Tài liệu Tiểu luận mạch ứng dụng với ic tl494

EBOOKBKMT.COM Mạch ứng dụng với IC TL494 TÓM TẮT IC TL494 là một trong những IC được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn. Để tìm hiểu rõ hơn về TL494 chúng ta đi nghiên cứu về cấu tạo và chức năng, mối liên hệ giữa các khối chức năng đó. Ngoài ra, làm rõ những ưu khuyết điểm của IC TL494 trong việc thiết kế và thi công các mạch nguồn. Công dụng của TL494 thông qua một số ứng dụng cơ bản, và một ví dụ thiết kế cụ thể là nguồn 5V/10A. Các thành phần cơ bản Thiết kế của TL494 không chỉ kết hợp các khối cơ bản cần thiết để điều khiển chuyển mạch cung cấp nguồn, mà giảm số lượng mạch điện trong toàn thể hệ thống thiết kế. Hình 1 là một sơ đồ khối của TL494 . Sơ đồ khối bên trong TL 494: 1 EBOOKBKMT.COM Nhiệm vụ các chân:  Chân 1 và chân 2 - Nhận điện áp hồi tiếp về để tự động điều khiển điện áp ra.  Chân 3 đầu ra của mạch so sánh, có thể lấy ra tín hiệu báo sự cố P.G từ chân này  Chân 4 - Chân lệnh điều khiển cho IC hoạt động hay không, khi chân 4 bằng 0V thì IC hoạt động, khi chân 4 >0 V thì IC bị khoá.  Chân 5 và 6 - là hai chân của mạch tạo dao động  Chân 7 - nối mass  Chân 8 - Chân dao động ra  Chân 9 - Nối mass  Chân 10 - Nối mass  Chân 11 - Chân dao động ra  Chân 12 - Nguồn Vcc 12V  Chân 13 - Được nối với áp chuẩn 5V  Chân 14 - Từ IC đi ra điện áp chuẩn 5V  Chân 15 và 16 nhận điện áp hồi tiếp Sơ đồ chân TL494: 2 EBOOKBKMT.COM Nguyên tắc hoạt động: TL494 là IC cố định tần số xung điều biến độ rộng (PWM) điều khiển mạch. Sự điều biến của xung đầu ra được thực hiện bằng cách so sánh các dạng sóng răng cưa tạo ra bởi các bộ dao động về thời gian tụ điện (CT) cho một trong hai tín hiệu điều khiển. Tại ngỏ ra được kích hoạt trong thời gian khi điện áp răng cưa lớn hơn các tín hiệu điều khiển điện áp. Khi tín hiệu điều khiển tăng, thời gian, trong đó đầu vào răng cưa là giảm lớn hơn; Do đó, xung lượng giảm theo thời gian. Một xung lái-flip flop luân phiên chỉ đạo điều chế xung cho hai linh kiện bán dẫn là 2 transistor NPN. Hình 2 cho thấy mối quan hệ giữa các xung và các tín hiệu. Các tín hiệu điều khiển được bắt nguồn từ hai nguồn: bộ so mẫu điều khiển thời gian tắt (offthời gian) và các mạch điều khiển độ sai lệch khuếch đại. Điểu khiển tín hiệu tắt đầu vào là 3 EBOOKBKMT.COM được so sánh trực tiếp bởi bộ kiểm soát thời gian tắt. So sánh này với một điện áp cố định là 100-mV .Điều này tạo ra một khoảng thời gian tắt khoảng 3%, đó là thời gian tắt tối thiểu có thể. PWM so sánh tín hiệu điều khiển được tạo ra với các bộ sai lệch khuếch. Một chức năng của các bộ khuếch đại lỗi là để theo dõi điện áp đầu ra và cung cấp được đầy đủ với sai số tính bằng millivolts ở kết quả đầu vào của nó trong một tín hiệu điều khiển của biên độ đủ để cung cấp 100% điều chế kiểm soát. Các bộ khuếch đại lỗi cũng có thể được sử dụng để theo dõi dòng điện và dòng cung cấp hiện tại để nạp. V tham khảo điều chỉnh Các TL494 nội bộ 5-V điều