Levsha1988 › Блог › Контроллер вентилятора охлаждения двигателя на TL494. Tl494 управление двигателем


Контроллер вентилятора охлаждения двигателя на TL494 — DRIVE2

Решил объединить всю писанину в одно.В общем поехали.

Мои запросы:Девайс на базе полюбившейся всем TL494, а значит коммутация ШИМ (Широтно-импульсная модуляция). (Что за зверь такой?)

Конечно плавный разгон вентилятора от заданной температуры ДВС в заданном диапазоне.

Включение вентилятора не с нуля, а скажем от 30-40% мощности, т.к. на сверхнизких оборотах нам особо не за чем крутиться. Неэффективно.

Гибкая регулировка параметров для универсальности контроллера.Собственный датчик температуры в радиаторе, в корпусе ТМ108, но уже не ТМ108 (вкручен в радиатор).

Итак.Вот схема. Сначала собирал на макетке, изучал, что-то менял, добавлял.

Полный размер

1

Далее будет описание работы. (многабукф). А ниже будет видео.

В качестве датчика я использовал терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом. Это значит что с повышением температуры — сопротивление падает. Выбор пал на NTC TTC 103. 10кОм при 25С. (Что было в запасе)По графику этого терморезистора сопротивление на нем при 83 градусах было 1060 ом, а при 89 градусах- 860ом. Слишком малая разница сопротивления (а в итоге напряжения) что бы уместить туда ШИМ во всем диапазоне. А нам нужно разность напряжений от 0 до 3 вольт.Для этого я использовал операционный усилитель на U1. Он представляет из себя дифференциальный усилитель

На резисторах R5, RV1 и R4 собран делитель напряжения для инвертирующего входа 2.Вращая подстроечник RV1 можно регулировать сдвиг диапазона работы вентилятора. Например 83-89 градусов, или 86-92.На R1 и самом датчике собран делитель подключенный на неинвертирующий вход 3.R2 задает коэффициент усиления. Подбирается в зависимости от терморезистора.Усиленный размах сигнала выходит с выхода 1 и идет на вход управления скважностью ШИМ 4 у 494й.494я имеет на борту свое стабилизированное опорное напряжение на 5 вольт. 14я нога.Что бы вентилятор включался не с нуля мощности, я задействовал один их 2х встроенных в 494ю Усилитель ошибки (1 и 2 ноги ). Работает в режиме компаратора. Позволяет нам включать вентилятор с заданной мощности, а не с нуля на сверхнизких оборотах.

На резисторах R7 и RV2 собран делитель напряжения, который подключен к 14й ноге опорного напряжения. С делителя выходит напряжение на 2ю ногу, которое у меня составляет 1.7 вольта, и его можно регулировать вращая RV2. Это регулировка начальной мощности вентилятора после включения.

1 нога подключена к 4й, и таким образом получившийся компаратор сравнивает напряжение относительно заданного на 2й ноге (1.7в) и напряжение с выхода U1. И пока на 1й ноге напряжение выше 1.7 вольта — ШИМ не включается. После того как напряжение упадет ниже 1.7- появляется ШИМ и вентилятор включится на ~30-40% от всей мощности. Если сдвинуть это напряжение на 3 вольта, то включаться будет совсем с 0. Но это не нужно.

Далее с выхода 494й (9я нога) ШИМ поступает через резистор R6 на базы транзисторов Q2 Q4 (чет с нумерацией намудрил я) включенных по схеме эмиттерного повторителя и представляют из себя простейший драйвер затвора полевого N-channel транзистора Q1.Q2 заряжает, а Q4 разряжает. В данном случае можно было обойтись только Q4.Это нужно для быстрого заряда и разряда затвора Q1. Задача такова, что бы полевик находился в полуоткрытом состоянии как можно меньшее время. Из за большого времени открытия закрытия полевика он греется. С ростом частоты — сложнее создать такой режим, но вполне можно. В данной схеме на всем диапазоне оборотов- полевик не греется даже без радиатора.Вот что у него на затворе при нагрузке. Частота ШИМ 38кГц. Это значит что не писков, не гула не слышно:

2

Ну полевик уже коммутирует внтилятор относительно массы.Если поставить P-channel, то можно коммутировать по +, как это сделано в штате. Но там есть нюансы с сопротивлением прехода (у P-ch оно выше при той же цене, а значит мощность ниже), наличием в магазинах и их ценой.

D1 представляет из себя демпферный диод. Это мощный сдвоенный диод Шоттки из компового БП объединенный в один. Гасит выбросы от двигателя из за его индуктивности, которые нехило разогревают и сваривают полевик. К нему особое внимание, т.к. выбросы довольно мощные и совсем слегка его разогревают.

Питание у меня замудрено. Вместо стабилизатора для питания электронной части я выбрал DC-DC step-up преобразователь, на вход которого можно подать от 9 до 36 вольт, а на выходе будет всегда стабильные 15 вольт. Почему 15? Потому что при управлении затвором полевика 15ю вольтами он полностью открывается, что позволяет снизить его нагрев. У меня просто много таких ДиСишек, поэтому я и поставил.При том управляв 12ю вольтами нагрев был сильнее.В принципе лечится установкой пры-тройки полевиков в параллель, развязав резисторами затворы. Или полевиком с меньшим напряжением на затворе.

Вот первоначальное творение на макетке. Тут мало что понятно и импульсная схема с такими длинными проводами давала мусора, но тем не менее работала отлично.

3

Что касаемо датчика.Его как и говорил вмонтирую в корпус от ТМ108. Выпотрошил его, но пока еще не собрал.На дно помещу терморезистор через термопасту. Далее закрою и прижму круглой пробочкой из текстолита или меди. Выведу 2 контактный герметичный разъем- фишку и залью ее эпоксидкой или герметиком. Пока выбираю чем заливать (эпоксидка хрупкая.)

4

После отладки и настройки, подбора номиналов и пр, идет 2я стадия, не менее интересная- разводка печатки. Вся процессия происходит в Proteus.

5

Далее на печать для ЛУТа. Печатал на бумаге из китая (желтая термотрансферная). Бумага супер. После утюга и остывания можно просто не вымачивая отлеплять от платы. Тонер к бумаге плохо липнет (вощеная).

Далее травим

6

Полученную плату я не стал лудить. Только силовую часть, наращивал припоем для сечения. Нужно по идее подкладывать медную проволоку на дорожку и заливать припоем. Так правильнее. Ну далее рассверловка, графика на другую сторону, монтаж, проверка как оно там живет и конечно же регулировка.

