Nagy teljesítményű, nagy hatásfokú bak átalakító áramkör a tl494 segítségével

A buck konverter (lépcsős átalakító) egy DC-DC kapcsoló átalakító, amely az állandó teljesítménymérleg fenntartása mellett csökkenti a feszültséget. A buck konverter fő jellemzője a hatékonyság, ami azt jelenti, hogy a fedélzeten lévő buck konverterrel meghosszabbított akkumulátor-élettartamra, csökkent hőhatásra, kisebb méretre és jobb hatékonyságra számíthatunk. Korábban készítettünk néhány egyszerű Buck konverter áramkört, és ismertettük annak alapjait és a tervezés hatékonyságát.

Tehát ebben a cikkben meg fogunk tervezni, kiszámítani és tesztelni egy nagy hatásfokú buck konverter áramkört a népszerű TL494 IC alapján, és végül lesz egy részletes videó, amely bemutatja az áramkör működő és tesztelő részét tovább, kezdjük.

Hogyan működik a Buck Converter?

A fenti ábra egy nagyon egyszerű buck konverter áramkört mutat. Ahhoz, hogy megtudjam, hogyan működik a buck konverter, két feltételre osztom az áramkört. Az első feltétel, amikor a tranzisztor BE van kapcsolva, a következő feltétel, amikor a tranzisztor KI van kapcsolva.

Tranzisztor állapotban

Ebben a forgatókönyvben láthatjuk, hogy a dióda nyitott áramkör állapotban van, mert fordított előfeszített állapotban van. Ebben a helyzetben valamilyen kezdeti áram indul a terhelésen, de az áramot az induktor korlátozza, így az induktor is fokozatosan kezd feltöltődni. Ezért az áramkör bekapcsolási ideje alatt a kondenzátor ciklusonként felépíti a töltési ciklust, és ez a feszültség a terhelésen keresztül tükröződik.

Tranzisztor kikapcsolt állapotban

Amikor a tranzisztor kikapcsolt állapotban van, az L1 induktorban tárolt energia összeomlik és visszaáramlik a D1 diódán keresztül, ahogy azt a nyilakkal ellátott áramkör mutatja. Ebben a helyzetben az induktor feszültsége fordított polaritású, így a dióda előrefeszített állapotban van. Most az induktor összeomló mágneses tere miatt az áram tovább áramlik a terhelésen, amíg az induktor lemerül. Mindez akkor történik, amikor a tranzisztor kikapcsolt állapotban van.

Egy bizonyos periódus után, amikor az induktivitás szinte elfogy a tárolt energiától, a terhelési feszültség ismét csökkenni kezd, ebben a helyzetben a C1 kondenzátor válik a fő áramforrássá, a kondenzátor ott van, hogy az áramot a következő ciklus kezdetéig tartsa újra.

Most a kapcsolási frekvencia és a kapcsolási idő változtatásával bármilyen kimenetet kaphatunk a 0-tól Vin-ig egy buck konverterből.

IC TL494 IC

Mielőtt megépítenénk egy TL494 buck konvertert, tanuljuk meg, hogyan működik a PWM TL494 vezérlő.

A TL494 IC 8 funkcionális blokkkal rendelkezik, amelyeket az alábbiakban mutatunk be és írunk le.

1. 5-V referencia szabályozó

Az 5V-os belső referencia-szabályozó kimenete a REF tű, amely az IC 14-es tűje. A referenciavezérlő stabil belső ellátást biztosít a belső áramkörökhöz, mint például az impulzus-kormányzó flip-flop, az oszcillátor, a holtidő vezérlő komparátor és a PWM komparátor. A szabályozót a kimenet vezérléséért felelős hibaerősítők meghajtására is használják.

Jegyzet! A referencia belsőleg programozva van ± 5% kezdeti pontossággal, és fenntartja a stabilitást a 7 V és 40 V közötti bemeneti feszültségtartományban. 7 V-nál kisebb bemeneti feszültség esetén a szabályozó a bemenet 1 V-ján belül telít és követi azt.

2. Oszcillátor

Az oszcillátor fűrészfog hullámot generál és biztosít a holtidő vezérlőnek és a PWM komparátoroknak a különböző vezérlőjelekhez.

Az oszcillátor frekvenciája az R T és C T időzítő komponensek kiválasztásával állítható be.

