Les alimentations à découpage (UPS) sont très courantes. L'ordinateur que vous utilisez est maintenant équipé d'un onduleur multi-tension (+12, -12, +5, -5 et +3,3 V au moins). Presque tous ces blocs ont une puce de contrôleur PWM spéciale, généralement du type TL494CN. Son analogue est le microcircuit domestique M1114EU4 (KR1114EU4).
Producteurs
Le microcircuit considéré appartient à la liste des circuits électroniques intégrés les plus courants et les plus largement utilisés. Son prédécesseur était la série de contrôleurs PWM Unitrode UC38xx. En 1999, cette société a été rachetée par Texas Instruments, et depuis le développement d'une gamme de ces contrôleurs a commencé, conduisant à la création au début des années 2000. Puces de la série TL494. En plus des onduleurs déjà mentionnés ci-dessus, ils peuvent être trouvés dans les régulateurs de tension continue, dans les variateurs contrôlés, dans les démarreurs progressifs, en un mot, partout où le contrôle PWM est utilisé.
Parmi les entreprises qui ont cloné cette puce, il existe des marques de renommée mondiale telles que Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Ils donnent tous une description détaillée de leurs produits, la soi-disant fiche technique TL494CN.
Documents
L'analyse des descriptions du type de microcircuit considéré de différents fabricants montre l'identité pratique de ses caractéristiques. La quantité d'informations fournies par les différentes entreprises est presque la même. De plus, la fiche technique TL494CN de marques telles que Motorola, Inc et ON Semiconductor se répète dans sa structure, ses figures, ses tableaux et ses graphiques. La présentation du matériel par Texas Instruments est quelque peu différente d'eux, cependant, après une étude approfondie, il devient clair qu'il s'agit d'un produit identique.
Affectation de la puce TL494CN
Commençons traditionnellement à le décrire avec le but et la liste des périphériques internes. Il s'agit d'un contrôleur PWM à fréquence fixe principalement conçu pour les applications UPS, contenant les appareils suivants:
- générateur de tension en dents de scie (SPG);
- erreur amplificateurs;
- source de la tension de référence (référence) +5 V;
- circuit de réglage du temps mort;
- interrupteurs à transistor de sortie pour courant jusqu'à 500 mA;
- schéma pour sélectionner le fonctionnement à un temps ou à deux temps.
Limites
Comme tout autre microcircuit, la description du TL494CN doit contenir une liste des caractéristiques de performance maximales autorisées. Donnons-les sur la base des données de Motorola, Inc:
- Alimentation: 42 V.
- Tension du collecteurtransistor de sortie: 42 V.
- Courant de collecteur du transistor de sortie: 500 mA.
- Plage de tension d'entrée de l'amplificateur: -0,3 V à +42 V.
- Dissipation de puissance (à t< 45°C): 1000mW.
- Plage de température de stockage: -55 à +125°C.
- Plage de température ambiante de fonctionnement: de 0 à +70 °С.
Il convient de noter que le paramètre 7 pour la puce TL494IN est un peu plus large: de -25 à +85 °С.
Conception de la puce TL494CN
La description en russe des conclusions de son affaire est présentée dans la figure ci-dessous.
Le microcircuit est placé dans un boîtier en plastique (ceci est indiqué par la lettre N à la fin de sa désignation) boîtier à 16 broches avec des fils de type pdp.
Son apparence est montrée sur la photo ci-dessous.
TL494CN: schéma fonctionnel
Ainsi, la tâche de ce microcircuit est la modulation de largeur d'impulsion (PWM, ou anglais Pulse Width Modulated (PWM)) des impulsions de tension générées à l'intérieur des onduleurs régulés et non régulés. Dans les alimentations du premier type, la plage de durée d'impulsion atteint généralement la valeur maximale possible (~ 48 % pour chaque sortie dans les circuits push-pull, largement utilisés pour alimenter les amplificateurs audio de voiture).