7

8

9

10

11

Да. плата получилась не маленькая. За размерами не гнался, сделана под рассыпуху что есть у меня в гараже. Места в торпеде много. В любое время можно переделать печатку под любой размер SMD.

Итоги

Широкая регулировка диапазона температуры.Регулировка момента включения вент. от заданной мощности (с 0 до мах.) У меня от 40%До 15 ампер долговременно тянет без всяких намеков на "печку", писк и пр. на большее не проверял, незачем.Можно поставить практически на любую машину. Отрегулировав 2 подстроечниками режим и подобрав резистор R2 (коэфф. усиления) под нужный датчик и учесть мощность вентилятора.Работоспособность данного экземпляра- от 9 вольт до 25, без ущерба для режима полевика и всей электронной части в целом.

Почему не сделал от штатного датчика TM106?Честно, не пробовал, но предположу:Дело в том, что напряжение на этом датчике не стабилизировано и варьируется в некоторых пределах (вместе с бортовой сетью). Усилив эту нестабильность мы получим сильно плавающие обороты вентилятора. Это нам не нужно.

Если будут вопросы- складывайте в коментах. По возможности отвечу, но вроде разжевал полностью.Если хочется такую штуку, но собрать нет возможности, пишите в личку, что-нибудь придумаем.

И да, чуть не забыл- видео как оно там все крутится-вертится-срабатывает. Слева чайник, в нем термопара с датчиком. Тестер показывает температуру на датчике. Справа сам вентилятор донор. Прибитый к доске, что б не дул сильно. На осциллографе сигнал на затворе. Небольшие выбросы в нижней точке- результат длинных закольцованных выводов к предохранителю. Если укоротить- все норм.

www.drive2.ru

Использование ИС семейства TL494 в преобразователях питания « схемопедия

(c) cоставление klausmobile 2000

TL 494 и еепоследующие версии – наиболее часто применяемая микросхема для построения двухтаткных преобразователей питания.

  • TL494 (оригинальная разработка Texas Instruments) – ИС ШИМ преобразователя напряжения с однотактными выходами (TL 494 IN – корпус DIP16, -25..85С, TL 494 CN – DIP16, 0..70C).
  • К1006ЕУ4 – отечественный аналог TL494
  • TL594 – аналог TL494 c улучшенной точностью усилителей ошибки и компаратора
  • TL598 – аналог TL594 c двухтактным (pnp-npn) повторителем на выходе

Настоящий материал – обобщение на тему оригинального техдока Texas Instruments (ищите документ slva001a.pdf на www.ti.com – далее ссылка "TI"), публикаций International Rectifier ("Силовые полупроводниковые приборы International Rectifier", Воронеж, 1999) и Motorola, опыта друзей-самодельщиков и самого автора. Следует сразу отметить, что точностные параметры, коэффициент усиления, токи смещения и прочие аналоговые показатели улучшались от ранних серий к более поздним, в тексте – как правило – используются наихудшие, ранних серий параметры. Вкратце, у почтеннейшей микросхемы есть и недостатки, и достоинства.

  • Плюс: Развитые цепи управления, два дифференциальный усилителя (могут выполнять и логические функции)
  • Минус: Однофазные выходы требуют дополнительной обвески (по сравнению с UC3825)
  • Минус: Недоступно токовое управление, относительно медленная петля обратной связи (некритично в автомобильных ПН)
  • Минус: Cинронное включение двух и более ИС не так удобно, как в UC3825

1. Особенности ИС

Цепи ИОНа и защиты от недонапряжения питания. Схема включается при достижении питанием порога 5.5..7.0 В (типовое значение 6.4В). До этого момента внутренние шины контроля запрещают работу генератора и логической части схемы. Ток холостого хода при напряжении питания +15В (выходные транзисторы отключены) не более 10 мА. ИОН +5В (+4.75..+5.25 В, стабилизация по выходу не хуже +/- 25мВ) обеспечивает вытекающий ток до 10 мА. Умощнять ИОН можно только используя npn-эмиттерный повторитель (см TI стр. 19-20), но на выходе такого "стабилизатора" напряжение будет сильно зависеть от тока нагрузки.

Генератор вырабатывает на времязадающем конденсаторе Сt (вывод 5) пилообразное напряжение 0..+3.0В (амплитуда задана ИОНом) для TL494 Texas Instruments и 0…+2.8В для TL494 Motorola (чего же ждать от других?), соответственно для TI F=1.0/(RtCt), для Моторолы F=1.1/(RtCt).

Допустимы рабочие частоты от 1 до 300 кГц, при этом рекомендованный диапазон Rt = 1…500кОм, Ct=470пФ…10мкФ. При этом типовой температурный дрейф частоты составляет (естественно без учета дрейфа навесных компонентов) +/-3%, а уход частоты в зависимости от напряжения питания – в пределах 0.1% во всем допустимом диапазоне.

Для дистанционного выключения генератора можно внешним ключом замкнуть вход Rt (6) на выход ИОНа, или – замкнуть Ct на землю. Разумеется, сопротивление утечки разомкнутого ключа должно учитываться при выборе Rt, Ct.

Вход контроля фазы покоя (скважности) через компаратор фазы покоя задает необходимую минимальную паузу между импульсами в плечах схемы. Это необходимо как для недопущения сквозного тока в силовых каскадах за пределами ИС, так и для стабильной работы триггера – время переключения цифровой части TL494 составляет 200 нс. Выходной сигнал разрешен тогда, когда пила на Cт превышает напряжение на управляющем входе 4 (DT). На тактовых частотах до 150 кГц при нулевом управляющем напряжении фаза покоя = 3% периода (эквивалентное смещение управляющего сигнала 100..120 мВ), на больших частотах встроенная коррекция расширяет фазу покоя до 200..300 нс.

Используя цепь входа DT, можно задавать фиксированную фазу покоя (R-R делитель), режим мягкого старта (R-C), дистанционное выключение (ключ), а также использовать DT как линейный управляющий вход. Входная цепь собрана на pnp-транзисторах, поэтому входной ток (до 1.0 мкА) вытекает из ИС а не втекает в нее. Ток достаточно большой, поэтому следует избегать высокоомных резисторов (не более 100 кОм). На TI, стр. 23 приведен пример защиты от перенапряжения с использованием 3-выводного стабилитрона TL430 (431).

