Схема генератора прямоугольных импульсов

Печатная плата генератора на TL494 и другие файлы находятся в отдельном .

Детали генератора импульсов

Конденсаторы С1-С4 времязадающей цепи выбираются под необходимый частотный диапазон и емкость их может быть от 10 микрофарад для инфранизкого поддиапазона до 1000 пикофарад — для наиболее высокочастотного.

При ограничении среднего тока в 200 мА схема способна достаточно быстро зарядить затвор, но
разрядить его выключенным транзистором невозможно. Разряжать затвор с помощью заземленного резистора – также неудовлетворительно медленно. Для этих целей применяется независимый комплементарный повторитель.

• Читайте: «Как сделать из компьютерного».

Общее описание и использование

TL 494 и ее последующие версии — наиболее часто применяемая микросхема для построения двухтакных преобразователей питания.

• TL494 (оригинальная разработка Texas Instruments) — ИС ШИМ преобразователя напряжения с однотактными выходами (TL 494 IN — корпус DIP16, -25..85С, TL 494 CN — DIP16, 0..70C).
• К1006ЕУ4 — отечественный аналог TL494
• TL594 — аналог TL494 c улучшенной точностью усилителей ошибки и компаратора
• TL598 — аналог TL594 c двухтактным (pnp-npn) повторителем на выходе

Настоящий материал — обобщение на тему оригинального техдока Texas Instruments , публикаций International Rectifier («Силовые полупроводниковые приборы International Rectifier», Воронеж, 1999) и Motorola.

Достоинства и недостатки данной микросхемы:

• Плюс: Развитые цепи управления, два дифференциальный усилителя (могут выполнять и логические функции)
• Минус: Однофазные выходы требуют дополнительной обвески (по сравнению с UC3825)
• Минус: Недоступно токовое управление, относительно медленная петля обратной связи (некритично в автомобильных ПН)
• Минус: Cинронное включение двух и более ИС не так удобно, как в UC3825

1. Особенности микросхем TL494

Цепи ИОНа и защиты от недонапряжения питания . Схема включается при достижении питанием порога 5.5..7.0 В (типовое значение 6.4В). До этого момента внутренние шины контроля запрещают работу генератора и логической части схемы. Ток холостого хода при напряжении питания +15В (выходные транзисторы отключены) не более 10 мА. ИОН +5В (+4.75..+5.25 В, стабилизация по выходу не хуже +/- 25мВ) обеспечивает вытекающий ток до 10 мА. Умощнять ИОН можно только используя npn-эмиттерный повторитель (см TI стр. 19-20), но на выходе такого «стабилизатора» напряжение будет сильно зависеть от тока нагрузки.

Генератор вырабатывает на времязадающем конденсаторе Сt (вывод 5) пилообразное напряжение 0..+3.0В (амплитуда задана ИОНом) для TL494 Texas Instruments и 0…+2.8В для TL494 Motorola (чего же ждать от других?), соответственно для TI F=1.0/(RtCt), для Моторолы F=1.1/(RtCt).

Допустимы рабочие частоты от 1 до 300 кГц, при этом рекомендованный диапазон Rt = 1…500кОм, Ct=470пФ…10мкФ. При этом типовой температурный дрейф частоты составляет (естественно без учета дрейфа навесных компонентов) +/-3%, а уход частоты в зависимости от напряжения питания — в пределах 0.1% во всем допустимом диапазоне.

Для дистанционного выключения генератора можно внешним ключом замкнуть вход Rt (6) на выход ИОНа, или — замкнуть Ct на землю. Разумеется, сопротивление утечки разомкнутого ключа должно учитываться при выборе Rt, Ct.

Вход контроля фазы покоя (скважности) через компаратор фазы покоя задает необходимую минимальную паузу между импульсами в плечах схемы. Это необходимо как для недопущения сквозного тока в силовых каскадах за пределами ИС, так и для стабильной работы триггера — время переключения цифровой части TL494 составляет 200 нс. Выходной сигнал разрешен тогда, когда пила на Cт превышает напряжение на управляющем входе 4 (DT). На тактовых частотах до 150 кГц при нулевом управляющем напряжении фаза покоя = 3% периода (эквивалентное смещение управляющего сигнала 100..120 мВ), на больших частотах встроенная коррекция расширяет фазу покоя до 200..300 нс.

Используя цепь входа DT, можно задавать фиксированную фазу покоя (R-R делитель), режим мягкого старта (R-C), дистанционное выключение (ключ), а также использовать DT как линейный управляющий вход. Входная цепь собрана на pnp-транзисторах, поэтому входной т

Лабораторный генератор ШИМ с широким диапазоном частот для проектирования высокочастотных импульсных стабилизаторов, преобразователей и испытания различных схем.

Лабораторный генератор ШИМ с широким диапазоном частот для проектирования высокочастотных импульсных стабилизаторов, преобразователей и испытания различных схем.

В наше время весь мир крутится вокруг широтно-импульсной модуляции (ШИМ), да что и говорить, даже день и ночь – и те подвластны ШИМу (зимой день короче чем ночь и наоборот J ). ШИМ сейчас используется везде, где только можно представить его применение: регуляторы, стабилизаторы, преобразователи, блоки питания и прочие устройства. Учитывая тенденцию увеличения мощности, неуклонного роста используемых частот в силовой и преобразовательной технике, а также уменьшению массо — габаритных показателей, я решил что иметь у каждого в домашней лаборатории широкодиапазонный генератор ШИМ просто обязательно. Но это, конечно же, должен быть не просто генератор. Нужно что бы он имел регулировку частоты в широком диапазоне, регуляторы коэффициента заполнения, регуляторы DEAD TIME, однотактный и двухтактный выходы, а также инверсию выходов  для каждого. Инверсия выходов необходима для проверки мостового преобразователя. Да и мало ли чего ещё захочется исследовать. Но в тоже время он должен быть простым для сборки, наладки и повторения. В данном случае будет достаточно перекрыть диапазон частот в однотактном режиме от 60  кГц до 2 МГц, в двухтактном режиме  от 30 кГц до 1 МГц. Регулировать коэффициент заполнения в  однотактном режиме от 1 % до 99%, а в двухтактном режиме  от 2 % до 98%, с возможностью регулирования паузы DEAD TIME («мертвая зона»). Генератор должен иметь минимальное число переключателей по диапазонам. Все должно регулироваться плавно и без скачков. Желательно иметь настройку грубо и точно на каждый параметр регулирования.