chỉnh tham chiếu được hiển thị trong hình 3. Ngoài việc cung cấp điện áp ổn định, nó hoạt động như preregulator một và thiết lập một nguồn cung cấp điện áp ổn định từ đó kiểm soát đầu ra logic, chỉ đạo xung flip-flop, bộ dao động, kiểm soát so sánh thời gian tắt, và so sánh PWM là cung cấp. Bộ điều chỉnh này sử dụng một mạch băng mẫu hẹp như luc đầu của nó để duy trì ổn định dưới 100-mV biến thiên trên phạm vi nhiệt độ hoạt động tự do ở nhiệt độ không khí 0 C đến 70 C. Mạch bảo vệ ngắn được dùng để bảo vệ các tín hiệu chuẩn bên trong và preregulator, 10 mA dòng điện của tải có sẵn dùng để bổ sung dòng điện cho các mạch . Tin hiệu chuẩn là chương trình đã được lập trình với độ chính xác ban đầu là ± 5% và duy trì một sự ổn định ít hơn 25-mV biến thiên trên một phạm vi điện áp đầu vào của 7 V đến 40 V. Đối với điện áp đầu vào ít hơn 7 V, các bộ điều chỉnh chất béo bão hoà trong vòng 1 V của đầu vào và theo dõi nó (xem hình 4). 4 EBOOKBKMT.COM Dạng sóng Một sơ đồ của bộ dao động nội bộ TL494 được thể hiện trong hình 5. bộ dao động này cung cấp một dạng sóng răng cưa tích cực cho thời gian tắt và so sánh PWM để so sánh với tín hiệu điều khiển khác nhau. Tần số hoạt động Các tần số dao động được lập trình bằng cách chọn thời gian thành phần RT và CT. Các bộ dao động chi phí thời gian tụ điện bên ngoài, CT, với một dòng điên không đổi, các giá trị trong số đó là xác định bởi điện trở thời gian bên ngoài, RT. Điều này tạo ra một dạng sóng điện áp tuyến tính-đoạn đường nối. Khi điện áp qua CT đạt 3 V, các bộ dao động mạch thải nó và các tính phí chu kỳ là reinitiated. Việc nạp được xác định theo công thức: ICHARGE = 3 V/RT Thời kỳ của dạng sóng răng cưa là: T = (3 V × CT)/ICHARGE (2) 5 EBOOKBKMT.COM Các tần số dao động sẽ trở thành: fOSC = 1/(RT × CT) Tuy nhiên, tần số dao động bằng tần số ra chỉ dành cho duy nhất-đã kết thúc ứng dụng. Đối với các ứng dụng push-pull, tần số đầu ra là một nửa tần số dao động. Single-kết thúc ứng dụng: f = 1/(RT × CT) Push-pull ứng dụng:s f = 1/(2RT × CT) Bộ dao động này được lập trình trong một phạm vi của 1 kHz đến 300 kHz. Giá trị thiết thực cho RT và CT phạm vi từ 1 kΩ tới 500 kΩ và 470 pF đến 10 pF, tương ứng. Một biểu đồ của các tần số dao động so với RT và CT được thể hiện trong hình 6. Sự ổn định của bộ dao động cho nhiệt độ không khí tự do từ 0O C đến 70O C cho các phạm vi khác nhau của RT và CT cũng được thể hiện trong hình 6. Chú ý: Các phần trăm của sự thay đổi tần số dao động trên 0 ° C đến 70 ° C, không khí tự do nhiệt độ được thể hiện bằng đường nét đứt. Hoạt động trên 150 kHz Tại một tần số hoạt động của 150 kHz, thời kỳ của bộ dao động là 6,67 μs. Thời gian chết thành lập bởi các nội bù đắp của bộ so sánh thời gian chết (~ 3% thời gian) sản lượng một xóa xung là 200 ns. Đây là xung tẩy trống tối thiểu có thể chấp nhận để đảm bảo chuyển đổi thích hợp chỉ đạo các xung flip-flop. Đối với các tần số trên 150 kHz, thời gian chết bổ sung (trên 3%) là cung cấp nội bộ để đảm bảo phù hợp gây ra và xóa các chỉ đạo nội bộ xung flipflop. Hình 7 cho thấy mối quan hệ của thời gian chết nội bộ (tính bằng phần trăm) đối với các giá trị của RT và CT. 6 EBOOKBKMT.COM Bộ điều khiển thời gian tắt / So sánh điều chế độ rông xung: Các chức năng của các bộ so sánh điều khiển ngắt-thời gian và so sánh các PWM được kết hợp trong một mạch so sánh đơn (xem Hình 8). Hai chức năng này hoàn toàn độc lập, do vậy, mỗi chức năng được thảo luận riêng rẽ. Dead-Time Control – điều khiển thời gian tắt Điều khiển thời gian tắt có nghĩa là chức năng này nhằm hạn chế đến mức tối đa thời gian tắt (thời gian mà các transistor ngưng dẫn). Khi tín hiệu điều khiển ở ngõ vào nhỏ thì không có sự so sánh hay chuyển mạch của Q1 và Q2. Điều này giúp ta điều khiển tuyến tính của thời gian tắt tối thiểu từ 3% đến 100% là điện áp đầu vào là khác nhau từ 0 V đến 3,3 V tương ứng. Với khả năng điều khiển, đầu ra có thể được điều khiển từ bên ngoài mà không làm hư hỏng mạch khuếch đại lỗi. Vì trở kháng đầu vào tương đối cao nên cần phải có sự điều khiển bổ sung ở ngõ ra. Pulse-Width Modulation (PWM) – điều chế độ rộng xung Để điều chế được độ rộng xung thì chúng ta cần lấy tín hiệu ở ngõ ra so sánh với một tín hiệu điều khiển, các đoạn đường nối điện áp trên tụ điện CT thời gian được so sánh với dòng tín hiệu điều khiển ở đầu ra của lỗi bộ khuếch đại. Các tín hiệu điều khiển (lỗi bộ khuếch đại đầu ra) để được ~ 0,7 V lớn hơn so với điện áp qua CT để hạn chế sự logic đầu ra, và đảm bảo nhiệm vụ hoạt động tối đa trong mỗi chu kỳ mà không yêu cầu điện áp điều khiển. 7 EBOOKBKMT.COM Kết quả đạt được là rộng xung thay đổi từ 97% điện áp tại đầu ra bộ khuếch đại lỗi làm thay đổi điện áp từ 0,5 V đến 3,5 V. Bộ khuếch đại sai lệch Một sơ đồ của mạch khuếch đại sai lệch được hiển thị trong hình 9. Cả hai bộ khuếch đại sai lệch hoạt động dựa vào sự chênh lệch điện áp giữa các nguồn cung cấp Vi, và phạm vi chênh lệch điện áp cho phép ở nguồn Vi là 0,3V đến 2 V so với Vi. Cả hai bộ khuếch đại đều hoạt động và tín hiệu ở đầu ra luôn ở mức cao. Điều này cho phép mỗi bộ khuếch đại làm việc độc lập để giảm độ rộng xung đầu ra. Hình 11 Kỹ thuật điều khiển hồi tiếp khuếch đại thuật toán 8 EBOOKBKMT.COM 9 EBOOKBKMT.COM Hình 12 biểu diễn đặc điểm chuyển mạch khuếch đại. Điều này minh họa sự tăng tuyến tính của các bộ khuếch đại trong phạm vi hoạt động đầu vào của bộ so sánh PWM (0,5 V đến 3,5 V). Điều này quan trọng cho sự ổn định mạch tổng thể. Độ lợi vòng hở của mạch khuếch đại, cho điện áp ở ngõ ra từ 0,5 V đến 3,5 V, là 60 dB Output-Control Logic: Điều khiển mức logic ở ngõ ra Điều khiển các mức logic ở ngõ ra nhằm tăng tính linh hoạt thông qua sự điều khiển từ bên ngoài. Thiết kế theo kiểu push-pull (kéo đẩy) nhằm tăng hiệu suất làm việc của mạch, có thể được tối ưu hóa do lựa chọn các cách điều khiển ngõ vào khác nhau. Ngõ ra- Điều khiển ngõ vào Bộ điều khiển ngõ vào –ngõ rar xác định xem ngõ ra của các Transistor là hoạt động song song hay push-pull. đầu vào này là nguồn cung cấp cho các flop xung lái-lật (xem Hình 14). 