Lieljaudas augstas efektivitātes sprieguma pārveidotāja ķēde, izmantojot tl494

Buks pārveidotājs (solis uz leju pārveidotājs) ir DC-to-DC pārslēgšanās pārveidotājs, kas atkāpjas sprieguma saglabājot konstantu jaudas līdzsvaru. Buck pārveidotāja galvenā iezīme ir efektivitāte, kas nozīmē, ka ar buka pārveidotāju uz kuģa mēs varam sagaidīt pagarinātu akumulatora darbības laiku, samazinātu siltumu, mazāku izmēru un uzlabotu efektivitāti. Iepriekš mēs izveidojām dažas vienkāršas Buck pārveidotāja shēmas un izskaidrojām tās pamatus un dizaina efektivitāti.

Tātad, šajā rakstā mēs izstrādāsim, aprēķināsim un pārbaudīsim augstas efektivitātes sprieguma pārveidotāja shēmu, pamatojoties uz populāro TL494 IC, un beidzot būs detalizēts video, kurā parādīta ķēdes darba un testēšanas daļa, tāpēc bez tālāk, sāksim.

Kā darbojas Buck Converter?

Iepriekš redzamajā attēlā parādīta ļoti vienkārša sprieguma pārveidotāja ķēde. Lai uzzinātu, kā darbojas buck pārveidotājs, es sadalīšu ķēdi divos apstākļos. Pirmais nosacījums, kad tranzistors ir ieslēgts, nākamais nosacījums, kad tranzistors ir izslēgts.

Transistors ir ieslēgts

Šajā scenārijā mēs varam redzēt, ka diode ir atvērtas ķēdes stāvoklī, jo tā ir apgrieztā stāvoklī. Šajā situācijā kāda sākotnējā strāva sāks plūst caur slodzi, bet strāvu ierobežo induktors, tādējādi arī induktors sāk pakāpeniski uzlādēt. Tāpēc ķēdes ieslēgšanās laikā kondensators veido ciklu pēc uzlādes cikla, un šis spriegums atspoguļojas visā slodzē.

Transistors izslēgts

Kad tranzistors ir izslēgtā stāvoklī, induktorā L1 saglabātā enerģija sabrūk un plūst atpakaļ caur diode D1, kā parādīts ķēdē ar bultiņām. Šajā situācijā spriegums pāri induktoram ir apgrieztā polaritātē, un tāpēc diode ir novirzīta uz priekšu. Tagad, pateicoties sabrukušajam induktora magnētiskajam laukam, strāva turpina plūst caur slodzi, līdz induktoram beidzas lādiņš. Tas viss notiek, kamēr tranzistors ir izslēgtā stāvoklī.

Pēc noteikta perioda, kad induktorā gandrīz nav uzkrātās enerģijas, slodzes spriegums atkal sāk kristies, šajā situācijā kondensators C1 kļūst par galveno strāvas avotu, kondensators ir tur, lai strāva turpinātu plūst līdz nākamajam ciklam. atkal.

Tagad, mainot pārslēgšanās frekvenci un pārslēgšanās laiku, mēs varam iegūt jebkuru izeju no 0 līdz Vin no buck pārveidotāja.

IC TL494

Pirms būvēt TL494 buck pārveidotāju, uzzināsim, kā darbojas PWM kontrolieris TL494.

TL494 IC ir 8 funkcionālie bloki, kas parādīti un aprakstīti turpmāk.

1. 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.

2. 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.

No oscilatora biežums var aprēķināt ar zem formulas

Fosc = 1 / (RT * CT)

Vienkāršības labad esmu izveidojis izklājlapu, pēc kuras jūs ļoti viegli varat aprēķināt biežumu.

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

3. 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! Iekšējā nobīde 110 mV nodrošina minimālo miršanas laiku 3%, ja mirušā laika vadības ieeja ir iezemēta.

4. 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 izturas raksturīgi ar viena gala pastiprinātāju, jo katra izeja ir aktīva tikai ar augstu.

5. 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.

6. 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.

TL494 IC iezīmes

• Pilnīga PWM jaudas vadības shēma
• Nepiesaistītas izejas 200 mA izlietnei vai avota strāvai
• Output Control atlasa operāciju ar vienu galu vai ar spiedpogu
• Iekšējā shēma aizliedz dubulto impulsu jebkurā izvadē
• Mainīgs beigu laiks nodrošina kontroli pār kopējo diapazonu
• Iekšējais regulators nodrošina stabilu 5-V
• Standarta piegāde ar 5% pielaidi
• Shēmas arhitektūra ļauj viegli sinhronizēt

Piezīme! Lielākā daļa iekšējās shēmas un operāciju apraksta tiek ņemta no datu lapas un zināmā mērā tiek modificēta, lai labāk izprastu.

