Visokokvalitetni krug pretvarača visoke učinkovitosti pomoću tl494

Mužjak pretvarač (step-down pretvarač) je DC-DC konverter koji prebacivanje koraci dolje napon uz održavanje ravnoteže konstanta napajanja. Glavna značajka buck pretvarača je učinkovitost, što znači da s pretvaračem za dolar na brodu možemo očekivati ​​produženo trajanje baterije, smanjenu toplinu, manju veličinu i poboljšanu učinkovitost. Prethodno smo napravili nekoliko jednostavnih krugova Buck pretvarača i objasnili njegove osnove i učinkovitost dizajna.

Dakle, u ovom ćemo članku dizajnirati, izračunati i testirati visokoefikasni krug pretvarača na bazi popularnog IC TL494 i napokon će biti detaljni video koji prikazuje radni i ispitni dio sklopa, tako da bez dalje, počnimo.

Kako radi Buck Converter?

Gornja slika prikazuje vrlo osnovni krug dolaznog pretvarača. Da bih znao kako radi pretvarač dolara, podijelit ću sklop u dva stanja. Prvi uvjet kada je tranzistor UKLJUČEN, sljedeći uvjet kada je tranzistor ISKLJUČEN.

Tranzistor u stanju

U ovom scenariju možemo vidjeti da je dioda u otvorenom krugu jer je u obrnuto pristranom stanju. U ovoj situaciji neka početna struja započet će teći kroz teret, ali struja je ograničena induktorom, pa se induktor također počinje polako puniti. Stoga, tijekom uključivanja kruga, kondenzator gradi ciklus punjenja po ciklusima, a taj se napon odražava na cijelom opterećenju.

Tranzistor isključen

Kada je tranzistor u isključenom stanju, energija pohranjena u induktoru L1 kolabira i teče natrag kroz diodu D1 kako je prikazano u krugu sa strelicama. U ovoj je situaciji napon na induktivitetu obrnutog polariteta, pa je dioda u stanju prednapona. Sada zbog kolapsirajućeg magnetskog polja prigušnice, struja nastavlja teći kroz teret dok se prigušnica ne isprazni. Sve se to događa dok je tranzistor u isključenom stanju.

Nakon određenog razdoblja kada je induktor gotovo bez akumulirane energije, napon opterećenja počinje ponovno padati, u ovoj situaciji kondenzator C1 postaje glavni izvor struje, kondenzator je tu da zadrži struju dok ne započne sljedeći ciklus opet.

Sada varirajući frekvenciju prebacivanja i vrijeme prebacivanja, možemo dobiti bilo koji izlaz od 0 do Vin iz dolarnog pretvarača.

IC TL494

Prije nego što krenemo u izradu TL494 konvertora, naučimo kako funkcionira PWM kontroler TL494.

TL494 IC ima 8 funkcionalnih blokova, koji su prikazani i opisani u nastavku.

1. 5-V referentni regulator

Izlaz unutarnjeg referentnog regulatora od 5 V je REF pin, koji je pin-14 IC. Referentni regulator je tu da osigura stabilnu opskrbu unutarnjim krugovima poput japanke s impulsnim upravljanjem, oscilatora, usporedbe upravljanja mrtvim vremenom i usporedbe PWM-a. Regulator se također koristi za pogon pojačavača pogrešaka koji su odgovorni za kontrolu izlaza.

Bilješka! Referenca je interno programirana na početnu točnost od ± 5% i održava stabilnost u rasponu ulaznog napona od 7V do 40 V. Za ulazne napone manje od 7V, regulator zasićuje unutar 1V od ulaza i prati ga.

2. Oscilator

Oscilator generira i pruža pilasti val regulatoru mrtvog vremena i PWM komparatorima za različite upravljačke signale.

Frekvencija oscilatora može podesiti izborom komponenata vremenske R T i C T.

Frekvencija oscilatora može se izračunati pomoću formule u nastavku

Fosc = 1 / (RT * CT)

Radi jednostavnosti, izradio sam proračunsku tablicu pomoću koje vrlo lako možete izračunati frekvenciju.