10 EBOOKBKMT.COM Sự điều khiển đầu vào đầu ra là không đồng bộ và có sự điều khiển trực tiếp trên đầu ra, của bộ dao động hoặc xung lái-flip-flop. Đối với hoạt động song song, đầu vào đầu ra kiểm soát phải được căn cứ. Điều này vô hiệu hóa các xung lái của flip flop và ức chế đầu ra của nó. Trong chế độ này, các xung thấy ở đầu ra của việc điều khiển thời gian tắt (so sánh PWM) được thực hiện bởi cả hai transistor đầu ra song song. Để hoạt động push-pull, đầu vào đầu ra điều khiển phải được kết nối với nguồn 5V. Dưới điều kiện này, mỗi transistor được kích hoạt, luân phiên 11 EBOOKBKMT.COM Điều khiển xung Flip-Flop Xung lái flip flop là xung cạnh lên của flip-flop (xem hình 14). Trong quá trình chuyển đổi của xung lái ở ngõ ra flip-flop, xung flip flop-được điều khiển thông qua sơ đồ mạch hình 15. Ngõ ra Transitor Cả hai transistor được thiết kế như mở bộ thu / phát mở, và từng có khả năng tìm nguồn cung ứng lên đến 200 mA. Các transisor có điện áp dẫn bão hòa nhỏ hơn 1,3 V là chủ yếu, phát cấu hình và ít hơn 2,5 V ở cực phát (Emitter). Ở nầu ra được bảo vệ chống quá nhiệt để tránh ảnh hưởng đến mạch điện, nhưng hiện tại thì mạch này vẫn còn nhiều hạn chế. 12 EBOOKBKMT.COM Ứng dụng: Tham khảo một bộ nguồn 5V được thiết kế chủ yếu để cung cấp một nguồn cung cấp ổn định khi mà điện áp ở đầu vào khác nhau. Điều này cung cấp khả năng tăng lên 10 mA của mạch điện cung cấp hiện tại để tải thêm. Tuy nhiên, quá tải có thể làm suy giảm hiệu suất của TL494 các vì nguồn 5V được thiết lập để cung cấp điện áp của phần lớn các mạch điều khiển nội bộ. Dòng nạp cho nguồn điều chỉnh 5V Đầu vào hiện nay không chỉ phản ánh dòng tải, nhưng bao gồm các mạch kiểm soát nội bộ, khối Terminal Regulator ở đây đóng vai trò như là một cầu phân áp cho cực B của Q1. Kết quả là, dòng của tải được điều chỉnh thông qua sự so sánh (lấy mẫu) dòng điện tại chân E của Q1. Hình 18 cho thấy kỹ thuật bootstrapping – kỹ thuật tăng dòng tải sử dụng TL494. Đồng bộ hóa TL494 có thể dễ dàng đồng bộ hóa hai hay nhiều nguồn dao động trong hệ thống. Các bộ tự dao động chỉ được sử dụng để tạo các dạng sóng răng cưa mà tụ điện là phần tử đảm nhiệm chức năng này, và các bộ tự dao động này có thể bị khống chế bởi sóng răng cưa được cung cấp ngoài với các thiết bị đầu cuối. Master / Slave đồng bộ Để đồng bộ hóa hai hoặc nhiều TL494s, thành lập một thiết bị như các tổng thể và xung dao động hoạt động bình thường. Chú ý: tất cả các chân CT với nhau (xem hình 19). 