Принцип работы tl494: 404 ТАКОЙ СТРАНИЦЫ НЕТ НА САЙТЕ

Содержание

ШИМ-контроллер. Устройство и принцип работы.

В далекие, теперь уже времена прошлого века, в блоках питания для понижения или повышения напряжения применялись линейные трансформаторы. Диодный мост и электролитический конденсатор сглаживал пульсацию. Далее напряжение стабилизировалось линейными или интегральными стабилизаторами. Вес таких источников питания был достаточно большой, ничуть не меньше были и габариты. Чем большая мощность требовалась от БП, тем в несколько раз был объемнее и тяжелее сам блок питания.

Если заглянуть в современную бытовую технику, то сейчас вы увидите импульсный источник питания, или блок питания – сокращенно ИБП. В таких модулях питания используется в качестве управления специальная микросхема-контроллер Широтно-импульсной модуляции, или сокращенно ШИМ. Здесь мы и поговорим об устройстве и назначении этого элемента.

Преимущества и определения ШИМ-контроллера

ШИМ-контроллер это совокупность нескольких функциональных схем для того чтобы управлять выходными силовыми каскадами, собранными обычно на транзисторах.

Управляются они исходя из той информации, которую микросхема ШИМ получает от выходных цепей. В зависимости от тока или выходного напряжения на выходе блока питания ШИМ-контроллер регулирует время открытия ключевого транзистора. Таким образом, получается замкнутый круг. Эта часть блока питания называется обратная связь или ОС.

В литературе и интернет источниках можно встретить случаи, когда ШИМ-контроллерами называют различные генераторы сигналов с регулировкой широты импульса, НО без обратной связи! К таким генераторам (на NE555 и др.) не совсем корректно применять понятие контроллер, скорее регулятор или генератор.

Широтно-импульсная модуляция – это тот метод, когда сигнал модулируется не с помощью изменения амплитуды или частоты, а с помощью длительности импульса. Далее, после интеграции импульсов при помощи LC-фильтров происходит сглаживание модулированного сигнала.

Характеристики ШИМ.

Для Широтно-модулированного сигнала характеристик всего две:

Частота следования импульсов
Скважность импульсов, или коэффициент заполнения. По сути это одно и то же. Разница лишь в обозначении: для скважности -это D, для заполнения используем литеру S. Коэффициент заполнения = единица / период сигнала T

S=1/T

T – Период сигнала

T=1/f

D=T/1=1/S

F – Частота сигнала

Таким образом, коэффициент заполнения ничто иное как интервал от периода сигнала. Отсюда следует что он (коэффициент заполнения) всегда будет меньше единицы, что не скажешь о скважности – она всегда будет больше 1.

Возьмем пример:

Частота сигнала = 50 кГц.

Период сигнала = 20 мкс.

Теперь предположим, что ключ выхода ШИМ открывается на 4 мкс. Коэффициент заполнение составит минус 20%, а скважность будет равна 5.

Конечно же, в расчет необходимо брать конструкцию ШИМ, исходя из количества силовых ключей.

Отличительные особенности импульсных и линейных БП.

Существенным преимуществом импульсных источников питания перед линейными является хороший КПД (около 90%)

Структура ШИМ

Давайте рассмотрим структуру любого ШИМ-контроллера. Хоть в своем огромном семействе разные ШИМ-ы и обладают дополнительными функциональными особенностями, но все же они все похожи.

Заглянув в микросхему, мы увидим полупроводниковый кристалл, в котором находятся следующие функциональные составляющие:

Генератор последовательных импульсов.
Источник опорного напряжения.
Схема обратной связи (ОС), усилитель ошибки.
Генератор прямоугольных импульсов, управляющий транзисторами, которые в свою очередь коммутируют силовые ключевые каскады.

Количество этих ключей, зависит от предназначения самого ШИМ-контроллера. Например, простые обратноходовые схемы построены на 1-м силовом ключе, полу мостовые на 2-х, а мостовые преобразователи на 4-х ключах.

Выбирая ШИМ-контроллер необходимо исходит из того какой ключ используется. Например, если в блоке питания в качестве выходного каскада стоит биполярный транзистор, то подойдет большая часть контроллеров. Связано это с тем, что управлять таким силовым ключом достаточно просто – подавая импульсы на базу транзистора, мы открываем и закрываем его.

А вот если мы будем использовать полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) или IGBT транзисторы, то здесь уже немного сложнее. Выходной транзистор-ключ мало того что нужно открыть – путем заряда затвора, так нам его еще надо и закрыть, естественно разряжая затвор ключа. Для таких схем используются соответствующие ШИМ-контроллеры. У них на выходе стоит 2 транзистора – один заряжает затвор ключа, а другой разряжает, замыкая его на землю.

На заметку:

Многие ШИМ-контроллеры совмещаются с силовыми ключами в один корпус. Если этот контроллер для маломощного блока питания, то выходные транзисторы устанавливаются прямо в микросхему контроллера.

В случае же если блок питания достаточно мощный, то интеграция происходит в обратную сторону – микросхема ШИМ-контроллер устанавливается в корпус силового ключа. Такую микросхему легко установить на радиатор. Соответственно количество выводов у такой микросхемы не как у транзистора.

