مصادر الطاقة بتبديل الوضع (UPS) شائعة جدًا. يحتوي الكمبيوتر الذي تستخدمه الآن على UPS متعدد الجهد (+12 ، -12 ، +5 ، -5 ، + 3.3 فولت على الأقل). تحتوي جميع هذه الكتل تقريبًا على شريحة تحكم PWM خاصة ، وعادة ما تكون من النوع TL494CN. نظيرتها هي الدائرة الدقيقة المحلية M1114EU4 (KR1114EU4).
منتجون
تنتمي الدائرة المصغرة قيد الدراسة إلى قائمة الدوائر الإلكترونية المتكاملة الأكثر شيوعًا والأكثر استخدامًا. كان سابقتها سلسلة Unitrode UC38xx لوحدات التحكم PWM. في عام 1999 ، تم شراء هذه الشركة من قبل شركة Texas Instruments ، ومنذ ذلك الحين بدأ تطوير خط من وحدات التحكم هذه ، مما أدى إلى إنشائها في أوائل القرن الحادي والعشرين. رقائق سلسلة TL494. بالإضافة إلى UPS المذكورة أعلاه ، يمكن العثور عليها في منظمات الجهد المستمر ، في محركات التحكم ، في البداية الناعمة ، باختصار ، أينما يتم استخدام التحكم في PWM.
من بين الشركات التي استنسخت هذه الشريحة ، هناك علامات تجارية مشهورة عالميًا مثل Motorola ، Inc ، International Rectifier ،فيرتشايلد أشباه الموصلات ، على أشباه الموصلات. يقدمون جميعًا وصفًا تفصيليًا لمنتجاتهم ، ما يسمى بورقة بيانات TL494CN.
توثيق
يوضح تحليل أوصاف النوع المدروس من الدوائر المصغرة من مختلف الصانعين الهوية العملية لخصائصها. إن كمية المعلومات التي تقدمها الشركات المختلفة هي نفسها تقريبًا. علاوة على ذلك ، تكرر ورقة بيانات TL494CN من العلامات التجارية مثل Motorola و Inc و ON Semiconductor بعضها البعض في هيكلها وأرقامها وجداولها ورسومها البيانية. يختلف عرض المواد من قبل شركة Texas Instruments إلى حد ما عنهم ، ومع ذلك ، بعد دراسة متأنية ، يتضح أن منتجًا مطابقًا هو المقصود.
تخصيص شريحة TL494CN
دعونا نبدأ تقليديًا في وصفها بغرض وقائمة الأجهزة الداخلية. إنها وحدة تحكم PWM ذات تردد ثابت مصممة بشكل أساسي لتطبيقات UPS ، وتحتوي على الأجهزة التالية:
- مولد جهد سن المنشار (SPG) ؛
- مضخمات الخطأ
- مصدر الجهد المرجعي (المرجع) +5 فولت ؛
- دائرة تعديل الوقت الميت ؛
- مفاتيح ترانزستور الإخراج للتيار حتى 500 مللي أمبير ؛
- مخطط لاختيار عملية بضربة واحدة أو ضربتين.
حدود
مثل أي دائرة كهربائية دقيقة أخرى ، يجب أن يحتوي وصف TL494CN على قائمة بأقصى خصائص الأداء المسموح بها. دعنا نمنحهم بناءً على بيانات من Motorola، Inc:
- مصدر الطاقة: 42 V.
- جامع الجهدالترانزستور الناتج: 42 فولت.
- تيار جامع الترانزستور الناتج: 500 مللي أمبير.
- نطاق جهد دخل مكبر الصوت: -0.3V إلى + 42V.
- تبديد الطاقة (عند t< 45 ° C): 1000 ميجاوات.
- نطاق درجة حرارة التخزين: -55 إلى + 125 درجة مئوية
- نطاق درجة حرارة التشغيل المحيط: من 0 إلى +70 درجة مئوية.
وتجدر الإشارة إلى أن المعلمة 7 لشريحة TL494IN أوسع إلى حد ما: من -25 إلى +85 درجة مئوية.
تصميم رقاقة TL494CN
وصف باللغة الروسية لاستنتاجات قضيتها موضح في الشكل أدناه.
