Izstrādājot lielas jaudas, augstas efektivitātes palielināšanas pārveidotāju, izmantojot tl494

Strādājot ar elektroniku, mēs bieži nonākam situācijās, kad rodas nepieciešamība palielināt izejas spriegumu, kamēr ieejas spriegums paliek zems, tas ir tāda veida stāvoklis, kad mēs varam paļauties uz ķēdi, ko parasti sauc par pastiprinātāja pārveidotāju (pastiprinātājs). Palielināšanas pārveidotājs ir līdzstrāvas līdzstrāvas tipa komutācijas pārveidotājs, kas palielina spriegumu, vienlaikus saglabājot nemainīgu jaudas līdzsvaru. Galvenā pastiprinātāja pārveidotāja iezīme ir efektivitāte, kas nozīmē, ka mēs varam sagaidīt ilgu akumulatora darbības laiku un samazinātas siltuma problēmas. Iepriekš mēs izveidojām vienkāršu pastiprinātāja pārveidotāja ķēdi un izskaidrojām tā pamata konstrukcijas efektivitāti.

Tātad, šajā rakstā mēs izstrādāsim TL494 Boost pārveidotāju un aprēķināsim un pārbaudīsim augstas efektivitātes palielināšanas pārveidotāja ķēdi, pamatojoties uz populāro TL494 IC, kura minimālais barošanas spriegums ir 7V un maksimums 40V, un kā mēs izmantojam IRFP250 MOSFET kā slēdzi, šī ķēde teorētiski var apstrādāt maksimālo strāvu 19 Amp (ierobežo ar induktora jaudu). Visbeidzot, būs detalizēts video, kurā parādīta ķēdes darba un testēšanas daļa, tāpēc bez turpmākas darbības sāksim.

Izpratne par pārveidotāja darbības principu

Iepriekš redzamajā attēlā parādīta pastiprināšanas pārveidotāja ķēdes shēma. Lai analizētu šīs shēmas darbības principu, mēs to sadalīsim divās daļās: pirmais nosacījums izskaidro, kas notiek, kad MOSFET ir ieslēgts, otrajā nosacījumā izskaidrots, kas notiek, kad MOSFET ir izslēgts.

Kas notiek, kad MOSFET ir ieslēgts:

Iepriekš redzamajā attēlā parādīts ķēdes stāvoklis, kad ir ieslēgts MOSFET. Kā jūs saprotat, mēs esam parādījuši ieslēgtu stāvokli ar punktētas līnijas palīdzību, kad MOSFET paliek ieslēgts, induktors sāk uzlādēt, strāva caur induktoru turpina palielināties, kas tiek saglabāta magnētiskā lauka formā.

Kas notiek, kad MOSFET ir izslēgts:

Tagad, kā jūs zināt, strāva caur induktoru nevar uzreiz mainīties! Tas ir tāpēc, ka tas tiek uzglabāts magnētiskā lauka formā. Tāpēc brīdī, kad MOSFET izslēdzas, magnētiskais lauks sāk sabrukt, un strāva plūst virzienā, kas ir pretējs uzlādes strāvai. Kā redzat iepriekš redzamajā diagrammā, tas sāk uzlādēt kondensatoru.

Tagad, nepārtraukti ieslēdzot un izslēdzot slēdzi (MOSFET), mēs esam izveidojuši izejas spriegumu, kas ir lielāks par ieejas spriegumu. Tagad mēs varam kontrolēt izejas spriegumu, kontrolējot slēdža ieslēgšanas un izslēgšanas laiku, un to mēs darām galvenajā ķēdē.

Izprotiet TL494 darbību

Tagad, pirms mēs ejam un izveidojam ķēdi, pamatojoties uz TL494 PWM kontrolieri, uzzināsim, kā darbojas PWM kontrolleris TL494. TL494 IC ir 8 funkcionālie bloki, kas parādīti un aprakstīti turpmāk.

