Universidad Tecnológica de Panamá
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Circuitos Electrónicos Avanzados
El PWM TL494
Doctora Ana Clevis Lozano
Integrantes: Fernando Lasso
8-894-2054
Ricardo Fossatti
8-904-692
1-EE-141
16 de mayo de 2017
Objetivo *Exponer las características, variantes, funcionamiento y diseño del chip PWM TL494 de manera clara. *Destacar la importancia de las aplicaciones y funciones que aportan estos chips al desarrollo de la tecnología.
Introducción En este trabajo escrito se llevará a cabo la presentación del dispositivo PWM TL494, en donde primero que nada definimos que es el termino PWM, y posteriormente vemos la relación del PWM con nuestro dispositivo. En el trabajo, se habla del TL494, nos referimos a sus generalidades, sus características más relevantes, su funcionamiento, construcción, implementación del mismo y por último sus aplicaciones en el mundo real. Además, desarrollamos el tema con ayuda de cálculos matemáticos y analíticos que nos ayudarán a entender el funcionamiento de nuestro dispositivo de una manera más clara y fácil.
Desarrollo La modulación por ancho de pulso, también conocida como PWM (pulse-width modulation), es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica, ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga. Teniendo esto en cuenta, podemos definir generalmente el TL494 como un dispositivo que incorpora todas las funciones necesarias y específicas para la implementación de un PWM con este solo chip. Diseñado principalmente para el control de suministro de energía, este dispositivo ofrece la capacidad de adaptar los circuitos de control de la fuente de alimentación a una aplicación específica. El TL494 es un circuito integrado conformado por 16 pines, diseñado y construido por Motorolla o por Texas Instruments (usualmente). Es un dispositivo sencillo, conformado por: dos amplificadores de error, un oscilador ajustable, un comparador de control de tiempo (DTC), un flip-flop de control de dirección de pulsos, un regulador de precisión de 5 V 5% y circuitos de control a la salida. En cuanto a sus amplificadores, presentan un voltaje entre 0.3 V a 2 V en su Vcc. El comparador de tiempo brinda una compensación de alrededor el 5%. Además, el dispositivo proporciona una operación de salida push-pull, que se puede seleccionar a través de la función de control de salida.
El tamaño del circuito integrado es de mas o menos 10 x 5 milímetros. Otras características: *Encapsulado: PDIP-16 *Salidas: Dual *Voltaje de salida máximo: 40 V *Tiempo de subida: 100 ns *Tiempo de caída: 40 ns En cuanto a su montaje superficial y su empaque, el TL494 puede encontrarse en dos configuraciones o variantes: el TL494C y TL494I; donde el primero se caracteriza por funcionar desde 0 ° C hasta 70 ° C y el TL494I se caracteriza por funcionar desde -40 ° C hasta 85 ° C.
Como ya mencionamos antes algunas características eléctricas del TL494, también hay que mencionar que el fabricante nos brinda en el datasheet información sobre los parámetros de operación óptimos de este integrado, como por ejemplo un rango de Vcc de entre 7 y 40 Volts, un rango de Vin (amplificador) entre -0.3 y Vcc-2 Volts, un Vo (Collector outpiut voltaje) máximo de 40 V, una Corriente de salida de colector (por cada transistor) de 200 mA máxima y una frecuencia de oscilador. Nosotros como diseñadores siempre debemos velar por mantenernos dentro de estos parámetros salvaguardando la integridad del chip y la seguridad del sistema a implementar.
