Didelės galios, didelio efektyvumo pakėlimo keitiklio projektavimas naudojant TL494

Dirbdami su elektronika dažnai susiduriame su situacijomis, kai reikia padidinti išėjimo įtampą, o įėjimo įtampa lieka maža, tai yra situacija, kai galime pasikliauti grandine, kuri paprastai vadinama padidinimo keitikliu pakopinis keitiklis). Padidinimo keitiklis yra nuolatinės ir nuolatinės srovės tipo keitiklis, kuris padidina įtampą, išlaikydamas pastovų galios balansą. Pagrindinis „boost“ keitiklio bruožas yra efektyvumas, o tai reiškia, kad galime tikėtis ilgo baterijos veikimo laiko ir sumažinti šilumos problemas. Anksčiau mes sukūrėme paprastą pakėlimo keitiklio grandinę ir paaiškinome jos pagrindinį projektavimo efektyvumą.

Taigi šiame straipsnyje mes suprojektuosime „ TL494 Boost“ keitiklį ir apskaičiuosime bei išbandysime didelio efektyvumo padidinimo keitiklio grandinę, pagrįstą populiaria „ TL494 IC“, kurios mažiausia maitinimo įtampa yra 7 V, o maksimali - 40 V, ir kaip mes naudojame IRFP250 MOSFET kaip jungiklį, ši grandinė teoriškai gali valdyti maksimalią 19 A srovės stiprumą (ribojama induktoriaus talpos). Galiausiai bus išsamus vaizdo įrašas, kuriame bus parodyta veikianti ir bandanti grandinės dalis, taigi, be jokių tolesnių veiksmų, pradėkime.

Supratimas apie „Boost“ keitiklio darbo principą

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta pagrindinė padidinimo keitiklio grandinės schema. Norėdami išanalizuoti šios grandinės veikimo principą, mes jį padalinsime į dvi dalis. Pirmoji sąlyga paaiškina, kas vyksta, kai MOSFET yra įjungta, antroji sąlyga paaiškina, kas vyksta, kai MOSFET yra išjungtas.

Kas atsitiks, kai MOSFET įjungta:

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta grandinės būklė, kai įjungtas MOSFET. Kaip galite atpažinti, įjungimo būseną parodėme punktyrinės linijos pagalba, nes MOSFET lieka įjungtas, induktorius pradeda krauti, srovė per induktyvumą vis didėja, kuri kaupiama magnetinio lauko pavidalu.

Kas atsitiks, kai MOSFET yra išjungtas:

Dabar, kaip jūs žinote, srovė per induktorių negali iškart pasikeisti! Taip yra todėl, kad jis saugomas magnetinio lauko pavidalu. Todėl tą akimirką, kai MOSFET išsijungia, magnetinis laukas pradeda griūti ir srovė teka priešinga įkrovimo srovei kryptimi. Kaip matote aukščiau pateiktoje diagramoje, tai pradeda krauti kondensatorių.

Dabar, nuolat įjungdami ir išjungdami jungiklį (MOSFET), mes sukūrėme išėjimo įtampą, didesnę nei įėjimo įtampa. Dabar mes galime valdyti išėjimo įtampą, valdydami jungiklio įjungimo ir išjungimo laiką, ir tai mes darome pagrindinėje grandinėje.

Supraskite TL494 veikimą

Dabar, prieš eidami ir kurdami grandinę, pagrįstą TL494 PWM valdikliu, sužinokime, kaip veikia PWM valdiklis TL494. TL494 IC turi 8 funkcinius blokus, kurie parodyti ir aprašyti toliau.

5-V etaloninis reguliatorius:

5 V vidinio etaloninio reguliatoriaus išėjimas yra REF kaištis, kuris yra IC kaištis-14. Etaloninis reguliatorius yra skirtas užtikrinti stabilų tiekimą vidinėms grandinėms, tokioms kaip impulsinis valdomasis šnipštas, osciliatorius, neveikos laiko valdymo komparatorius ir PWM palygintuvas. Reguliatorius taip pat naudojamas klaidų stiprintuvams, atsakingiems už išvesties valdymą, valdyti.

