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【欧姆龙TL接近开关】TL494/KA7500的工作环境及控制逻辑分析

前言

上一节介绍了TL494/KA7500的特性。本节分析TL494/KA7500的周围电路,以澄清工作环境。

正文

线路图

实物图

IC本身都需要一定的工作环境,当IC自身的工作环境满足之后,IC才开始工作。当494的12脚VCC获得10-12V供电后,494开始工作。首先,494内部的振荡器将在5脚RT和6脚CT的设定下,以确定频率开始振荡,在6脚输出三角波。当三角波产生后,该三角波会首先与4脚DTC的死区电平进行比较。

4脚外接四个元件,D17的正极、C17的负极、R25、R21。不难看出R25、R21构成了一个从REF(5V)到地的分压电路。经简单计算可知,在不考虑D17、C17的情况下,DCT上的分压约为0.45V。换句话说,DTC脚设定的死区电压应为0.45V(芯片内置的死区补偿电压为0.1V)。C17是一个延时电容。当REF有效时,容性元件C17在短时间内相当于导线。这个相当于导线的C17实际上在短时间内将R25给短路掉了。这意味着REF会直接加至DTC上。换句话说,在开机瞬间,DTC上的死区电压实际上是5V,伴随着C17充电过程的结束,DTC上的电压会从5V降至0.45V。电压降低所需要的时间,由C17的容量决定。显然,这是一种软启动保护机制,5V已经超过了CT脚三角波的最大电压。

D17如果要其作用,就必须导通。而D17导通的结果,只能是将DTC脚的电压拉高。因此,在不考虑D17正极电路的情况下,我们就能够判定D17的导通一定是一种令494关闭的电路动作。只要将D17的正极高压来源搞清楚了,就能够把这路过压关断逻辑搞清楚。D17的正极与C18的正极、Q5的集电极、R26直通。

C18是一个电容,除非它事先充电器,否则不可能为D17的正极提供高电压。Q5是个发射极对地的三极管,它当然也不可能为D17的正极提供高电压。通过排除法我们可以判定,为D17的正极提供高电压的只能是R26。R26下接齐纳二极管的正极,齐纳二极管的负极接工作供电10-12V。原来这个是一个针对工作供电10-12V的过压保护电路。一旦工作过压,就会令ZD击穿,通过D17主动且强制的拉高DTC死区电平,令494关闭。

494的13脚直通14脚REF,这说明494的两个体NPN三极管工作在推挽模式。至此,494终于可以开始从11脚C2、8脚C1发出他激励方波了。

接下来,我们分析一下494的两个体运放的实际用途。

我们先看1、2脚间的这路运放。

1脚经一个1K的电阻后直通R29、R30。显然,R31、R29、R30、RW构成了一个针对5V输出的分压电路。我们假设RW的当前阻值为440欧姆,那么在PIN1处应该分到一个2.5V的电压。我们顺便介绍一下C19的作用。在5V刚开始输出事,C19在短时间内会相当于导线,这意味着R13被短路。C19在这段时间内实际上会导致取样偏大,既然取样偏大,就等于说反馈偏大。我们如果用导线直接短接R31的两端,会发现最终的输出达不到5V。因此,C19实际上是在输出反馈一侧设定的一个软启动电容。其软启动的时长,由C19的容量决定。

2脚外接C15、R22的一端、R23、R24。通过观察不难发现,R23、R24实际上构成了一个从REF到地的分压电路。经简单计算不难算出2脚应分得一个2.5V的电压。这与1脚分得的电压是一样的。我们有理由推断,494的这路运放很可能是用于稳压的。

在绝大多数的反激电源中,稳压通常是由431和光耦实现的。虽然在该电源中不存在431和光耦,但分压电路却与反激电源中的取样分压电路完全一致。这也是我们判定此路运放用于5V输出稳压的旁证。

从时序上讲,2脚要早于1脚获得2.5V。因为2脚的2.5V是REF提供的,而1脚的2.5V是5V输出提供的,而5V输出是494工作后的结果。因此,作为运算放大器输出的FB实际上最开始是输出低电平的。随着1脚反馈逐渐增大,一旦达到2.5V,该路运放的输出就将反相,从原来的低电平变为高电平。此时,494内部的PWM比较器的同相脚就会因为获得高电平而输出高电平,494内部的或门则输出高电平,494停振。