С помощью  такого генератора можно проверять качество работы драйверов управления полевых транзисторов, скоростные показатели работы различных компонентов и многое–многое другое.

Чтобы не утомлять прочтением всей статьи, сразу покажу, какой сигнал получился на выходах в разных режимах и на разных частотах:

С помощью этого генератора я запускаю любой блок питания, в котором микросхема не дает импульсов на запуск, или уходит в защиту по непонятной причине. Плавно увеличивая коэффициент заполнения, смотрю, что происходит на выходе блока, или токовом шунте ключевого транзистора. Отыскание неисправности в любых импульсных блоках с этим генератором — просто сказка и занимает по времени считанные минуты. Откидываю, например, затвор силового транзистора от родной микросхемы, и цепляю его к своему генератору с драйвером. Для того что бы подключаться например по высокой стороне к двухтактникам, иногда такое надо, необходимо использовать оптодрайвер на 6N137 или любых других быстрых оптопарах.

Ещё можно проверять на что годны операционные и аудио усилители. Поскольку самые низкие искажения имеют только повторители напряжения, проверку буду производить именно в этом режиме. Приведу пример проверки самого распространенного операционного усилителя типа LM358. Тем самым ввергну в шок некоторых аудиофилов. Так вот, использовать LM358 в аудиоусилителях даже низкого класса категорически не рекомендую.

Ради прикола, беру самый первый советский операционник К140УД1Б и загоняю его на испытания. Показатели у него значительно лучше, чем у LM358.

Можно проверять время задержки в логических элементах и минимальную длительность импульса для триггеров.

Даже проверил, как себя поведет стабилитрон TL431 на частоте 1,3 МГц:

Желтым — вход, синим — выход.

А также испытать и проверить многое другое…….

Вот, вкратце, возможности моего генератора.

Когда я поставил перед собой задачу, попробовал погуглить и найти готовое решение. Поиски не увенчались успехом. В итоге было решено самому создать схему отвечающую запросам. Теперь я ознакомлю вас с результатами моих исследований длившихся около года

Мои исследования

   На первый взгляд самой привлекательной и простой схемой, найденной в даташитах и интернете, показалась схема на основе готового PULSE WIDTH MODULATION контроллера типа TL494 и её аналогах КА7500.  TL 494 и ее последующие версии — наиболее часто применяемая микросхема для построения двухтактных преобразователей питания.

 Но на деле это решение подходит под наши задачи только на 1/10 решения и её нельзя использовать на частотах более 100 кГц — в однотактном режиме и до 50 кГц — в двухтактном режиме.  Почему? Хотя по даташиту она может использоваться и до 300кГц, мне не понравилось, как она себя ведет на частотах выше 100 кГц.

Что гласит даташит:

Допустимы рабочие частоты от 1 до 300 кГц, рекомендованный диапазон Rt = 1…500кОм, Ct=470пФ…10мкФ. При этом типовой температурный дрейф частоты без учета дрейфа навесных компонентов +/-3%, а уход частоты в зависимости от напряжения питания — в пределах 0.1% во всем допустимом диапазоне.  Да только дело то не в уходе частоты, а в непостоянстве регулирования коэффициента заполнения в зависимости от частоты.

Я попробовал испытать её возможности, и хотел перекрыть нужный мне диапазон в 2 МГц, но на частоте выше 1 МГц она нормально так и не запустилась. Пришлось пока ограничиться только 1 МГц. Сделал пять диапазонов регулирования частоты, поставил стабилизатор напряжения на 12 вольт по питанию с блокировочными конденсаторами, чтобы не нарушалась чистота эксперимента и начал испытание.

Схема:

Макетная плата подопытной схемы:

Джамперы для выбора частоты:

Результаты проведенного испытания возможностей TL494:

Данная микросхема для моего требования к генератору не подходит, и никакие средства и ухищрения разогнать её на большую частоту так ни к чему и не привели. Предел мечтаний с ней это 100 кГц (с большой натяжкой 150 кГц). На более высокой частоте даёт о себе знать очень уж медленный компаратор, использующийся в схеме кристалла. Также мешает повышению частоты и встроенная коррекция. Читаем из даташита особенности данной микросхемы:

Для стабильной работы триггера — время переключения цифровой части TL494 составляет 200 нс. На тактовых частотах до 150 кГц при нулевом управляющем напряжении фаза покоя = 3% периода (эквивалентное смещение управляющего сигнала 100..120 мВ), на больших частотах встроенная коррекция расширяет фазу покоя до 200..300 нс. Так как в ней очень медленные усилители ошибки  (фактически, операционные усилители с Ку = 70..95 дБ по постоянному напряжению, Ку = 1 на 300 кГц), я их не использую в схеме испытания вообще, и они заблокированы. Эти усилители не предназначены для работы в пределах одного такта рабочей частоты. При задержке распространения сигнала внутри усилителя в 400 нс они для этого слишком медленные, да и логика управления триггером не позволяет (возникали бы побочные импульсы на выходе). В реальных схемах преобразователей напряжения частота среза цепи ОС выбирается порядка 2  — 10кГц.