5-V atsauces regulators:

5V iekšējā atsauces regulatora izeja ir REF tapa, kas ir IC pin-14. Atsauces regulators ir paredzēts, lai nodrošinātu stabilu padevi iekšējām shēmām, piemēram, impulsu vadošam flip-flopam, oscilatoram, mirušā laika vadības salīdzinātājam un PWM salīdzinātājam. Regulatoru izmanto arī kļūdu pastiprinātāju darbināšanai, kas ir atbildīgi par izejas kontroli.

Piezīme: Atskaite ir iekšēji ieprogrammēta ar sākotnējo precizitāti ± 5% un saglabā stabilitāti ieejas sprieguma diapazonā no 7 V līdz 40 V. Ja ieejas spriegums ir mazāks par 7 V, regulators piesātinās 1 V robežās no ieejas un to izseko.

Oscilators:

Oscilators ģenerē un nodrošina zāģa viļņu mirušā laika kontrolierim un PWM salīdzinātājiem dažādiem vadības signāliem.

No oscilatoru biežums var noteikt, izvēloties laika noteikšanas komponentus R T un C T.

Oscilatora frekvenci var aprēķināt pēc šādas formulas:

Fosc = 1 / (RT * CT)

Vienkāršības labad esmu izveidojis izklājlapu, pēc kuras jūs ļoti viegli varat aprēķināt biežumu. Ko jūs varat atrast zemāk esošajā saitē.

Piezīme. Oscilatora frekvence ir vienāda ar izejas frekvenci tikai vienpusējām lietojumprogrammām. Push-pull lietojumprogrammām izejas frekvence ir puse no oscilatora frekvences.

Dīkstāves kontroles salīdzinātājs:

Mirušais laiks vai vienkārši sakot, ka ārpus laika kontrole nodrošina minimālo beigu laiku vai izslēgto laiku. Neaktīvā laika salīdzinātāja izeja bloķē komutējošos tranzistorus, ja spriegums pie ieejas ir lielāks par oscilatora rampas spriegumu. Sprieguma pievienošana DTC tapai var uzlikt papildu miršanas laiku, tādējādi nodrošinot papildu miršanas laiku no minimālā 3% līdz 100%, jo ieejas spriegums svārstās no 0 līdz 3V. Vienkārši sakot, mēs varam mainīt izejas viļņa Duty ciklu, nepielabojot kļūdu pastiprinātājus.

Piezīme: 110 mV iekšējā nobīde nodrošina minimālo miršanas laiku 3%, ja mirušā laika vadības ieeja ir iezemēta.

Kļūdu pastiprinātāji:

Abi pastiprinājuma kļūdu pastiprinātāji saņem novirzi no VI padeves sliedes. Tas pieļauj kopējā režīma ieejas sprieguma diapazonu no –0,3 V līdz 2 V mazāk nekā VI. Abi pastiprinātāji darbojas raksturīgi ar viena gala pastiprinātāju, jo katra izeja ir aktīva tikai ar augstu.

Izejas vadības ieeja:

Izejas vadības ieeja nosaka, vai izejas tranzistori darbojas paralēli vai push-pull režīmā. Savienojot izejas vadības tapu, kas ir tapa-13, ar zemi, izejas tranzistori tiek iestatīti paralēlā darbības režīmā. Bet, savienojot šo tapu ar 5V-REF tapu, izejas tranzistori tiek iestatīti push-pull režīmā.

Izejas tranzistori:

IC ir divi iekšējie izejas tranzistori, kas ir atvērta kolektora un atvērta emitētāja konfigurācijās, ar kuru palīdzību tas var iegūt vai noslāpēt maksimālo strāvu līdz 200 mA.

Piezīme. Transistoru piesātinājuma spriegums kopējā emitētāja konfigurācijā ir mazāks par 1,3 V un izstarotāja-sekotāja konfigurācijā ir mazāks par 2,5 V.

