ом (14)
Минимальная емкость C3, необходимая для поддержания пульсаций напряжения VO на уровне менее 100 мВ, рассчитывается в соответствии с уравнением 15:
C3 = ΔIL / 8fΔVO = 1.5 А / (8 × 20 × 103 × 0.1 В) = 94 мкФ (15)
Выбран конденсатор на 220 мФ, 60 В, потому что он имеет максимальное значение ESR 0,074 Ом и максимальный ток пульсаций 2,8 А.
Расчет мощности для транзисторного ключа
Мощный транзисторный ключ был построен с применением в качестве управляющего транзистора NTE153 pnp и выходного транзистора npn NTE331. Они образуют собой составной транзистор Дарлингтона (см. Рисунок 15).
hFE (Q1) при I от 3 A = 15 (16)
hFE (Q2) при I от 10 A = 5 (16)
 |
(18) |
Значение R10 рассчитывается по формуле:
 |
(19) |
R10 ≤ 207 Ом
На основании этих расчетов для R10 было выбрано ближайшее стандартное сопротивление резистора 220 Ом. Резисторы R11 и R12 позволяют разрядить носители зарядов в ключах транзисторах, когда они выключены.
Описанный источник питания демонстрирует гибкость схемы управления ШИМ на TL494. Эта конструкция блока питания демонстрирует многие методы управления блоком питания, обеспечиваемые TL494, а также универсальность схемы управления.
График выходных характеристик
Рекомендации по источнику питания
TL494 спроектирован для работы от питающего напряжения в диапазоне от 7 В до 40 В. Это напряжение должно хорошо стабилизироваться. Если источник питания расположен на расстоянии более нескольких дюймов от устройства, может потребоваться дополнительный конденсатор большой емкости в дополнение к керамическим байпасным конденсаторам. Танталовый конденсатор емкостью 47 мкФ будет в этом случае типовым решением, однако он может варьироваться в зависимости от выдаваемой выходной мощности.
Печатная плата
Рекомендации по проектированию печатной платы
Всегда старайтесь использовать индуктивность с низким уровнем электромагнитных помех с ферритовым сердечником закрытого типа. Такими примерами могут быть индуктивности с тороидальным сердечником и сердечником типа E. Открытые сердечники могут использоваться, если они имеют низкие характеристики электромагнитных помех и расположены немного дальше от трасс и компонентов с низким энергопотреблением. Также старайтесь расположить полюса перпендикулярно печатной плате, если используете открытый сердечник. Цилиндрические сердечники обычно издают самый нежелательный шум.
Обратная связь
Постарайтесь проложить трассу обратной связи как можно дальше от катушки индуктивности и зашумленных цепей питания. Старайтесь, чтобы трасса обратной связи была как можно более прямой и широкой. Эти два требования иногда требуют компромисса, но требование держаться подальше от электромагнитных помех катушки индуктивности и других источников шума является более важным из них. Прокладывайте трассу обратной связи на стороне печатной платы, противоположной катушке индуктивности, с земляным полигоном разделяющим их.
Входные / выходные конденсаторы
При использовании небольшого керамического конденсатора для входного фильтра его следует располагать как можно ближе к выводу VCC микросхемы. Это устранит как можно больше эффектов индуктивности дорожек и обеспечит более чистое напряжение питания внутренней шины микросхемы. Некоторые проекты требуют использования проходного конденсатора, подключенного от выхода к выводу «feedback», как правило, из-за требований к стабильности. В этом случае его также следует расположить как можно ближе к микросхеме. Использование конденсаторов для поверхностного монтажа также уменьшает длину проводов и снижает вероятность попадания шума в действующую антенну, создаваемую выводными компонентами.
Компоненты сглаживающего фильтра
Компоненты сглаживающего фильтра для стабильности также следует размещать рядом с микросхемой. Компоненты для поверхностного монтажа здесь также предпочтительнее по тем же причинам, что и конденсаторы фильтра. Они также не должны располагаться очень близко к катушке индуктивности.