    Замечания по работе микросхемы 494 на повышенной частоте, которые меня не устраивают:

1. Встроенный генератор пилообразного напряжения на большое время замыкает конденсатор, вследствие этого перед новым циклом заряда появляется площадка с нулевым потенциалом.

Осциллограммы работы генератора на разных частотах:

 

 2. Сильная зависимость коэффициента заполнения от частоты, которая проявляется с нарастающим эффектом после прохождения частоты 100 кГц.

Рассматривая осциллограммы работы ШИМ регулятора с TL494 на разных частотах, при максимальном и минимальном коэффициенте заполнения, чётко заметны изменения минимального и максимального коэффициента заполнения в зависимости от частоты.

 

 

 

Как видно, изменение минимального коэффициента заполнения на частоте 50 кГц =5% и на частоте 1 МГц = 14,3% отличаются почти в три раза. А вот изменение максимального коэффициента заполнения, тут вообще удивляет: на частоте 50 кГц = 93% и на частоте 1 МГц = 60,7% отличаются на 32%!!!

   Вот почему эту простую и удобную схему я отложил в сторонку. Она мне еще пригодится в дальнейшем: я к ней все-таки вернусь, но уже на дискретных быстрых компараторах и нормальных быстрых триггерах.

 

 

   Дальше на пути у меня была схема на NE555 таймере, которую я использовал лишь только в качестве генератора пилообразного напряжения. Я и не предполагал, что он тоже окажется довольно медленным, но все же, немного лучше, чем предыдущая TL494. С ним можно подняться к частотам около 200 кГц в однотактном режиме. Только надо добавить компаратор и триггер с логикой ИЛИ-НЕ.

Схема генератора на 555 таймере:

 

 

Осциллограммы работы генератора пилообразного напряжения на 555 таймере на частотах  332 кГц и 462 кГц.

 

 

Тут видно округление вершин и спада импульса. На частоте более 500 кГц пила становится неузнаваема.

 

Разочаровавшись в готовых решениях только на аналоговых элементах, я пробовал синтезировать ШИМ чисто на цифровых логических элементах и счетчиках с триггерами, без использования аналоговых компонентов, но там меня подстерегали другие, куда более сложные проблемы. Выравнивание задержек распространения сигнала по элементам и т.п. Особенно большую проблему составляют триггеры и счетчики, которые совсем не хотят щелкать на малой длительности импульса и просто тупо пропускают счет. А это значит, что ключам, на которые будет работать генератор, очень скоро придет конец. Отказался от этой затеи через неделю боя с 561 логикой. Она, оказывается, ну уж очень медленная для таких частот — 20 МГц при делении ШИМа по 10 %. Ещё через две недели отказался и от 1533 тоже.

Финальная схема генератора.

 

     После нескольких неудачных попыток воплотить мечту в реальность (иметь в своей домашней лаборатории генератор с 2 МГц ШИМа), недельку- другую отдохнул, подумал, набрался сил и снова приступил к решению проблемы. На этот раз без выкрутасов и лёгких путей, учитывая предыдущие наработки и ошибки. Из всех опробованных решений самое большее удобство пользования предоставляла схема на TL494 или на таймере. Поэтому было решено клонировать начинку NE555 и TL494 на быстродействующих компонентах и собирать некий «симбиоз» двух микросхем на отдельных  компараторах и логике. Компараторы с ТТЛ выходом я взял те, что были у меня в столе — КР597СА2, но можно и любые другие, главное быстродействующие и с ТТЛ выходом. Ну, если вдруг захочется позверствовать, то ЭСЛ будет куда круче (тогда и 20 МГц не предел), но мне пока не нужна такая большая частота (разве для преобразователя с индуктивностью без ферритового сердечника). Тогда надо ставить КР597СА1, и логику серии К500.

После первого запуска схемы обнаружилось много казусов, но по мере отладки многие грабли были убраны, и схема заработала как часы.

 

Схема:

 

 

 

      Схема состоит из генератора пилообразного напряжения (состоящего из стабилизатора тока на транзисторах VT1, VT2, VT3; двух компараторов DA1, DA2; триггера DD1 и разрядного транзистора VT4), схемы выделения прямоугольных импульсов (с шириной зависящей от порогового напряжения на DA3), двух стабилизаторов опорного напряжения (2,5в и 2,9в), формирователя двухтактного сигнала (на триггере DD2  и элементах DD3 DD4 2-ИЛИ-НЕ), повторителя и инвертора для однотактного выхода (на DD5, DD6).

Фото макетной платы:

 

 

Для облегчения процесса настройки я приведу осциллограммы напряжений в каждой важной точке схемы. Итак…

Генератор пилообразного напряжения. Конденсатор заряжается через стабилизатор тока. Канал 1 – напряжение на конденсаторе С5, канал 2 – напряжение на базе разрядного транзистора VT4.

 

 

 

 

По графикам заметен необъяснимый факт ухода напряжения в область отрицательных значений, но это работе не мешает, так как в схему выделения прямоугольных импульсов в задающее напряжение позже я также внесу небольшое отрицательное смещение с помощью делителя R6, R10 для охвата всего диапазона изменения напряжения «пилы». R1 подбирается для ограничения верхней максимальной частоты (я ограничился лишь 2 МГц, хотя вся схема нормально работает и до 5 МГц).