La puce TL494CN a un total de 6 broches de sortie, 4 d'entre elles (1, 2, 15, 16) sont des entrées d'amplificateurs d'erreur internes utilisés pour protéger l'onduleur des surcharges de courant et potentielles. La broche 4 est l'entréesignal de 0 à 3 V pour régler le rapport cyclique des impulsions rectangulaires de sortie, et3 est la sortie du comparateur et peut être utilisé de plusieurs manières. 4 autres (numéros 8, 9, 10, 11) sont des collecteurs libres et des émetteurs de transistors avec un courant de charge maximal autorisé de 250 mA (en mode continu, pas plus de 200 mA). Ils peuvent être connectés par paires (9 à 10 et 8 à 11) pour piloter des MOSFET haute puissance avec une limite de courant de 500 mA (max. 400 mA en continu).
Quels sont les composants internes du TL494CN ? Son schéma est illustré dans la figure ci-dessous.
Le microcircuit a une source de tension de référence intégrée (ION) +5 V (n° 14). Il est généralement utilisé comme tension de référence (avec une précision de ± 1%) appliquée aux entrées des circuits ne consommant pas plus de 10 mA, par exemple à la broche 13 du choix du fonctionnement à un ou deux temps du microcircuit: s'il y a +5 V dessus, le deuxième mode est sélectionné, s'il y a un moins de la tension d'alimentation dessus - le premier.
Pour ajuster la fréquence du générateur de tension en dents de scie (GPN), un condensateur et une résistance sont utilisés, connectés aux broches 5 et 6, respectivement. Et, bien sûr, le microcircuit a des bornes pour connecter le plus et le moins de la source d'alimentation (numéros 12 et 7, respectivement) dans la plage de 7 à 42 V.
Le schéma montre qu'il existe un certain nombre de périphériques internes dans le TL494CN. Une description en russe de leur objectif fonctionnel sera donnée ci-dessous au cours de la présentation du matériel.
Fonctions des bornes d'entrée
Comme toutautre appareil électronique. Le microcircuit en question a ses propres entrées et sorties. Nous allons commencer par le premier. Une liste de ces broches TL494CN a déjà été donnée ci-dessus. Une description en russe de leur objectif fonctionnel sera donnée ci-dessous avec des explications détaillées.
Sortie 1
Il s'agit de l'entrée positive (non inverseuse) de l'amplificateur d'erreur 1. Si la tension sur celle-ci est inférieure à la tension sur la broche 2, la sortie de l'amplificateur d'erreur 1 sera faible. S'il est supérieur à celui de la broche 2, le signal de l'amplificateur d'erreur 1 passera au niveau haut. La sortie de l'amplificateur reproduit essentiellement l'entrée positive en utilisant la broche 2 comme référence. Les fonctions des amplificateurs d'erreur seront décrites plus en détail ci-dessous.
Conclusion 2
Il s'agit de l'entrée négative (inverseuse) de l'amplificateur d'erreur 1. Si cette broche est supérieure à la broche 1, la sortie de l'amplificateur d'erreur 1 sera basse. Si la tension sur cette broche est inférieure à la tension sur la broche 1, la sortie de l'amplificateur sera élevée.
Conclusion 15
Il fonctionne exactement de la même manière que2. Souvent, le deuxième amplificateur d'erreur n'est pas utilisé dans le TL494CN. Son circuit de commutation contient dans ce cas la broche 15 simplement connectée à la 14e (tension de référence +5 V).
Conclusion 16
Il fonctionne de la même manière que le1. Il est généralement connecté au commun7 lorsque le deuxième amplificateur d'erreur n'est pas utilisé. Avec la broche 15 connectée au +5V et la 16 connectée au commun, la sortie du deuxième amplificateur est faible et n'a donc aucun effet sur le fonctionnement de la puce.
Conclusion 3
Cette broche et chaque amplificateur interne TL494CNreliés entre eux par des diodes. Si le signal à la sortie de l'un d'eux passe de bas à haut, alors au numéro 3, il monte également. Lorsque le signal sur cette broche dépasse 3,3 V, les impulsions de sortie s'éteignent (rapport cyclique nul). Lorsque la tension sur celui-ci est proche de 0 V, la durée d'impulsion est maximale. Entre 0 et 3,3 V, la largeur d'impulsion est de 50 % à 0 % (pour chacune des sorties du contrôleur PWM - sur les broches 9 et 10 de la plupart des appareils).