En cuestiones de diseño para este oscilador, lo que respecta a la variación del pulso de salida se consigue modificando sus parámetros de feedback (pin3) y parámetro de dead time control (pin4), cada uno respectivamente maneja el tiempo de encendido de la señal y el tiempo muerto de la señal. Gracias a las variaciones de estos parámetros podemos obtener nuestro valor del ciclo de trabajo (D) que es el porcentaje de la señal que dura encendida con respecto al periodo total de la señal. =
ñ
100%
Aparte de cambiar estos parámetros también podemos modificar la frecuencia de la oscilación gracias al Rt (pin6) y Ct (pin5), que se calculan gracias a la siguiente ecuación:
≈
1.1 () ()
Por ejemplo para una frecuencia de un 1 kHz emplearíamos un Rt de 1.1 kΩ y un Ct de 1.0 uF, para obtener esta frecuencia. Como mencionamos anteriormente en base a los voltajes máximos de Feedback y DTC, podemos modificar el porcentaje del ciclo de trabajo, para un voltaje de 3.4 V obtenemos un aproximado de 90% y para 1.0 V un 9.8% del ciclo de trabajo. Para poder manipular estas variaciones de voltaje nos ayudaríamos de un potenciómetro (por ejemplo de 1kΩ) y un conjunto de resistencias que nos den estos valores y así modificar a gusto nuestro valor de ciclo de trabajo, ayudado con las siguientes ecuaciones: =
( ) (4870Ω + )
;
=
() (1Ω + )
;
=
()(1Ω) (1Ω + )
Entre las aplicaciones de este integrado, entramos en todo el rango de funciones que se pueden desarrollar gracias al uso del PWM. Las señales de PWM son utilizadas comúnmente en el control de aplicaciones. Su uso principal es el control de motores de corriente contínua, aunque también pueden ser utilizadas para controlar válvulas, bombas, sistemas hidráulicos y algunos otros dispositivos mecánicos. La frecuencia a la cual la señal de PWM se generará, dependerá de la aplicación y del tiempo de respuesta del sistema que está siendo controlado. A continuación se muestran algunas aplicaciones y sus respectivas frecuencias:
Calentar elementos o sistemas con tiempos de respuesta lentos: 10-100 Hz o superior.
Motores eléctricos de corriente contínua: 5-10 kHz o superior.
Fuentes de poder o amplificadores de audio: 20-200 kHz o superior.
Para profundizar más en el uso que se le da al PWM referente a los motores eléctricos, podemos especificar la técnica es utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente contínua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relès (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia). La modulación por ancho de pulsos también se usa para controlar servomotores, los cuales modifican su posición de acuerdo al ancho del pulso enviado cada un cierto período que depende de cada servo motor. Esta información puede ser enviada utilizando un microprocesador como el Z80, o un microcontrolador.
Por ultimo otra aplicación que queremos destacar es el uso de un integrado de PWM como parte de un conversor analógico-digital (ADC). Para un sistema digital, es relativamente fácil medir cuánto dura una onda cuadrada. Sin embargo, si no se tiene un conversor analógico digital no se puede obtener información de un valor analógico, ya que sólo se puede detectar si hay una determinada tensión, 0 o 5 voltios por ejemplo (valores digitales de 0 y 1), con una cierta tolerancia, pero no puede medirse un valor analógico. Sin embargo, gracias al PWM en conjunción con un oscilador digital, un contador y una puerta AND como puerta de paso, podrían fácilmente implementar un ADC.
Conclusiones
Al finalizar este trabajo, nos percatamos de la gran importancia que tiene el uso del PWM en las aplicaciones de hoy en día, pues un concepto tan sencillo como la modulación por ancho de pulso nos ayuda a llevar a cabo todo tipo de tareas desde las más sencillas como variar una carga a la salida de un circuito hasta controlar un motor asíncrono. Además comprendimos el gran impacto que poseen los osciladores en el mundo real, pues a pesar de que hoy en día no muchos son tan usados, en su momento nos ayudaron a desarrollar las tecnologías que tenemos hoy en día. De este trabajo pudimos concluir las utilidades y beneficios que podemos sacar del uso del integrado TL494 que nos brinda 2 salidas PWM y nos permite variar las características de cada una. También nos dimos cuenta del amplio rango de utilización de estos chips como en convertidores analógicos-digitales, a convertidores cc-cc, partes fundamental de corrientes conmutadas y demás.
Referencias
http://www.ec66.com/market/sheet/TL494C.pdf http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation https://www.youtube.com/watch?v=3RTZEIPZlRo (Laboratorio #1: Modulación de ancho de pulsos mediante integrado TL494) https://store.comet.bg/download-file.php?id=4711 (Datashett Fabricante) http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/AA1BDEA4AA224E3E86257CE400707527