Трассы и земляные полигоны
Сделайте все силовые (сильноточные) трассы как можно более короткими, прямыми и толстыми. На стандартной печатной плате хорошей практикой является создание дорожек с абсолютным минимумом 15 мил (0,381 мм) на ампер. Катушка индуктивности, выходные конденсаторы и выходной диод должны располагаться как можно ближе друг к другу. Это помогает уменьшить электромагнитные помехи, излучаемые цепями питания из-за высоких коммутируемых токов через них. Это также снизит индуктивность и сопротивление выводов, что, в свою очередь, уменьшит всплески шума, звон и резистивные потери, которые вызывают ошибки напряжения. Заземление микросхемы, входные конденсаторы, выходные конденсаторы и выходной диод (если он есть) должны быть подключены как можно ближе друг к другу и непосредственно к шине земли. Также было бы неплохо иметь слой земли с обеих сторон печатной платы. Это также снизит шум за счет уменьшения ошибок контура заземления, а также за счет поглощения большего количества электромагнитных помех, излучаемых катушкой индуктивности. Для многослойных плат с более чем двумя слоями земляной слой может использоваться для разделения слоя питания (где находятся трассы питания и компоненты) и сигнального слоя (где располагаются обратная связь, фильтр и компоненты) для повышения производительности. На многослойных платах потребуется использование переходных отверстий для соединения дорожек и различных слоев. Хорошей практикой является использование одного стандартного перехода на 200 мА тока, если трассе потребуется провести значительный ток от одного слоя к другому. Расположите компоненты так, чтобы петли тока переключения изгибались в одном направлении. В зависимости от способа работы импульсных регуляторов существует два состояния питания. Одно состояние, когда переключатель включен, и одно состояние, когда переключатель выключен. Во время каждого состояния будет токовая петля, созданная силовыми компонентами, которые в это время проводят ток. Расположите силовые компоненты так, чтобы во время каждого из двух состояний токовая петля имелась в одном направлении. Это предотвращает инверсию магнитного поля, полученную от трасс между двумя полупериодами и
снижает излучаемые электромагнитные помехи.
Пример трассировки печатной платы
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Двухтактный ШИМ – контроллер TL494, TL494CN, описание на русском, схема включения, аналоги, применение
Двухтактный ШИМ – контроллер TL494, TL494CN, TL494CD
Основные технические характеристики:
Полный набор функций ШИМ-управления
Выходной втекающий или вытекающий ток каждого выхода …..200 мАмпер
Встроенная схема подавления сдвоенных импульсов
Широкий диапазон регулировки выходного сигнала
Выходное опорное напряжение…………………………………….5 вольт (+-0,5 %)
Общее описание и аналоги, применение:
TL494, TL494CN, TL494CD — полностью заменяемые аналоги это KA7500B и всем известная КР1114ЕУ4
Специально созданная структура микросхемы серии TL494 обеспечивают радиолюбителю широкие возможности при конструировании схем управления. TL494 включают в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5 вольт и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от – 0,3…(Vcc-2) вольт. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%.
Приборы, имеющие индекс L, гарантируют нормальную работу в диапазоне температур –5…85 С, с индексом С гарантируют стабильную работу в диапазоне температур 0…70 С.
Структурная схема микросхемы TL494CN:
Предельные значения основных параметров микросхем серии TL494CN:
Напряжение питания……………………………………………………………..41 вольт
Входное напряжение усилителя……………………………………..(Vcc+0.3) вольт
Выходное напряжение коллектора……………………………………………41 вольт
Выходной ток коллектора…………………………………………………..250 мАмпер
Мощность рассеивания в непрерывном режиме……………………………1 Ватт
Рабочий диапазон температур окружающей среды:
С индексом L………………………………………………………………….. от -25 до 85
С индексом С…………………………………………………………………..от 0 до 70 С
Диапазон температур хранения ……………………………………..от -65 до +150 С
Цоколёвка корпуса TL494CN:
Полное функциональное описание на русском:
Микросхема TL494 представляет собой ШИМ-контролер для импульсного источника питания, работающий на фиксированной частоте, и включает в себя все нужные для этого готовые блоки. Встроенный собственный генератор пилообразного напряжения требует для установки частоты только двух внешних компонентов R и С.
Частоту генератора TL494 рассчитываем формуле на картинке ниже:
Модуляция ширины выходных импульсов достигается сравнением положительного пилообразного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигналами. Логический элементы ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия тактов встроенного триггера находится в НИЗКОМ логическом состоянии. Это происходит только в течение того времени, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Следовательно, повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает соответствующее линейное уменьшение ширины выходных импульсов. Под управляющими сигналами понимаются напряжения производимые схемой регулировки мёртвого времени (вывод 4), усилители ошибки (выводы 1, 2, 15, 16) и цепью обратной связи(вывод 3).
Применяется в основном для управления мощных силовых устройств, такие как импульсный блок питания (ИПБ), повышающие преобразователи напряжения (инвертор) 12 в 220 в, зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов, генераторы разнообразных регулируемых сигналов.
Диаграмма работы TL494CN:
Вход компаратора регулировки мертвого времени имеет смещение 0,12 вольт, что ограничивает минимальное мертвое время на выходе первыми 4 % длительности цикла пилообразного напряжения. В результате максимальная длительность рабочего цикла составляет 96 % в том случае, если вывод 13 заземлен, и 48 % в том случае, если на вывод 13 подано опорное напряжение.