Si nécessaire, la broche 3 peut être utilisée comme signal d'entrée ou peut être utilisée pour fournir un amortissement pour le taux de changement de largeur d'impulsion. Si la tension est élevée (> ~ 3,5 V), il n'y a aucun moyen de démarrer l'onduleur sur le contrôleur PWM (il n'y aura pas d'impulsions de celui-ci).
Conclusion 4
Il contrôle le rapport cyclique des impulsions de sortie (eng. Dead-Time Control). Si la tension est proche de 0 V, le microcircuit pourra produire à la fois la largeur d'impulsion minimale et maximale (qui est définie par d'autres signaux d'entrée). Si une tension d'environ 1,5 V est appliquée à cette broche, la largeur d'impulsion de sortie sera limitée à 50 % de sa largeur maximale (ou ~ 25 % de rapport cyclique pour un contrôleur PWM push-pull). Si la tension est élevée (> ~ 3,5 V), il n'y a aucun moyen de démarrer l'onduleur sur le TL494CN. Son circuit de commutation contient souvent le n° 4, relié directement à la terre.
Important à retenir ! Le signal aux broches 3 et 4 doit être inférieur à ~ 3,3 V. Et s'il est proche, disons, de + 5 V ? Commentalors TL494CN se comportera? Le circuit convertisseur de tension dessus ne générera pas d'impulsions, c'est-à-dire il n'y aura pas de tension de sortie de l'UPS
Conclusion 5
Sert à connecter le condensateur de temporisation Ct, et son second contact est relié à la masse. Les valeurs de capacité sont généralement de 0,01 µF à 0,1 µF. Les modifications de la valeur de ce composant entraînent une modification de la fréquence du GPN et des impulsions de sortie du contrôleur PWM. En règle générale, des condensateurs de haute qualité avec un coefficient de température très faible (avec très peu de changement de capacité avec le changement de température) sont utilisés ici.
Conclusion 6
Pour connecter la résistance de mise à l'heure Rt, et son second contact est relié à la masse. Les valeurs Rt et Ct déterminent la fréquence de FPG.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Conclusion 7
Il se connecte au fil commun du circuit de l'appareil sur le contrôleur PWM.
Conclusion 12
Il est marqué des lettres VCC. Le "plus" de l'alimentation TL494CN y est connecté. Son circuit de commutation contient généralement le n° 12 connecté à l'interrupteur d'alimentation. De nombreux onduleurs utilisent cette broche pour allumer et éteindre l'alimentation (et l'onduleur lui-même). S'il a +12 V et que le n ° 7 est mis à la terre, les puces FPV et ION fonctionneront.
Conclusion 13
Il s'agit de l'entrée du mode de fonctionnement. Son fonctionnement a été décrit ci-dessus.
Fonctions des bornes de sortie
Ci-dessus, ils ont été répertoriés pour TL494CN. Une description en russe de leur objectif fonctionnel sera donnée ci-dessous avec des explications détaillées.
Conclusion 8
Sur ceLa puce a 2 transistors npn qui sont ses clés de sortie. Cette broche est le collecteur du transistor 1, généralement connecté à une source de tension continue (12 V). Cependant, dans les circuits de certains appareils, il est utilisé comme sortie et vous pouvez voir un méandre dessus (ainsi que sur le n ° 11).
Conclusion 9
C'est l'émetteur du transistor 1. Il pilote le transistor UPS haute puissance (effet de champ dans la plupart des cas) dans un circuit push-pull, soit directement, soit via un transistor intermédiaire.
Sortie 10
C'est l'émetteur du transistor 2. En mode monocycle, le signal sur celui-ci est le même que sur le n° 9. sur l'autre il est bas, et vice versa. Dans la plupart des appareils, les signaux provenant des émetteurs des commutateurs à transistors de sortie du microcircuit en question pilotent de puissants transistors à effet de champ, qui sont mis à l'état ON lorsque la tension aux broches 9 et 10 est élevée (supérieure à ~ 3,5 V, mais il ne fait pas référence au niveau de 3,3 V sur les n° 3 et 4).
Conclusion 11
C'est le collecteur du transistor 2, généralement connecté à une source de tension continue (+12V).