Грубо говоря, ШИМ-контроллер представляет собой компаратор, на один из входов которого приходит сигнал обратной связи, на другой пилообразный сигнал генератора. Когда первый по амплитуде превышает второй, на выходе формируется импульс.

Тем самым ширина импульса на выходе зависит от соотношения входных сигналов. Предположим, что мы подключили более мощную нагрузку к выходу БП, и напряжение дало просадку. На обратной связи будет тоже падение. Что же произойдет?

В периоде сигнала начнет преобладать пилообразный сигнал, длительность импульсов на выходе увеличится и напряжение компенсируется. Происходит это все в доли секунды.

Частота работы генератора ШИМ-а задается RC-цепью

Пример использования ШИМ-контроллера на базе TL494 – довольно распространённой микросхемы. Далее рассмотрим назначение отдельных выводов этой микросхемы.

Давайте разберем назначение и название этих выводов:

Vcc (Ucc, Vss)– вывод питания микросхемы.
GND (Ground – земля) – земля или общий провод
OUT – выход контроллера. С этого вывода и выходит управляющий сигнал для переключения ключей. Иногда выходные выводы обозначают HO и LO (для полумоста)

Vc (Uc) – Вывод контролирующий питание. При пониженном питании возможен перегрев и выход из строя ключей. Контрольный вывод заблокирует работу контроллера в таком случае.
Vref – опорное напряжение, чаще всего на этот вывод вешается конденсатор, соединенный с землей.
ILIM – сигнал с измерителя тока. Соединен с обратной связью для ограничения тока.
ILIMREF – регулировочный вывод для сработки по току
SS – мягкий старт контроллера. Используется для плавного запуска блока питания и выхода в штатный режим работы.
RtCt – выводы RC-цепи, которая и задает частоту работы ШИМ.
CLOCK – выходной сигнал тактовых синхроимпульсов. Предназначен для синхронизации работы нескольких ШИМ-контроллеров в одной схеме.
RAMP – сравнивающий вывод. На нем присутствует пилообразный сигнал генератора и сигнал обратной связи для формирования ШИМ -сигнала.
INV и NOINV – входы компаратора, формирующие сигнал усилителя ошибки. От величины напряжения на INV зависит длительность импульса ШИМ.
EAOUT – дополнительный выход усилителя ошибки.

Для того чтобы закрепить сказанное выше рассмотрим пару примеров использования ШИМ-контроллеров, а так же их схем включения. Сделаем это на примере микросхем:

TL494
UC3843

Эти микросхемы часто используются в различных блоках питания, в том числе и компьютерных. Когда дело доходит до переделки компьютерного блока питания в лабораторный бп или зарядное устройство для аккумулятора, то, как раз стараются подобрать бп на TL494.

Обзор ШИМ TL494

Технические характеристики ШИМ-контроллера TL494

Ниже на рисунке дана распиновка TL494:

Неинвертирующий вход первого компаратора ошибки
Инвертирующий вход первого компаратора ошибки
Вход обратной связи
Вход регулировки мертвого времени
Вывод для подключения внешнего времязадающего конденсатора
Вывод для подключения времязадающего резистора
Общий вывод микросхемы, минус питания
Вывод коллектора первого выходного транзистора
Вывод эмиттера первого выходного транзистора
Вывод эмиттера второго выходного транзистора
Вывод коллектора второго выходного транзистора
Вход подачи питающего напряжения
Вход выбора однотактного или же двухтактного режима работы микросхемы
Вывод встроенного источника опорного напряжения 5 вольт
Инвертирующий вход второго компаратора ошибки
Неинвертирующий вход второго компаратора ошибки

Обзор микросхемы UC3843

Еще одна популярная микросхема используемая в качестве ШИМ-контроллеров компьютерных и не только блоков питания – это микросхема 3843. распиновка её находится ниже. Как видно, у нее 8 выводов, но функции такие же как у TL949. Можно встретить эту микросхему в 14-выводном корпусе и часть выводов у неё (NC) – то есть не используется.

Рассмотрим назначение выводов:

Вход компаратора (усилителя ошибки).
Вход напряжения обратной связи. Это напряжение сравнивается с опорным внутри ИМС.
Датчик тока. Подключается к резистору стоящему в между силовым транзистором и общим проводом. Нужен для защиты от перегрузок.
Времязадающая RC-цепь. С её помощью задаётся рабочая частота ИМС.
Общий.
Выход. Управляющее напряжение. Подключается к затвору транзистора, здесь двухтактный выходной каскад для управления однотактным преобразователем (одним транзистором), что можно наблюдать на рисунке ниже.
Напряжение питания микросхемы.
Выход источника опорного напряжения (5В, 50 мА)

Структура микросхемы UC3843

Можно заметить, что и эта микросхема тоже похожа на все остальные ШИМ-контроллеры.

Простой блок питания на UC3842

Микросхема ШИМ с силовым ключом в одном корпусе

Подобные ШИМ-контроллеры используются как в импульсных блоках питания на базе импульсного трансформатора, так и в DC-DC понижающих или повышающих преобразователях.

Можно привести в пример одну из самых распространенных микросхем в этом сегменте – LM2596. На её базе можно найти большое количество схем преобразователей, в том числе и изображенная ниже.

LM2596 включает в себя все технические решения, описанные выше, плюс в неё еще интегрирован силовой ключ на ток до 3 Ампер.

Структура микросхемы LM2596

Как можно увидеть больших отличий от микросхем, которые мы рассматривали ранее в ней нет.