Осциллограммы напряжений на выходах компараторов DA1, DA2 на разной частоте. Канал 1 – напряжение на компараторе DA1 вывод 14, канал 2 – напряжение на компараторе DA2 вывод 14:

 

 

 

Для борьбы со «звоном» компаратора вблизи зоны переключения, в схеме выделения прямоугольных импульсов на DA3, я ввел резисторы ПОС (положительной обратной связи) R16, R15 на одноименных входах — выходах компаратора. ПОС нужна на частоте ниже 1 МГц. На частоте в 2МГц данная цепь не требуется и сама перестает участвовать в работе, что видно по осциллограммам.  Осциллограммы напряжений на входах компаратора DA3 на разной частоте. Канал 2 – напряжение на компараторе DA3 вывод 2 – задание порога переключения, канал 1 – напряжение на компараторе DA3 вывод 3 с генератора «пилы». Осциллограмма на частоте 96 кГц. Канал 2 увеличено. Видна волнистая линия синхронно переключению компаратора – это и есть работа ПОС для задания гистерезиса. Глубину гистерезиса можно было бы и уменьшить, но на карту поставлены ключи, которыми будет управлять генератор, поэтому оставим все без изменения.

 

 

 

Далее схема выделения прямоугольных импульсов с шириной зависящей от порогового напряжения на DA3. На прямой вход компаратора подается пилообразное напряжение, а на инверсный вход – напряжение задания порога переключения компаратора. На выходе получается прямоугольный импульс. Смотрим осциллограммы, разбираемся и вникаем.

 

 

 

Здесь все понятно. Только если нужен для работы двухтактный выход, то увлекаться очень малым (99%) коэффициентом заполнения не стоит. Так как триггер на малой длительности входного импульса не успевает переключаться, и будет просто пропускать периоды,  выдавая на выходе вместо двухтактных импульсов по очереди – два одинаковых, однотактных, а это чревато нехорошими последствиями, типа сквозного пробоя одновременно открытых ключей.

Дальше я покажу, как переключается триггер, когда длительность импульса достаточна для его нормальной работы на разных входных частотах. Частота на выходе D триггера равна половине  частоты на входе, и всегда имеет коэффициент заполнения 50% независимо от коэффициента заполнения на входе. Все это видно ниже на графиках.

 

А вот так хулиганит триггер при входных импульсах недостаточной длительности:

 

Видно как сбивается развертка и просматривается тот самый пропуск импульса. А это приводит например в полумостовом преобразователе к сквозному «кототоку».

 

Далее покажу, как формируется полтакта двухтактного импульса, пройдя компаратор,  триггер и логический элемент 2ИЛИ-НЕ:

 

То, что получилось на выходных контактах, я поместил в первой картинке. Внимательно смотрим, изучаем.  Как видно из графиков, минимальная длительность импульсов на двухтактном выходе завышена до 5%, для того, чтобы триггер четко переключался при входной частоте 2 МГЦ. На частотах до 500 кГц её можно установить и 1 % не опасаясь за пропуски импульса.

Основной нюанс по настройке генератора: самое главное – чтобы стояли блокировочные керамические конденсаторы типа КМ-5 по 0,1 мкф минимум, или SMD импортные, на каждом корпусе микросхемы. Без них схема работает очень неустойчиво.  Одна сторона платы используется для дорожек, а вторая  используется как экран, её нужно соединить с корпусом в нескольких точках.

Блок питания каких–либо особенностей не имеет. Для канала +12в используется КРЕНка или 7812, а для канала – 6в используется 7906

Об выходных драйверах на 2 МГц напишу позже, а то и так много читать надо. Можно использовать готовые микросхемы драйверов, можно собирать на дискретных элементах.

Спасибо за внимание, и за терпение, и за то, что хватило сил дочитать до этой строки.

Ещё поздравляю и желаю много валерианки!!!

 

 

Макетная плата в Layout 5, видео работы генератора в разных режимах и картинки отдельно в файлах.

Файлы:
плата
архив картинок
видео


Все вопросы в Форум.

ТЕСЛА ГЕНЕРАТОР

   Давно хотел собрать достойную катушку Теслы и вот, наконец, дошли руки. После сборок мелких катушек решил замахнуться на новую схему, более серьезную и сложную в настройке и работе. Перейдем от слов к делу. Полная схема выглядит так:

   Работает по принципу автогенератора. Прерыватель пинает драйвер UCC27425 и начинается процесс. Драйвер подает импульс на GDT (Gate Drive Transformator – дословно: трансформатор, управляющий затворами) с GDT идут 2 вторичные обмотки включенные в противофазе. Такое включение обеспечивает попеременное открытие транзисторов. Во время открытия транзистор прокачивает ток через себя и конденсатор 4,7 мкФ. В этот момент на катушке образуется разряд, и сигнал идет по ОС в драйвер. Драйвер меняет направление тока в GDT и транзисторы меняются (который был открытым — закрывается, а второй открывается). И этот процесс повторяется до тех пор, пока идет сигнал с прерывателя.

   GDT лучше всего мотать на импортном кольце — Epcos N80. Обмотки мотаются в соотношении 1:1:1 или 1:2:2. В среднем порядка 7-8 витков, при желании можно рассчитать. Рассмотрим RD цепочку в затворах силовых транзисторов. Эта цепочка обеспечивает Dead Time (мертвое время). Это время когда оба транзистора закрыты. То есть один транзистор уже закрылся, а второй еще не успел открыться. Принцип такой: через резистор транзистор плавно открывается и через диод быстро разряжается. На осциллограмме выглядит примерно так:



   Если не обеспечить dead time то может получиться так, что оба транзистора будут открыты и тогда обеспечен взрыв силовой.