Remarque: Dans les appareils du TL494CN, le circuit de commutation peut contenir à la fois des collecteurs et des émetteurs des transistors 1 et 2 en tant que sorties du contrôleur PWM, bien que la deuxième option soit plus courante. Il existe cependant des options lorsque exactement les broches 8 et 11 sont des sorties. Si vous trouvez un petit transformateur dans le circuit entre le CI et les FET, le signal de sortie en est probablement tiré.(des collectionneurs)
Conclusion 14
Il s'agit de la sortie ION, également décrite ci-dessus.
Principe de fonctionnement
Comment fonctionne la puce TL494CN ? Nous donnerons une description de l'ordre de son travail basé sur des matériaux de Motorola, Inc. La sortie de modulation de largeur d'impulsion est obtenue en comparant le signal en dents de scie positif du condensateur Ct à l'un ou l'autre des deux signaux de commande. Les transistors de sortie Q1 et Q2 sont fermés NOR pour les ouvrir uniquement lorsque l'entrée d'horloge de déclenchement (C1) (voir le schéma fonctionnel TL494CN) passe à l'état bas.
Ainsi, si à l'entrée C1 du déclencheur le niveau d'une unité logique, alors les transistors de sortie sont fermés dans les deux modes de fonctionnement: monocycle et push-pull. Si un signal d'horloge est présent sur cette entrée, alors en mode push-pull, le transistor s'ouvre un à un à l'arrivée de l'impulsion d'horloge de coupure à la gâchette. En mode cycle unique, le déclencheur n'est pas utilisé et les deux touches de sortie s'ouvrent de manière synchrone.
Cet état ouvert (dans les deux modes) n'est possible que dans la partie de la période FPV où la tension en dents de scie est supérieure aux signaux de commande. Ainsi, une augmentation ou une diminution de l'amplitude du signal de commande provoque une augmentation ou une diminution linéaire de la largeur des impulsions de tension aux sorties du microcircuit, respectivement.
La tension de la broche 4 (contrôle du temps mort), les entrées d'amplificateur d'erreur ou l'entrée de signal de retour de la broche 3 peuvent être utilisées comme signaux de commande.
Premiers pas dans le travail avec un microcircuit
Avant de fairetout appareil utile, il est recommandé d'apprendre comment fonctionne le TL494CN. Comment vérifier si cela fonctionne ?
Prenez votre planche à pain, placez le CI dessus et connectez les fils selon le schéma ci-dessous.
Si tout est correctement connecté, le circuit fonctionnera. Laissez les broches 3 et 4 non libres. Utilisez votre oscilloscope pour vérifier le fonctionnement du FPV - à la broche 6, vous devriez voir une tension en dents de scie. Les sorties seront nulles. Comment déterminer leurs performances dans TL494CN. La vérification peut se faire comme ceci:
- Connecter la sortie de retour (3) et la sortie de contrôle du temps mort (4) à la masse (7).
- Maintenant, vous devriez détecter l'onde carrée aux sorties du CI.
Comment amplifier le signal de sortie ?
La sortie du TL494CN est plutôt à faible courant, et vous voulez certainement plus de puissance. Ainsi, il faut ajouter quelques transistors puissants. Les plus faciles à utiliser (et très faciles à obtenir - à partir d'une ancienne carte mère d'ordinateur) sont les MOSFET de puissance à canal n. Dans le même temps, nous devons inverser la sortie du TL494CN, car si nous y connectons un MOSFET à canal n, alors en l'absence d'impulsion à la sortie du microcircuit, il sera ouvert au flux continu. Dans ce cas, le MOSFET peut simplement griller … Nous retirons donc le transistor npn universel et le connectons selon le schéma ci-dessous.
Mosfet puissant dans cele circuit est contrôlé passivement. Ce n'est pas très bon, mais à des fins de test et de faible puissance, il convient tout à fait. R1 dans le circuit est la charge du transistor npn. Sélectionnez-le en fonction du courant maximum admissible de son collecteur. R2 représente la charge de notre étage de puissance. Dans les expériences suivantes, il sera remplacé par un transformateur.