Sastāvdaļas, kas nepieciešamas, lai izveidotu TL494 bāzes pastiprinātāja pārveidotāja shēmu

Tabula, kurā ir visas zemāk redzamās daļas. Pirms tam mēs esam pievienojuši attēlu, kurā parādīti visi šajā ķēdē izmantotie komponenti. Tā kā šī shēma ir vienkārša, visas nepieciešamās detaļas varat atrast vietējā hobiju veikalā.

Detaļu saraksts:

1. TL494 IC - 1
2. IRFP250 MOSFET - 1
3. Skrūves spaile 5X2 mm - 2
4. 1000uF, 35V kondensators - 1
5. 1000uF, 63V kondensators - 1
6. 50K, 1% rezistors - 1
7. 560R rezistors - 1
8. 10K, 1% rezistors - 4
9. 3.3K, 1% rezistors - 1
10. 330R rezistors - 1
11. 0.1uF kondensators - 1
12. MBR20100CT Šotka diode - 1
13. 150uH (27 x 11 x 14) mm induktors - 1
14. Potenciometra (10K) apdares trauks - 1
15. 0,22R strāvas sajūtas rezistors - 2
16. Plākšņu dēlis Generic 50x 50mm - 1
17. PSU siltuma izlietnes vispārējs - 1
18. Džemperu vadi vispārīgi - 15

TL494 bāzes Boost Converter - shematiska shēma

Augstas efektivitātes pastiprinātāja pārveidotāja shēma ir dota zemāk.

TL494 Boost Converter ķēde - darbojas

Šī TL494 Boost Converter shēma sastāv no komponentiem, kurus ir ļoti viegli iegūt, un šajā sadaļā mēs iziesim cauri visiem galvenajiem ķēdes blokiem un izskaidrosim katru bloku.

Ievades kondensators:

Ieejas kondensators ir paredzēts, lai apmierinātu lielu pašreizējo pieprasījumu, kas nepieciešams, kad MOSFET slēdzis tiek aizvērts un induktors sāk uzlādēt.

Atsauksmes un vadības cilpa:

Rezistori R2 un R8 nosaka atgriezeniskās saites cilpas vadības spriegumu, iestatītais spriegums ir savienots ar TL494 IC 2. kontaktu un atgriezeniskais spriegums ir savienots ar vienu no IC tapām, kas apzīmēta kā VOLTAGE_FEEDBACK . Rezistori R10 un R15 nosaka strāvas robežu ķēdē.

Rezistori R7 un R1 veido vadības loku, ar šīs atgriezeniskās saites palīdzību izejas PWM signāls mainās lineāri, bez šiem atgriezeniskās saites rezistoriem salīdzinātājs darbosies kā vispārēja salīdzinājuma ķēde, kas ķēdi ieslēgs / izslēgs tikai ar iestatītu spriegumu.

Pārslēgšanās frekvences izvēle:

Iestatot pareizās vērtības 5. un 6. tapai, mēs varam iestatīt šīs IC pārslēgšanās frekvenci. Šim projektam mēs izmantojām kondensatora vērtību 1nF un rezistora vērtību 10K, kas mums dod aptuveni 100KHz frekvenci, izmantojot formulu Fosc = 1 / (RT * CT) , mēs varam aprēķināt oscilatora frekvenci. Izņemot to, mēs iepriekš detalizēti aplūkojām citas sadaļas rakstā.

PCB dizains uz TL494 bāzes pastiprinātāja pārveidotāja shēmu

Mūsu fāzes leņķa vadības ķēdes PCB ir veidota vienpusējā dēlī. Esmu izmantojis Eagle, lai noformētu savu PCB, taču jūs varat izmantot jebkuru izvēlēto dizaina programmatūru. Mana dēļa dizaina 2D attēls ir parādīts zemāk.

Kā redzat dēļa apakšējā pusē, esmu izmantojis biezu iezemēto plakni, lai nodrošinātu, ka caur to var plūst pietiekama strāva. Barošanas avots atrodas dēļa kreisajā pusē, bet izeja - dēļa labajā pusē. Pilnīgu dizaina failu kopā ar TL494 Boost pārveidotāja shēmām var lejupielādēt no saites zemāk.