Еще один пример блока питания для светодиодных лент на ШИМ-контроллере 5L0380R – У неё всего 4 вывода. Как можно заметить в схеме отсутствует силовой ключ. Естественно он в микросхеме, а сама микросхема выполнена в корпусе транзистора и крепится на радиатор.

Микросхема ШИМ 5L0380R

Изучая ШИМ-контроллеры можно сделать несколько выводов: Если мы имеем дело с мощным источником питания и нам необходима достаточная гибкость использования этого контроллера, то такая микросхема как TL494 (и подобные) подходит для таких задач лучше. А если блок питания средней и невысокой мощности, то вполне свою роль выполнят ШИМ-контроллеры с интегрированными в них силовыми ключами. В таких бп нет больших требований к пульсациям и помехам, а выходные цепи можно сгладить фильтрами. Обычно это блоки питания для бытовой техники, светодиодных лент, ноутбуков, зарядных адаптеров.

И напоследок.

Ранее мы уже говорили о том, что ШИМ-контроллер это механизм, который на базе сформированных импульсов за счет изменения ширины импульсов формирует среднее значение напряжения управляемое с цепей обратной связи. Хочу заметить, что классификация и название у каждого автора могут быть абсолютно разными. ШИМ-контроллером могут называть простой регулятор напряжения.

В то же время сам ШИМ-контроллер в блоке питания может быть назван – “блокинг-генератор”, “интегральный субмодуль”, “задающий генератор” От того как его назвал тот или иной автор суть не меняется, но могут возникнуть непонимания и разночтения.

Описание и характеристики микросхемы TL494 — принцип работы

Многие современные импульсные блоки питания изготовляются с использованием микросхем TL494. Это наиболее распространённый ШИМ-контроллер, который обладает высокими эксплуатационными качествами и универсальным применением. Он часто используется радиолюбителями для самостоятельной сборки различных приборов и силовых установок. Существуют также различные аналоги данной микросхемы, которые также активно используются.

Содержание

1 Обзор и описание TL494
2 Принцип работы микросхемы
3 Основные характеристики и функционал микросхем серии TL494
4 Расположение и назначение выводов микросхемы
5 Рекомендуемые рабочие параметры
6 Область применения TL494
7 Аналоги микросхемы TL494
- 7. 1 TL494CN
- 7.2 KIA494P
- 7.3 DBL494
- 7.4 TL494ID
- 7.5 TL4941
8 Варианты устройств на микросхеме TL494
- 8.1 Плавное включение на микросхеме TL494
- 8.2 Схема блок питания на TL494 с регулировкой напряжения и тока
- 8.3 Повышающий преобразователь на TL494
- 8.4 Импульсный блок питания на 5 Вольт на TL494
- 8.5 Схема блока питания 5 Вольт 10 Ампер на микросхеме TL494

Обзор и описание TL494

TL494 является ШИМ-контроллером, который уже можно использовать для сборки блоков питания. Здесь доступно два рабочих параметра – одноконтактный и двухконтактный. Внутренняя схема питания поддерживает возможность применения двойного импульса. Встроенный стабилизатор напряжения позволяет снизить вероятность скачков и отклонений до 5% от заданного значения. Архитектура системы легко адаптируется и синхронизируется с прочими источниками.

Стандартная схема включает в себя все необходимые системы модуляции с помощью использования всего одного кристалла. Данная система применяется для контроля подачи энергии, другого применения не имеет. Усилители ошибки, управляемый генератор, компаратор управления, переключатели – всё это основные составляющие контроллера.

Важно! Усилители напряжения функционируют при 0,3-2 В. Компаратор обеспечивает достаточное смещение для временной задержки при подаче энергии не более 5%. Он может использоваться для преобразования энергетических потоков и создания источников энергии.

Независимые формировщики сигнала позволяют оптимально распределить нагрузку по микросхеме, таким образом, чтобы снизить возможные риски поломки. Рабочая температура установки составляет от -40 до 85 градусов Цельсия.

Принцип работы микросхемы

ШИМ-контроллер отличается достаточно простой схемой работы. При стандартном подключении управляющие сигналы начинают поступать под входящим напряжением на входы микросхемы. Если мощность ниже 3 В, тогда на выходе формируются импульсы, а их ширина варьируется в зависимости от особенностей подключения.

Схемы используются только в случае высоких поступательных сигналов. Уровень напряжения регулируется на выходах, которые могут контролировать его на выходных потоках.

Внимание! Главный принцип работы установки во многом зависит от управляющего сигнала. Он вызывает линейное падение или повышение напряжения внутри. В качестве сигналов могут быть использованы импульсы различного характера. Один из методов изучить особенности работы схемы – воспользоваться осциллографом, подключив его к точкам тестовой платы.

Основные характеристики и функционал микросхем серии TL494

Микросхема может быть использована для формирования импульсов. Для контроля частоты используются резисторы и конденсаторы. Ключевые параметры установки приведены ниже.

