Suunnittelu suuritehoiseen, erittäin hyötysuhdeiseen muunnokseen TL494: n avulla

Elektroniikan parissa työskentelemme usein tilanteissa, joissa lähtöjännitettä on tarpeen lisätä samalla, kun tulojännite pysyy alhaisena, tämä on eräänlainen tilanne, jossa voimme luottaa virtapiiriin, joka tunnetaan yleisesti boost-muuntimena (tehostinmuunnin). Boost-muunnin on DC-DC-tyyppinen kytkinmuunnin, joka lisää jännitettä ylläpitämällä vakaa tehotasapaino. Tehostusmuuntimen pääominaisuus on tehokkuus, mikä tarkoittaa, että voimme odottaa pitkää akun käyttöikää ja vähentää lämpöongelmia. Teimme aiemmin yksinkertaisen boost-muunninpiirin ja selitimme sen suunnittelun perustehokkuuden.

Joten tässä artikkelissa aiomme suunnitella TL494 Boost -muuntimen ja laskea ja testata korkean hyötysuhteen tehonmuunninpiirin, joka perustuu suosittuun TL494 IC: ään, jonka pienin syöttöjännite on 7V ja enintään 40V, ja kuten käytämme IRFP250 MOSFET -kytkintä, tämä piiri pystyy käsittelemään enimmäisvirran 19 Amps, teoriassa (rajoitettu induktorikapasiteetilla). Lopuksi, siellä on yksityiskohtainen video, joka näyttää piirin työskentely- ja testausosan, joten aloitetaan ilman lisätoimenpiteitä.

Boost Converterin toimintaperiaatteen ymmärtäminen

Yllä oleva kuva esittää tehonmuunninpiirin peruskaavion. Tämän piirin toimintaperiaatteen analysoimiseksi aiomme jakaa sen kahteen osaan. Ensimmäinen ehto selittää, mitä tapahtuu, kun MOSFET on päällä, ja toinen ehto selittää, mitä tapahtuu, kun MOSFET on pois päältä.

Mitä tapahtuu, kun MOSFET on päällä:

Yllä oleva kuva näyttää piirin tilan, kun MOSFET on päällä. Kuten tunnistat, olemme osoittaneet ON-tilan katkoviivalla, kun MOSFET pysyy päällä, induktori alkaa latautua, induktorin läpi kulkeva virta kasvaa jatkuvasti, mikä varastoituu magneettikentän muodossa.

Mitä tapahtuu, kun MOSFET on pois päältä:

Kuten ehkä tiedät, induktorin läpi kulkeva virta ei voi muuttua välittömästi! Tämä johtuu siitä, että se on tallennettu magneettikentän muodossa. Siksi tällä hetkellä MOSFET sammuu, magneettikenttä alkaa romahtaa ja virta virtaa latausvirtaa vastakkaiseen suuntaan. Kuten yllä olevasta kaaviosta näet, tämä alkaa ladata kondensaattoria.

Nyt jatkuvasti kytkemällä (MOSFET) päälle ja pois päältä olemme luoneet lähtöjännitteen, joka on suurempi kuin tulojännite. Nyt voimme ohjata lähtöjännitettä ohjaamalla kytkimen päälle- ja poiskytkentäaikaa, ja juuri sitä teemme pääpiirissä.

Ymmärrä TL494: n toiminta

Nyt ennen kuin siirrymme rakentamaan piirin TL494 PWM -ohjaimen perusteella, opitaan, kuinka PWM-ohjain TL494 toimii. TL494 IC: ssä on 8 toiminnallista lohkoa, jotka on esitetty ja kuvattu alla.

5 V: n vertailusäädin:

5 V: n sisäinen referenssisäätimen lähtö on REF-nasta, joka on IC: n nasta-14. Vertailusäädin on tarkoitettu tarjoamaan vakaa syöttö sisäisille piireille, kuten pulssiohjaava kiikku, oskillaattori, kuolleen ajan ohjauksen vertailija ja PWM-vertailija. Säädintä käytetään myös virhevahvistimien ohjaamiseen, jotka ovat vastuussa ulostulon ohjaamisesta.

Huomautus: Viite on sisäisesti ohjelmoitu alkutarkkuudelle ± 5% ja ylläpitää vakautta tulojännitealueella 7–40 V. Alle 7 V: n tulojännitteille säädin kyllästyy 1 V: n sisällä tulosta ja seuraa sitä.

Oskillaattori:

Oskillaattori generoi sahanterän aallon kuolleen ajan ohjaimelle ja PWM-vertailijoille erilaisille ohjaussignaaleille.

Taajuus oskillaattorin voidaan asettaa valitsemalla ajoituksen osat R T ja C- T.

Oskillaattorin taajuus voidaan laskea seuraavalla kaavalla:

Fosc = 1 / (RT * CT)

Yksinkertaisuuden vuoksi olen tehnyt laskentataulukon, jolla voit laskea taajuuden erittäin helposti. Tämän löydät alla olevasta linkistä.

