Импульсные источники питания при всех своих преимуществах имеют серьезный недостаток – сложную схемотехнику. По этой причине удобно создавать подобные блоки на микросхемах. Классическим примером такой микросхемы служит TL494.
Особенности микросхемы
Внутренняя структура микросхемы
Микросхема TL494 представляет собой блок для управления мощностью посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM) и позволяет строить импульсные блоки питания. Для этого у нее «на борту» имеются:
- генератор (частота задается внешними элементами) с функцией паузы между импульсами (Dead-time), длительность которой можно настраивать;
- два выходных транзистора для управления внешними ключами;
- два усилителя ошибки с выходом для организации обратной связи;
- источник опорного напряжения.
Открытые коллекторы и эмиттеры транзисторов позволяют строить внешние ключи по одиночной или пушпульной схемам.
В datasheet производители в перечень достоинств включают и наличие защиты от перенапряжения.
Параметры TL494
Предельные характеристики не являются нормальным режимом эксплуатации. Однократное достижение этих параметров может вывести микросхему из строя, а периодическое достижение этих характеристик снижает срок службы электронного компонента.
Все параметры, указанные в таблице, действительны для всего диапазона эксплуатационных температур, если не отмечено иное.
| Предельные характеристики | ||
|---|---|---|
| Параметр | Значение | Размерность |
| Напряжение питания, Vcc | 42 | В |
| Напряжение на коллекторе выходного транзистора, Vc1, Vc2 | 42 | В |
| Ток коллектора каждого выходного транзистора, Ic1, Ic2 | 500 | мА |
| Пределы входного напряжения усилителя, Vir | -0,3..+42 | В |
| Предельная рассеиваемая мощность, Pd | 1000 | мВт |
| Эксплуатационные пределы температуры окружающей среды (Ta) | 0..+70
для TL494C |
град.С |
| минус 25..+85 для TL494I | ||
| Температура хранения (Tstg) | минус 55..+125 | |
| Температура перехода (Tj) | +125 |
В следующей таблице собраны рекомендуемые параметры. При указанных условиях микросхема отработает предусмотренный ресурс.
| Рекомендуемые параметры | ||
|---|---|---|
| Параметр | Значение | Размерность |
| Напряжение питания, Vcc | 7..40 | В |
| Напряжение на коллекторе выходного транзистора, Vc1, Vc2 | не более 40 | В |
| Ток коллектора каждого выходного транзистора, Ic1, Ic2 | 200 | мА |
| Пределы входного напряжения усилителя, Vir | -0,3..+Vcc-2 | В |
| Входной ток вывода обратной связи, Ifb | не более 0,3 | мА |
| Опорный выходной ток, Iref | не более 10 | мА |
| Номинал времязадающего резистора, Rt | 1,8..500
(типовое значение 30) |
кОм |
| Номинал времязадающего конденсатора, Сt | 0,0047..10
(тип.0,001) |
мкФ |
| Частота генератора, f osc | 1..200
(тип.40) |
кГц |
Электрические параметры микросхемы разбиты по структурным элементам и измерены при условиях:
- напряжение питания – 15 вольт;
- ёмкость частотозадающего конденсатора – 0,01 мкФ;
- сопротивление частотозадающего резистора – 12 кОм.
Дополнительные или отличающиеся условия указаны для каждого параметра отдельно.
Типовые значения характеристик соответствуют Ta=+25 град.С, минимальные и максимальные –минимальным и максимальным пределам Ta.