Усилители ошибки – фактически, операционные усилители с Ку=70..95дБ по постоянному напряжению (60 дБ для ранних серий), Ку=1 на 350 кГц. Входные цепи собраны на pnp-транзисторах, поэтому входной ток (до 1.0 мкА) вытекает из ИС а не втекает в нее. Ток достаточно большой для ОУ, напряжение смещения тоже (до 10мВ) поэтому следует избегать высокоомных резисторов в управляющих цепях (не более 100 кОм). Зато благодаря использованию pnp-входов диапазон входных напряжений – от -0.3В до Vпитания-2В.

Выходы двух усилителей объединены диодным ИЛИ. Тот усилитель, на выходе которого большее напряжение, перехватывает управление логикой. При этом выходной сигнал доступен не порознь, а только с выхода диодного ИЛИ (он же вход компаратора ошибки). Таким образом, только один усилитель может быть замкнут петлей ОС в линейном режиме. Этот усилитель и замыкает главную, линейную ОС по выходному напряжению. Второй усилитель при этом может использоваться как компаратор – например, превышения выходного тока, или как ключ на логический сигнал аварии (перегрев, КЗ и т.п.), дистанционного выключения и пр. Один из входов компаратора привязывается к ИОНу, на втором организуется логическое ИЛИ аварийных сигналов (еще лучше – логическое И сигналов нормальных состояний).

При использовании RC частотнозависимой ОС следует помнить, что выход усилителей – фактически однотактный (последовательный диод!), так что заряжать емкость (вверх) он зарядит, а вниз – разряжать будет долго. Напряжение на этом выходе находится в пределах 0..+3.5В (чуть больше размаха генератора), далее коэффициент напряжения резко падает и примерно при 4.5В на выходе усилители насыщаются. Аналогично, следует избегать низкоомных резисторов в цепи выхода усилителей (петли ОС).

Усилители не предназначены для работы в пределах одного такта рабочей частоты. При задержке распространения сигнала внутри усилителя в 400 нс они для этого слишком медленные, да и логика управления триггером не позволяет (возникали бы побочные импульсы на выходе). В реальных схемах ПН частота среза цепи ОС выбирается порядка 200-10000 Гц.

Триггер и логика управления выходами – При напряжении питания не менее 7В, если напряжение пилы на генераторе больше чем на управляющем входе DT, и если напряжение пилы больше чем на любом из усилителей ошибки (с учетом встроенных порогов и смещений) – разрешается выход схемы. При сбросе генератора из максимума в ноль – выходы отключаются. Триггер с парафазным выходом делит частоту надвое. При логическом 0 на входе 13 (режим выхода) фазы триггера объединяются по ИЛИ и подаются одновременно на оба выхода, при логической 1 – подаются парафазно на каждый выход порознь.

Выходные транзисторы – npn Дарлингтоны со встроенной тепловой защитой (но без защиты по току). Таким образом, минимальное падение напряжение между коллектором (как правило замкнутым на плюсовую шину) и эмитттером (на нагрузке) – 1.5В (типовое при 200 мА), а в схеме с общим эмиттером – чуть лучше, 1.1 В типовое. Предельный выходной ток (при одном открытом транзисторе) ограничен 500 мА, предельная мощность на весь кристалл – 1Вт.

2. Особенности применения

Работа на затвор МДП транзистора. Выходные повторители

При работе на емкостную нагрузку, какой условно является затвор МДП транзистора, выходные транзисторы TL494 включаются эмиттерным повторителем. При ограничении среднего тока в 200 мА схема способна достаточно быстро зарядить затвор, но разрядить его выключенным транзистором невозможно. Разряжать затвор с помощью заземленного резистора – также неудовлетворительно медленно. Ведь напряжение на условной емкости затвора спадает по экспоненте, а для закрытия транзистора затвор надо разрядить от 10В до не более 3В. Ток разряда через резистор будет всегда меньше тока заряда через транзистор (да и греться резистор будет неслабо, и красть ток ключа при ходе вверх).

Вариант А. Цепь разряда через внешний pnp транзистор (заимствовано на сайте Шихмана – см. "Блок питания усилителя Jensen"). При зарядке затвора ток, протекающий через диод, запирает внешний pnp-транзистор, при выключении выхода ИС – заперт диод, транзистор открывается и разряжает затвор на землю. Минус – работает только на небольшие емкости нагрузки (ограниченные токовым запасом выходного транзистора ИС).

При использовании TL598 (c двухтактным выходом) функция нижнего, разрядного, плеча уже зашита на кристалле. Вариант А в этом случае нецелесообразен.

Вариант Б. Независимый комплементарный повторитель. Так как основная токовая нагрузка отрабатывается внешним транзистором, емкость (ток заряда) нагрузки практически не ограничена. Транзисторы и диоды – любые ВЧ с небольшим напряжением насыщения и Cк, и достаточным запасом по току (1А в импульсе и более). Например, КТ644+646, КТ972+973. "Земля" повторителя должна распаиваться непосредственно рядом с истоком силового ключа. Коллекторы транзисторов повторителя обязательно зашунтировать керамической емкостью (на схеме не показана).

Какую схемы выбрать – зависит прежде всего от характера нагрузки (емкость затвора или заряд переключения), рабочей частоты, временных требований к фронтам импульса. А они (фронты) должны быть как можно быстрее, ведь именно на переходных процессах на МДП ключе рассеивается большая часть тепловых потерь. Рекомендую обратится к публикациям в сборнике International Rectifier для полного анализа задачи, сам же ограничусь примером.

Мощный транзистор – IRFI1010N – имеет справочный полный заряд на затворе Qg=130нКл. Это немало, ведь транзистор имеет исключительно большую площадь канала, чтоб обеспечить предельно низкое сопротивление канала (12 мОм). Именно такие ключи и требуются в 12В преобразователях, где каждый миллиом на счету. Чтоб гарантированно открыть канал, на затворе надо обеспечить Vg=+6В относительно земли, при этом полный заряд затвора Qg(Vg)=60нКл. Чтоб гарантированно разрядить затвор, заряженный до 10В, надо рассосать Qg(Vg)=90нКл.

При тактовой частоте 100 кГц и суммарной скважности 80% каждое плечо работает в режиме 4 мкс открыто – 6 мкс закрыто. Предположим, что длительность каждого фронта импульса должна быть не более 3% открытого состояния, т.е. tф=120 нс. Иначе резко возрастают тепловые потери на ключе. Таким образом, минимально приемлемый средний ток заряда Ig+=60 нКл/120 нс = 0.5А, ток разряда Ig-= 90нКл/120нс=0.75А. И это без учета нелинейного поведения емкостей затвора!