Bilješka! Frekvencija oscilatora jednaka je izlaznoj frekvenciji samo za jednostrane aplikacije. Za push-pull aplikacije, izlazna frekvencija je polovica frekvencije oscilatora.

3. Usporednik za kontrolu mrtvog vremena

Mrtvo vrijeme ili jednostavno reći kontrola izvan vremena osigurava minimalno mrtvo vrijeme ili vrijeme isključenja. Izlaz komparatora mrtvog vremena blokira preklopne tranzistore kada je napon na ulazu veći od napona rampe oscilatora. Primjenom napona na DTC pin može se nametnuti dodatno mrtvo vrijeme, čime se osigurava dodatno mrtvo vrijeme od svojih najmanje 3% do 100%, jer ulazni napon varira od 0 do 3V. Jednostavno rečeno, možemo promijeniti radni ciklus izlaznog vala bez prilagođavanja pojačala s pogreškama.

Bilješka! Unutarnji pomak od 110 mV osigurava minimalno mrtvo vrijeme od 3% s uzemljenim upravljačkim ulazom mrtvog vremena.

4. Pojačala za pogreške

Oba pojačala s visokim pojačanjima imaju pogrešku s VI opskrbne šine. To omogućuje opseg ulaznog napona u modu od –0,3 V do 2 V manji od VI. Oba pojačala ponašaju se karakteristično kao jednosmjerna pojačala s jednim napajanjem, jer je svaki izlaz aktivan samo visoko.

5. Izlazno-upravljački ulaz

Ulaz za kontrolu izlaza određuje rade li izlazni tranzistori u paralelnom ili push-pull načinu rada. Spajanjem izlaznog upravljačkog pina koji je pin-13 na masu postavlja izlazne tranzistore u paralelni način rada. No spajanjem ovog pina s 5V-REF pinom izlazni tranzistori postavljaju se u push-pull mod.

6. Izlazni tranzistori

IC ima dva unutarnja izlazna tranzistora koji su u konfiguracijama s otvorenim kolektorom i otvorenim emiterima, pomoću kojih može proizvesti ili spustiti maksimalnu struju do 200mA.

Bilješka! Tranzistori imaju napon zasićenja manji od 1,3 V u konfiguraciji zajedničkog emitra i manji od 2,5 V u konfiguraciji emiter-sljednik.

Značajke TL494 IC

• Kompletna sklopka za upravljanje napajanjem PWM-a
• Neodređeni izlazi za sudoper od 200 mA ili struju izvora
• Izlazna kontrola odabire jednokračni ili push-pull postupak
• Unutarnja struja zabranjuje dvostruki impuls na bilo kojem izlazu
• Promjenjivo mrtvo vrijeme pruža kontrolu nad ukupnim dometom
• Unutarnji regulator osigurava stabilni 5-V
• Referentna opskrba s tolerancijom od 5%
• Arhitektura sklopa omogućuje jednostavnu sinkronizaciju

Bilješka! Veći dio internog shematskog opisa i opisa operacija preuzet je iz podatkovnog lista i donekle je izmijenjen radi boljeg razumijevanja.

Komponente potrebne

1. TL494 IC - 1
2. TIP2955 Tranzistor - 1
3. Vijčana stezaljka 5mmx2 - 2
4. Kondenzator 1000uF, 60V - 1
5. 470uF, 60V kondenzator - 1
6. 50K, 1% otpornik - 1
7. Otpornik 560R - 1
8. 10K, 1% otpornik - 4
9. 3,3 K, 1% otpornik - 2
10. Otpornik 330R - 1
11. Kondenzator 0,22uF - 1
12. Otpornik 5,6K, 1W - 1
13. 12,1V Zener dioda - 1
14. MBR20100CT Schottky dioda - 1
15. Induktor od 70uH (27 x 11 x 14) mm - 1
16. Potenciometar (10K) Trim-Pot - 1
17. Otpornik osjetnika struje 0,22R - 2
18. Obložena ploča Generic 50x 50mm - 1
19. Općenito hladnjak PSU - 1
20. Žica kratkospojnika generička - 15

Shematski dijagram

Dijagram sklopa za visokoefikasni Buck pretvarač dan je u nastavku.

Izgradnja kruga

Za ovu demonstraciju ovog pretvarača jake struje krug je izrađen u ručno izrađenoj PCB-u, uz pomoć shematskih i dizajnerskih datoteka PCB-a; imajte na umu da ako povezujete veliko opterećenje s izlaznim pretvaračem, tada će ogromna količina struje teći kroz tragove PCB-a i postoji vjerojatnost da će tragovi izgorjeti. Dakle, kako bih spriječio izgaranje tragova PCB-a, uključio sam neke kratkospojnike koji pomažu povećati trenutni protok. Također, ojačao sam tragove PCB-a debelim slojem lema kako bih smanjio otpor tragova.

Prigušnica je izrađena od 3 niti paralelne emajlirane bakrene žice od 0,45 kvadratnih mm.

Proračuni

Za pravilno izračunavanje vrijednosti prigušnice i kondenzatora poslužio sam se dokumentom iz texas instrumenata.

Nakon toga izradio sam google proračunsku tablicu kako bih olakšao izračun

Testiranje ovog visokonaponskog step-down pretvarača

Za testiranje kruga koristi se sljedeća postavka. Kao što je prikazano na gornjoj slici, ulazni napon iznosi 41,17 V, a struja praznog hoda 0,015 A, što dovodi do smanjenja snage praznog hoda na manje od 0,6 W.

Prije nego što bilo tko od vas skoči i kaže što čini zdjelica otpornika u mom ispitnom stolu.

Dopustite mi da vam kažem, otpornici se jako zagrijavaju za vrijeme ispitivanja kruga s punim opterećenjem, pa sam pripremio posudu s vodom da spriječim da mi radni stol izgori

Alati koji se koriste za ispitivanje sklopa

1. 12V olovno-kiselinska baterija.
2. Transformator koji ima slavinu 6-0-6 i 12-0-12 slavinu
3. 5 10W 10r Otpor paralelno kao opterećenje
4. Meco 108B + TRMS multimetar
5. Meco 450B + TRMS multimetar
6. Hantek 6022BE osciloskop

Ulazna snaga za pretvarač velike snage

Kao što možete vidjeti sa gornje slike, ulazni napon pada na 27,45V u stanju opterećenja, a ulazna struja iznosi 3,022 A što je jednako ulaznoj snazi ​​od 82,9539 W.

Izlazna snaga

Kao što možete vidjeti sa gornje slike, izlazni napon je 12,78V, a izlazna snaga izlazne struje 5,614A, što je ekvivalentno povlačenju snage 71,6958 W.

Dakle, učinkovitost kruga postaje (71,6958 / 82,9539) x 100% = 86,42%

Gubitak u krugu posljedica je otpornika za napajanje TL494 IC i

Apsolutno maksimalno izvlačenje struje u mojoj ispitnoj tablici

Iz gornje slike vidi se da je maksimalno izvlačenje struje iz kruga 6,96 A gotovo je

U ovoj situaciji, glavno usko grlo sustava je moj transformator, zbog čega ne mogu povećati struju opterećenja, ali s ovim dizajnom i dobrim hladnjakom lako možete izvući više od 10A struje iz ovog kruga.

Bilješka! Svatko od vas koji se pita zašto sam u krug priključio masivni hladnjak, dopustite mi da vam kažem da trenutno nemam ni jedan manji hladnjak na zalihama.

Daljnja poboljšanja

Ovaj krug pretvarača donjeg pretvarača TL494 namijenjen je samo u demonstracijske svrhe, stoga u izlaznom dijelu kruga nije dodat zaštitni krug

1. Za zaštitu kruga opterećenja mora se dodati izlazni zaštitni krug.
2. Prigušnicu treba umočiti u lak, inače će stvoriti zvučni zvuk.
3. Kvalitetna PCB s pravilnim dizajnom je obavezna
4. Sklopni tranzistor može se modificirati kako bi se povećala struja opterećenja

Nadam se da vam se svidio ovaj članak i da ste iz njega naučili nešto novo. Ako sumnjate, možete pitati u komentarima ispod ili možete koristiti naše forume za detaljnu raspravu.