Расположение и назначение выводов микросхемы

Классическая микросхема оснащается несколькими разными типами вывода, которые применяются для подключения и передачи энергии. Среди наиболее распространённых потоков:

Вход на положительной части. Он указывает на значение напряжения. Если оно превышает второй вывод, тогда мощность упадёт, а ширина входных импульсов будет минимальной. Наблюдается и обратная зависимость.
Вход на отрицательной части. Работает по аналогичному принципу с предыдущим вариантом. Показывает ошибку при высоком входном напряжении.
Усилитель. Это усиленный выход системы, который проходит через специальные диоды.
Изменение мёртвого времени. Это своеобразная скважность, которая задаёт мощность на 50%.
ГПН. Данный вывод используется для подключения конденсатора, задающего время работы.
ГПН. Он также отвечает за время работы микросхемы.
Подключается ко всей схеме контроллера.
Содержится в составе микросхемы. Позволяет обеспечить необходимое подключение.
Другие выводы и каналы связи.
Вывод для работы на выходном компоненте контролирующей схемы и получения выходных сигналов.
Стабилизация источника напряжения, который может использоваться для работы усилительной части.
Вывод для выявления погрешности при работе микросхемы.

Выше перечислены в общем порядке выводы контролирующей схемы, которые используются для подключения и контроля за различными возможностями и функциями.

Область применения TL494

Среди основных направлений применения следует обратить внимание на такие:

компьютеры – стационарные модели;
микроволновые печи и другая мелкая бытовая техника;
источники бесперебойного питания, мощность которых не составляет более 9 В;
преобразователи энергии ультрафиолетового излучения;
источники питания, находящиеся в изолированном пространстве;
преобразователи.

Также многие радиолюбители применяют данную микросхему для обучения и проведения исследований.

Аналоги микросхемы TL494

Существуют различные аналогичные схемы контроллеров. Они могут отличаться выводами в соответствии с действующими стандартами, что следует учитывать при выборе.

TL494CN

Это импульсный регулятор напряжения, который может использоваться с самыми разными устройствами. Отличается высокими эксплуатационными качествами. По характеристикам не уступает TL494. Монтируется непосредственно на монтажную плату.

KIA494P

Это контроллер на монолитном кристалле, который используется для модуляции широтно-импульсных сигналов. Применяется для контроля энергетическими ресурсами, адаптирован специально под требуемые свойства.

DBL494

Это контролирующий блок, применяющийся в системах, необходимых для управления питанием. По характеристикам не отличается от рассматриваемой модификации. Обладает простотой настройки и синхронизации.

TL494ID

Коммутационный контроллер питания и управления широтно-импульсной модуляцией. Оснащается всеми необходимыми выходами и входами. Работает по типу PWM.

TL4941

Применяется в системах стабилизации напряжения. Архитектура устройства построена таким образом, что не даёт возможности подключать подачу и обработку двойного импульса.

Варианты устройств на микросхеме TL494

Данный ШИМ-контроллер обладает различными вариантами исполнения и подключения, которые отличаются по принципу работы и другим особенностям.

Плавное включение на микросхеме TL494

Система плавного включения на схеме подразумевает плавную ШИМ-регулировку. Здесь суть заключается в максимально аккуратном переходе от начального напряжения к максимально заданному. При этом диапазон напряжения напрямую зависит от особенностей работы установки.

Схема блок питания на TL494 с регулировкой напряжения и тока

Данная микросхема активно используется в установках импульсного типа, которые проявляют максимальную чувствительность к перепадам энергии в сети. Схема подключения включает переключатели, которые используются для контроля и регулировки силы тока и напряжения. Данная схема необходима для управления силовыми значениями электроники. По узлам функциональных возможностей и параметров.

Повышающий преобразователь на TL494

Работает по принципу плавного повышения рабочей мощности системы от 28 В до значения 220. Для этого используются специальные системные переключатели.

Импульсный блок питания на 5 Вольт на TL494

Он работает по принципу резкого изменения уровня напряжения на входе, на 5 В. Особенности подключения зависят от определённых параметров и требований.

Схема блока питания 5 Вольт 10 Ампер на микросхеме TL494

Максимально простая установка, которая позволяет адаптировать рабочие характеристики под определённые нужды и уровень напряжения в системе.

При работе с микросхемой важна практика и понимание теоретической части. Со временем получится настраивать и более сложные ШИМ-контроллеры для работы.

Схема

High Power High Efficiency TL494 Buck Converter

Понижающий преобразователь (понижающий преобразователь) представляет собой импульсный преобразователь постоянного тока, который понижает напряжение при сохранении постоянного баланса мощности. Главной особенностью понижающего преобразователя является эффективность, а это означает, что с понижающим преобразователем на борту мы можем ожидать увеличения срока службы батареи, снижения нагрева, уменьшения размера и повышения эффективности. Ранее мы сделали несколько простых схем понижающего преобразователя и объяснили их основы и эффективность конструкции.

Итак, в этой статье мы собираемся спроектировать, рассчитать и протестировать высокоэффективную схему понижающего преобразователя на основе популярной TL494 IC и, наконец, будет подробное видео, показывающее рабочую и тестовую часть. схемы, Итак, без лишних слов, давайте начнем.

Как работает понижающий преобразователь?

На приведенном выше рисунке показана очень простая схема понижающего преобразователя . Чтобы узнать, как работает понижающий преобразователь, я разделю схему на два состояния. Первое состояние, когда транзистор включен, следующее состояние, когда транзистор выключен.