Pastaba: Nuoroda yra užprogramuota pradiniu tikslumu ± 5% ir išlaiko stabilumą esant įėjimo įtampos diapazonui nuo 7 V iki 40 V. Jei įėjimo įtampa yra mažesnė nei 7 V, reguliatorius prisotina 1 V atstumu nuo įvesties ir ją stebi.

Osciliatorius:

Osciliatorius generuoja pjūklo bangą neveikiančio laiko valdikliui ir įvairių valdymo signalų PWM palygintuvams.

Iš osciliatoriaus dažnis gali būti nustatytas, pasirinkdami laiko nustatymo komponentus R T ir C T.

Osciliatoriaus dažnį galima apskaičiuoti pagal toliau pateiktą formulę-

Fosc = 1 / (RT * CT)

Kad būtų paprasčiau, aš padariau skaičiuoklę, pagal kurią galite labai lengvai apskaičiuoti dažnį. Kurį rasite žemiau esančioje nuorodoje.

Pastaba: osciliatoriaus dažnis yra lygus išėjimo dažniui tik vienkartinėms programoms. „Push-pull“ programose išėjimo dažnis yra pusė osciliatoriaus dažnio.

Neaktyvaus laiko valdymo palyginimas:

Neveiksmingas laikas arba paprasčiausiai sakant, kad kontrolė yra ne darbo metu, pateikia minimalų neveikimo laiką arba ne darbo laiką. Negyvojo laiko komparatoriaus išėjimas blokuoja tranzistorius, kai įtampa įėjime yra didesnė už osciliatoriaus rampos įtampą. Pritaikius įtampą DTC kaiščiui, gali būti nustatytas papildomas neveikimo laikas, tokiu būdu užtikrinant papildomą neveikos laiką nuo jo mažiausio nuo 3% iki 100%, nes įėjimo įtampa svyruoja nuo 0 iki 3 V. Paprasčiau tariant, mes galime pakeisti išėjimo bangos veikimo ciklą, netvarkydami klaidų stiprintuvų.

Pastaba: Vidinis 110 mV poslinkis užtikrina mažiausią 3% neveikos laiką, kai įjungtas neveikos laiko valdymo įėjimas.

Klaidų stiprintuvai:

Abi didelio prieaugio klaidų stiprintuvai savo poslinkį gauna iš VI tiekimo bėgio. Tai leidžia bendro režimo įėjimo įtampos diapazoną nuo –0,3 V iki 2 V, mažesnę nei VI. Abu stiprintuvai elgiasi kaip vieno galo vieno maitinimo stiprintuvai, nes kiekvienas išėjimas yra aktyvus tik aukštai.

Išvesties valdymo įvestis:

Išvesties valdymo įvestis nustato, ar išvesties tranzistoriai veikia lygiagrečiai, ar stumiant. Prijungę išvesties valdymo kaištį, kuris yra kaištis-13, su žeme, išėjimo tranzistoriai nustatomi lygiagrečiu darbo režimu. Bet prijungus šį kaištį prie 5V-REF kaiščio, išvesties tranzistoriai nustatomi „stūmimo-traukimo“ režimu.

Išvesties tranzistoriai:

IC turi du vidinius išėjimo tranzistorius, kurie yra atvirojo kolektoriaus ir atvirojo spinduolio konfigūracijose, pagal kuriuos jis gali tiekti arba panardinti didžiausią iki 200mA srovę.

Pastaba: tranzistorių soties įtampa yra mažesnė nei 1,3 V, esant bendrojo spinduolio konfigūracijai, ir mažesnė nei 2,5 V, kai - emiterio ir sekėjo konfigūracija.