Huomaa: Oskillaattorin taajuus on yhtä suuri kuin lähtötaajuus vain yksipäisissä sovelluksissa. Push-pull-sovelluksissa lähtötaajuus on puolet oskillaattorin taajuudesta.

Kuollut aika -vertailija:

Kuollut aika tai yksinkertaisesti sanoa, että off-time-ohjaus tarjoaa vähimmäisen kuolleen tai off-ajan. Kuollun ajan vertailijan lähtö estää kytkentätransistoreita, kun tulon jännite on suurempi kuin oskillaattorin ramppijännite. Jännitteen kytkeminen DTC- nastaan ​​voi asettaa ylimääräisen kuolleen ajan, mikä antaa ylimääräisen kuolleen ajan sen minimistä 3% - 100%, koska tulojännite vaihtelee 0-3 V. Yksinkertaisesti sanottuna voimme muuttaa lähtöaallon käyttöjaksoa säätämättä virhevahvistimia.

Huomaa: Sisäinen siirtymä 110 mV varmistaa vähintään 3% kuolleen ajan, kun kuolleen ajan ohjaustulo on maadoitettu.

Virhevahvistimet:

Molemmat suuren vahvistuksen virhevahvistimet saavat esijännityksen VI-syöttökiskolta. Tämä sallii yhteismoodin tulojännitealueen –0,3 V - 2 V alle VI. Molemmat vahvistimet käyttäytyvät tyypillisesti yksipäisillä yksisyöttöisillä vahvistimilla, koska kukin lähtö on aktiivinen vain korkealla.

Lähtö-ohjaustulo:

Lähdön ohjaustulo määrittää, toimivatko lähtötransistorit rinnakkain vai push-pull-tilassa. Liittämällä lähtö-ohjaustappi, joka on nasta-13, maahan asetetaan lähtötransistorit rinnakkaiskäyttötilaan. Mutta liittämällä tämä tappi 5V-REF-nastaan, lähtötransistorit asetetaan push-pull-tilaan.

Lähtötransistorit:

IC: llä on kaksi sisäistä lähtötransistoria, jotka ovat avoimen kollektorin ja avoimen emitterin kokoonpanoissa, joiden avulla se voi hankkia tai upottaa enintään 200 mA: n virran.

Huomautus: Transistoreiden kyllästysjännite on alle 1,3 V tavallisessa emitterikokoonpanossa ja alle 2,5 V emitteri-seuraaja-kokoonpanossa.

TL494-pohjaisen Boost Converter -piirin rakentamiseen tarvittavat komponentit

Taulukko, joka sisältää kaikki alla esitetyt osat. Ennen sitä olemme lisänneet kuvan, joka näyttää kaikki tässä piirissä käytetyt komponentit. Koska tämä piiri on yksinkertainen, löydät kaikki tarvittavat osat paikallisesta harrastekaupasta.

Osaluettelo:

1. TL494 IC - 1
2. IRFP250 MOSFET - 1
3. Ruuviliitin 5X2 mm - 2
4. 1000uF, 35V kondensaattori - 1
5. 1000uF, 63V kondensaattori - 1
6. 50K, 1% vastus - 1
7. 560R-vastus - 1
8. 10K, 1% vastus - 4
9. 3,3 kt, 1% vastus - 1
10. 330R-vastus - 1
11. 0,1 uF kondensaattori - 1
12. MBR20100CT Schottky -diodi - 1
13. 150uH (27 x 11 x 14) mm kela - 1
14. Potentiometrin (10K) säätöastia - 1
15. 0,22 R: n virtatunnistusvastus - 2
16. Verhouslevy Yleinen 50x 50mm - 1
17. Virtalähteen yleinen jäähdytyselementti - 1
18. Hyppyjohdot - 15

TL494-pohjainen Boost Converter - kaaviokuva

Korkean hyötysuhteen Boost-muuntimen kytkentäkaavio on annettu alla.

TL494 Boost Converter -piiri - toimii

Tämä TL494 Boost Converter -piiri koostuu komponenteista, jotka ovat helposti saatavissa, ja tässä osassa käymme läpi piirin kaikki suuret lohkot ja selitämme kaikki lohkot.

Tulokondensaattori:

Tulokondensaattori on tarkoitettu palvelemaan suurta virrantarvetta, jota tarvitaan, kun MOSFET-kytkin suljetaan ja induktori alkaa latautua.

Palaute ja ohjauspiiri:

Vastukset R2 ja R8 asettavat takaisinkytkentäsilmukan ohjausjännitteen, asetettu jännite kytketään TL494 IC: n napaan 2 ja takaisinkytkentäjännite kytketään yhteen piirin VOLTAGE_FEEDBACK nimettyyn napaan . Vastukset R10 ja R15 asettavat virtarajan piirissä.

Vastukset R7 ja R1 muodostavat ohjaussilmukan, tämän palautteen avulla lähtö PWM-signaali muuttuu lineaarisesti, ilman näitä takaisinkytkentävastuksia vertailija toimii kuin yleinen vertailupiiri, joka kytkee virran päälle / pois päältä vain asetetulla jännitteellä.

