TL 494에 대해 공부하고 있는데 지식이 일천하여 고수님들께 배움을 청합니다.
Time Chart를 보고 있는데 보는 방법을 잘 모르고 이해가 잘 되질 않아 설명을 부탁 드립니다.
첨부된 TL494 Time Chart에서 A부분(Capacitor,Feedback,Deadtime Control)과
Flip-Flop Clock Input의 On, Off주기가 어떻게 대응 되는 것인지 설명 부탁드립니다.
새해 복 많이 받으세요.....
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오랫동안 TL494에 대한 질문이 항상 앞부분에 올라와 있어서 영 마음이 편치 않았는데,
미루고 미루다가 이제 작심을 하고, 제 나름대로 해석을 해 봤습니다.^^
TL494는 정말 오래된(80년 초에 TI사에서 개발되었지 않나 생각됨) IC이고,
스윗칭파워및 기타 응용회로에서 아직도 많이 사용하고 있는 오랫동안 장수하고 있는
생명력이 끈질신 IC라고 생각합니다.ㅎㅎ
저도 오래전부터 TL494로 회로설계를 한 적이 있었고,요즘도 간간히 사용하곤 합니다.
(가격이 싸서(200원 이하) 여기저기 마구 사용하기도 합니다.)
먼저 질문하신 내용중에 제시된 타이밍 차트는 자세하지 않고 조금 틀린것 같기도 해서,
BLOCKDIAGRAM과 제가 아는 범위내에서 해석해 보겠습니다.
혹 이해가 잘 안되시면 직접 실재 IC로 스코핑을 하시던지?
혹은 PSPICE로(ORCAD에 라이브러리 있슴) 시뮬레이션을 하면 됩니다.
1. PWM 파형을 만드는 원리
CT#5 삼각파를 기준으로 해서(RT,CT) 그 삼각파와 DEADTIME CONTROL#4과
혹은 FEEDBACK PWM COMPARATOR INPUT#3의 전압과 비교를 하게 되면
(DEADTIME COMPARATOR,PWM COMPARATOR) 비교 전압에 비례하는 PWM 주기가 만들어집니다.
그 PWM 파형을 T FLIP FLOP의 CK에 입력하여
교번 출력(Q1,Q2교번)을 만들 수도 있고(OUTPUT CONTROL#13=HIGH)
Q1=Q2동일 출력(OUTPUT CONTROL#13=LOW)을 만들 수 있습니다.
교번 출력은 CENTER TAP,HALF BRIDGE,FULL BRIDGE 등에 사용되며,
동일 출력은 FLYBACK,FORWARD CONVERTER회로에 사용됩니다.
OUTPUT CONTROL에 의한 교번, 동일출력회로의 원리는 쉬운 로직회로라서 해석은 생략하도록 하겠습니다.
2. 세개의 비교입력회로
(DEADTIME CONTROL,FEEDBACK PWM COMPARATOR INPUT(ERROR AMP1,ERROR AMP2))에 대해
BLOCK DIAGRAM에 보시면 두개의 삼각파 비교기가 있습니다.
(DEADTIME COMPARATOR,PWM COMPARATOR)
즉 둘 중에 하나만 사용해서 TL494를 동작시키기도 합니다.
그런데 처음부터 DEADTIME CONTROL,FEEDBACK PWM COMPARATOR INPUT
(ERROR AMP1,ERROR AMP2)이라고 IC PIN 이름을 붙인 것은 딱히 별다른 뜻은 아니라고
생각합니다.(왜냐하면 이름대로 꼭 그 기능을 사용하는 것은 아니기 때문입니다.
즉 DEADTIME CONTROL단자를 이용해서 PWM 회로를 구성할 수 있으며,
ERROR AMP1,2중 하나만 사용해도 되고 둘다 사용해도 되고,
그리고 ERROR AMP1,2를 사용하지 않고 FEEDBACK PWM COMPARATOR INPUT을 사용해도 됩니다.
핀 이름에 상관없이 회로를 구성하는 회로설계자 맘입니다.ㅎㅎ
3.DEADTIME COMPARATOR 동작 분석
DEADTIME이라는 명칭은 HALF BRIDGE및 CENTER TAP CONVERTER의
교번 입력신호시 겹치는 부분에 대한 시간을 주기 위해서 만들어졌습니다.
이 DEADTIME은 스윗칭소자의 DELAYTIME하고 관계가 있어서 반드시 스코프로
스윗칭 시간을 점검한 후 결정해야 합니다.
과도한 DEADTIME일 경우 스윗칭파워의 사용 용량에 제약이 있고,
스윗칭 주파수에도 영향을 줍니다.
동작 원리는
CT #5에 의해 만들어진 삼각파 기준(대략 3Vpp)과 DEADTIME CONTROL입력과의 비교에 의해
DEADTIME COMPARATOR가 비교된 펄스를 출력합니다.
만약 DEADTIME CONTROL = 0V라고 가정한다면(물론 FEEDBACK PWM COMPARATOR INPUT = 0V,
이때 PWM COMPARATOR는 0.7V OFFSET때문에 이 COMPARATOR는 영원히 동작하지 않습니다.