Komponentai, reikalingi TL494 pagrindu veikiančio keitiklio grandinei sukurti

Lentelė, kurioje yra visos žemiau parodytos dalys. Prieš tai mes pridėjome vaizdą, kuriame rodomi visi šioje grandinėje naudojami komponentai. Kadangi ši grandinė yra paprasta, visas reikalingas dalis galite rasti savo vietos pomėgių parduotuvėje.

Dalių sąrašas:

1. TL494 IC - 1
2. IRFP250 MOSFET - 1
3. Sraigtinis gnybtas 5X2 mm - 2
4. 1000uF, 35V kondensatorius - 1
5. 1000uF, 63V kondensatorius - 1
6. 50K, 1% rezistorius - 1
7. 560R rezistorius - 1
8. 10K, 1% rezistorius - 4
9. 3.3K, 1% rezistorius - 1
10. 330R rezistorius - 1
11. 0,1 uF kondensatorius - 1
12. MBR20100CT „Schottky“ diodas - 1
13. 150uH (27 x 11 x 14) mm induktorius - 1
14. Potenciometro (10K) apdailos puodas - 1
15. 0,22 R srovės jutimo rezistorius - 2
16. Dengta lenta Generic 50x 50mm - 1
17. PSU šilumos kriauklės bendras - 1
18. „Jumper Wires Generic“ - 15

TL494 pagrįstas stiprintuvo keitiklis - scheminė schema

Aukšto efektyvumo padidinimo keitiklio schema pateikta žemiau.

TL494 stiprintuvo keitiklio grandinė - veikia

Ši „ TL494 Boost Converter“ grandinė susideda iš komponentų, kuriuos galima lengvai gauti, ir šiame skyriuje mes apžvelgsime kiekvieną pagrindinį grandinės bloką ir paaiškinsime kiekvieną bloką.

Įvesties kondensatorius:

Įvesties kondensatorius yra skirtas patenkinti didelę srovės poreikį, kurio reikia, kai MOSFET jungiklis užsidaro ir induktorius pradeda krauti.

Atsiliepimai ir valdymo ciklas:

Rezistoriai R2 ir R8 nustato grįžtamojo ryšio kilpos valdymo įtampą, nustatyta įtampa yra prijungta prie TL494 IC 2 kontakto, o grįžtamoji įtampa - prie vieno iš IC, pažymėto VOLTAGE_FEEDBACK , kaiščio . Rezistoriai R10 ir R15 nustato srovės ribą grandinėje.

Rezistoriai R7 ir R1 sudaro valdymo kontūrą, naudodamiesi šiuo grįžtamuoju ryšiu, išėjimo PWM signalas keičiasi tiesiškai, be šių grįžtamųjų varžų, palygintuvas veiks kaip bendra palyginamoji grandinė, kuri įjungs / išjungs grandinę tik esant nustatytai įtampai.

Dažnio pasirinkimo perjungimas:

Nustačius tinkamas 5 ir 6 kaiščių vertes, galime nustatyti šios IC perjungimo dažnį. Šiam projektui naudojome kondensatoriaus vertę 1nF ir rezistoriaus vertę 10K, kuri mums suteikia maždaug 100KHz dažnį, naudojant formulę Fosc = 1 / (RT * CT) , galime apskaičiuoti osciliatoriaus dažnį. Išskyrus tai, mes anksčiau išsamiai aptarėme kitus skyrius.

TL494 pagrindu veikiančio „Boost Converter“ grandinės PCB dizainas

Mūsų fazinio kampo valdymo grandinės PCB yra sukurta vienpusėje plokštėje. Savo „PCB“ kūrimui naudojau „Eagle“, tačiau galite naudoti bet kurią pasirinktą dizaino programinę įrangą. 2D mano plokštės dizaino vaizdas parodytas žemiau.

Kaip matote lentos apačioje, aš naudoju storą įžeminimo plokštumą, kad užtikrinčiau, jog per ją gali tekėti pakankama srovė. Maitinimo įvestis yra kairėje plokštės pusėje, o išvestis yra dešinėje plokštės pusėje. Išsamų dizaino failą kartu su TL494 „Boost“ keitiklio schemomis galite atsisiųsti iš toliau pateiktos nuorodos.