يتم وضع الدائرة المصغرة في بلاستيك (يشار إليه بالحرف N في نهاية التعيين) حزمة ذات 16 سنًا مع خيوط من نوع pdp.
يظهر مظهره في الصورة أدناه
TL494CN: مخطط وظيفي
إذن ، مهمة هذه الدائرة الدقيقة هي تعديل عرض النبضة (PWM ، أو تعديل عرض النبض الإنجليزي (PWM)) لنبضات الجهد المتولدة داخل كل من UPS المنظمة وغير المنظمة. في إمدادات الطاقة من النوع الأول ، يصل نطاق مدة النبض ، كقاعدة عامة ، إلى أقصى قيمة ممكنة (~ 48٪ لكل مخرج في دوائر الدفع والسحب ، المستخدمة على نطاق واسع لتشغيل مكبرات الصوت في السيارة).
تحتوي شريحة TL494CN على إجمالي 6 دبابيس إخراج ، 4 منها (1 ، 2 ، 15 ، 16) هي مدخلات لمضخمات الأخطاء الداخلية المستخدمة لحماية UPS من الأحمال الزائدة الحالية والمحتملة. رقم 4 هو المدخلاتإشارة من 0 إلى 3 فولت لضبط دورة عمل النبضات المستطيلة للإخراج ، و3 هو خرج المقارنة ويمكن استخدامه بعدة طرق. 4 أخرى (أرقام 8 ، 9 ، 10 ، 11) عبارة عن مجمعات مجانية وبواعث للترانزستورات بحد أقصى للحمل المسموح به يبلغ 250 مللي أمبير (في الوضع المستمر ، لا يزيد عن 200 مللي أمبير). يمكن توصيلها في أزواج (9 إلى 10 و 8 إلى 11) لتشغيل وحدات MOSFET عالية الطاقة بحد حالي يبلغ 500 مللي أمبير (بحد أقصى 400 مللي أمبير مستمر).
ما هي الأجزاء الداخلية لـ TL494CN؟ يظهر الرسم التخطيطي لها في الشكل أدناه.
تحتوي الدائرة المصغرة على مصدر جهد مرجعي مدمج (ION) +5 V (رقم 14). يتم استخدامه عادةً كجهد مرجعي (بدقة ± 1٪) مطبق على مدخلات الدوائر التي لا تستهلك أكثر من 10 مللي أمبير ، على سبيل المثال ، للدبوس 13 من اختيار عملية أحادية أو ثنائية الأشواط. الدائرة المصغرة: إذا كان عليها +5 فولت ، فسيتم تحديد الوضع الثاني ، إذا كان هناك ناقص من جهد الإمداد - الأول.
لضبط تردد مولد جهد سن المنشار (GPN) ، يتم استخدام مكثف ومقاوم متصلان بالدبابيس 5 و 6 على التوالي. وبالطبع ، تحتوي الدائرة المصغرة على محطات توصيل موجب وناقص لمصدر الطاقة (الرقمان 12 و 7 ، على التوالي) في النطاق من 7 إلى 42 فولت.
يوضح الرسم التخطيطي وجود عدد من الأجهزة الداخلية في TL494CN. سيتم تقديم وصف باللغة الروسية لغرضهم الوظيفي أدناه أثناء عرض المواد.
وظائف محطة الإدخال
مثل أيجهاز إلكتروني آخر. الدائرة الدقيقة المعنية لها مدخلات ومخرجات خاصة بها. سنبدأ مع الأول. تم بالفعل تقديم قائمة بهذه المسامير TL494CN أعلاه. سيتم إعطاء وصف باللغة الروسية لغرضهم الوظيفي أدناه مع شرح مفصل.
الناتج 1
هذا هو المدخل الموجب (غير المقلوب) لمكبر الخطأ 1. إذا كان الجهد الموجود عليه أقل من الجهد الموجود على الطرف 2 ، فسيكون خرج مكبر الخطأ 1 منخفضًا. إذا كانت أعلى من تلك الموجودة على السن 2 ، فإن إشارة مضخم الخطأ 1 سترتفع. يكرر إخراج مكبر الصوت بشكل أساسي المدخلات الإيجابية باستخدام الدبوس 2 كمرجع. سيتم وصف وظائف مضخمات الخطأ بمزيد من التفصيل أدناه.
