无线电电子与电气工程百科全书 在电源转换器中使用 TL494 系列微电路。 无线电电子电气工程百科全书 无线电电子与电气工程百科全书 / 电压转换器、整流器、逆变器 TL 494 及其后续版本是构建推挽式电源转换器最常用的微电路。 >本材料是原始德州仪器 (TI) 技术文档的摘要(在 ti.com 上查找文档 slva001a.pdf) - 以下链接“TI”),国际整流器公司的出版物,irf.com(“功率半导体器件国际整流器公司”,沃罗涅日,1999)和摩托罗拉,onsemi.com,自制朋友和作者本人的经验。 应该立即注意到,精度参数、增益、偏置电流和其他模拟指标从早期系列到后来的系列有所改进;在文本中,通常使用最差的早期系列参数。 简而言之,最古老的微电路既有缺点也有优点。 >1.IP的特点 ION和欠压保护电路。 当电源达到阈值 5.5..7.0 V(典型值 6.4V)时,电路开启。 直到此时,内部控制总线禁止发电机和电路逻辑部分的操作。 电源电压+15V(输出晶体管禁用)时的空载电流不超过10 mA。 ION +5V(+4.75..+5.25 V,输出稳定性不低于+/- 25mV)提供高达10 mA的流动电流。 ION 只能使用 NPN 射极跟随器升压(参见 TI 第 19-20 页),但此类“稳定器”输出端的电压将在很大程度上取决于负载电流。 发电机 对于 TL5 Texas Instruments,在定时电容器 Ct(引脚 0)上生成 3.0..+494V(幅度由 ION 设置)的锯齿波电压;对于 TL0 Motorola,在定时电容器 Ct(引脚 2.8)上生成 494...+1.0V 的锯齿波电压(我们能从其他厂商那里得到什么?) ,分别对于TI F = 1.1/(RtCt),对于摩托罗拉F=XNUMX/(RtCt)。 可接受的工作频率为 1 至 300 kHz,建议范围 Rt = 1...500 kOhm,Ct = 470pF...10 μF。 在这种情况下,典型的频率温度漂移(当然,不考虑附加组件的漂移)为+/-3%,并且取决于电源电压的频率漂移在整个允许范围内在0.1%以内。 要远程关闭发生器,可以使用外部按键将输入 Rt (6) 短路至 ION 的输出,或将 Ct 短路至接地。 当然,选择Rt、Ct时必须考虑开路开关的漏电阻。 休息阶段控制输入(占空比) 通过其余相位比较器设置电路臂中脉冲之间所需的最小暂停。 这对于防止 IC 外部功率级中的直通电流以及触发器的稳定运行都是必要的 - TL494 数字部分的开关时间为 200 ns。 当 Ct 上的锯齿超过控制输入 4 (DT) 上的电压时,输出信号启用。 在零控制电压下时钟频率高达 150 kHz 时,剩余相位 = 周期的 3%(等效控制信号偏移 100..120 mV),在高频下,内置校正将剩余相位扩展至 200..300 mV。 XNUMX 纳秒。 使用DT输入电路,可以设置固定静止相位(RR分频器)、软启动模式(RC)、远程关机(按键),也可以使用DT作为线性控制输入。 输入电路采用 PNP 晶体管组装,因此输入电流(高达 1.0 μA)从 IC 流出而不是流入 IC。 电流很大,因此应避免使用高阻值电阻(不超过100 kOhm)。 有关使用 TL23 (3) 430 引线齐纳二极管的浪涌保护示例,请参阅 TI 第 431 页。 误差放大器 - 事实上,运算放大器在恒定电压下 Ku = 70..95 dB(早期系列为 60 dB),在 1 kHz 下 Ku = 350。 输入电路使用 PNP 晶体管组装,因此输入电流(高达 1.0 μA)从 IC 流出而不是流入 IC。 运放的电流很大,偏置电压也很高(最高10mV),因此控制电路中应避免使用高阻值电阻(不超过100kOhm)。 