Транзистор включен

В этом сценарии мы видим, что диод находится в состоянии разомкнутой цепи, потому что он находится в состоянии обратного смещения. В этой ситуации через нагрузку начнет протекать некоторый начальный ток, но ток ограничивается дросселем, поэтому дроссель также начинает постепенно заряжаться. Следовательно, во время работы цепи конденсатор накапливает заряд цикл за циклом, и это напряжение отражается на нагрузке.

Состояние транзистора выключено

Когда транзистор находится в выключенном состоянии, энергия, накопленная в катушке индуктивности L1, разрушается и течет обратно через диод D1, как показано на схеме со стрелками. В этой ситуации напряжение на катушке индуктивности имеет обратную полярность, поэтому диод находится в состоянии прямого смещения. Теперь из-за разрушающегося магнитного поля индуктора ток продолжает течь через нагрузку до тех пор, пока индуктор не разрядится. Все это происходит, когда транзистор находится в закрытом состоянии.

Через определенный период, когда в катушке индуктивности почти закончилась накопленная энергия, напряжение нагрузки снова начинает падать, в этой ситуации конденсатор C1 становится основным источником тока, конденсатор поддерживает ток до следующего цикл начинается снова.

Теперь, изменяя частоту переключения и время переключения, мы можем получить любой выходной сигнал от 0 до Vin от понижающего преобразователя.

IC TL494

Теперь, прежде чем собирать TL49Преобразователь 4 бакса , давайте узнаем, как работает ШИМ-контроллер TL494.

Микросхема TL494 имеет 8 функциональных блоков, которые показаны и описаны ниже.

1. Регулятор опорного напряжения 5 В

Выход внутреннего опорного регулятора 5 В представляет собой вывод REF, который является выводом 14 микросхемы. Опорный регулятор предназначен для обеспечения стабильного питания внутренних схем, таких как триггер управления импульсами, осциллятор, компаратор управления мертвым временем и компаратор ШИМ. Регулятор также используется для управления усилителями ошибки, которые отвечают за управление выходным сигналом.

Внимание! Эталон запрограммирован внутри с начальной точностью ±5% и сохраняет стабильность в диапазоне входного напряжения от 7 В до 40 В. Для входного напряжения менее 7 В регулятор насыщается в пределах 1 В от входа и отслеживает его.

2. Генератор

Генератор генерирует и подает пилообразную волну на контроллер мертвого времени и компараторы ШИМ для различных управляющих сигналов.

Частоту генератора можно установить, выбрав компоненты синхронизации

R T и C T .

Частота генератора может быть рассчитана по формуле ниже

  Fosc = 1/(RT * CT )

Для простоты я сделал электронную таблицу, с помощью которой можно очень легко рассчитать частоту.

Внимание! Частота генератора равна выходной частоте только для несимметричных приложений. Для двухтактных приложений выходная частота составляет половину частоты генератора.

3. Компаратор контроля мертвого времени

Мертвое время или, проще говоря, управление временем простоя обеспечивает минимальное время простоя или время простоя. Выход компаратора мертвого времени блокирует переключение транзисторов, когда напряжение на входе превышает линейное напряжение генератора. Подача напряжения на контакт DTC может привести к увеличению мертвого времени, тем самым обеспечивая дополнительное мертвое время от минимума в 3% до 100% при изменении входного напряжения от 0 до 3В. Проще говоря, мы можем изменить коэффициент заполнения выходной волны без настройки усилителей ошибки.

Внимание! Внутреннее смещение 110 мВ обеспечивает минимальное время простоя 3 % при заземленном входе управления временем простоя.

4. Усилители ошибки

Оба усилителя ошибки с высоким коэффициентом усиления получают смещение от шины питания VI. Это допускает диапазон синфазного входного напряжения от –0,3 В до 2 В меньше, чем VI. Оба усилителя ведут себя как однотактные усилители с однополярным питанием, поскольку каждый выход активен только на высоком уровне.

5. Вход управления выходом

Вход управления выходом определяет, работают ли выходные транзисторы в параллельном или двухтактном режиме. Подключив контакт управления выходом, который является контактом 13, к земле, установите выходные транзисторы в режим параллельной работы. Но подключение этого вывода к выводу 5V-REF переводит выходные транзисторы в двухтактный режим.

6. Выходные транзисторы

Микросхема имеет два внутренних выходных транзистора в конфигурациях с открытым коллектором и открытым эмиттером, с помощью которых она может получать или потреблять максимальный ток до 200 мА.

Внимание! Транзисторы имеют напряжение насыщения менее 1,3 В в схеме с общим эмиттером и менее 2,5 В в схеме эмиттерный повторитель.

Особенности микросхемы TL494

Полная схема управления мощностью ШИМ
Незафиксированные выходы для 200 мА стока или источника тока
Управление выходом выбирает односторонний или двухтактный режим
Внутренняя схема запрещает двойной импульс на любом выходе
Переменное время простоя обеспечивает контроль всего диапазона
обеспечивает стабильное напряжение 5 В
Эталонный источник питания с допуском 5 %
Архитектура цепи обеспечивает простую синхронизацию

Внимание! Большая часть внутренней схемы и описания операций взята из таблицы данных и несколько изменена для лучшего понимания.