الخلاصة 2
هذا هو المدخل السلبي (المقلوب) لمكبر الخطأ 1. إذا كان هذا الدبوس أعلى من الطرف 1 ، فإن خرج مكبر الخطأ 1 سيكون منخفضًا. إذا كان الجهد على هذا الدبوس أقل من الجهد في السن 1 ، فإن خرج مكبر الصوت سيكون مرتفعًا.
الخلاصة 15
يعمل تمامًا مثل2. غالبًا لا يتم استخدام مضخم الخطأ الثاني في TL494CN. تحتوي دائرة التبديل الخاصة به في هذه الحالة على دبوس 15 متصل ببساطة بالـ 14 (الجهد المرجعي +5 فولت).
الخلاصة 16
يعمل بالطريقة نفسها التي يعمل بها1. وعادة ما يتم توصيله بالمشترك7 عندما لا يتم استخدام مكبر الخطأ الثاني. مع توصيل دبوس 15 بـ + 5V و16 متصل بالمشترك ، يكون خرج مكبر الصوت الثاني منخفضًا وبالتالي ليس له أي تأثير على تشغيل الشريحة.
الخلاصة 3
هذا الدبوس وكل مضخم داخلي TL494CNمتصلة ببعضها البعض عن طريق الثنائيات. إذا تغيرت الإشارة عند خرج أي منها من منخفضة إلى عالية ، فإنها ترتفع أيضًا عند الرقم 3. عندما تتجاوز الإشارة الموجودة على هذا الدبوس 3.3 فولت ، تنطفئ نبضات الخرج (دورة التشغيل الصفرية). عندما يقترب الجهد الكهربائي من 0 فولت ، تكون مدة النبض القصوى. بين 0 و 3.3 فولت ، يكون عرض النبضة من 50٪ إلى 0٪ (لكل من مخرجات وحدة التحكم PWM - على السنون 9 و 10 على معظم الأجهزة).
إذا لزم الأمر ، يمكن استخدام الدبوس 3 كإشارة إدخال أو يمكن استخدامه لتوفير التخميد لمعدل تغيير عرض النبض. إذا كان الجهد الكهربائي مرتفعًا (> ~ 3.5 فولت) ، فلا توجد طريقة لبدء تشغيل UPS على وحدة التحكم PWM (لن يكون هناك نبضات منه).
الخلاصة 4
يتحكم في دورة عمل نبضات الإخراج (المهندس. التحكم في الوقت الميت). إذا كان الجهد الكهربي عليه قريبًا من 0 فولت ، فستكون الدائرة المصغرة قادرة على إخراج كل من الحد الأدنى الممكن والحد الأقصى لعرض النبض (والذي يتم ضبطه بواسطة إشارات الإدخال الأخرى). إذا تم تطبيق جهد يبلغ حوالي 1.5 فولت على هذا الدبوس ، فسيتم تقييد عرض نبضة الخرج بـ 50٪ من أقصى عرضه (أو حوالي 25٪ من دورة العمل لوحدة تحكم PWM بالدفع والسحب). إذا كان الجهد الكهربائي مرتفعًا (> ~ 3.5 فولت) ، فلا توجد طريقة لبدء تشغيل UPS على TL494CN. غالبًا ما تحتوي دارة التحويل الخاصة بها على رقم 4 ، متصلة مباشرة بالأرض.
من المهم أن تتذكر! يجب أن تكون الإشارة عند المسامير 3 و 4 أقل من 3.3 فولت. ماذا لو كانت قريبة من +5 فولت مثلاً؟ كيفثم TL494CN سوف تتصرف؟ لن تولد دائرة محول الجهد الموجودة عليها نبضات ، أي لن يكون هناك جهد خرج من UPS
الخلاصة 5
يعمل على توصيل مكثف التوقيت Ct ، والاتصال الثاني متصل بالأرض. تكون قيم السعة عادةً 0.01 µF إلى 0.1 µF. تؤدي التغييرات في قيمة هذا المكون إلى تغيير في تردد GPN ونبضات الخرج لوحدة التحكم PWM. كقاعدة عامة ، يتم هنا استخدام المكثفات عالية الجودة مع معامل درجة حرارة منخفض للغاية (مع تغير بسيط للغاية في السعة مع تغير درجة الحرارة).