Az oszcillátor frekvenciáját az alábbi képlettel lehet kiszámítani

Fosc = 1 / (RT * CT)

Az egyszerűség kedvéért készítettem egy táblázatot, amellyel nagyon egyszerűen kiszámíthatja a frekvenciát.

Jegyzet! Az oszcillátor frekvenciája megegyezik a kimeneti frekvenciával csak egyvégű alkalmazások esetén. Push-pull alkalmazásoknál a kimeneti frekvencia az oszcillátor frekvenciájának a fele.

3. Holtidő ellenőrző összehasonlító

A holtidő, vagy egyszerűen csak az off-time vezérlés jelenti a minimális holt- vagy off-time értéket. A holtidő komparátor kimenete blokkolja a tranzisztorokat, ha a bemenet feszültsége nagyobb, mint az oszcillátor rámpafeszültsége. Feszültség alkalmazása a hibakód tüskéjére további holtidőt szabhat ki, ezáltal további holtidőt biztosítva a minimum 3% és 100% között, mivel a bemeneti feszültség 0 és 3 V között változik. Egyszerű fogalommal megváltoztathatjuk a kimeneti hullám Duty ciklusát anélkül, hogy módosítanánk a hibaerősítőket.

Jegyzet! A 110 mV belső eltolás biztosítja a 3% -os minimális holtidőt a holtidő vezérlő bemenet földelésével.

4. Hibaerősítők

Mindkét nagy nyereségű hibaerősítő megkapja előfeszültségét a VI tápvezetékről. Ez lehetővé teszi, hogy a közös üzemmódú bemeneti feszültségtartomány –0,3 V és 2 V között kisebb legyen, mint VI. Mindkét erősítő jellemzően egy egyvégű egy táperősítőre jellemző, hogy mindegyik kimenet csak magasan aktív.

5. Kimenet-vezérlő bemenet

A kimenet-vezérlő bemenet határozza meg, hogy a kimeneti tranzisztorok párhuzamos vagy push-pull módban működnek-e. A kimeneti vezérlőcsap, amely a 13-as érintkező, földeléssel történő összekapcsolásával a kimeneti tranzisztorokat párhuzamos működési módba állítja. De ha ezt a csapot csatlakoztatja az 5V-REF tűhöz, a kimeneti tranzisztorokat push-pull módba állítja.

6. Kimeneti tranzisztorok

Az IC-nek két belső kimeneti tranzisztora van, amelyek nyitott kollektoros és nyitott emitteres konfigurációkban vannak, és amelyek segítségével legfeljebb 200mA áramot tud forrni vagy elnyelni.

Jegyzet! A tranzisztorok szaturációs feszültsége kisebb, mint 1,3 V a közös-emitter konfigurációban, és kevesebb, mint 2,5 V az emitter-követő konfigurációban.

A TL494 IC jellemzői

• Komplett PWM Power-Control áramkör
• Nincs kimenet 200 mA-es mosogatóhoz vagy forrás áramhoz
• Az Output Control kiválasztja az egy végű vagy a push-pull műveletet
• A belső áramkör bármelyik kimenetnél tiltja a kettős impulzust
• A változó holtidő biztosítja az irányítást a teljes hatótávolság felett
• A belső szabályozó stabil 5-V-ot biztosít
• Referenciaellátás 5% -os tűréssel
• Az áramköri architektúra lehetővé teszi az egyszerű szinkronizálást

Jegyzet! A belső vázlat és műveletek leírásának nagy részét az adatlap veszi át, és a jobb megértés érdekében bizonyos mértékben módosítja.

Szükséges alkatrészek

1. TL494 IC - 1
2. TIP2955 tranzisztor - 1
3. Csavaros kapocs 5mmx2 - 2
4. 1000uF, 60V kondenzátor - 1
5. 470uF, 60V kondenzátor - 1
6. 50K, 1% ellenállás - 1
7. 560R ellenállás - 1
8. 10K, 1% ellenállás - 4
9. 3.3K, 1% ellenállás - 2
10. 330R ellenállás - 1
11. 0,22 uF kondenzátor - 1
12. 5,6K, 1W ellenállás - 1
13. 12,1 V-os Zener-dióda - 1
14. MBR20100CT Schottky dióda - 1
15. 70uH (27 x 11 x 14) mm induktivitás - 1
16. Potenciométer (10K) Trim-Pot - 1
17. 0,22 R áramérzékelő ellenállás - 2
18. Burkolt tábla Generic 50x 50mm - 1
19. PSU általános hűtőbordák - 1
20. Jumper huzalok általános - 15

Sematikus ábrája

A nagy hatékonyságú Buck Converter kapcsolási rajza az alábbiakban látható.