| Электрические характеристики | |||
|---|---|---|---|
| Параметр | Значение | Размерность | Условия тестирования |
| Опорная секция | |||
| Опорное напряжение | 4,75..5,25
(тип.5) |
В | Io=1 mA |
| Изменение выходного напряжения при изменении напряжения питания, Reg line | не более 25 | мВ | Vcc=7..40 V |
| Изменение выходного напряжения при изменении нагрузки, Reg load | не более 15 | мВ | Io=1..10 mA |
| Ток короткого замыкания, Isc | 15..75 | мА | Vref=0 V |
| Выходная секция | |||
| Ток коллектора в закрытом состоянии, Ic(off) | не более 100 | мкА | Vсс=40 V,
Vce=40 V |
| Ток эмиттера в закрытом состоянии, Ie(off) | не более -100 | мкА | Vсс=40 V,
Vc=40 V, Ve=0 V |
| Напряжение насыщения коллектор-эмиттер | не более 1,3
(конфигурация с общим эмиттером, Vsat(c)) |
В | Ve= 0V,
Ic=200 mA |
| не более 2,5
(конфигурация с общим коллектором, Vsat(e)) |
В | Vс= 15V,
Ie=-200 mA |
|
| Выходной ток вывода управления в состоянии LOW, Iocl | 10 (тип.) | мкА | Voc≤0,4 V |
| Выходной ток вывода управления в состоянии HIGH, Ioch | не более 3,5 | мА | V
OC = Voc=Vref |
| Время нарастания выходного напряжения в конфигурации с общим эмиттером, tr | не более 200 | нс | |
| Время нарастания выходного напряжения в конфигурации с общим коллектором, tr | не более 200 | ||
| Время спада выходного напряжения в конфигурации с общим эмиттером, tf | не более 100 | ||
| Время спада выходного напряжения в конфигурации с общим коллектором, tf | не более 100 | ||
| Секция усилителя ошибки | |||
| Входное напряжение смещения (Vio) | не более 10 | мВ | Vo(pin3)=2,5 V |
| Входной ток смещения (Ios) | не более 250 | нА | |
| Ток, потребляемый входами (Iib) | не более 1 | мкА | |
| Входное напряжение (Vicr) | -0,3..Vсс-2 | В | Vcc=40 V,
Ta=+25 град.С |
| Коэффициент усиления по напряжению при разомкнутой петле обратной связи, Avol | не менее 70 | дБ | ΔVo = 3 V,
Vo = 0,5..3.5 V, Rl = 2 kΩ |
| Частота единичного усиления, Fc- | 350 (тип.) | кГц | |
| Сдвиг фаз на частоте единичного усиления, φm | 65 | градусов | |
| Коэффициент подавления синфазного сигнала, CMRR | не менее 65 | дБ | Vсс=40 V |
| Коэффициент подавления пульсаций напряжения питания, PSRR | 100 (тип.) | дБ | ΔVсс = 33 V,
Vo = 2,5 V, Rl = 2 kΩ |
| Втекающий выходной ток, Io- | не менее 0,3 | мА | Vo(pin3)=0,7 V |
| Вытекающий выходной ток, Io+ | не менее 2 | мА | Vo(pin3)=3,5 V |
| Секция компаратора ШИМ | |||
| Пороговое напряжение входа, Vth | не более 4,5 (тип.2,5) | В | |
| Ток входа, Ii- | не менее 0,3 | мА | Vo(pin3)=0,7 V |
| Секция контроля времени Deadtime | |||
| Ток, потребляемый входом выв.4, Iib(dt) | не более 10 | мкА | Vpin4=0..5,25 V |
| Максимальный рабочий цикл каждого вывода в пушпульном режиме, DCmax | 45..50 | % | Vpin4 = 0 V,
Ct = 0,01 uF, Rt = 12 kΩ |
| не более 50 | % | Vpin4 = 0 V,
Ct = 0,001 uF, Rt = 30 kΩ |
|
| Пороговое напряжение входа выв.4, Vth | не более 3,3 | В | нулевой рабочий цикл |
| не менее 0 | В | максимальный рабочий цикл | |
| Секция генератора | |||
| Частота, fosc | 40 | кГц | Ct = 0,001 uF,
Rt = 30 kΩ |
| Стандартное отклонение частоты, δfosc | 3 | % | |
| Изменение частоты при изменении напряжения питания, Δfosc(ΔV) | 0,1 | % | Vcc=7..40 V, Ta=25 град.С |
| Изменение частоты при изменении температуры, Δfosc(ΔV) | не более 12 | % | При изменении Ta от минимальной до максимальной, Ct = 0,01 uF,
Rt = 12 kΩ |
| Секция защиты от повышения напряжения | |||
| Порог включения, Vth | 5,5..7 | В | При возрастании Vcc,
Iref=1 mA |
| Общие параметры | |||
| Ток потребления покоя, Icc | не более 10 | мА | Vсс=15 V |
| не более 15 | мА | Vсс=40 V | |
| Средний потребляемый ток | 7 (тип) | мА | Ct = 0,01 uF,
Rt = 12 kΩ, Vpin4 = 2 V, Vcc = 15 V |
Корпус и расположение выводов
Два варианта исполнения микросхемы TL494
В большинстве случаев TL494 можно встретить в корпусах с выводным исполнением в двух исполнениях:
- Для поверхностного монтажа (чаще всего, корпус SO-16) – в этом случае к маркировке микросхемы добавляется суффикс D.