Сопоставляя требуемые токи с предельными для TL494, видно, что ее встроенный транзистор будет работать на предельном токе, и скорее всего не справится со своевременным зарядом затвора, так что выбор делается в пользу комплементарного повторителя. При меньшей рабочей частоте или при меньшей емкости затвора ключа возможен и вариант с разрядником.

2. Реализация защиты по току, мягкого старта, ограничения скважности

Как правило, в роли датчика тока так и просится последовательный резистор в цепи нагрузки. Но он будет красть драгоценные вольты и ватты на выходе преобразователя, да и контролировать только цепи нагрузки, а КЗ в первичных цепях обнаружить не сможет. Решение – индуктивный датчик тока в первичной цепи.

Собственно датчик (трансформатор тока) – миниатюрная тороидальная катушка (внутренний ее диаметр должен, помимо обмотки датчика, свободно пропустить провод первичной обмотки главного силового трансформатора). Сквозь тор пропускаем провод первичной обмотки трансформатора (но не "земляной" провод истока!). Постоянную времени нарастания детектора задаем порядка 3-10 периодов тактовой частоты, спада – в 10 раз более, исходя из тока срабатывания оптрона (порядка 2-10 мА при падении напряжения 1.2-1.6В).

В правой части схемы – два типовых решения для TL494. Делитель Rdt1-Rdt2 задает максимальную скважность (минимальную фазу покоя). Например, при Rdt1=4.7кОм, Rdt2=47кОм на выходе 4 постоянное напряжение Udt=450мВ, что соответствует фазе покоя 18..22% (в зависимости от серии ИС и рабочей частоты).

При включении питания Css разряжен и потенциал на входе DT равен Vref (+5В). Сss заряжается через Rss (она же Rdt2), плавно опуская потенциал DT до нижнего предела, ограниченного делителем. Это "мягкий старт". При Css=47мкФ и указанных резисторах выходы схемы открываются через 0.1 с после включения, и выходят на рабочую скважность еще в течении 0.3-0.5 с.

В схеме, помимо Rdt1, Rdt2, Css присутствуют две утечки – ток утечки оптрона (не выше 10 мкА при высоких температурах, порядка 0.1-1 мкА при комнатной температуре) и вытекающий из входа DT ток базы входного транзистора ИС. Чтобы эти токи не влияли существенно на точность делителя, Rdt2=Rss выбираем не выше 5 кОм, Rdt1 – не выше 100 кОм.

Разумеется, выбор именно оптрона и цепи DT для управления непринципиален. Возможно и использование усилителя ошибки в режиме компаратора, и блокировка емкости или резистора генератора (например, тем же оптроном) – но это именно выключение, а не плавное ограничение.

Благодарности, ссылки, примечания:

– бывшая Motorola Semiconductors www.onsemi.com

shemopedia.ru

TL494 ШИМ — КОНТРОЛЛЕР — DataSheet

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
  • Внутренний регулятор обеспечивает 5 В стабильного напряжения с допуском 5%
  • Схема архитектуры 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
  • Солнечные преобразователи

3 Описание

TL 494 включает в себя все функции необходимые для построения  схемы управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на одном кристалле. Предназначен в основном для управления питанием, это устройство дает гибкость для конкретного применения  в адаптации в схемах управления блоков питания. TL 494 содержит два усилителя ошибки, внутренний регулируемый генератор, (DTC) управляемый компаратор временной задержки, импульсно управляемый переключатель, источник опорного напряжения 5В ± 5%, контроль выходной цепи.

Усилители ошибки выдают синфазное напряжение в диапазоне -0.3 В to Vcc — 2 В. Компаратор времени задержки 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

Цоколевка TL494
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 задержки 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 мА
CT       Емкость конденсатора генератора 0,47 10000 кГц
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
Регулировка входа VCC от 7 В до 40 V 2 25 мВ
Регулировка выхода IO от 1 мА to 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 временем задержки

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
Максимальная скважность 0

(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.

 

5.10 Электрические характеристики ШИМ — компаратора

Параметр Условия испытаний Мин. Тип.(1) Макс. Ед. изм.
Входное пороговое напряжение (FEEDBACK) Нулевая скважность 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

 

Применение

Рис. 9 Схема включения для коммутации и управления
  • VI = 32 В
  • VO = 5 В
  • IO = 10 A
  • fOSC = 20-кГц частота коммутации
  • VR = 20-мВ размах напряжения (VRIPPLE)
  • ΔIL = 1.5-A изменение тока индуктора
Купить TL494 на Алиэкспресс

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

rudatasheet.ru

TL494 схема

TL494 - ШИМ контроллер.

Описание

  • Полный набор функций ШИМ-управления
  • Выходной втекающий или вытекающий ток каждого выхода 200мА
  • Возможна работа в двухтактном или однотактном режиме
  • Встроенная схема подавления сдвоенных импульсов
  • Широкий диапазон регулировки
  • Выходное опорное напряжение 5В +-05%
  • Просто организуемая синхронизация

Отечественный аналог: 1114ЕУ3/4.

Специально созданные для построения источников вторичного питания (ИВП), микросхемы TL493/4/5 обеспечивают разработчику расширенные возможности при конструировании схем управления ИВП. Приборы TL493/4/5 включают в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5В и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от –0,3…(Vcc-2) В. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%.

Допускается синхронизация встроенного генератора, при помощи подключения вывода R к выходу опорного напряжения и подачи входного пилообразного напряжения на вывод С, что используется при синхронной работе нескольких схем ИВП.

Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада 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. Встроенная схема контролирует каждый выход и запрещает выдачу сдвоенного импульса в двухтактном режиме. Приборы, имеющие суффикс L, гарантируют нормальную работу в диапазоне температур –5…85С, с суффиксом С гарантируют нормальную работу в диапазоне температур 0…70С.

Структурная схема TL494

Расположение выводов

Предельные значения параметров

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

Рабочий диапазон температур окружающей среды:

-c суффиксом L -25..85С

-с суффиксом С ..0..70С

Диапазон температур хранения -65…+150С

Описание работы

Микросхема TL494 представляет собой ШИМ-контролер импульсного источника питания, работающий на фиксированной частоте, и включает в себя все необходимые для этого блоки. Встроенный генератор пилообразного напряжения требует для установки частоты только двух внешних компонентов R и С. Частота генератора определяется по формуле: Fosc=1.1/R*C

Модуляция ширины выходных импульсов достигается сравнением положительного пилообразного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигналами (см. временную диаграмму). Логический элементы ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия линия тактирования 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).

Вход компаратора регулировки мертвого времени имеет смещение 120мВ, 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.