Áramkörépítés

Ennek a nagy áramú átalakítónak a bemutatásához az áramkört kézzel készített NYÁK-ba építik fel, a sematikus és a NYÁK-tervfájlok segítségével; Kérjük, vegye figyelembe, hogy ha nagy terhelést csatlakoztat a kimeneti buck konverterhez, akkor hatalmas áram áramlik át a NYÁK nyomvonalain, és van esély arra, hogy a nyomok kiégjenek. Tehát, hogy megakadályozzuk a NYÁK nyomainak kiégését, felvettem néhány jumpert, amelyek növelik az áramlást. Ezenkívül vastag forrasztóréteggel erősítettem meg a NYÁK nyomokat a nyomellenállás csökkentése érdekében.

Az induktivitást 3 szál párhuzamos, 0,45 négyzetméteres zománcozott rézhuzal alkotja.

Számítások

Az induktor és a kondenzátor értékeinek megfelelő kiszámításához texas eszközökből származó dokumentumot használtam.

Ezt követően készítettem egy google táblázatot, hogy megkönnyítsem a számítást

Ennek a nagyfeszültségű lépcsős átalakítónak a tesztelése

Az áramkör teszteléséhez a következő beállítást kell használni. Amint a fenti képen látható, a bemeneti feszültség 41,17 V, a terhelés nélküli áram pedig 0,015 A, amely a terhelés nélküli áramot 0,6 W alá csökkenti.

Mielőtt bármelyikőtök felugrik és elmondja, mit csinál az ellenállás egy tálja a tesztasztalomban.

Hadd mondjam el, hogy az ellenállások nagyon megmelegednek az áramkör tesztelésének ideje alatt teljes terhelés mellett, ezért készítettem egy tál vizet, hogy megakadályozzam a munkaasztalom égését

Az áramkör teszteléséhez használt eszközök

1. 12 V-os ólomakkumulátor.
2. Transzformátor, amelynek 6-0-6 és 12-0-12 csapja van
3. 5 10W 10r ellenállás párhuzamosan terhelésként
4. Meco 108B + TRMS multiméter
5. Meco 450B + TRMS multiméter
6. Hantek 6022BE oszcilloszkóp

Bemeneti teljesítmény a nagy teljesítményű Buck Converter számára

Amint a fenti képen látható, a bemeneti feszültség terhelés esetén 27,45 V-ra csökken, és a bemeneti áram 3,022 A, amely megegyezik a 82,9539 W bemeneti teljesítménnyel.

Kimeneti teljesítmény

Amint a fenti képből látható, a kimeneti feszültség 12,78 V, a kimeneti áramfelvétel pedig 5,614A, ami egyenértékű a 71,6958 W teljesítményfelvétellel.

Tehát az áramkör hatékonysága (71.6958 / 82.9539) x 100% = 86.42% lesz

Az áramkörben bekövetkező veszteség a TL494 IC és

Abszolút maximális áramfelvétel a tesztelési táblázatomban

A fenti képből látható, hogy az áramkör maximális áramfelvétele 6,96 A, majdnem

Ebben a helyzetben a rendszer fő szűk keresztmetszete az én transzformátorom, ezért nem tudom növelni a terhelési áramot, de ezzel a kialakítással és jó hűtőbordával könnyebben lehúzhat 10A-nál nagyobb áramot ebből az áramkörből.

Jegyzet! Bárki kíváncsi arra, miért csatlakoztattam egy hatalmas hűtőbordát az áramkörbe, hadd mondjam el, hogy jelenleg nincs kisebb hűtőbordám a készletemben.

További fejlesztések

Ez a TL494 buck átalakító áramkör csak demonstrációs célokat szolgál, ezért nincs védelmi áramkör hozzáadva az áramkör kimeneti részéhez

1. Kimeneti védelmi áramkört kell hozzáadni a terhelés áramkörének védelme érdekében.
2. Az induktort lakkba kell mártani, különben hallható zajt generál.
3. A megfelelő kivitelű, jó minőségű NYÁK kötelező
4. A kapcsoló tranzisztor módosítható a terhelés áramának növelése érdekében

Remélem tetszett ez a cikk, és valami újat tanultál belőle. Ha kétségei vannak, kérje az alábbi megjegyzéseket, vagy használhatja fórumunkat a részletes megbeszéléshez.