- Для монтажа в отверстия (DIP-16) – суффикс N.
Обе модификации не отличаются по электрическим параметрам и распиновке, которая указана на рисунке. Функциональное назначение каждого вывода приведено в таблице.
Расположение выводов TL494
| № | Обозначение | Функциональное назначение |
|---|---|---|
| 1 | 1IN+ | Неинвертирующий вход усилителя ошибки 1 |
| 2 | 1IN- | Инвертирующий вход усилителя ошибки 1 |
| 3 | FEEDBACK | Выход обратной связи |
| 4 | DTC | Управление паузой (Dead-time) |
| 5 | CT | Частотозадающий конденсатор |
| 6 | RT | Частотозадающий резистор |
| 7 | GND | Общий |
| 8 | C1 | Коллектор выходного транзистора 1 |
| 9 | E1 | Эмиттер выходного транзистора 1 |
| 10 | E2 | Эмиттер выходного транзистора 2 |
| 11 | C2 | Коллектор выходного транзистора 2 |
| 12 | VCC | Напряжение питания |
| 13 | OUTPUT CTRL | Выбор режима выходного каскада |
| 14 | REF | Выход опорного напряжения |
| 15 | 2IN- | Инвертирующий вход усилителя ошибки 2 |
| 16 | 2IN+ | Неинвертирующий вход усилителя ошибки 2 |
Встречаются микросхемы TL494 и в других корпусах для поверхностного монтажа. Они имеют индексы NS, DB, PW. Их электрические параметры и цоколевка полностью совпадают с описанными модификациями.
Аналоги и варианты замены
KA7500 — полный аналог TL494
Различными производителями выпускаются клоны и аналоги классической микросхемы TL494. Среди них:
- KA7500;
- UTC494;
- UC3843;
- TL3842.
Среди отечественных элементов полноценной заменой служит К(Р)1114ЕУ4. Перечисленные микросхемы имеют взаимозаменяемый корпус, совпадающую цоколевку и схожие параметры. Помимо этого, существует элемент TL594. Он является аналогом TL494 c повышенной точностью усилителей ошибки и компаратора. Здесь прямая замена также не вызовет проблем.
Существуют и альтернативные варианты контроллеров для ШИМ (PWM). Это, например, UC2842 или SG2524. На них тоже можно строить импульсные источники питания, но прямая замена сложна и нецелесообразна из-за несовпадения корпусов, расположения выводов и внутренней структуры.
UC2842 в корпусе DIP-8
В большинстве случаев микросхемы с различными буквенными индексами внутри линейки взаимозаменяемы по электрическим параметрам. Например, отличие TL494CN от TL494 с другими буквенными индексами состоит в корпусе DIP и в положительном рабочем диапазоне температур. В большинстве случаев этого достаточно.
Для перемонтажа микросхем в других корпусах можно воспользоваться платами-переходниками.
Платы-переходники с SO-16 и SOP-16 на DIP-16
Применение и практические схемы включения
Типовая схема включения TL494CN приводится в datasheet производителя.
Стандартная схема включения микросхемы
Здесь на один усилитель ошибки, представляющий собой, фактически, операционный усилитель с Ку=70..90 дБ, заведено измерение значения тока (с шунтового резистора R13). Другой усилитель ошибки контролирует выходное напряжение. Вывод 13 заземлен, это значит, что выход сконфигурирован под режим Single ended. В этом режиме частота переключения внешних транзисторов совпадает с частотой генератора (в режиме Push-Pull она в два раза ниже).
В данной схеме приведено подключение в качестве внешних ключей биполярных транзисторов. Применение MOSFET потребует отдельных мер для закрывания ключевых элементов.
Управление полевыми транзисторами
На практике широко распространено применение микросхемы в схемах импульсных блоков питания компьютеров. Большинство БП для ПК до недавнего времени строилось на TL494 или ее клонах.
TL494CN в компьютерном БП
Однако TL494 применяется и в более простых импульсных устройствах. Например, в приведенной схеме сетевого блока питания для бытовой аппаратуры.
Схема мощного импульсного блока питания
Микросхеме присущи и определенные недостатки (неудобная синхронизация двух микросхем, медленная работа обратной связи, необходимость дополнительной обвязки для управления внешними ключами). Однако выбранная архитектура оказалась очень удачной. Микросхема получила широчайшее распространение, а ее развитие идет лишь в сторону улучшения некоторых параметров (TL594).
Вам также может понравиться