但由于使用了 pnp 输入,输入电压范围为 -0.3V 至 Vsupply-2V。 两个放大器的输出通过二极管 OR 组合。 输出电压较高的放大器控制逻辑。 在这种情况下,输出信号不能单独获得,而只能来自二极管 OR 的输出(也是误差比较器的输入)。 因此,在线路模式下只能循环一台放大器。 该放大器在输出电压处闭合主线性反馈环路。 在这种情况下,第二个放大器可以用作比较器——例如,当超过输出电流时,或者用作逻辑报警信号(过热、短路等)、远程关机等的按键。比较器输入连接到 ION,并在第二个 OR 报警信号上组织逻辑信号(更好 - 逻辑 AND 正常状态信号)。 当使用 RC 频率相关操作系统时,应该记住放大器的输出实际上是单端的(串行二极管!),因此对电容充电(向上)将对其充电,向下充电 - 这将需要很长时间放电。 该输出端的电压在 0..+3.5V 范围内(略大于发生器的幅度),然后电压系数急剧下降,在输出端约 4.5V 时放大器饱和。 同样,放大器的输出电路(OS 环路)中应避免使用低阻值电阻。 放大器并非设计为在工作频率的一个时钟周期内工作。 由于放大器内部的信号传播延迟为 400 ns,它们对此来说太慢,并且触发控制逻辑不允许这样做(输出端会出现侧脉冲)。 在实际的PN电路中,OS电路的截止频率选择在200-10000Hz的量级上。 触发和输出控制逻辑 - 电源电压至少为 7V,如果发生器上的锯齿波电压大于控制输入 DT 上的电压, и 如果锯切电压大于任何误差放大器(考虑到内置阈值和偏移),则电路输出被启用。 当发生器从最大值重置为零时,输出被禁用。 具有顺相输出的触发器将频率分成两半。 当输入 0 为逻辑 13(输出模式)时,触发相位通过 OR 组合并同时提供给两个输出;当逻辑为 1 时,它们分别同相提供给每个输出。 输出晶体管 - npn 达林顿管具有内置热保护(但无电流保护)。 因此,集电极(通常靠近正极总线)和发射极(负载处)之间的最小电压降为 1.5 V(典型值在 200 mA 时),在具有共发射极的电路中,电压降稍好一些,为 1.1 V 典型。 最大输出电流(500个开路晶体管)限制为1mA,整个芯片的最大功率为XNUMXW。 2、应用特点 处理 MIS 晶体管的栅极。 输出中继器 当在电容负载(通常为 MIS 晶体管的栅极)上工作时,TL494 输出晶体管由射极跟随器打开。 当平均电流限制在200mA时,电路能够快速对栅极充电,但在晶体管关闭的情况下不可能对其进行放电。 使用接地电阻对栅极放电的速度也慢得令人不满意。 毕竟,栅极电容两端的电压呈指数下降,要关闭晶体管,栅极必须从 10V 放电至不超过 3V。 通过电阻器的放电电流将始终小于通过晶体管的充电电流(并且电阻器会发热相当多,并在向上移动时窃取开关电流)。 选项 A. 通过外部 pnp 晶体管进行放电电路(借自 Shikhman 网站 - 参见“Jensen 放大器电源”)。 当栅极充电时,流过二极管的电流使外部pnp晶体管截止,当IC输出关闭时,二极管截止,晶体管导通并将栅极放电到地。 负号 - 仅适用于小负载能力(受 IC 输出晶体管的电流储备限制)。 当使用TL598(带有推挽输出)时,下位肩部的功能已经硬连线到芯片上。 选项 A 在这种情况下不起作用。 选项 B. 独立互补中继器。 由于主电流负载由外部晶体管处理,因此负载的容量(充电电流)实际上是无限的。 晶体管和二极管 - 任何具有低饱和电压和 Ck 的 HF,以及足够的电流储备(每脉冲 1A 或更多)。 例如KT644+646、KT972+973。 中继器的“地”必须直接焊接在电源开关的源极旁边。 中继器晶体管的集电极必须用陶瓷电容旁路(图中未显示)。 