Необходимые компоненты

TL494 IC-1
TIP2955 Транзистор – 1
Винтовые клеммы 5 мм x 2 – 2
Конденсатор 1000 мкФ, 60 В – 1
Конденсатор 470 мкФ, 60 В – 1
50K,1% Резистор – 1
560R Резистор – 1
10K,1% Резистор – 4
3.3K, 1% Резистор – 2
Резистор 330R – 1
Конденсатор 0,22 мкФ – 1
Резистор 5,6 кОм, 1 Вт — 1
Стабилитрон 12,1 В — 1
MBR20100CT Диод Шоттки — 1
70 мкГн (27 x 11 x 14 ) мм Дроссель – 1
Потенциометр (10K) Подстроечный потенциометр – 1
Токоизмерительный резистор 0,22 Ом — 2
Плакированная плита, универсальная, 50 x 50 мм — 1
Универсальный радиатор блока питания — 1
Проволочные перемычки общего назначения — 15

Принципиальная схема

Принципиальная схема высокоэффективного преобразователя Понижающий преобразователь приведена ниже.

Конструкция схемы

Для демонстрации сильноточного понижающего преобразователя , схема построена на печатной плате ручной работы с помощью файлов схемы и дизайна печатной платы [файл Gerber]; обратите внимание, что если вы подключаете большую нагрузку к выходному понижающему преобразователю, то через дорожки печатной платы будет протекать огромное количество тока, и есть вероятность, что дорожки сгорят. Итак, чтобы предотвратить перегорание дорожек печатной платы, я включил несколько перемычек, которые помогают увеличить ток. Кроме того, я укрепил дорожки печатной платы толстым слоем припоя, чтобы снизить сопротивление дорожки.

Катушка индуктивности состоит из 3-х жил параллельного эмалированного медного провода площадью 0,45 кв. мм.

Расчеты

Чтобы правильно рассчитать значения индуктивности и конденсатора, я использовал документ от texas Instruments.

После этого я сделал таблицу Google, чтобы упростить вычисления

Тестирование этого высоковольтного понижающего преобразователя

Для тестирования схемы используется следующая установка. Как показано на изображении выше, входное напряжение составляет 41,17 В, а ток холостого хода составляет 0,015 А, поэтому потребляемая мощность без нагрузки составляет менее 0,6 Вт.

Прежде чем кто-нибудь из вас вскочит и скажет, что чаша резистора делает в моем испытательном столе.

Позвольте мне сказать вам, что резисторы очень сильно нагреваются во время тестирования схемы в условиях полной нагрузки, поэтому я приготовил миску с водой, чтобы мой рабочий стол не сгорел

Инструменты, используемые для тестирования схемы

Свинцово-кислотный аккумулятор 12 В.
Трансформатор с ответвлениями 6-0-6 и 12-0-12
5 10 Вт 10 Ом Сопротивление при параллельной нагрузке
Мультиметр Meco 108B+TRMS
Мультиметр Meco 450B+TRMS
Осциллограф Hantek 6022BE

Входная мощность для понижающего преобразователя высокой мощности до входной мощности 82,9539 Вт.
Выходная мощность

Как видно из приведенного выше изображения, выходное напряжение составляет 12,78 В, а потребляемый ток 5,614 А, что эквивалентно потребляемой мощности 71,6958 Вт. 82,9539) x 100 % = 86,42 %

Потери в цепи связаны с резисторами для питания микросхемы TL494 и

Абсолютный максимальный потребляемый ток в моей тестовой таблице

Из приведенного выше изображения это видно что максимальный ток, потребляемый из цепи, составляет 6,96 А это почти

В этой ситуации основным узким местом системы является мой трансформатор, поэтому я не могу увеличить ток нагрузки, но с такой конструкцией и с хорошим теплоотводом вы можете легко получить более 10А тока из этой цепи .

Внимание! Любому из вас интересно, почему я присоединил к схеме массивный радиатор , позвольте мне сказать вам, что на данный момент у меня нет радиатора меньшего размера в моем запасе.

Дополнительные усовершенствования

Эта схема понижающего преобразователя TL494 предназначена только для демонстрационных целей, поэтому в выходной части схемы нет схемы защиты.

Для защиты цепи нагрузки необходимо добавить схему защиты выхода.
Катушку индуктивности необходимо окунуть в лак, иначе будет слышен шум.
Печатная плата хорошего качества с надлежащим дизайном обязательна
Переключающий транзистор можно модифицировать для увеличения тока нагрузки

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали из нее что-то новое. Если у вас есть какие-либо сомнения, вы можете задать их в комментариях ниже или использовать наши форумы для подробного обсуждения.

Разработка мощного высокоэффективного повышающего преобразователя с использованием TL494

При работе с электроникой мы часто сталкиваемся с ситуациями, когда возникает необходимость повысить выходное напряжение, в то время как входное напряжение остается низким. мы можем положиться на схему, широко известную как повышающий преобразователь (повышающий преобразователь) . Повышающий преобразователь – это импульсный преобразователь постоянного тока, который повышает напряжение при сохранении постоянного баланса мощности. Главной особенностью повышающего преобразователя является эффективность, что означает, что мы можем рассчитывать на длительное время автономной работы и снижение проблем с нагревом. Ранее мы сделали простую схему повышающего преобразователя и объяснили ее базовую эффективность.