الخلاصة 6
لتوصيل المقاوم ضبط الوقت Rt ، والاتصال الثاني متصل بالأرض. تحدد قيم Rt و Ct معدل تكرار FPG.
f=1 ، 1: (Rt x Ct)
الخلاصة 7
يتصل بالسلك الشائع لدائرة الجهاز على وحدة تحكم PWM.
الخلاصة 12
يتم تمييزه بالأحرف VCC. تم توصيل "زائد" من مزود الطاقة TL494CN به. تحتوي دارة التبديل الخاصة بها عادة على الرقم 12 المتصل بمفتاح إمداد الطاقة. تستخدم العديد من UPS هذا الدبوس لتشغيل وإيقاف تشغيل الطاقة (و UPS نفسه). إذا كان يحتوي على +12 فولت ورقم 7 مؤرض ، فستعمل رقائق FPV و ION.
الخلاصة 13
هذا هو إدخال وضع التشغيل. تم وصف عملها أعلاه.
وظائف محطات الإخراج
أعلاه تم إدراجهما في TL494CN. سيتم إعطاء وصف باللغة الروسية لغرضهم الوظيفي أدناه مع شرح مفصل.
الخلاصة 8
في هذاتحتوي الرقاقة على 2 ترانزستورات npn وهي مفاتيح الإخراج الخاصة بها. هذا الدبوس هو جامع الترانزستور 1 ، وعادة ما يكون متصلًا بمصدر جهد تيار مستمر (12 فولت). ومع ذلك ، في دوائر بعض الأجهزة ، يتم استخدامه كمخرج ، ويمكنك رؤية تعرج عليه (وكذلك في رقم 11).
الخلاصة 9
هذا هو باعث الترانزستور 1. وهو يقود ترانزستور UPS عالي الطاقة (تأثير المجال في معظم الحالات) في دائرة دفع وسحب ، إما مباشرة أو من خلال ترانزستور وسيط.
الناتج 10
هذا هو باعث الترانزستور 2. في وضع الدورة الواحدة ، تكون الإشارة الموجودة عليه هي نفسها الموجودة في9. ومن ناحية أخرى تكون منخفضة ، والعكس صحيح. في معظم الأجهزة ، تؤدي الإشارات الصادرة من بواعث مفاتيح ترانزستور الخرج للدائرة الدقيقة المعنية إلى تشغيل ترانزستورات قوية ذات تأثير ميداني ، والتي يتم دفعها إلى حالة التشغيل عندما يكون الجهد الكهربي عند المسامير 9 و 10 مرتفعًا (أعلى ~ 3.5 فولت ، ولكن لا يشير إلى مستوى 3.3 فولت في الرقمين3 و 4).
الخلاصة 11
هذا هو مجمع الترانزستور 2 ، وعادة ما يتم توصيله بمصدر جهد تيار مستمر (+ 12 فولت).
ملاحظة: في الأجهزة الموجودة على TL494CN ، قد تحتوي دائرة التبديل على جامعي وبواعث الترانزستورات 1 و 2 كمخرجات لوحدة التحكم PWM ، على الرغم من أن الخيار الثاني أكثر شيوعًا. ومع ذلك ، هناك خيارات عندما تكون الدبابيس 8 و 11 عبارة عن مخرجات. إذا وجدت محولًا صغيرًا في الدائرة بين IC و FETs ، فمن المرجح أن يتم أخذ إشارة الخرج منها.(من الجامعين)
الخلاصة 14
هذا هو خرج ION ، كما هو موضح أعلاه.
مبدأ العمل
كيف تعمل شريحة TL494CN؟ سنقدم وصفًا لترتيب عملها بناءً على مواد من Motorola، Inc. يتم تحقيق ناتج تعديل عرض النبضة من خلال مقارنة إشارة سن المنشار الموجبة من المكثف Ct بإحدى إشاري التحكم. ترانزستورات الإخراج Q1 و Q2 هي NOR لفتحها فقط عندما ينخفض إدخال ساعة الزناد (C1) (انظر مخطط وظيفة TL494CN).
