TL494 Entegresi Nasıl Çalışır?

TL494 entegresi analog gerilim kontrollü bir PWM kontrol entegresidir. Bu yazımızda daha önce step-up devresinde kullandığımız bu entegrenin detaylı incelemesini yapacağız. Entegrenin datasheet’ine buradan ulaşabilirsiniz. tl494 diyagram

TL494 entegresi blok şemada görüldüğü üzere genel olarak bir osilatör, iki op-amp, bir regülatör, bir flip-flop ve iki adet çıkış transistörüne sahip. Bu sade ve esnek tasarım, bir çok topolojide (Buck, Boost, Flyback) kolayca çalışabilen ve üretimi 1983’e uzanan entegrenin  günümüzde de etkin olarak kullanılmasına olanak sağlıyor. Pek çok üretici tarafından üretilen entegrenin yine pek çok farklı datasheet’i bulunuyor ve çoğu hesaplama ufak farklılıklar göze çarpıyor. Hepsinden öte, bu entegrenin piyasada “Patates Baskı” olarak bilinen çakma üretimleri de bulunuyor. Bu yüzden elinizdeki malzemenin kalitesinden emin olmadıkça datasheet’lerde belirtilen “absolute maximum ratings” değerlerine yaklaşmamanızı tavsiye ediyoruz.

Entegrenin Bölümlerini inceleyecek olursak;

 

1-Osilatör Bölümü

RT(6) ve CT(5) pinlerinden oluşan bu bölüm, entegrenin sabit çalışma frekansını belirliyor. Osilatör bölümü basit olarak bir testere dişi osilatöründen oluşur. CT kondansatörü üzerindeki gerilim 0.3V-3V arası salınım yapar. Frekans, artan her 1V Vcc gerilimi ile 0.001 Hz artar. Ayrıca sıcaklığın da fosc üzerinde küçük bir etkisi vardır.

Entegre genel olarak 1kHz – 300kHz arası çalışabiliyor. RT direnci için 1.8kΩ-500kΩ arası bir direnç ve CT kondansatörü için 0.47nF-10μF arası bir kondansatör kullanmak gerekiyor. Osilatör frekansı ise bazı kaynaklarda 1/RT*CT olarak verilirken bazı kaynaklarda 1.1/RT*CT olarak veriliyor. Belirtilen frekans değerleri single-ended yani çıkış transistörlerinin paralel bağlandığı topolojiler için olup, push-pull yani çıkış transistörlerinin terslenmiş olarak çıkış verdikleri topolojiler için frekans üstte verilen formüllerin yarısı kadardır.

2-Kontrol Bölümü

Entegrenin en karmaşık bölümü olan kontrol bölümü, çıkış dalga formunu bir geri besleme üzerinden düzenleyerek istenen sabit gerilimi-akımı çıkıştan almaya yarar. Kontrol bölümü, 1IN+(1), 1IN-(2), 2IN+(16), 2IN-(15), DTC(4), FEEDBACK(3) ve Output Control(13) pinlerinden oluşuyor.

Blok şemada görüldüğü üzere entegre, 2 adet dahili işlemsel yükselteç (error amp 1-2) içeriyor. Bu işlemsel yükselteçler hata yükselteci olarak kullanılabildikleri gibi istenildiği taktirde karşılaştırıcı olarak da kullanılabilirler. Yükselteç ile karşılaştırıcı arasındaki en önemli fark, yükselteçte bir kazanç olması durumudur. Genel uygulamada bu op-amp’lardan birisi transistör akımını sınırlamak için karşılaştırıcı olarak kullanılırken, diğeri çıkış gerilimini regüle etmek için FEEDBACK pini ile birlikte bir yükselteç oluşturarak kullanılır. Şemada görüldüğü üzere FEEDBACK pini op-amp’ların çıkışlarına irtibatlandırılmış durumda. Bu bağlantı sayesinde bir geribildirim direnci kullanılarak kazançlı bir op-amp devresi oluşturulur ve gerilimin daha küçük aralıklarda kontrolü mümkün olur.