Nepieciešamās sastāvdaļas

1. TL494 IC - 1
2. TIP2955 tranzistors - 1
3. Skrūves spaile 5mmx2 - 2
4. 1000uF, 60V kondensators - 1
5. 470uF, 60V kondensators - 1
6. 50K, 1% rezistors - 1
7. 560R rezistors - 1
8. 10K, 1% rezistors - 4
9. 3.3K, 1% rezistors - 2
10. 330R rezistors - 1
11. 0,22 uF kondensators - 1
12. 5.6K, 1W rezistors - 1
13. 12,1 V Zenera diode - 1
14. MBR20100CT Šotka diode - 1
15. 70uH (27 x 11 x 14) mm induktors - 1
16. Potenciometra (10K) trimeris - 1
17. 0,22R strāvas sajūtas rezistors - 2
18. Plākšņu dēlis Generic 50x 50mm - 1
19. PSU siltuma izlietnes vispārējs - 1
20. Džemperu vadi vispārīgi - 15

Shematiska diagramma

Augstas efektivitātes Buck Converter shēma ir dota zemāk.

Kontūru uzbūve

Lai parādītu šo augstas strāvas sprieguma pārveidotāju, ķēde tiek konstruēta ar roku izgatavotu PCB, izmantojot shematiskos un PCB dizaina failus; Lūdzu, ņemiet vērā, ka, ja jūs pievienojat lielu slodzi izejas sprieguma pārveidotājam, caur PCB pēdām plūst milzīgs strāvas daudzums, un pastāv iespēja, ka pēdas izdegs. Tāpēc, lai novērstu PCB pēdu izdegšanu, esmu iekļāvis dažus džemperus, kas palīdz palielināt pašreizējo plūsmu. Arī es esmu pastiprinājis PCB pēdas ar biezu lodēšanas slāni, lai samazinātu izsekošanas pretestību.

Induktors ir izgatavots ar 3 paralēlas 0,45 kv mm mm emaljētas vara stieples pavedieniem.

Aprēķini

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

Pēc tam esmu izveidojis google izklājlapu, lai atvieglotu aprēķinu

Šī augstsprieguma pakāpeniskā pārveidotāja pārbaude

Lai pārbaudītu ķēdi, tiek izmantota šāda iestatīšana. Kā parādīts iepriekšējā attēlā, ieejas spriegums ir 41,17 V un strāva bez slodzes ir 0,015 A, kas liekai slodzei mazāk nekā 0,6 W.

Pirms kāds no jums lec un saka, ko rezistora bļoda dara manā testēšanas tabulā.

Ļaujiet man jums pateikt, ka, pārbaudot ķēdi ar pilnu slodzi, rezistori kļūst ļoti karsti, tāpēc es esmu sagatavojis ūdens trauku, lai novērstu mana darba galda sadedzināšanu

Instrumenti, ko izmanto ķēdes pārbaudei

1. 12V svina-skābes akumulators.
2. Transformators, kuram ir 6-0-6 un 12-0-12 pieskāriens
3. 5 10W 10r pretestība paralēli kā slodze
4. Meco 108B + TRMS multimetrs
5. Meco 450B + TRMS multimetrs
6. Hantek 6022BE osciloskops

Ievades jauda lieljaudas Buck Converter

Kā redzams no iepriekš minētā attēla, ieejas spriegums slodzes stāvoklī samazinās līdz 27,45 V, un ieejas strāva ir 3,022 A, kas ir vienāda ar ieejas jaudu 82,9539 W.

Izejas jauda

Kā redzams no iepriekš minētā attēla, izejas spriegums ir 12,78 V un izejas strāvas stiprums 5,614A, kas ir ekvivalents 71,6958 W jaudas patēriņam.

Tātad ķēdes efektivitāte kļūst (71.6958 / 82.9539) x 100% = 86.42%

Zaudējumi ķēdē ir saistīti ar rezistoriem TL494 IC un

Absolūtais maksimālais strāvas patēriņš manā testēšanas tabulā

No iepriekš minētā attēla var redzēt, ka maksimālais strāvas patēriņš no ķēdes ir 6,96 A, tas ir gandrīz

Šajā situācijā galvenā sistēmas vājā vieta ir mans transformators, tāpēc es nevaru palielināt slodzes strāvu, bet ar šo dizainu un ar labu siltuma izlietni no šīs ķēdes jūs varat viegli piesaistīt vairāk nekā 10A strāvu.

Piezīme! Jebkuram no jums rodas jautājums, kāpēc es ķēdē esmu piestiprinājis milzīgu siltuma izlietni, ļaujiet man jums pateikt, ka šobrīd manā krājumā nav mazākas siltuma izlietnes.

Turpmākie uzlabojumi

Šī TL494 buck pārveidotāja shēma ir paredzēta tikai demonstrēšanai, tāpēc ķēdes izejas sadaļā nav pievienota aizsardzības ķēde

1. Lai aizsargātu slodzes ķēdi, jāpievieno izejas aizsardzības ķēde.
2. Induktors ir jāsamērc lakā, pretējā gadījumā tas radīs dzirdamu troksni.
3. Labas kvalitātes PCB ar pareizu dizainu ir obligāta
4. Pārslēgšanas tranzistoru var pārveidot, lai palielinātu slodzes strāvu

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.