즉 PWM COMPARATOR 출력은 0V가 됩니다),
그러나 DEADTIME COMPARATOR의 동작은 삼각파가 하강하는 시점에서 0V일때
0.12V OFFSET에 의해 DEADTIME COMPARATOR의 출력이 HIGH가 됩니다.
즉 삼각파의 하강시점이(OV로 되는 시점) PWM 파형의 동기 시작이 됩니다.(동기 기준)
그리고 삼각파가 0V에서 삼각파형태로 상승시 0.12V가 넘으면 DEADTIME COMPARATOR가
재깍 동작해서 COMPARATOR출력을 LOW로 만듭니다.
즉 0.12V OFFSET에 의해 최대 DUTY와 DEADTIME이 만들어집니다.
0.12V에 해당하는 DUTY는 0.12/3 = 4%입니다. 즉 0.12V~3.0까지(96%~0%) PWM을 가변할 수 있습니다.
여기서
원래 입력이 DEADTIME CONTROL#4 입니다. 즉 DEAD TIME을 제어한다는 의미 같은데?
DEADTIME CONTROL#4에 0V->5V로 서서히 가변시켜서 입력을 해 보면,
이때에는 0.12V ~ 3V까지(96% ~ 0%) PWM이 가변되며 3~5V 사이에는 PWM 파형이 출력하지 않습니다.
즉 이부분에 대한 동작을 DEADTIME이라고 부를 수도 있고 PWM동작이라고 부를 수도 있습니다.
다만 96%이상의(0.12V OFFSET전압으로 인해) PWM 파형은 존재하지 않습니다.
이때 0%되는 비교 전압을 THRESHOLD VOLTAGE라고 하며,현재 삼각파의 최고전압과 관계가 있습니다.
(대략 3V정도,IC회사 마다 조금씩 다릅니다.)
즉 이 DEADTIME CONTROL#4에 의해서도 96~0%의 PWM 파형을 만들 수 있으므로
스윗칭 회로에 사용할 수 있습니다.
이 DEADTIME CONTROL#4은 전원 초기 투입시 과도현상을 방지하기 위해
SOFT START를 할 수 있도록 사용하기도 합니다.
4.PWM COMPARATOR 동작 분석
PWM COMPARATOR의 입력은 DEADTIME COMPARATOR의 OFFSET전압 입력이 다릅니다.
(반전,비반전입력이 다름)
물론 OFFSET전압도(0.7V) 다릅니다.
FEEDBACK PWM COMPARATOR INPUT은 0.7V(OFFSET전압) 이상에서 3+0.7V = 3.7V까지
입력전압에 비례하는 PWM 신호를 출력합니다.
물론 0.12V의 DEADTIME이 존재합니다.
ERROR AMP1,2가 있는 것은 출력에 전압,전류 FEEDBACK을 제어하기 위해서 있습니다.
즉 출력을 전압제어하기 위해서 ERROR AMP1,2둘중 하나를 사용하고,
그 중 하나는 전류 리미트회로에 사용합니다.
또한 출력을 전류제어하기 위해서 ERROR AMP1,2둘중 하나를 사용하고,
그 중 하나는 전압 리미트회로에 사용합니다.
ERROR AMP1,2를 사용하기 위해 제어회로가 들어갈 수 있는데 보통 1POLE회로를 주로 사용하고,
복잡한 제어회로에는 1P1Z,2P2Z,3P3Z등의 OPAMP 주변회로를 사용합니다.
(쪼끔 복잡하고 보드선도를 사용해서 게인 위상을 계산해 봐야 합니다.)
5.기타 PIN에 대해
TL494는 5V 기준전압을 내장하고 있습니다. 당연히 아주 유용하게 사용할 수 있습니다.
특히 출력 리미트 회로 구성시 기준전압으로 사용합니다.
Q1,Q2의 출력회로 구성은 COLLECTOR 접지 방식의 출력,EMITTOR 접지 방식의 출력을 구성할 수 있습니다.
그리고 TL494 IC를 스위칭 파워에만 사용하는게 아니라 필요에 따라 OPAMP만 사용한다던지,
PWM 가변회로를 사용한다던지 등등 여러가지 응용회로에 사용할 수 있습니다.
6.첨언
오랫동안 TL494를 사용해 왔으나 이번처럼 다시한번 REVIEW하게 된 것은 처음인 것 같고,
그 동안 잘 이해하지 못한 부분에 대해 다시한번 공부를 한 계기가 되었습니다.ㅎㅎ
특히 스윗칭파워쪽에 개발,종사 하시는 분들은 TL494의 동작에 대해 자세히 공부해 놓으면,
시중에 있는 여러가지의 스윗칭 IC들에 대해 쉽게 접근할 수 있을 수 있고 응용에도 유용하리라 생각합니다.
그리고 미진한 부분이 있거나, 잘못 기술된 부분을 지적해 주시면, 더욱 더 고민해 보겠습니다.