13 EBOOKBKMT.COM 6 5 6 5 Đồng bộ hóa dao động của TL494 với một nguồn xung khác Để đồng bộ hóa các TL494 để một đồng hồ bên ngoài, các bộ dao động nội bộ có thể được sử dụng như một răng cưa, xung điện. Khi chân B của Q1 được kích một xung (mức cao), lúc này Q1 dẫn, điện áp tại chân C của Q1 bị sụt áp, RT ở mức thấp, đồng thời Q2 dẫn, có dòng từ nguồn VREF qua Q2, xuống phân cực tại chân B(Q1) trong một thời gian ngắn, chủ yếu mục đích của dòng này là từ nguồn VREF qua Q2 nạp vào hai tụ CT và khi tụ CT được nạp đầy thì điện áp tại chân CT ở mức cao. Tụ C1 được kẹp ở giữa Q1 và tụ CT có chức năng tích điện để kích cho Q1, như vậy sau khi kết thúc một chu kỳ như trên ta được điện áp RT = 0, CT=1 Sau đó, hai tụ C1, C2 xả điện áp cho đến gần 0V thì tạo điện áp thấp tại B(Q1), Q1 không dẫn -> RT=1. Và lúc này thì các bộ tự dao động bên trong bị vô hiệu hóa (ức chế) cho đến khi nào có một xung mới kích hoạt . Fail-Safe operation – giữ an toàn: bảo vệ Để bảo vệ bộ dao động bên trong, chúng ta dùng thêm điện trở RT và tụ CT, RT để hạn dòng (dẫn dòng xuống mass khi hệ thống bên ngoài bị ngắn mạch), còn RT làm tụ xả điện áp nhanh hơn trong trường hợp bộ dao động bên trong ngưng, giảm nhiễu tín hiệu dao động. 14 EBOOKBKMT.COM Thiết kế của TL494 các sử dụng cả hai bộ khuếch đại không đảo và đảo Việc điều khiển mạch trong hình 11, có thể được tích hợp vào các mạch phân áp như hình 23 Current Limiting - Hạn dòng TL494 thường được dùng để hạn các dòng điện ngược hoặc dùng để hạn dòng tải. Và thường được ứng dụng trong các điều khiển DC Cả hai bộ khuếch đại có một chế độ cho phép trực tiếp cảm biến dòng tại điện áp đầu ra. Một số kỹ thuật có thể được sử dụng để hạn dòng. Fold-Back Current Limiting – Hạn dòng điện ngược Hình 24 – mạch này sử dụng cầu phân áp để hạn dòng ngược 15 EBOOKBKMT.COM Ban đầu khi điện áp trên tụ C chưa nạp thì thông qua cầu phân áp R1, R2 tải hoạt động bình thường. Khi tụ C được nạp điện áp thì điện áp tại cực B (Q1) sụt áp, giảm dòng tải Các kết quả đầu ra đặc điểm được thể hiện trong hình 25. Pulse-Current Limiting: Hạn dòng xung Các kiến trúc nội bộ của TL494 không phù hợp trực tiếp hạn chế dòng xung. Các vấn đề phát sinh từ hai yếu tố: • Các bộ khuếch đại bên trong không có chức năng như một chốt, chủ yếu dành cho các ứng dụng tương tự. • Xung lái flip flop quá nhạy với tín hiệu tích cực của các bộ so sánh PWM như kích hoạt một và chuyển kết quả đầu ra của nó sớm, tức là, trước khi hoàn thành giai đoạn dao động. Khi xung kết thúc, các tín hiệu điều khiển đầu ra lại được kích hoạt và các xung vào thời gian còn sót lại xuất hiện trên đầu ra ngược lại. Vấn đề chính ở đây là việc thiếu kiểm soát thời gian tắt. Một xung đủ hẹp có thể dẫn đến cả hai kết quả đầu ra được trên đồng thời, tùy thuộc vào sự chậm trễ của các bên ngoài mạch. Do đó, xung hạn chế hiện hành là tốt nhất thực hiện bên ngoài (xem hình 27). Trong hình 27, hiện tại trong Transistor chuyển đổi là cảm ứng của RCL. Q1 được tác động để dẫn, làm Q2 dẫn để điều khiển thời gian tắt. Q3 đóng vai trò như là một mạch chốt để duy trì Q2 ở trạng thái bảo hòa khi Q1 ngưng dẫn. Các chốt vẫn còn trong trạng thái này, ức chế sự transistor đầu ra, cho đến khi hoàn tất giai đoạn dao động và điện áp ra CT đến 0 V. Khi CT = 0V làm Q3 và Q2 ngưng dẫn, cho phép điều khiển thời gian tắt để trở về điện áp ban đầu của nó. 16 EBOOKBKMT.COM Các ứng dụng của Tắt-Thời gian điều khiển Chức năng chính của điều khiển thời gian tắt là để kiểm soát tối thiểu thời gian cung cấp dòng của TL494. Điều khiển thời gian tắt cung cấp dòng điều khiển từ 5% đến 100% thời gian tắt (xem hình 28). 