综上所述,该路运放的确是用于5V输出的稳压体运放。

我们再看一下16、15脚间的这路运放。

16脚外接R231、C32。R231和C32是并联的关系,这两个元件并联后直通康铜丝的右端,康铜丝的左端接变压器的地。

下面绍一下康铜丝。康铜丝是一种优良的低阻值检流电阻。可以用万用表、直流可调电源测量出康铜丝的真实阻值。如下图所示。

线路图

实物图

利用可调电源为康铜丝提供电流,用万用表测量康铜丝两端的压降。最后利用欧姆定律计算出其真实阻值。

如果是5个10毫欧姆的康铜丝检流电阻并联,那么其总阻值就是2毫欧姆。当该电源达到满载40A时,SIGNAL GROUND(Vsen)的电平最大,0.8V。请读者特别注意,图纸中的SIGNAL GROUND(灰色粗实线)并不是5V输出的地。对任何开关电源而言,其输出一侧的地的物理起点都是变压器次级绕组的引脚(主变压器T1的5-8、17脚)。换句话说,16脚具有一个最大0.08V的电平,而且是相对于康铜丝左侧的真实地的电平。

15脚外接R35、R36。显然,R35和R36构成了一个从REF到SIGNAL GROUND(灰色粗实线信号地)的分压电路。我们计算一下15脚的电压,并明确15脚电压与16脚电压的区别。经计算,15脚上的分压为0.0091V(对真实地)。如果我们均以真实地为参考点,在空载时分别测量15、16脚的电压,就会发现16脚竟然会显示一个接近0V的负电压。其根本原因在于16脚的电压实际上是SIGNAL GROUND(Vsen)的电压。总之,16脚的电压在空载时是低于15脚的电压的,494的这路运放将输出低电平的FB。

可以想象,随着负载变大,流过康铜丝的电流也越来越大。无论是15脚还是16脚上点电压都在动态变化,而且16脚的电压一定会逐渐逐渐赶上15脚的电平,当达到满载40A时,16脚的电压也增大到与15脚电压相等的边界工况。笔者建议读者以真实地为参考点,在不同负载情况下测量15、16脚的电压。即使万用表的精度不够,也可以增强感性认识。

通过上面的分析,我们明确的得出了该路运放会在康铜丝上的电流超过一定值时从FB输出高电平的结论。而一旦FB输出高电平,就意味着494内部的PWM比较器的同相脚输入了高电平。此时,494内部的PWM比较器的同相脚就会因为获得高电平而输出高电平,494内部的或门则输出高电平,494停振。

综上所述,该路运放是整个电源限流关断的体运放。

接下来,我们补充一下运算放大器的反馈回路的知识。明确一下R38、C12和R22、C16这两路RC串联之路的作用。这种从运算放大器的输出脚经RC串联组合后直通运放的输入脚(该电源中为反相脚)的电路在各种使用了运算放大器的电路中屡见不鲜。它们从本质上起着缓冲延时的作用,具体工作原理如下。

运算放大器作为电路中的逻辑运算元件,其输出由两路输入决定。当运算放大器的输出反相时,就意味着运算工作状态的彻底改变。当然,对于绝大多数的读者来说,都熟知理想运放的输出与输入之间的关系,那就是同相大于反相输出高电平,同相小于反相输出低电平。但实际电路要考虑更多的问题。而延时缓冲器就是这种考量下的实用设计。

在现实生活中,“狼来了”的现象屡见不鲜。对于真实电路而言。我们希望作为逻辑运算元件的运算放大器足够的灵敏,灵敏到能够对所需判断的电路逻辑有效反应。也就是当狼来了的时候,运放真的能够发现狼来了。于此同时,我们又不希望他一看到狼就喊狼来了。而是希望他能够充分的考虑一段时间之后再喊狼来了。延时缓冲器设计应运而生。因为在电路中,噪声和干扰无处不再。延时缓冲器的延时作用能够过滤到一些运放的过敏反应,提高系统的稳定性和可靠性。

我们假设494的1、2脚间的体运放正输出低电平。此时随着PWM的持续工作,输出5V将持续上升。一旦1脚的电压大于2脚电压,FB就会输出一个高电平,这个高电平经C16、R22后加至2脚,客观会上拉高了2脚的电压,这等于是延缓了运算放大器的输出发 生翻转(从低电平变为高电平)的趋势。在降低器件反应速度的同时,提高了电路的稳定性。这才是设计延迟缓冲器的根本意义。至此,我们可以将494的这两路体运放准确命名为稳压体运放和限流保护体运放了。(头条号/电子学堂)

责任编辑: 鲁达

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