Итак, в этой статье мы собираемся разработать повышающий преобразователь TL494 , , а также рассчитать и протестировать высокоэффективную схему повышающего преобразователя на основе популярного TL494 IC с минимальным напряжением питания 7 В и максимальным 40 В, и поскольку мы используем IRFP250 MOSFET в качестве переключателя, эта схема теоретически может выдерживать максимальный ток 19 А (ограничено емкостью дросселя) . Напоследок будет подробное видео, показывающее работающую и тестируемую часть схемы, так что без лишних слов приступим.

Принцип работы повышающего преобразователя

На приведенном выше рисунке показана базовая схема преобразователя Цепь повышающего преобразователя . Чтобы проанализировать принцип работы этой схемы, мы разделим ее на две части: первое условие объясняет, что происходит, когда полевой МОП-транзистор включен, второе условие объясняет, что происходит, когда МОП-транзистор выключен.

Что происходит, когда МОП-транзистор включен:

На приведенном выше рисунке показано состояние схемы при включении МОП-транзистора. Как вы понимаете, мы показали состояние включения пунктирной линией, когда полевой МОП-транзистор остается включенным, катушка индуктивности начинает заряжаться, ток через катушку индуктивности продолжает увеличиваться, что сохраняется в виде магнитного поля.

Что происходит, когда МОП-транзистор выключен:

Как вы знаете, ток через дроссель не может измениться мгновенно! Это потому, что он хранится в виде магнитного поля. Следовательно, в тот момент, когда МОП-транзистор выключается, магнитное поле начинает разрушаться, и ток течет в направлении, противоположном току зарядки. Как вы можете видеть на приведенной выше диаграмме, начинается зарядка конденсатора.

Теперь, постоянно включая и выключая переключатель (MOSFET), мы создали выходное напряжение, превышающее входное напряжение. Теперь мы можем контролировать выходное напряжение, контролируя время включения и выключения переключателя, и это то, что мы делаем в основной цепи.

Понимание работы TL494

Теперь, прежде чем мы построим схему на основе ШИМ-контроллера TL494 , давайте узнаем, как работает ШИМ-контроллер TL494. Микросхема TL494 имеет 8 функциональных блоков, которые показаны и описаны ниже.

Регулятор опорного напряжения 5 В:

Выход внутреннего регулятора опорного напряжения 5 В — это вывод REF, который является выводом 14 микросхемы. Опорный регулятор предназначен для обеспечения стабильного питания внутренних схем, таких как триггер управления импульсами, осциллятор, компаратор управления мертвым временем и компаратор ШИМ. Регулятор также используется для управления усилителями ошибки, которые отвечают за управление выходным сигналом.

Примечание: Задание внутренне запрограммировано с начальной точностью ±5 % и сохраняет стабильность в диапазоне входного напряжения от 7 В до 40 В. При входном напряжении менее 7 В регулятор насыщается в пределах 1 В от входного и отслеживает это.

Генератор:

Генератор генерирует пилообразную волну и подает ее на контроллер мертвого времени и компараторы ШИМ для различных управляющих сигналов.

Частоту генератора можно установить, выбрав компоненты синхронизации R T и C T .

Частота генератора может быть рассчитана по формуле ниже-

  Fosc = 1/(RT * CT )

Для простоты я сделал электронную таблицу, с помощью которой можно очень легко рассчитать частоту. Который вы можете найти по ссылке ниже.

Примечание: Частота генератора равна выходной частоте только для несимметричных приложений. Для двухтактных приложений выходная частота составляет половину частоты генератора.

Контроль времени простоя Компаратор:

Управление временем простоя или, проще говоря, управление временем простоя обеспечивает минимальное время простоя или время простоя. Выход компаратора мертвого времени блокирует переключение транзисторов, когда напряжение на входе превышает линейное напряжение генератора. Подача напряжения на контакт DTC может привести к увеличению мертвого времени, тем самым обеспечивая дополнительное мертвое время от минимума в 3% до 100% при изменении входного напряжения от 0 до 3В. Проще говоря, мы можем изменить коэффициент заполнения выходной волны без настройки усилителей ошибки.

Примечание: Внутреннее смещение 110 мВ обеспечивает минимальное время простоя 3 % при заземленном управляющем входе времени простоя.

Усилители ошибки:

Оба усилителя ошибки с высоким коэффициентом усиления получают смещение от шины питания VI. Это допускает диапазон синфазного входного напряжения от –0,3 В до 2 В меньше, чем VI. Оба усилителя ведут себя как однотактные усилители с однополярным питанием, в том смысле, что каждый выход активен только на высоком уровне.

Вход управления выходом:

Выходные транзисторы :

Микросхема имеет два внутренних выходных транзистора в конфигурациях с открытым коллектором и открытым эмиттером, с помощью которых она может создавать или потреблять максимальный ток до 200 мА.

Примечание: Транзисторы имеют напряжение насыщения менее 1,3 В в схеме с общим эмиттером и менее 2,5 В в схеме эмиттерный повторитель.

Компоненты, необходимые для сборки схемы повышающего преобразователя на основе TL494

Таблица, содержащая все детали, показанные ниже. Перед этим мы добавили изображение, на котором показаны все компоненты, используемые в этой схеме. Поскольку эта схема проста, вы можете найти все необходимые детали в местном магазине для хобби.

