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
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
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.
| № | 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
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.
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.
Применение и практические схемы включения
Типовая схема включения TL494CN приводится в datasheet производителя.
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.
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.
Однако TL494 применяется и в более простых импульсных устройствах. Например, в приведенной схеме сетевого блока питания для бытовой аппаратуры.
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).