   Идем дальше. ОС (обратная связь) выполнена в данном случае в виде ТТ (трансформатора тока). ТТ наматывается на ферритовом кольце марки Epcos N80 не менее 50 витков. Через кольцо продергивается нижний конец вторичной обмотки, который заземляется. Таким образом высокий ток со вторичной обмотки превращается в достаточный потенциал на ТТ. Далее ток с ТТ идет на конденсатор (сглаживает помехи), диоды шоттки (пропускают только один полупериод) и светодиод (выполняет роль стабилитрона и визуализирует генерацию). Чтобы была генерация необходимо также соблюдать фразировку трансформатора. Если нет генерации или очень слабая — нужно просто перевернуть ТТ.

   Рассмотрим отдельно прерыватель. С прерывателем конечно я попотел. Собрал штук 5 разных… Одни пучит от ВЧ тока, другие не работают как надо. Далее расскажу про все прерыватели, которые делал. Начну пожалуй с самого первого – на TL494. Схема стандартная. Возможна независимая регулировка частоты и скважности. Схема ниже может генерировать от 0 до 800-900 Гц, если поставить вместо 1 мкФ конденсатор 4,7 мкФ. Скважность от 0 и до 50. То что нужно! Однако есть одно НО. Этот ШИМ контроллер очень чувствителен к ВЧ току и различным полям от катушки. В общем при подключении к катушке, прерыватель просто не работал, либо все по 0 либо CW режим. Экранирование частично помогло, но не решило проблему полностью.

Генератор прямоугольных импульсов — схема



   Следущий прерыватель был собран на UC3843 очень часто встречается в ИИП, особенно АТХ, оттуда, собственно, его и взял. Схема тоже неплохая и не уступает TL494 по параметрам. Здесь возможна регулировка частоты от 0 до 1кГц и скважность от 0 до 100%. Меня это тоже устраивало. Но опять эти наводки с катушки все испортили. Здесь даже экранирование нисколько не помогло. Пришлось отказаться, хотя собрал добротно на плате…

Схема прерывателя на UC3843



   Надумал вернуться к дубовым и надежным, но малофункциональным 555. Решил начать с burst interrupter. Суть прерывателя заключается в том, что он прерывает сам себя. Одна микросхема (U1) задает частоту, другая (2) длительность, а третья (U3) время работы первых двух. Все бы ничего, если бы не маленькая длительность импульса с U2. Этот прерыватель заточен под DRSSTC и может работать с SSTC но мне это не понравилось- разряды тоненькие, но пушистые. Далее было несколько попыток увеличить длительность, но они не увенчались успехом.

Схемы генераторов на 555

   Тогда решил изменить принципиально схему и сделать независимую длительность на конденсаторе, диоде и резисторе. Возможно многие посчитают эту схему абсурдной и глупой, но это работает. Принцип такой: сигнал на драйвер идет до тех пор пока конденсатор не зарядится (с этим думаю никто не поспорит). NE555 генерирует сигнал, он идет через резистор и конденсатор, при этом если сопротивление резистора 0 Ом, то идет только через конденсатор и длительность максимальна (на сколько хватает емкости) не зависимо от скважности генератора. Резистор ограничивает время заряда, т.е. чем больше сопротивление, тем меньшей времени будет идти импульс. На драйвер идет сигнал меньшей длительностью, но тоже частоты. Разряжается конденсатор быстро через резистор (который на массу идет 1к) и диод.

Плюсы и минусы

   Плюсы: независимая от частоты регулировка скважности, SSTC никогда не уйдет в CW режим, если подгорит прерыватель.

   Минусы: скважность нельзя увеличивать «бесконечно много», как например на UC3843, она ограничена емкостью конденсатора и скважностью самого генератора (не может быть больше скважности генератора). Ток через конденсатор идет плавно.

   На последнее не знаю как драйвер реагирует (плавную зарядку). С одной стороны драйвер также плавно может открывать транзисторы и они будут сильнее греться. С другой стороны UCC27425 — цифровая микросхема. Для нее существует только лог. 0 и лог. 1. Значит пока напряжение выше порогового — UCC работает, как только опустилось ниже минимального — не работает. В этом случае все работает в штатном режиме, и транзисторы открываются полностью.

Перейдем от теории к практике



   Собирал генератор Тесла в корпус от АТХ. Конденсатор по питанию 1000 мкф 400в. Диодный мост из того же АТХ на 8А 600В. Перед мостом поставил резистор 10 Вт 4,7 Ом. Это обеспечивает плавный заряд конденсатора. Для питания драйвера поставил трансформатор 220-12В и еще стабилизатор с конденсатором 1800 мкФ.



   Диодные мосты прикрутил на радиатор для удобства и для отвода тепла, хотя они почти не греются.





   Прерыватель собрал почти навесом, взял кусок текстолита и канцелярским ножом вырезал дорожки.





   Силовая была собрана на небольшом радиаторе с вентилятором, позже выяснилось, что этого радиатора вполне достаточно для охлаждения. Драйвер смонтировал над силовой через толстый кусок картона. Ниже фото почти собранной конструкции генератора Тесла, но находящейся на проверке, измерял температуру силовой при различных режимах (видно обычный комнатный термометр, прилепленный к силовой на термопласту).



   Тороид катушки собран из гофрированной пластиковой трубы диаметром 50 мм и обклеенным алюминиевым скотчем. Сама вторичная обмотка намотана на 110 мм трубе высотой 20 см проводом 0,22 мм около 1000 витков. Первичная обмотка содержит аж 12 витков, сделал с запасом, дабы уменьшить ток через силовую часть. Делал с 6 витками в начале, результат почти одинаков, но думаю не стОит рисковать транзисторами ради пары лишних сантиметров разряда. Каркасом первички служит обычный цветочный горшок. С начала думал что не будет пробивать если вторичку обмотать скотчем, а первичку поверх скотча. Но увы, пробивало… В горшке конечно тоже пробивало, но здесь скотч помог решить проблему. В общем готовая конструкция выглядит так:



   Ну и несколько фоток с разрядом



   Теперь вроде бы все.