وهكذا ، إذا كان مستوى الوحدة المنطقية عند الإدخال C1 للمشغل ، يتم إغلاق ترانزستورات الإخراج في كلا وضعي التشغيل: دورة واحدة وسحب الدفع. إذا كانت إشارة الساعة موجودة عند هذا الإدخال ، فعندئذٍ في وضع الدفع والسحب ، يتم فتح الترانزستور واحدًا تلو الآخر عند وصول قطع نبض الساعة إلى المشغل. في وضع الدورة الواحدة ، لا يتم استخدام المشغل ، ويتم فتح كلا مفتاحي الإخراج بشكل متزامن.
هذه الحالة المفتوحة (في كلا الوضعين) ممكنة فقط في ذلك الجزء من فترة FPV عندما يكون جهد سن المنشار أكبر من إشارات التحكم. وبالتالي ، تؤدي الزيادة أو النقصان في حجم إشارة التحكم إلى زيادة أو نقصان خطي في عرض نبضات الجهد عند مخرجات الدائرة المصغرة ، على التوالي.
يمكن استخدام الجهد من الدبوس 4 (التحكم في الوقت الميت) أو مدخلات مضخم الخطأ أو إدخال إشارة التغذية الراجعة من الدبوس 3 كإشارات تحكم.
الخطوات الأولى في العمل بالدائرة الدقيقة
قبل أن تفعلأي جهاز مفيد ، فمن المستحسن معرفة كيفية عمل TL494CN. كيف تتحقق مما إذا كان يعمل؟
خذ لوح التجارب ، ضع IC عليه وقم بتوصيل الأسلاك وفقًا للرسم البياني أدناه.
إذا تم توصيل كل شيء بشكل صحيح ، فستعمل الدائرة. اترك الدبابيس 3 و 4 غير مجانية. استخدم راسم الذبذبات الخاص بك للتحقق من تشغيل FPV - عند الطرف 6 ، سترى جهد سن المنشار. ستكون المخرجات صفرًا. كيفية تحديد أدائهم في TL494CN. يمكن التحقق من ذلك على النحو التالي:
- توصيل إخراج الملاحظات (3) وإخراج التحكم في الوقت الميت (4) إلى الأرض (7).
- الآن يجب أن تكتشف الموجة المربعة عند مخرجات IC.
كيفية تضخيم إشارة الخرج؟
ناتج TL494CN هو تيار منخفض نوعًا ما ، وأنت بالتأكيد تريد المزيد من الطاقة. وبالتالي ، يجب أن نضيف بعض الترانزستورات القوية. أسهل استخدامًا (ومن السهل جدًا الحصول عليه - من اللوحة الأم القديمة للكمبيوتر) هي وحدات MOSFET ذات الطاقة ذات القنوات n. في الوقت نفسه ، يجب علينا عكس خرج TL494CN ، لأنه إذا قمنا بتوصيل MOSFET ذي القناة n به ، فعند عدم وجود نبضة عند خرج الدائرة المصغرة ، ستكون مفتوحة لتدفق التيار المستمر. في هذه الحالة ، يمكن أن تحترق MOSFET ببساطة … لذلك نخرج الترانزستور العالمي npn ونوصله وفقًا للرسم التخطيطي أدناه.
MOSFET قوية في هذايتم التحكم في الدائرة بشكل سلبي. هذا ليس جيدًا جدًا ، ولكنه مناسب تمامًا لأغراض الاختبار والطاقة المنخفضة. R1 في الدائرة هو حمل الترانزستور npn. حدده وفقًا لأقصى تيار مسموح به لمجمعه. يمثل R2 حمل مرحلة الطاقة لدينا. في التجارب التالية سيتم استبداله بمحول
إذا نظرنا الآن إلى الإشارة في دبوس 6 من الدائرة المصغرة باستخدام راسم الذبذبات ، فسنرى "منشارًا". في8 (K1) لا يزال بإمكانك رؤية نبضات الموجة المربعة ، وعلى تصريف نبضات MOSFET من نفس الشكل ، ولكن أكبر.
كيفية رفع الجهد الناتج
الآن دعنا نحصل على بعض الجهد مع TL494CN. مخطط التبديل والأسلاك هو نفسه - على اللوح. بالطبع ، لا يمكنك الحصول على جهد عالي بما فيه الكفاية ، خاصةً لأنه لا يوجد بالوعة الحرارة على وحدات MOSFET الطاقة. ومع ذلك ، قم بتوصيل محول صغير بمرحلة الإخراج وفقًا لهذا الرسم التخطيطي
يحتوي الملف الأساسي للمحول على 10 لفات. يحتوي اللف الثانوي على حوالي 100 دورة. وبالتالي ، فإن نسبة التحويل هي 10. إذا قمت بتطبيق 10V على الأساسي ، يجب أن تحصل على حوالي 100V عند الإخراج. قلب مصنوع من الفريت. يمكنك استخدام بعض النواة متوسطة الحجم من محول مزود الطاقة للكمبيوتر الشخصي.