Taajuuden valinnan vaihtaminen:

Asettamalla oikeat arvot nastoille 5 ja 6, voimme asettaa tämän IC: n kytkentätaajuuden.Tässä projektissa olemme käyttäneet kondensaattorin arvoa 1nF ja vastuksen arvoa 10K, joka antaa meille noin 100KHz: n taajuuden käyttämällä kaava Fosc = 1 / (RT * CT) , voimme laskea oskillaattorin taajuuden. Sen lisäksi olemme käsitelleet muita osia yksityiskohtaisemmin aiemmin artikkelissa.

Piirilevysuunnittelu TL494-pohjaiseen Boost Converter -piiriin

Vaihekulman ohjauspiirin piirilevy on suunniteltu yksipuoliseksi levyksi. Olen käyttänyt Eaglea piirilevyn suunnitteluun, mutta voit käyttää mitä tahansa valitsemaasi suunnitteluohjelmaa. Taulutietokoneeni 2D-kuva on esitetty alla.

Kuten voit nähdä levyn pohjassa, olen käyttänyt paksua maatasoa varmistaaksesi, että sen läpi voi virrata riittävästi virtaa. Virtalähde on kortin vasemmalla puolella ja lähtö kortin oikealla puolella. Koko suunnittelutiedosto ja TL494 Boost -muunnin -kaaviot voidaan ladata alla olevasta linkistä.

• Lataa PCB Design GERBER -tiedosto TL494-pohjaiseen Boost Converter -piiriin

Käsintehty piirilevy:

Mukavuuden vuoksi tein käsintehdyn version piirilevystä ja se näkyy alla. Tein joitain virheitä tehdessäni tätä piirilevyä, joten minun piti vanhentaa joitain hyppyjohtoja sen korjaamiseksi.

Tauluni näyttää tältä, kun koontiversio on valmis.

TL494 Boost Converter Design -laskenta ja rakentaminen

Tämän suuren virran tehonmuuntimen osoittamiseksi piiri on rakennettu käsintehdyssä piirilevyssä kaavamaisen ja piirilevyn suunnittelutiedostojen avulla; Huomaa, että jos liität suuren kuorman tämän tehonmuunninpiirin lähtöön, valtava määrä virtaa kulkee piirilevyn jälkien läpi, ja on mahdollista, että jäljet ​​palavat. Joten PCB-jälkien palamisen estämiseksi olemme lisänneet jäljen paksuutta mahdollisimman paljon. Olemme myös vahvistaneet piirilevyjälkiä paksulla juotekerroksella jäljitysvastuksen pienentämiseksi.

Induktorin ja kondensaattorin arvojen oikeaan laskemiseen olen käyttänyt Texas-instrumenttien asiakirjaa.

Sen jälkeen olen tehnyt google-laskentataulukon helpottaakseni laskemista.

Tämän korkeajännitteisen tehonmuunninpiirin testaaminen

Piirin testaamiseksi käytetään seuraavaa asetusta. Kuten näette, olemme käyttäneet PC ATX -virtalähdettä tulona, ​​joten tulo on 12 V. Olemme kiinnittäneet jännitemittarin ja ampeerimittarin piirin lähtöön, joka näyttää lähtöjännitteen ja lähtövirran. Mistä voimme helposti laskea tämän piirin lähtötehon. Lopuksi olemme käyttäneet kahdeksaa 4,7R 10 W: n tehovastusta sarjana kuormituksena virrankulutuksen testaamiseen.

Piirin testaamiseen käytetyt työkalut:

1. 12 V: n PC ATX-virtalähde
2. Muuntaja, jossa on 6-0-6 hana ja 12-0-12 hana
3. Kahdeksan 10 W: n 4.7R-vastusta sarjassa - toimii kuormana
4. Meco 108B + TRMS yleismittari
5. Meco 450B + TRMS yleismittari
6. Ruuvimeisseli

Suuritehoisen tehostemuuntajapiirin lähtötehonkulutus:

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, lähtöjännite on 44,53 V ja lähtövirta on 2,839 A, joten kokonaislähtötehoksi tulee 126,42 W, joten kuten näette, tämä piiri pystyy helposti käsittelemään yli 100 watin tehoa.

Lisäparannuksia

Tämä TL494 Boost Converter -piiri on tarkoitettu vain havainnollistamiseen, joten piirin tulo- tai lähtöosaan ei ole lisätty suojapiiriä. Joten suojaustoiminnon parantamiseksi voit myös lisätä, myös koska käytän IRFP250 MOSFET -laitetta, lähtötehoa voidaan parantaa edelleen, piirimme rajoittava tekijä on induktori. Suurempi induktorin ydin lisää sen lähtökapasiteettia.

Toivottavasti pidit tästä artikkelista ja opit siitä jotain uutta. Jos sinulla on epäilyksiä, voit kysyä alla olevista kommenteista tai käyttää foorumeitamme yksityiskohtaiseen keskusteluun.