    Ещё несколько советов: не пытайтесь сразу воткнуть в сеть катушку, не факт что она сразу заработает. Постоянно следите за температурой силовой, при перегреве может бабахнуть. Не мотайте слишком высокочастотные вторички, транзисторы 50b60 могут работать максимум на 150 кГц по даташиту, на самом деле немного больше. Проверяйте прерыватели, от них зависит жизнь катушки. Найдите максимальную частоту и скважность, при которой температура силовой стабильная длительное время. Слишком большой тороид может тоже вывести из строя силовую.

Видео работы SSTC

   P.S. Транзисторы силовые использовал IRGP50B60PD1PBF. Файлы проекта тут. Удачи, с вами был [)еНиС!

   Форум по SSTC

   Обсудить статью ТЕСЛА ГЕНЕРАТОР




Генератор импульсов на TL494. Генератор на TL494 с регулировкой частоты и скважности. Катушки Теслы

Полазив по интернету, я не нашел ни одной схемы регулятора напряжения и самое главное тока — на современной элементной базе. Все они

были либо аналоговыми, либо с биполярными транзисторами, в ключевом включении. Я опробовал одну из них.

Тока более 2,5 ампер, без значительного нагрева транзистора КТ818, я не получил. При попытке снять около 4 ампер — сгорел транзистор и диод шотки. Надо уточнить — они были без радиаторов. Что, впрочем, не меняет ситуации. Задумавшись, как применить в этом включении P -канальный полевик — наткнулся на описание его работы. Тепловыделение, за счет большого сопротивления на открытом переходе, слишком большое — о хорошем кпд можно было забыть. Решено было использовать N -канальные полевики управляемые драйвером верхнего ключа .

Схема хоть и рабочая и обладает хорошим КПД все же не лишена была недостатков. Он касался использования ее в зарядке аккумуляторов. Связаны они были с тем что нижний ключ всегда открыт когда закрыт верхний. Если энергия дросселя иссякнет — ток от аккумулятора пойдет через дроссель в обратном направлении и сожжет нижний ключ. Верхний же сгорит при открытии на короткозамкнутый нижний.

Решено было отказаться от синхронного ключа и использовать по старинке мощный диод шотки.

В результате долгих поисков, проб и ошибок, горелых микросхем и полевиков была рождена вот такя схема




Основные характеристики.

1. Работает стабильно.

2. Отлично держит ток и напряжение.

3. Имеет КПД около 90 процентов. Иногда до 94!

4. Все детали валяются на свалке.

5. Практически не нуждается в настройке.

6. Очень простая и повторяемая.

7. Ток регулируется от нуля до сколько захочет пользователь.

8. Напряжение регулируется от 2.5В.

Из особенностей.

Контроль выходного тока осуществляется шунтом.




Его сопротивление около 0,01 ома. Тепловыделение на нем относительно не большое. Ток регулируется в широких пределах. От 0 ампер…. до сколько позволят ключ диод и дроссель. Максимальный предел регулировки тока (и короткого замыкания) задается резистором R6. Сразу оговорюсь ниже 4 ампер устанавливать не советую. Особенностью контроля тока является использование «вольтодобавки шунта» реализованное на диоде D4. Это позволяет TLке корректно работать околонулевыми токами и выставлять(резистором R9) ток короткого замыкания…. скажем в 1мА. Диод D5 служит для термостабилизации цепи контроля тока.

Шунтом изначально являлся отрезок медной проволоки длиной около 4,5см и диаметром 0,4мм. Так как медь очень нетермостабильна и при нагреве ток уплывал решено было расковырять китайский мультиметр. Шунт вытащеный оттуда был укорочен вполовину и впаян в плату.

Дроссель







был намотан на желто-белом колечке из компьютерного БП. Содержит около 24 витков провода диаметром 2 мм. Провод был смотан из трансформатора компьютерного UPS.




Только с таким проводом удалось избавиться от излишнего нагрева дросселя на токах свыше 5А.

Изюминкой является трансформаторный драйвер ключа. За него спасибо LiveMaker с сайта Микросмарт . Изготавливается из почти любого ферритового колечка. В идеале — марки 2000 от 2 см в диаметре. Колечко снятое с провода импульсного фильтра тоже работает (хотя и наблюдается почти неуловимый его нагрев). У меня уже две платы работают на колечках которые были сняты со жгутов проводов соединяющих платы копировальной техники. Единственный и пока не приведший к негативным последствиям минус — выбросы на границах трапеций переключающих сигналов. Они не большие(2-3В) и не влияют на работоспособность устройства. Ничего сложного в намотке нет. Мотается на глазок виток к витку. Постараться равномерно распределить витки двух катушек по кольцу. Первичная обмотка содержит 9 витков провода. Вторичная — 27 витков провода. Мотаю одной жилой обычной витой пары. Напряжение на затв

Генераторы и сборки на CD4001, CD4011, TL494IN, CD4046 и 74 серии — EnergyScience.ru