كن حذرا ، خرج المحول هو الجهد العالي. التيار منخفض جدًا ولن يقتلك. ولكن يمكنك الحصول على ضربة جيدة. خطر آخر هو إذا قمت بتثبيت ملفمكثف عند الخرج ، سوف تتراكم شحنة كبيرة. لذلك بعد إيقاف تشغيل الدائرة يجب تفريغها.
عند إخراج الدائرة ، يمكنك تشغيل أي مؤشر مثل المصباح الكهربائي ، كما في الصورة أدناه.
يعمل بجهد DC ويحتاج إلى حوالي 160 فولت ليضيء. (يبلغ مصدر الطاقة للجهاز بالكامل حوالي 15 فولت - بترتيب أقل من حيث الحجم).
تُستخدم دائرة خرج المحول على نطاق واسع في أي UPS ، بما في ذلك مزودات طاقة الكمبيوتر. في هذه الأجهزة ، يعمل المحول الأول ، المتصل عبر مفاتيح الترانزستور بمخرجات وحدة التحكم PWM ، على عزل جزء الجهد المنخفض من الدائرة الكهربية ، والذي يتضمن TL494CN ، من الجزء عالي الجهد ، والذي يحتوي على جهد التيار الكهربائي. محول
منظم الجهد
كقاعدة عامة ، في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة محلية الصنع ، يتم توفير الطاقة بواسطة جهاز UPS نموذجي للكمبيوتر الشخصي ، مصنوع على TL494CN. دائرة إمداد الطاقة للكمبيوتر الشخصي معروفة جيدًا ، ويمكن الوصول إلى الكتل نفسها بسهولة ، حيث يتم التخلص من ملايين أجهزة الكمبيوتر القديمة سنويًا أو بيعها للحصول على قطع غيار. ولكن كقاعدة عامة ، لا تنتج وحدات UPS هذه الفولتية أعلى من 12 فولت. وهذا قليل جدًا بالنسبة لمحرك التردد المتغير. بالطبع ، يمكن للمرء أن يحاول استخدام جهاز UPS بجهد زائد 25 فولت ، ولكن سيكون من الصعب العثور عليه وستتبدد الكثير من الطاقة عند 5 فولت في البوابات المنطقية.
ومع ذلك ، في TL494 (أو نظائرها) يمكنك بناء أي دوائر مع وصول إلى زيادة الطاقة والجهد. استخدام أجزاء نموذجية من جهاز UPS PC و MOS عالي الطاقةالترانزستورات من اللوحة الأم ، يمكنك بناء منظم الجهد PWM على TL494CN. تظهر دائرة المحول في الشكل أدناه.
عليها يمكنك رؤية دائرة التبديل للدائرة الدقيقة ومرحلة الإخراج على ترانزستورين: npn عالمي و MOS قوي.
الأجزاء الرئيسية: T1، Q1، L1، D1. يستخدم ثنائي القطب T1 لقيادة طاقة MOSFET متصلة بطريقة مبسطة ، ما يسمى. "سلبي". L1 عبارة عن محث من طابعة HP قديمة (حوالي 50 دورة ، ارتفاع 1 سم ، عرض 0.5 سم مع لفات ، خنق مفتوح). D1 هو صمام ثنائي شوتكي من جهاز آخر. TL494 سلكي بطريقة بديلة لما سبق ، على الرغم من أنه يمكن استخدام أي منهما.
C8 عبارة عن سعة صغيرة لمنع تأثير الضوضاء التي تدخل مدخلات مضخم الخطأ ، وستكون قيمة 0.01 فائق التوهج طبيعية إلى حد ما. القيم الأكبر ستبطئ ضبط الجهد المطلوب.
C6 هو مكثف أصغر ، ويستخدم لتصفية الضوضاء عالية التردد. قدرتها تصل إلى عدة مئات من البيكوفاراد.