Увеличить длительность мертвого времени на выходе, можно подав на вход регулировки мертвого времени (вывод 4) постоянное напряжение в диапазоне 0..3,3В. ШИМ-компаратор регулирует ширину выходных импульсов от максимального значения, определяемого потенциалом на входе регулировки мертвого времени, до нуля, когда напряжение обратной связи изменяется от 0,5 до 3,5В. Оба усилителя ошибки имеют входной диапазон синфазного сигнала от –0,3 до (Vcc-2,0)В и могут использоваться для считывания значений напряжения или тока с выхода источника питания. Выходы усилителей ошибки имеют активный ВЫСОКИЙ уровень напряжения и объединены функцией ИЛИ на не инвертирующем входе ШИМ-компаратора. В такой конфигурации усилитель, требующий минимального времени для включения выхода, является доминирующим в петле управления. Во время разряда конденсатора С на выходе компаратора регулировки мертвого времени генерируется положительный импульс, который тактирует триггер и блокирует выходные транзисторы Q1 и Q2. Если на вход выбора режима работы подается опорное напряжение (вывод 13), триггер непосредственно управляет двумя выходными транзисторами в противофазе (двухтактный режим), а выходная частота при этом равна половине частоты генератора. Выходной формирователь может также работать в однотактном режиме, когда оба транзистора открываются и закрываются одновременно, и когда требуется максимальный рабочий цикл не превышающий 50%. Этот режим рекомендуется использовать, когда трансформатор имеет звенящую обмотку с ограничительным диодом, используемым для подавления переходных процессов. Если в однотактном режиме требуются большие токи, выходные транзисторы могут работать параллельно. Для этого требуется замкнуть на землю вход выбора режима работы ОТС, что блокирует выходной сигнал от триггера. Выходная частота в этом случае будет равна частоте генератора.

Микросхема TL494 имеет встроенный источник опорного напряжения на 5В, способный обеспечить вытекающий ток до 10мА для смещения внешних компонентов схемы. Опорное напряжение допускает погрешность 5% в диапазоне рабочих температур от 0 до 70С.

Временная диаграмма TL949

hard-wired.ru

Клаус и Клаусмобиль - Использование ИС семейства TL494 в преобразователях питания

AN04: Использование ИС семейства TL494 в преобразователях питания

(c) cоставление klausmobile 2000

TL 494 и ее последующие версии - наиболее часто применяемая микросхема для построения двухтаткных преобразователей питания.

  • TL494 (оригинальная разработка Texas Instruments) - ИС ШИМ преобразователя напряжения с однотактными выходами (TL 494 IN - корпус DIP16, -25..85С, TL 494 CN - DIP16, 0..70C).
  • К1006ЕУ4 - отечественный аналог TL494
  • TL594 - аналог TL494 c улучшенной точностью усилителей ошибки и компаратора
  • TL598 - аналог TL594 c двухтактным (pnp-npn) повторителем на выходе

Настоящий материал - обобщение на тему оригинального техдока Texas Instruments (ищите документ slva001a.pdf на www.ti.com - далее ссылка "TI"), публикаций International Rectifier ("Силовые полупроводниковые приборы International Rectifier", Воронеж, 1999) и Motorola, опыта друзей-самодельщиков и самого автора. Даташит (естественно на английском) лежит вот здесь. Следует сразу отметить, что точностные параметры, коэффициент усиления, токи смещения и прочие аналоговые показатели улучшались от ранних серий к более поздним, в тексте - как правило - используются наихудшие, ранних серий параметры. Вкратце, у почтеннейшей микросхемы есть и недостатки, и достоинства.

  • Плюс: Развитые цепи управления, два дифференциальный усилителя (могут выполнять и логические функции)
  • Минус: Однофазные выходы требуют дополнительной обвески (по сравнению с UC3825)
  • Минус: Недоступно токовое управление, относительно медленная петля обратной связи (некритично в автомобильных ПН)
  • Минус: Cинронное включение двух и более ИС не так удобно, как в UC3825

1. Особенности ИС

Цепи ИОНа и защиты от недонапряжения питания. Схема включается при достижении питанием порога 5.5..7.0 В (типовое значение 6.4В). До этого момента внутренние шины контроля запрещают работу генератора и логической части схемы. Ток холостого хода при напряжении питания +15В (выходные транзисторы отключены) не более 10 мА. ИОН +5В (+4.75..+5.25 В, стабилизация по выходу не хуже +/- 25мВ) обеспечивает вытекающий ток до 10 мА. Умощнять ИОН можно только используя npn-эмиттерный повторитель (см TI стр. 19-20), но на выходе такого "стабилизатора" напряжение будет сильно зависеть от тока нагрузки.

Генератор вырабатывает на времязадающем конденсаторе Сt (вывод 5) пилообразное напряжение 0..+3.0В (амплитуда задана ИОНом) для TL494 Texas Instruments и 0...+2.8В для TL494 Motorola (чего же ждать от других?), соответственно для TI F=1.0/(RtCt), для Моторолы F=1.1/(RtCt).

Допустимы рабочие частоты от 1 до 300 кГц, при этом рекомендованный диапазон Rt = 1...500кОм, Ct=470пФ...10мкФ. При этом типовой температурный дрейф частоты составляет (естественно без учета дрейфа навесных компонентов) +/-3%, а уход частоты в зависимости от напряжения питания - в пределах 0.1% во всем допустимом диапазоне.

Для дистанционного выключения генератора можно внешним ключом замкнуть вход Rt (6) на выход ИОНа, или - замкнуть Ct на землю. Разумеется, сопротивление утечки разомкнутого ключа должно учитываться при выборе Rt, Ct.

Вход контроля фазы покоя (скважности) через компаратор фазы покоя задает необходимую минимальную паузу между импульсами в плечах схемы. Это необходимо как для недопущения сквозного тока в силовых каскадах за пределами ИС, так и для стабильной работы триггера - время переключения цифровой части TL494 составляет 200 нс. Выходной сигнал разрешен тогда, когда пила на Cт превышает напряжение на управляющем входе 4 (DT). На тактовых частотах до 150 кГц при нулевом управляющем напряжении фаза покоя = 3% периода (эквивалентное смещение управляющего сигнала 100..120 мВ), на больших частотах встроенная коррекция расширяет фазу покоя до 200..300 нс.