Генераторы и сборки на CD4001, CD4011, TL494IN, CD4046 и 74 серии

Сообщение WILL » 14 май 2017, 22:47

Выкладываю проверенные и отлично зарекомендованные себя схемы генератора и модулятора, а также схемы коррекции фазы (фазовая задержка) на микросхемах TL494IN и CD4011.
Генератор на TL494IN, легок в сборке, ничего настраивать не нужно спаял и готово, путем подбора номиналов частотазадающего конденсатора можно регулировать диапазон частоты от 1,1МГЦ до сверхнизкой частоты (режим стробоскопа). Собирался мною по приложенной схеме неоднократно и всегда работает на 100%.
Схема задержки по фазе на микросхемах CD4011, функция данной схемы создавать задержку выходного сигнала относительно входного с плавной регулировкой от 0 до 360 градусов, также возможно отсечения участка сигнала (разбиение на градусы) путем переключения джамперов на необходимый режим работы задержки. Простая в сборке, удобная, собирал неоднократно, работает отлично на ВЧ частотах в широком диапазоне.
Простая схема модулятора на микросхеме CD4011, когда необходимо смешать две частоты в одном сигнале, например ВЧ и НЧ, тогда достаточно подать на 1 ногу микросхемы НЧ, а на 2 ногу — ВЧ , тем самым получить модулированный сигнал, который представляет из себя пачку. частота пачки это НЧ сигнал, частота заполняющая пачку , это ВЧ сигнал. Удобная и простая схема. собирал не однократно, работает на ура.
Схема обвязки драйвера TC4420, простая и надежная схема обвязки драйвера, который можно использовать в разных целях от формирования управляющего сигнала для полевых транзисторов для обратноходовых преобразователей, до сборки схем двухтактных преобразователей и везде где необходимо управлять затворами транзисторов. Простая, надежная. проверенная схема.

Вложения

РОЛЬ МИКРОСХЕМ СЕРИИ TL494 В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ

РОЛЬ МИКРОСХЕМ СЕРИИ TL494 В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ


 


Черкасский Павел Андреевич


студент 3 курса кафедры «Внутризаводского электрооборудования и автоматики» Армавирского механико-технологического института, г. Армавир


Е-mail: Cherkass@list.ru


Паврозин Александр Васильевич


научный руководитель, доцент  кафедра «Общенаучных дисциплин» Армавирского механико-технологического института, г. Армавир


 


Для того, чтобы понять назначение микросхемы TL494 в импульсных генераторах, необходимо ознакомиться с понятием широтно-импульсной модуляции и смежными ей понятиями.


1. Широтно-импульсная модуляция.


Широтно-импульсной модуляцией называют процесс изменения скважности импульсного сигнала постоянной частоты под действием внешнего сигнала.


Скважность – это отношение периода следования импульсов к их длительности. Чаще используют обратную скважности величину –


коэффициент заполнения, измеряемый в процентах.





Рисунок 1. «Широтно-импульсное модулирование
синусоидальным сигналом»


Широтно-импульсную модуляцию применяют в импульсных источниках питания, в схемах управления скоростью вращения электромоторов, мощностью источников света, тепла и других потребителей электроэнергии. Силовые транзисторы, управляемые ШИМ-сигналом, работают в ключевом режиме. Такой режим благоприятен для транзистора, т. к. он большую часть времени находится либо в режиме насыщения, либо в режиме отсечки. В обоих режимах на транзисторе выделяется небольшая тепловая мощность. В первом режиме на транзистор падает небольшое напряжение, а в режиме отсечки через транзистор протекает малый ток. Именно поэтому, импульсные преобразователи напряжения и генераторы по сравнению с аналоговыми обладают малыми потерями мощности на элементах управления.


2. Алгоритм формирования ШИМ импульсов.


Микросхема TL494 позволяет управлять раздельно частотой и скважностью генерируемого ею сигнала в достаточно широких пределах.


Основой устройства формирования импульсов различной длительности, но одинаковой частоты является генератор пилообразных импульсов DA6 (рис. 2) [1].







Рисунок 2. «Функциональная схема TL494»


Пилообразное напряжение поступает с генератора на компараторы DA1 и DA2. Частота генератора пилообразного напряжения DA6 определяется номиналами резистора и конденсатора, подключённых к 5-му и 6-му выводам. Ширина импульсов на выходе компаратора DA2 прямопропорциональна напряжению на его неинвертирующем входе (см. диаграмму 1 на рис. 3). В обычном режиме выходной сигнал компаратора DA1 не влияет на состояние выхода элемента ИЛИ DD1, т.к. оно определяется более широкими импульсами выхода компаратора DA2. D-триггер DD2 делит частоту импульсов поступающих с выхода DD1 пополам (см. диаграммы 3, 4 на рис. 3).





Рисунок 3. «Временные диаграммы работы модулятора»


 


Логика его работы заключается в следующем: по фронту импульса на входе С1 состояние входа 1D передаётся на прямой выход триггера Q. Пока на вход С1 не поступит новый импульс, состояние входа D1 не влияет на выходы триггера.


Вывод 13 позволяет выбирать режим работы выходных транзисторов VT1 и VT2: двухтактный при логической 1 (см. диаграммы  5, 6) и однотактный при логическом 0 (см. диаграмму 7). В двухтактном режиме частота импульсов на выходе равна половине частоты генератора. В однотактном режиме триггер DD2 не задействован, и на базы транзисторов поступают инвертированные элементами ИЛИ-НЕ DD5 и DD6 импульсы с выхода DD1. Компаратор DA1 со смещением на неинвертирующим входе 0,12 В ограничивает максимальную длительность импульсов в выходном каскаде на уровне 96 % в однотактом режиме и 58 % в двухтактном. Таким образом компаратор DA1 предотвращает появление на выходе сдвоенного импульса в двухтактном режиме работы микросхемы (см. диаграммы 2, 5, 6). При необходимости управления скважностью выходных импульсов используется неинвертирующий вход компаратора DA2: если напряжение на указанном входе компаратора станет меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA2, то компаратор  DA1 перехватит управление элементом ИЛИ DD1.


Таким образом, TL494 содержит регулируемый генератор, усилитель ошибки, компаратор регулировки мёртвого времени, триггер управления, прецизионный источник опорного напряжения 5 В и схему управления выходным каскадом. Компаратор регулировки мёртвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мёртвого времени величиной порядка 4 %. Микросхема допускает внешнюю синхронизацию встроенного генератора подключением вывода R к выходу источника опорного напряжения и подачей входного пилообразного напряжения на вывод С. Такой режим используется при синхронном включении нескольких микросхем.