Karşılaştırıcı tasarımı ve yükseltici tasarımı

Şemada görüldüğü üzere soldaki örnekte dahili op-amp ile bir karşılaştırıcı devresi oluşturulmuştur. R11 direncinden akan akım, direnç üzerinde bir gerilim düşümüne sebep olur. TL494’ün Vref(14) pini, entegre beslemesi en az 7 Volt olmak kaydıyla sabit olarak 5V‘luk bir referans gerilim kaynağı görevi görür. R1 ve R2 dirençleriyle oluşturulan gerilim bölücü, op-amp’ın eviren (IN-) girişinde sabit olarak 1.25V‘luk bir gerilime sebep oluyor. R11 direncinin üzerinden akan her 1 Amperlik akım, üzerinde 0.1V gerilim düşümüne sebep oluyor. Bu sayede toplamda R1 direnci üzerinden 12.5A‘lik bir akım aktığında, op-amp çıkışı pozitif bir değer alıyor ve devre akım koruma modu‘na geçerek PWM çıkışını kesiyor. R11 direnci, genel uygulamalarda yüksek watt’lı taş direnç olarak seçilir. Ayrıca yüksek frekanslarda, bu dirençlerin endüktansı olmayan çift sarımlı (Ayrton-Perry) dirençler olması gerekir. Aksi taktirde direncin endüktansı, devrenin kararsız çalışmasına sebep olur.

Sağdaki örnekte ise dahili op-amp, 101 kazançlı bir hata yükselteci olarak kullanılmış. VO çıkışı üzerinden alınan gerilim, R8 ve R9 dirençleri ile ikiye bölünerek evirmeyen (IN+) girişe uygulanmış, Vref çıkışından alınan gerilim de yine R3 ve R4 dirençleri ile ikiye bölünerek, op-amp’ın eviren (IN-) girişinde 2.5V’luk gerilim oluşturmak için kullanılmıştır. R5 ve R7 dirençlerinin birbirine oranı, yükselticinin kazancını verir. Kazancın düşük olması, çıkış geriliminde bir miktar salınıma (ripple) neden olurken, fazla yüksek kazanç op-amp’ın doyuma giderek kararsızlaşmasına neden olur. Genel uygulamalarda kazanç değeri maksimum 50000 (94dB) olacak şekilde seçilmelidir.

Son olarak; hata yükselteçleri kullanılmak istenmediğinde, IN+ girişleri GND  pinine ve IN- girişleri Vref pinine bağlanmalıdır. Bu pinler boş bırakıldığı taktirde, entegre çalışmaz. Hata yükselteçleri birbirlerine lojik OR şeklinde bağlı olup, herhangi birinin çıkışı aktif olduğunda entegre PWM çıkışını kesecektir. Yükselteçler devre dışıyken, PWM çıkışı feedback pini üzerinden kontrol edilebilir. Feedback pinine uygulanan gerilim 0.7V‘u geçmeye başladığında, PWM duty-cycle’ı düşmeye başlar ve 4V‘a ulaşıldığında PWM çıkışı kesilir.

OUTPUT CONTROL(13) pini, entegrenin çalışma topolojisini seçer. Bu pin Vref  pinine bağlandığında devre push-pull (itme-çekme) topolojisinde çalışır ve transistör çıkışları birbirini takip eden şekildedir. Pin, GND’a bağlandığında ise transistörler paralel çalışır ve aynı anda çıkış verirler.

DEAD-TIME CONTROL(4) pini, bir PWM darbesinin ardından gelen ikinci darbeyi geciktirmeye yarar. Genel olarak duty-cycle kontrolünde ve push-pull çalışmada iki transistörün aynı anda iletime geçmesini önlemede kullanılır. 0.3V-3.3V arasında duty-cycle lineer şekilde azalır.

 

3-Çıkış Bölümü

Bu bölüm, çıkış transistörlerinden C1(8) E1(9) C2(10) E2(11) oluşur. Genel uygulamalarda “gate driver transformer”, MOSFET veya direkt olarak bobin sürmek için kullanılırlar. Kanal başına maksimum 200mA akım kapasitesine sahip olduğundan genellikle harici transistörlerle desteklenirler. Paralel çalışma modunda, transistörler birbirlerine paralel bağlanarak çalıştırılabilir fakat push-pull modunda paralel bağlandıklarında entegre yanar.

Transistörler emitör takip devresi olarak kullanıldıklarında, duty-cycle arttıkça çıkış duty-cycle’ı da artar. Ortak emitör devresi olarak kullanıldıklarında ise duty-cycle arttıkça çıkış duty-cycle’ı düşer.

Ortak Emitör Tasarımı
Ortak Emitör Tasarımı
Emitör Takipçi Tasarımı

 

 

 

 

 

 

 

 

Son olarak bu entegre ile yapılan step-up (boost converter) devresi için BURADAN.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.