17 EBOOKBKMT.COM Do đó, TL494 có thể được thay đổi để các thiết bị chuyển mạch điện bán dẫn cụ thể được sử dụng để đảm bảo rằng các transistor bán dẫn cho ra một xung thay đổi theo miền thời gian. Chức năng mạch chia áp cơ bản được thể hiện trong hình 29. Việc điều khiển thời gian tắt có thể được sử dụng cho tín hiệu điều khiển khác. Khởi động mềm: Với sự tương tác của các điều khiển thời gian tắt, đầu vào thực hiện một mạch mềm, bắt đầu là tương đối đơn giản; Hình 30 cho thấy một ví dụ. 18 EBOOKBKMT.COM Ban đầu, tụ CS lực lượng kiểm soát đầu vào đã chết, thời gian để thực hiện theo điều chỉnh 5V, tức là, 100% thời gian tắt. Điện áp rơi qua RS, xung lượng từ từ tăng lên cho đến khi có lệnh điều khiển vòng lặp. Nếu kiểm soát bổ sung sẽ được giới thiệu tại đầu vào này, một diode chặn nên được sử dụng để cô lập các mạch mềm bắt đầu. Nếu bắt đầu mềm là mong muốn kết hợp với một thiết kế thời gian chết, mạch ở Hình 29 có thể được sử dụng với việc bổ sung các tụ CS trên R1. Bảo vệ quá điện áp Việc kiểm soát thời gian chết cũng cung cấp một đầu vào thuận tiện cho việc bảo vệ quá điện áp có thể sẽ được cảm nhận như là một điều kiện điện áp đầu ra hoặc bảo vệ đầu vào. Hình 31 cho thấy một TL431 là phần tử cảm biến. Khi cung cấp đường sắt đang được theo dõi tăng đến mức 2,5 V phát triển tại các nút điều khiển của R1 và R2, các TL431 đi vào dẫn. Điều này tiếp những thành kiến Q1, gây ra sự kiểm soát thời gian chết được kéo lên với điện áp tham chiếu và vô hiệu hóa sản lượng bóng bán dẫn. Sự điều biến của Turnon / turnoff chuyển Điều chế của xung đầu ra của TL494 được thực hiện bằng cách điều chỉnh các quá trình chuyển đổi turnon của các bóng bán dẫn đầu ra. Việc chuyển đổi turnoff luôn là đồng thời với cạnh xuống của bộ dao động sóng. Hình 32 cho thấy sản lượng dao động khi nó được so sánh với một điều khiển khác nhau tín hiệu và các dạng sóng đầu ra kết quả. Nếu điều chế của các quá trình chuyển đổi turnoff là mong muốn, một bên ngoài phủ sóng răng cưa dốc 19 EBOOKBKMT.COM (xem Hình 33) có thể được sử dụng mà không làm giảm các hiệu suất tổng thể của TL494 này. Ví dụ thiết kế Ví dụ sau đây sử dụng thiết kế TL494 để tạo ra một nguồn điện 5-V/10-A. Thiết kế này là dựa trên các thông số sau: Vo = 5 V Vi = 32 V Io = 10 A fOSC = 20kHz chuyển đổi tần số VR = 20mV đỉnh-đỉnh (VRIPPLE) ΔIL = 1,5-Một cuộn cảm hiện tại thay đổi Nguồn điện đầu vào Output 32V dc nguồn điện cung cấp sử dụng một đầu vào 120V, 24V đầu ra biến áp. Cuộn dây thứ cấp nguồn cho một cầu chỉnh lưu cầu, nối tiếp là một điện trở (0,3 Ω) và hai tụ lọc nguồn (Hình 34) 20