3. Использование ШИМ-контроллера TL494 в генераторе прямоугольных импульсов с возможностью независимой плавной регулировки частоты и скважности.


Напряжение питания микросхем TL494 может быть в пределах от 7 до 40 В. Размах импульсов равен . Рабочие частоты микросхем данной серии лежат в диапазоне от 1 до 300 кГц. Для задания частоты работы генератора используются резисторы и конденсаторы, номиналы которых лежат в следующих пределах: R = 1…500 кОм, C = 470 пФ…10 мкФ. Расчёт частоты для разных производителей микросхемы отличается: для Texas Instruments,  – для Motorola (рис. 4) [2].





Рисунок 4. «Зависимость диапазона генерируемых частот от номиналов навесных элементов»


В генераторе [3] для осуществления регулировки скважности импульсов на 4-й вывод микросхемы подаётся напряжение с делителя напряжения, при этом его суммарное сопротивление не должно превышать 100 кОм. Данный генератор (рис. 4) работает в однотактном режиме. Каждый транзистор выходного каскада микросхемы может обеспечить ток до 250 мА. Т. к. данный генератор работает в однотактном режиме, то при необходимости выходной ток можно увеличить до 500 мА, соединив транзисторы параллельно.


 


Рисунок 5 «Схема генератора»


 


Выходной каскад микросхемы представляет собой эмиттерный повторитель, который управляет МДП транзистором. Высокие входные значения ёмкости и сопротивления МДП транзистора обуславливают накопление заряда в его затворе. Если этот заряд не рассасывать, то транзистор будет постоянно открыт. Чтобы получить крутые спады импульсов на нагрузке, необходимо в момент спада импульсов на выходе микросхемы быстро разряжать затвор МДП транзистора. В данном генераторе функцию рассасывания заряда выполняет устройство, схема которого представлена на рис. 6.


 Когда на выходе микросхемы появляется фронт импульса, затвор МДП транзистора заряжается, ток через диод запирает нижний по схеме pnp транзистор. При снижении потенциала на выходе микросхемы диод запирается, позволяя открыться pnp транзистору и разрядиться затвору.              


Рассчитаем средний ток рассасывания заряда, неучи тывая нелинейность зависимости ёмкости затвора от напряжения на нём. Заряженный до 7 В затвор IRFZ46N содержит заряд 30 нКл (см. Fig 6 из datasheet IRFZ46N). Чтобы закрыть транзистор, нужно разрядить ёмкость его затвора до 2 В, т.е. нужно рассосать заряд, равный 25 нКл.


При частоте 300 кГц, скважности, равной 2 и длительности спада импульсов, равной 3% от полупериода следования импульсов, время рассасывания


 


.


 


Средний ток при этом равен


 


Таким образом, комплексная нагрузка L1 управляется прямоугольными импульсами, частоту и скважность которых можно изменять в широких пределах. Применяемый в данном генераторе тип выходного транзистора IRFZ46N позволяет создавать в нагрузке токи до 50 А при напряжениях до 50 В.


Приложение 1. Рисунок печатной платы генератора, рассчитанный частично на деталях SMD, устанавливаемых методом поверхностного монтажа. Среда разработки – программа Sprint Layout. Размер платы – 40х30 мм.





 

Список литературы:

1.     http//www.ti.com

2.     http//www.cxem.net/pitanie/5-180.php

3.     http//www.matri-x.ru/energy/generator_tl_494.shtml

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ С РЕГУЛИРОВКОЙ ЧАСТОТЫ

   Как-то попросили меня сделать простую мигалку, чтоб реле управлять или маломощной лампочкой мигать. Собирать простейший мультивибратор, будь то симметричный или не симметричный, как-то банально, да и схема нестабильна и не совсем надежна, при том что работать она должна при напряжение 24 вольта в грузовом автомобиле, да и еще размеры иметь не слишком большие.

Схема



   Поискав по сети схемы, решил по даташиту включить популярную микросхему NE555N. Прецизионный таймер, стоимость которого очень мала – порядка 10 рубликов за микросхему в дип корпусе! Но так как нагрузка у нас не совсем слабая, и может потребоваться большие токи относительно питания таймера, то нам нужен какой-то ключ, которым и будет управлять сам таймер.



   Можно взять обычный транзистор, но он будет греться ввиду больших потерь из-за больших падений на переходах – поэтому взял высоковольтный полевой транзистор на несколько ампер тока, такому ключу при токе даже в 2 ампера не потребуется радиатор вообще.



   Сам таймер 555 имеет ограничения в питающем напряжение – порядка 18 вольт, хотя уже и при 15 может смело вылететь, поэтому собираем цепочку из ограничительного резистора и стабилитрона с фильтрующим конденсатором по входу питания!



   В схему введен регулятор, дабы можно было вращая ручку регулятора изменить частоту импульсов вспышки лампочки или срабатывания реле. Если же регулировка не требуется, можно подстроить частоту на нужные, замерить сопротивление и впаять потом готовое. На приведённой выше — сразу 2 регулятора, которыми меняется скважность (отношение включенного состояния выхода к выключенному). Если требуется соотношение 1:1 — убираем всё кроме одного переменного резистора.



Видео

   Часть элементов выполнено в дип корпусах, часть в смд — для компактности и лучшей компоновки в целом. Схема генератора импульсов заработала после включения практически сразу, осталось только подстроить под нужную частоту. Плату желательно залить термоклеем или поставить в корпус из пластика, дабы автовладельцы не догадались ее прикрутить напрямую к корпусу или положить на что-то металлическое.

   Схемы автоматики