选择哪种电路主要取决于负载的性质(栅极电容或开关电荷)、工作频率和脉冲边沿的时间要求。 它们(前端)应尽可能快,因为在 MIS 交换机的瞬态过程中,大部分热损失都会消散。 我建议您查阅国际整流器合集中的出版物,以对问题进行完整分析,但我将仅限于举一个例子。 强大的晶体管 - IRFI1010N - 具有参考总栅极电荷 Qg=130nC。 这是一个不小的壮举,因为晶体管具有异常大的沟道面积,以确保极低的沟道电阻(12 mOhm)。 这些是 12V 转换器所需的关键,其中每一毫欧都很重要。 为了确保沟道打开,必须向栅极提供相对于地的Vg=+6V,而总栅极电荷为Qg(Vg)=60nC。 为了使充电至10V的栅极可靠地放电,需要溶解Qg(Vg)=90nC。 在时钟频率为 100 kHz、总占空比为 80% 时,每个臂以 4 μs 打开 - 6 μs 关闭模式运行。 我们假设每个脉冲前沿的持续时间不应超过开路状态的 3%,即tf=120 纳秒。 否则,按键上的热损失会急剧增加。 因此,可接受的最小平均充电电流 Ig+ = 60 nC/120 ns = 0.5A,放电电流 Ig- = 90 nC/120 ns = 0.75A。 这还没有考虑栅极电容的非线性行为! 将所需电流与 TL494 的限制电流进行比较,很明显,其内置晶体管将在限制电流下工作,并且很可能无法应对栅极的及时充电,因此选择了互补的追随者。 在较低的工作频率或较小的开关栅极电容下,也可以选择带有火花间隙的选项。 2. 电流保护、软启动、占空比限制的实现 通常,在充当电流传感器时,需要在负载电路中串联电阻。 但他会在转换器的输出端窃取宝贵的伏特和瓦特,并且他只会控制负载电路,而无法检测初级电路中的短路。 解决方案是在初级电路中使用感应电流传感器。 传感器本身(电流互感器)是一个微型环形线圈(其内径除了传感器绕组外,还必须自由穿过主电源变压器初级绕组的导线)。 通过环面,我们穿过变压器初级绕组的电线(但不是电源的“地”线!)。 我们根据光耦合器工作电流(约 3-10 mA,压降为 10-2V)将检测器的上升时间常数设置为时钟频率的 10-1.2 个周期,下降时间常数为 1.6 倍。 )。 右图是TL494的两种典型方案。 Rdt1-Rdt2 分频器设置最大占空比(最小休息阶段)。 例如,输出 1 处的 Rdt4.7=2 kOhm、Rdt47=4 kOhm 时,恒定电压为 Udt=450mV,对应于 18..22% 的静止阶段(取决于 IC 系列和工作频率)。 当电源接通时,Css放电,DT输入端电位为Vref(+5V)。 Css 通过 Rss(又名 Rdt2)充电,平滑地将电位 DT 降低至分压器限制的下限。 这是“软启动”。 当 Css = 47 μF 和所示电阻器时,电路输出在接通后 0.1 秒内打开,并在另外 0.3-0.5 秒内达到工作占空比。 电路中,除了Rdt1、Rdt2、Css外,还有两个漏电——光耦的漏电流(高温时不高于10μA,常温下约0.1-1μA)和IC的基极电流输入晶体管从 DT 输入流出。 为了确保这些电流不会显着影响分压器的精度,选择 Rdt2=Rss 不高于 5 kOhm,Rdt1 - 不高于 100 kOhm。 当然,选择光耦合器和DT电路进行控制并不是根本。 还可以在比较器模式下使用误差放大器,并阻止发生器的电容或电阻(例如,使用相同的光耦合器) - 但这只是关闭,而不是平滑限制。 出版: klausmobile.narod.ru 查看其他文章 部分 电压转换器、整流器、逆变器. 读和写 有帮助 对这篇文章的评论. 科技、新电子最新动态: 花园疏花机
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