Используя цепь входа DT, можно задавать фиксированную фазу покоя (R-R делитель), режим мягкого старта (R-C), дистанционное выключение (ключ), а также использовать DT как линейный управляющий вход. Входная цепь собрана на pnp-транзисторах, поэтому входной ток (до 1.0 мкА) вытекает из ИС а не втекает в нее. Ток достаточно большой, поэтому следует избегать высокоомных резисторов (не более 100 кОм). На TI, стр. 23 приведен пример защиты от перенапряжения с использованием 3-выводного стабилитрона TL430 (431).

Усилители ошибки - фактически, операционные усилители с Ку=70..95дБ по постоянному напряжению (60 дБ для ранних серий), Ку=1 на 350 кГц. Входные цепи собраны на pnp-транзисторах, поэтому входной ток (до 1.0 мкА) вытекает из ИС а не втекает в нее. Ток достаточно большой для ОУ, напряжение смещения тоже (до 10мВ) поэтому следует избегать высокоомных резисторов в управляющих цепях (не более 100 кОм). Зато благодаря использованию pnp-входов диапазон входных напряжений - от -0.3В до Vпитания-2В.

Выходы двух усилителей объединены диодным ИЛИ. Тот усилитель, на выходе которого большее напряжение, перехватывает управление логикой. При этом выходной сигнал доступен не порознь, а только с выхода диодного ИЛИ (он же вход компаратора ошибки). Таким образом, только один усилитель может быть замкнут петлей ОС в линейном режиме. Этот усилитель и замыкает главную, линейную ОС по выходному напряжению. Второй усилитель при этом может использоваться как компаратор - например, превышения выходного тока, или как ключ на логический сигнал аварии (перегрев, КЗ и т.п.), дистанционного выключения и пр. Один из входов компаратора привязывается к ИОНу, на втором организуется логическое ИЛИ аварийных сигналов (еще лучше - логическое И сигналов нормальных состояний).

При использовании RC частотнозависимой ОС следует помнить, что выход усилителей - фактически однотактный (последовательный диод!), так что заряжать емкость (вверх) он зарядит, а вниз - разряжать будет долго. Напряжение на этом выходе находится в пределах 0..+3.5В (чуть больше размаха генератора), далее коэффициент напряжения резко падает и примерно при 4.5В на выходе усилители насыщаются. Аналогично, следует избегать низкоомных резисторов в цепи выхода усилителей (петли ОС).

Усилители не предназначены для работы в пределах одного такта рабочей частоты. При задержке распространения сигнала внутри усилителя в 400 нс они для этого слишком медленные, да и логика управления триггером не позволяет (возникали бы побочные импульсы на выходе). В реальных схемах ПН частота среза цепи ОС выбирается порядка 200-10000 Гц.

Триггер и логика управления выходами - При напряжении питания не менее 7В, если напряжение пилы на генераторе больше чем на управляющем входе DT, и если напряжение пилы больше чем на любом из усилителей ошибки (с учетом встроенных порогов и смещений) - разрешается выход схемы. При сбросе генератора из максимума в ноль - выходы отключаются. Триггер с парафазным выходом делит частоту надвое. При логическом 0 на входе 13 (режим выхода) фазы триггера объединяются по ИЛИ и подаются одновременно на оба выхода, при логической 1 - подаются парафазно на каждый выход порознь.

Выходные транзисторы - npn Дарлингтоны со встроенной тепловой защитой (но без защиты по току). Таким образом, минимальное падение напряжение между коллектором (как правило замкнутым на плюсовую шину) и эмитттером (на нагрузке) - 1.5В (типовое при 200 мА), а в схеме с общим эмиттером - чуть лучше, 1.1 В типовое. Предельный выходной ток (при одном открытом транзисторе) ограничен 500 мА, предельная мощность на весь кристалл - 1Вт.

2. Особенности применения

Работа на затвор МДП транзистора. Выходные повторители

При работе на емкостную нагрузку, какой условно является затвор МДП транзистора, выходные транзисторы TL494 включаются эмиттерным повторителем. При ограничении среднего тока в 200 мА схема способна достаточно быстро зарядить затвор, но разрядить его выключенным транзистором невозможно. Разряжать затвор с помощью заземленного резистора - также неудовлетворительно медленно. Ведь напряжение на условной емкости затвора спадает по экспоненте, а для закрытия транзистора затвор надо разрядить от 10В до не более 3В. Ток разряда через резистор будет всегда меньше тока заряда через транзистор (да и греться резистор будет неслабо, и красть ток ключа при ходе вверх).

Вариант А. Цепь разряда через внешний pnp транзистор (заимствовано на сайте Шихмана - см. "Блок питания усилителя Jensen"). При зарядке затвора ток, протекающий через диод, запирает внешний pnp-транзистор, при выключении выхода ИС - заперт диод, транзистор открывается и разряжает затвор на землю. Минус - работает только на небольшие емкости нагрузки (ограниченные токовым запасом выходного транзистора ИС).

При использовании TL598 (c двухтактным выходом) функция нижнего, разрядного, плеча уже зашита на кристалле. Вариант А в этом случае нецелесообразен.

Вариант Б. Независимый комплементарный повторитель. Так как основная токовая нагрузка отрабатывается внешним транзистором, емкость (ток заряда) нагрузки практически не ограничена. Транзисторы и диоды - любые ВЧ с небольшим напряжением насыщения и Cк, и достаточным запасом по току (1А в импульсе и более). Например, КТ644+646, КТ972+973. "Земля" повторителя должна распаиваться непосредственно рядом с истоком силового ключа. Коллекторы транзисторов повторителя обязательно зашунтировать керамической емкостью (на схеме не показана).

Какую схемы выбрать - зависит прежде всего от характера нагрузки (емкость затвора или заряд переключения), рабочей частоты, временных требований к фронтам импульса. А они (фронты) должны быть как можно быстрее, ведь именно на переходных процессах на МДП ключе рассеивается большая часть тепловых потерь. Рекомендую обратится к публикациям в сборнике International Rectifier для полного анализа задачи, сам же ограничусь примером.

Мощный транзистор - IRFI1010N - имеет справочный полный заряд на затворе Qg=130нКл. Это немало, ведь транзистор имеет исключительно большую площадь канала, чтоб обеспечить предельно низкое сопротивление канала (12 мОм). Именно такие ключи и требуются в 12В преобразователях, где каждый миллиом на счету. Чтоб гарантированно открыть канал, на затворе надо обеспечить Vg=+6В относительно земли, при этом полный заряд затвора Qg(Vg)=60нКл. Чтоб гарантированно разрядить затвор, заряженный до 10В, надо рассосать Qg(Vg)=90нКл.