Список запчастей:

TL494 IC – 1
МОП-транзистор IRFP250 — 1
Винтовые клеммы 5X2 мм – 2
Конденсатор 1000 мкФ, 35 В — 1
Конденсатор 1000 мкФ, 63 В – 1
50K, 1% Резистор – 1
560R Резистор – 1
10K,1% Резистор – 4
3.3K, 1% Резистор – 1
Резистор 330R – 1
Конденсатор 0,1 мкФ – 1
MBR20100CT Диод Шоттки — 1
150 мкГн (27 x 11 x 14) мм Дроссель – 1
Подстроечный потенциометр (10K) — 1
Токоизмерительный резистор 0,22 Ом — 2
Плакированная плита, универсальная, 50 x 50 мм — 1
Универсальный радиатор блока питания — 1
Проволочные перемычки общего назначения — 15

Повышающий преобразователь на основе TL494 — принципиальная схема

Принципиальная схема высокоэффективного повышающего преобразователя приведена ниже.

Цепь повышающего преобразователя TL494 — рабочая

Это Схема повышающего преобразователя TL494 состоит из компонентов, которые очень легко получить, и в этом разделе мы рассмотрим каждый основной блок схемы и объясним каждый блок.

Входной конденсатор:

Входной конденсатор предназначен для обеспечения высокого тока, необходимого, когда переключатель MOSFET замыкается и индуктор начинает заряжаться.

Контур обратной связи и управления:

Резисторы R2 и R8 устанавливают управляющее напряжение для контура обратной связи, установленное напряжение подключается к выводу 2 микросхемы TL494, а напряжение обратной связи подключается к выводу один микросхемы, обозначенной как VOLTAGE_FEEDBACK . Резисторы R10 и R15 задают ограничение тока в цепи.

Резисторы R7 и R1 образуют контур управления, с помощью этой обратной связи выходной ШИМ-сигнал изменяется линейно, без этих резисторов обратной связи компаратор будет действовать как обычная схема компаратора, которая будет включать/выключать схему только при установить напряжение.

Выбор частоты переключения:

Установив правильные значения для контактов 5 и 6, мы можем установить частоту переключения этой микросхемы, для этого проекта мы использовали емкость конденсатора 1 нФ и резистор. значение 10K, что дает нам примерно частоту 100 кГц, используя формулу Fosc = 1/(RT * CT) , , мы можем рассчитать частоту генератора. Помимо этого, мы подробно рассмотрели другие разделы ранее в статье.

Печатная плата для схемы повышающего преобразователя на базе TL494

Печатная плата для нашей схемы управления фазовым углом выполнена в виде односторонней платы. Я использовал Eagle для разработки своей печатной платы, но вы можете использовать любое программное обеспечение для проектирования по вашему выбору. 2D-изображение моей платы показано ниже.

Как вы можете видеть на нижней стороне платы, я использовал толстый заземляющий слой, чтобы через него мог протекать достаточный ток. Вход питания находится на левой стороне платы, а выход — на правой стороне платы. Полный файл дизайна вместе с 9Схему повышающего преобразователя 0003 TL494 можно скачать по ссылке ниже.

Загрузить файл GERBER для проектирования печатной платы для схемы повышающего преобразователя на базе TL494

Печатная плата ручной работы:

Для удобства я сделал свою версию печатной платы ручной работы, которая показана ниже. Я допустил несколько ошибок при изготовлении этой печатной платы, поэтому мне пришлось заменить некоторые перемычки, чтобы исправить это.

Моя плата выглядит так после завершения сборки.

Расчет и изготовление повышающего преобразователя TL494

Для демонстрации этого сильноточного повышающего преобразователя схема построена на печатной плате ручной работы с помощью файлов схемы и дизайна печатной платы [файл Gerber]; обратите внимание, что если вы подключаете большую нагрузку к выходу этой схемы повышающего преобразователя, через дорожки печатной платы будет протекать огромное количество тока, и есть вероятность, что дорожки сгорят. Итак, чтобы предотвратить выгорание дорожек платы, мы максимально увеличили толщину дорожек. Кроме того, мы усилили дорожки печатной платы толстым слоем припоя, чтобы снизить сопротивление дорожки.

Чтобы правильно рассчитать значения катушки индуктивности и конденсатора, я использовал документ от Texas Instruments.

После этого я сделал таблицу Google, чтобы упростить расчет.

Проверка этой схемы высоковольтного повышающего преобразователя

Для проверки схемы используется следующая установка. Как видите, мы использовали блок питания ПК ATX в качестве входа, поэтому на входе 12 В. Мы подключили вольтметр и амперметр к выходу схемы, которые показывают выходное напряжение и выходной ток. Из чего мы можем легко рассчитать выходную мощность для этой схемы. Наконец, мы использовали восемь мощных резисторов 4,7 R 10 Вт последовательно в качестве нагрузки для проверки потребляемого тока.

Инструменты, используемые для проверки схемы:

Блок питания 12 В для ПК ATX
Трансформатор с ответвлениями 6-0-6 и 12-0-12
Восемь последовательно соединенных резисторов 10 Вт 4,7 Ом — в качестве нагрузки
Мультиметр Meco 108B+TRMS
Мультиметр Meco 450B+TRMS
Отвертка

Выходная мощность, потребляемая схемой повышающего преобразователя высокой мощности:

Как вы можете видеть на изображении выше, выходное напряжение равно 44,53 В , а выходной ток 2,839 А, , поэтому общая выходная мощность становится 126,42 Вт, , так что, как вы можете видеть, эта схема может легко обрабатывать мощность более 100 Вт .