Si nous regardons maintenant le signal à la broche 6 du microcircuit avec un oscilloscope, nous verrons une "scie". Sur8 (K1), vous pouvez toujours voir des impulsions d'onde carrée et sur le drain des impulsions MOSFET de la même forme, mais plus grandes.
Comment augmenter la tension de sortie ?
Maintenant, augmentons la tension avec le TL494CN. Le schéma de commutation et de câblage est le même - sur la planche à pain. Bien sûr, vous ne pouvez pas obtenir une tension suffisamment élevée, d'autant plus qu'il n'y a pas de dissipateur thermique sur les MOSFET de puissance. Cependant, connectez un petit transformateur à l'étage de sortie selon ce schéma.
L'enroulement primaire du transformateur contient 10 tours. L'enroulement secondaire contient environ 100 tours. Ainsi, le rapport de transformation est de 10. Si vous appliquez 10V au primaire, vous devriez obtenir environ 100V en sortie. Le noyau est en ferrite. Vous pouvez utiliser un noyau de taille moyenne à partir d'un transformateur d'alimentation PC.
Attention, la sortie du transformateur est en haute tension. Le courant est très faible et ne vous tuera pas. Mais vous pouvez obtenir un bon coup. Un autre danger est si vous installez un grandcondensateur à la sortie, il accumulera une charge importante. Par conséquent, après avoir éteint le circuit, il doit être déchargé.
A la sortie du circuit, vous pouvez allumer n'importe quel voyant comme une ampoule, comme sur la photo ci-dessous.
Il fonctionne sur une tension continue et a besoin d'environ 160 V pour s'allumer. (L'alimentation électrique de l'ensemble de l'appareil est d'environ 15 V - un ordre de grandeur inférieur.)
Le circuit de sortie du transformateur est largement utilisé dans tous les onduleurs, y compris les alimentations PC. Dans ces appareils, le premier transformateur, connecté via des commutateurs à transistor aux sorties du contrôleur PWM, sert à isoler galvaniquement la partie basse tension du circuit, qui comprend le TL494CN, de sa partie haute tension, qui contient la tension secteur transformateur.
Régulateur de tension
En règle générale, dans les petits appareils électroniques faits maison, l'alimentation est fournie par un onduleur PC typique, fabriqué sur TL494CN. Le circuit d'alimentation d'un PC est bien connu et les blocs eux-mêmes sont facilement accessibles, puisque des millions de vieux PC sont éliminés chaque année ou vendus pour des pièces de rechange. Mais en règle générale, ces onduleurs ne produisent pas de tensions supérieures à 12 V. C'est trop peu pour un variateur de fréquence. Bien sûr, on pourrait essayer d'utiliser un onduleur PC à surtension de 25 V, mais ce serait difficile à trouver et trop de puissance serait dissipée à 5 V dans les portes logiques.
Cependant, sur le TL494 (ou analogues), vous pouvez construire n'importe quel circuit avec accès à une puissance et une tension accrues. Utilisation de pièces typiques de PC UPS et de MOS haute puissancetransistors de la carte mère, vous pouvez construire un régulateur de tension PWM sur le TL494CN. Le circuit du convertisseur est illustré dans la figure ci-dessous.
On y voit le circuit de commutation du microcircuit et l'étage de sortie sur deux transistors: un universel npn- et un puissant MOS.
Parties principales: T1, Q1, L1, D1. Le bipolaire T1 est utilisé pour piloter un MOSFET de puissance connecté de manière simplifiée, le soi-disant. "passif". L1 est une inductance d'une ancienne imprimante HP (environ 50 tours, 1 cm de haut, 0,5 cm de large avec enroulements, starter ouvert). D1 est une diode Schottky d'un autre appareil. Le TL494 est câblé d'une manière alternative à ce qui précède, bien que l'un ou l'autre puisse être utilisé.
C8 est une petite capacité pour empêcher l'effet du bruit entrant dans l'entrée de l'amplificateur d'erreur, une valeur de 0,01 uF sera plus ou moins normale. Des valeurs plus élevées ralentiront le réglage de la tension souhaitée.
C6 est un condensateur encore plus petit, il est utilisé pour filtrer le bruit à haute fréquence. Sa capacité peut atteindre plusieurs centaines de picofarads.