При тактовой частоте 100 кГц и суммарной скважности 80% каждое плечо работает в режиме 4 мкс открыто - 6 мкс закрыто. Предположим, что длительность каждого фронта импульса должна быть не более 3% открытого состояния, т.е. tф=120 нс. Иначе резко возрастают тепловые потери на ключе. Таким образом, минимально приемлемый средний ток заряда Ig+=60 нКл/120 нс = 0.5А, ток разряда Ig-= 90нКл/120нс=0.75А. И это без учета нелинейного поведения емкостей затвора!

Сопоставляя требуемые токи с предельными для TL494, видно, что ее встроенный транзистор будет работать на предельном токе, и скорее всего не справится со своевременным зарядом затвора, так что выбор делается в пользу комплементарного повторителя. При меньшей рабочей частоте или при меньшей емкости затвора ключа возможен и вариант с разрядником.

2. Реализация защиты по току, мягкого старта, ограничения скважности

Как правило, в роли датчика тока так и просится последовательный резистор в цепи нагрузки. Но он будет красть драгоценные вольты и ватты на выходе преобразователя, да и контролировать только цепи нагрузки, а КЗ в первичных цепях обнаружить не сможет. Решение - индуктивный датчик тока в первичной цепи.

Собственно датчик (трансформатор тока) - миниатюрная тороидальная катушка (внутренний ее диаметр должен, помимо обмотки датчика, свободно пропустить провод первичной обмотки главного силового трансформатора). Сквозь тор пропускаем провод первичной обмотки трансформатора (но не "земляной" провод истока!). Постоянную времени нарастания детектора задаем порядка 3-10 периодов тактовой частоты, спада - в 10 раз более, исходя из тока срабатывания оптрона (порядка 2-10 мА при падении напряжения 1.2-1.6В).

В правой части схемы - два типовых решения для TL494. Делитель Rdt1-Rdt2 задает максимальную скважность (минимальную фазу покоя). Например, при Rdt1=4.7кОм, Rdt2=47кОм на выходе 4 постоянное напряжение Udt=450мВ, что соответствует фазе покоя 18..22% (в зависимости от серии ИС и рабочей частоты).

При включении питания Css разряжен и потенциал на входе DT равен Vref (+5В). Сss заряжается через Rss (она же Rdt2), плавно опуская потенциал DT до нижнего предела, ограниченного делителем. Это "мягкий старт". При Css=47мкФ и указанных резисторах выходы схемы открываются через 0.1 с после включения, и выходят на рабочую скважность еще в течении 0.3-0.5 с.

В схеме, помимо Rdt1, Rdt2, Css присутствуют две утечки - ток утечки оптрона (не выше 10 мкА при высоких температурах, порядка 0.1-1 мкА при комнатной температуре) и вытекающий из входа DT ток базы входного транзистора ИС. Чтобы эти токи не влияли существенно на точность делителя, Rdt2=Rss выбираем не выше 5 кОм, Rdt1 - не выше 100 кОм.

Разумеется, выбор именно оптрона и цепи DT для управления непринципиален. Возможно и использование усилителя ошибки в режиме компаратора, и блокировка емкости или резистора генератора (например, тем же оптроном) - но это именно выключение, а не плавное ограничение.

Благодарности, ссылки, примечания

Главная - English - Mail

klausmobile.narod.ru

Контроллер ШИМ импульсного блока питания TL494

Читать все новости ➔

Микросхема типа TL494CN, выпускае­мая фирмой TEXAS INSTRUMENT (США), выпускается так же фирмой SHARP (Япония) под названием IR3M02, фирмой SAMSUNG (Корея) - КА7500, фирмой FUJITSU (Япония) - МВ3759, так же есть и отечественный аналог - КР1114ЕУ4.

Микросхема широко применяется в импульсных блоках питания, в частности, в блоках питания персональных компью­теров, а так же в DC/DC преобразова­телях.

На рисунке 1 показана цоколевка микросхемы.

Рис. 1

Микросхема специально разработана для управления силовой частью ИБП и содержит в своем составе (рис.2):

Рис. 2

  • генератор пилообразного напряжения Oscillator; частота которого определяется номиналами резистора и конденсатора, подключенных к 5-му и 6-му выводам, и рассчитывается по формуле: F=1,1/RtCt
  • источник опорного стабилизированного напряжения Reference Regulator (Uref=+5B) с внешним выходом на выводе 14;
  • компаратор "мертвой зоны" Deadtime Comparator;
  • компаратор ШИМ PWM Comparator;
  • усилитель ошибки по напряжению 1;
  • усилитель ошибки по сигналу ограни­чения тока 2;
  • два выходных транзистора Q1 и Q2 с открытыми коллекторами и эмиттерами;
  • динамический двухтактный D-триггер в режиме деления частоты на 2 - Flip-Flop;
  • вспомогательные логические элементы;
  • источник постоянного напряжения с номиналом 12V;
  • источник постоянного тока с номиналом 0,7mA.

ИМС запускается в том случае если на 12-вывод поступает питающее напряже­ние в пределах от +7 до 40V. Выводы 1 и 2 - соответственно прямой и инвертиру­ющий входы усилителя ошибки по сигналу обратной связи. Вывод 4 - вход регули­ровки "мертвой зоны" (это время, когда оба выходных транзистора микросхемы закрыты даже при максимальной потребляемой мощности). Выводы 5 и 6 служат для подключения внешних элемен­тов внутреннего генератора пилообраз­ного напряжения. Вывод 7 - общий, выводы 8 и 9 - коллектор и эмиттер первого транзистора, выводы 11 и 10 - коллектор и эмиттер второго транзистора. Вывод 13 - выбор режима работы (однотактный или двухтактный). Если на этом выводе положительное напряжение 2,4...5V двухтактный режим работы, тран­зисторы Q1 и Q2 открываются поочеред­но, выходные импульсы следуют друг относительно друга со сдвигом по фазе. Если на этом выводе напряжение состав­ляет 0...0,4 V - однотактный режим, при этом транзисторы можно включать парал­лельно для увеличения выходного тока. Вывод 14 - выход опорного напряжения (+5 V) от встроенного стабилизированного источника опорного напряжения, выводы 16 и 15 - соответственно, прямой и инвер­тирующий входы усилителя ошибки по сигналу ограничения тока.

По функциональным узлам, входящим в состав микросхемы, ее можно разделить на аналоговую и цифровую составляю­щие.

К аналоговой составляющей относятся усилители ошибок, компараторы, генера­тор пилообразного напряжения и вспомо­гательные источники.

