Tiểu luận mạch ứng dụng với ic tl494

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