• Lejupielādējiet PCB Design GERBER failu TL494 balstītai Boost Converter ķēdei

Roku darbs PCB:

Ērtības labad es izgatavoju savu PCB versiju ar rokām, un tā ir parādīta zemāk. Veicot šo PCB, es pieļāvu dažas kļūdas, tāpēc man vajadzēja vecināt dažus džemperu vadus, lai to novērstu.

Mana tāfele izskatās šādi pēc tam, kad būvēšana ir pabeigta.

TL494 Boost Converter projektēšanas aprēķins un uzbūve

Šī lielās strāvas pastiprinātāja pārveidotāja demonstrēšanai ķēde ir konstruēta ar rokām darinātā PCB, izmantojot shematisko un PCB dizaina failus; Lūdzu, ņemiet vērā, ka, ja jūs pievienojat lielu slodzi šīs pastiprinātāja pārveidotāja ķēdes izejai, caur PCB pēdām plūst milzīgs strāvas daudzums, un pastāv iespēja, ka pēdas izdegs. Tātad, lai nepieļautu PCB pēdu izdegšanu, mēs esam pēc iespējas palielinājuši pēdu biezumu. Arī mēs esam pastiprinājuši PCB pēdas ar biezu lodēšanas slāni, lai samazinātu izsekošanas pretestību.

Lai pareizi aprēķinātu induktora un kondensatora vērtības, esmu izmantojis dokumentu no Teksasas instrumentiem.

Pēc tam esmu izveidojis google izklājlapu, lai atvieglotu aprēķinu.

Šīs augstsprieguma pastiprinātāja pārveidotāja shēmas pārbaude

Lai pārbaudītu ķēdi, tiek izmantota šāda iestatīšana. Kā redzat, mēs kā ieeju esam izmantojuši PC ATX barošanas avotu, tāpēc ieeja ir 12 V. Mēs esam pievienojuši voltmetru un ampērmetru ķēdes izejai, kas parāda izejas spriegumu un izejas strāvu. Pēc kura mēs varam viegli aprēķināt šīs ķēdes izejas jaudu. Visbeidzot, mēs esam izmantojuši astoņus 4,7R 10W jaudas rezistorus virknē kā slodzi, lai pārbaudītu pašreizējo patēriņu.

Instrumenti, ko izmanto ķēdes pārbaudei:

1. 12 V PC ATX barošanas avots
2. Transformators, kuram ir 6-0-6 un 12-0-12 pieskāriens
3. Astoņi 10 W 4,7R rezistori sērijā - darbojas kā slodze
4. Meco 108B + TRMS multimetrs
5. Meco 450B + TRMS multimetrs
6. Skrūvgriezis

Lieljaudas palielināšanas pārveidotāja ķēdes izejas enerģijas patēriņš:

Kā redzat iepriekš redzamajā attēlā, izejas spriegums ir 44,53 V un izejas strāva ir 2,839 A, tāpēc kopējā izejas jauda kļūst par 126,42 W, tāpēc, kā redzat, šī shēma var viegli apstrādāt jaudu, kas pārsniedz 100 vatus.

Turpmākie uzlabojumi

Šī TL494 Boost Converter ķēde ir paredzēta tikai demonstrēšanai, tāpēc ķēdes ieejas vai izejas sadaļā nav pievienota aizsardzības ķēde. Tātad, lai uzlabotu aizsardzības funkciju, varat arī pievienot, tāpat kā es izmantoju IRFP250 MOSFET, izejas jaudu var vēl vairāk uzlabot, mūsu ķēdes ierobežojošais faktors ir induktors. Lielāks induktora kodols palielinās tā izejas jaudu.

Es ceru, ka jums patika šis raksts un uzzinājāt no tā kaut ko jaunu. Ja jums ir kādas šaubas, varat jautāt zemāk esošajos komentāros vai arī izmantot mūsu forumus detalizētai diskusijai.