Все остальные элементы, в том числе и выходные транзисторы следует отнести к цифровой части.

Из временных диаграмм приведенных на рис. 3 видно, что моменты появления выходных управляющих импульсов, а также их длительность определяется состоянием выхода логического элемента D1. Остальная логика выполняет лишь вспомогательную функцию, разделения выходных импульсов на два канала. Оба транзистора имеют открытые коллекторы и эмиттеры, поэтому их можно подключать двояко, как с общим эмиттером, так и с общим коллектором. Триггер Flip-Flop является двухтактным динамическим D-триггером. Принцип его работы в следую­щем. Каждый из выходных импульсов элемента D1 своим отрицательным фронтом переключает триггер и этим меняет канал прохождения следующего импульса, т. е . исключает появление двух отпирающих импульсов за один период работы.

Рис. 3

Типовая схема импульсного DC/DC преобразователя на основе TL494 показа­на на рисунке 4.

Рис. 4

Основные технические характеристики:

  1. Диапазон напряжения питания……… ..42V;
  2. Максимальное напряжение коллекторов выходных транзисторов………. 42V;
  3. Максимальный ток коллектора выходных транзисторов…….. 0,2А;
  4. Опорное напряжение…… 4,5...5,5V;
  5. Мощность рассевания в непрерывном режиме в корпусе DIP-16 при температуре окружающей среды ниже 45°С…….. 1W;
  6. Ток потребления не более…….. 10mA;
  7. Частота генератора может быть задана в пределах……… 1...200 kHz;
  8. Длительность фронта импульса выходного тока не более….. 200nS;
  9. Длительность спада импульса выходного тока не более……. 100nS;
  10. Сопротивление резистора RT может быть в пределах……. 1,8... 500 kOm;
  11. Емкость конденсатора СТ может быть в пределах…… 0,0047...10 мкФ;
  12. Рабочий диапазон температуры:
  • TL494B…….. -40...+125°С;
  • TL494C…….. 0…+70°С;
  • TL494I ……… -40...+85°С.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

ШИМ – контроллер. TL494

Полный набор функций ШИМ-управленияВыходной втекающий или вытекающий ток каждого выхода …..200мАВозможна работа в двухтактном или однотактном режимеВстроенная схема подавления сдвоенных импульсовШирокий диапазон регулировки Выходное опорное напряжение……5В +-05% Просто организуемая синхронизация

Особенности:

  • Полный набор функций ШИМ-управления
  • Выходной втекающий или вытекающий ток каждого выхода …..200мА
  • Возможна работа в двухтактном или однотактном режиме
  • Встроенная схема подавления сдвоенных импульсов
  • Широкий диапазон регулировки
  • Выходное опорное напряжение…………………………………….5В +-05%
  • Просто организуемая синхронизация

Общее описание:

1114ЕУ3/4 – TL494

Специально созданные для построения ИБП, микросхемы TL493/4/5 обеспечивают разработчику расширенные возможности при конструировании схем управления ИБП. Приборы TL493/4/5 включают в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5В и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от –0,3…(Vcc-2) В. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%.

Допускается синхронизация вcтроенного генератора, при помощи подключения вывода R к выходу опорного напряжения и подачи входного пилообразного напряжения на вывод С, что используется при синхронной работе нескольких схем ИБП.

Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада 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. Встроенная схема контролирует каждый выход и запрещает выдачу сдвоенного импульса в двухтактном режиме.

Приборы, имеющие суффикс L, гарантируют нормальную работу в диапазоне температур -–5…85С, с суффиксом С гарантируют нормальную работу в диапазоне температур 0…70С. 

Структурная схема:

Цоколевка корпуса:

Предельные значения параметров:

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

Рабочий диапазон температур окружающей среды:

-c суффиксом L………………………………………………………………-25..85С

-с суффиксом С………………………………………………………………..0..70С

Диапазон температур хранения ………………………………………..-65…+150С

Функциональное описание:

Микросхема TL494 представляет из себя ШИМ-контролер импульсного источника питания, работающий на фиксированной частоте, и включает в себя все необходимые для этого блоки. Встроенный генератор пилообразного напряжения требует для установки частоты только двух внешних компонентов R и С. Частота генератора определяется по формуле:

Модуляция ширины выходных импульсов достигается сравнением положительного пилообразного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигналами (см. временную диаграмму ). Логический элементы ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия линия тактирования 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).

Вход компаратора регулировки мертвого времени имеет смещение 120мВ, 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.

Увеличит длительность мертвого времени на выходе, можно подавая на вход регулировки мертвого времени (вывод 4) постоянное напряжение в диапазоне 0..3,3В. ШИМ-компаратор регулирует ширину выходных импульсов от максимального значения, определяемого входом регулировки мертвого времени, до нуля, когда напряжение обратной связи изменяется от 0,5 до 3,5В. Оба усилителя ошибки имеют входной диапазон синфазного сигнала от –0,3 до (Vcc-2,0)В и могут использоваться для считывания значений напряжения или тока с выхода источника питания. Выходы усилителей ошибки имеют активный ВЫСОКИЙ уровень напряжения и объеденины функцией ИЛИ на неинвертирующем входе ШИМ-компаратора. В такой конфигурации усилитель, требующий минимального времени для включения выхода, является доминирующим в петле управления. Во время разряда конденсатора С на выходе компаратора регулировки мертвого времени генерируется положительный импульс, который тактирует триггер и блокирует выходные транзисторы Q1 и Q2. Если на вход выбора режима работы подается опорное напряжение (вывод 13), триггер непосредственно управляет двумя выходными транзисторами в противофазе (двухтактный режим), а выходная частота равна половине частоты генератора. Выходной формирователь может также работать в однотактном режиме, когда оба транзистора открываются и закрываются одновременно, и когда требуется максимальный рабочий цикл не превышающий 50%. Это желательно, когда трансформатор имеет звенящую обмотку с ограничительным диодом, используемым для подавления переходных процессов. Если в однотактном режиме требуются большие токи, выходные транзисторы могут работать параллельно. Для этого требуется замкнуть на землю вход выбора режима работы ОТС, что блокирует выходной сигнал от триггера. Выходная частота в этом случае будет равна частоте генератора.

Микросхема TL494 имеет встроенный источник опорного напряжения на 5,0В, способный обеспечить вытекающий ток до 10мА для смещения внешних компонентов схемы. Опорное напряжение имеет погрешность 5% в диапазоне рабочих температур от 0 до 70С.

 

СПРАВОЧНИК.Издательство Додэка.1997

shemu.ru