• Atsisiųskite „PCB Design GERBER“ failą TL494 pagrįstai „Boost Converter“ grandinei

Rankų darbo PCB:

Kad būtų patogiau, pasidariau savo rankomis pagamintą PCB versiją ir ji parodyta žemiau. Aš padariau keletą klaidų darydamas šią PCB, todėl turėjau pasenti kai kuriuos trumpiklius, kad tai ištaisyčiau.

Mano lenta atrodo taip, kai baigsis statymas.

TL494 „Boost Converter“ projektavimo skaičiavimas ir konstrukcija

Norėdami parodyti šį didelės srovės stiprinimo keitiklį, grandinė sukonstruota rankų darbo PCB, naudojant scheminius ir PCB dizaino failus; atkreipkite dėmesį, kad jei prie šios padidinimo keitiklio grandinės išvesties prijungiate didelę apkrovą, per PCB pėdsakus tekės didžiulė srovė ir yra tikimybė, kad pėdsakai išdegs. Taigi, kad PCB pėdsakai neišdegtų, mes kiek įmanoma padidinome pėdsakų storį. Be to, mes sutvirtinome PCB pėdsakus storu lydmetalio sluoksniu, kad sumažintume atsparumą pėdsakams.

Norėdamas tinkamai apskaičiuoti induktoriaus ir kondensatoriaus vertes, naudojau Teksaso instrumentų dokumentą.

Po to aš sukūriau „Google“ skaičiuoklę, kad būtų lengviau skaičiuoti.

Šios aukštos įtampos stiprintuvo keitiklio grandinės testavimas

Norėdami patikrinti grandinę, naudojama ši sąranka. Kaip matote, kaip įvestį naudojome kompiuterio ATX maitinimo šaltinį, taigi įvestis yra 12 V įtampa. Prie grandinės išėjimo pritvirtinome voltmetrą ir ampermetrą, rodantį išėjimo įtampą ir išėjimo srovę. Iš kurios mes galime lengvai apskaičiuoti šios grandinės išėjimo galią. Galiausiai mes naudojome aštuonis 4,7R 10W galios rezistorius nuosekliai kaip apkrovą, kad patikrintume srovės suvartojimą.

Priemonės, naudojamos grandinei išbandyti:

1. 12 V kompiuterio ATX maitinimo šaltinis
2. Transformatorius, turintis 6-0-6 ir 12-0-12 čiaupą
3. Aštuoni serijos 10 W 4,7R rezistoriai - veikia kaip apkrova
4. „Meco 108B + TRMS“ multimetras
5. „Meco 450B + TRMS“ multimetras
6. Atsuktuvas

Didelės galios stiprintuvo keitiklio grandinės išėjimo galios suvartojimas:

Kaip matote aukščiau pateiktame paveikslėlyje, išėjimo įtampa yra 44,53 V, o išėjimo srovė yra 2,839 A, taigi bendra išėjimo galia tampa 126,42 W, taigi, kaip matote, ši grandinė gali lengvai valdyti daugiau nei 100 W galios.

Kiti patobulinimai

Ši „TL494 Boost Converter“ grandinė skirta tik demonstravimui, todėl grandinės įvesties ar išvesties skyriuje nėra pridėta jokios apsaugos grandinės. Taigi, norėdami patobulinti apsaugos funkciją, taip pat galite pridėti, taip pat, kaip aš naudoju IRFP250 MOSFET, išėjimo galia gali būti dar labiau padidinta, ribojantis faktorius mūsų grandinėje yra induktorius. Didesnė induktoriaus šerdis padidins jo išėjimo talpą.

Tikiuosi, kad šis straipsnis jums patiko ir iš jo sužinojote kažką naujo. Jei turite kokių nors abejonių, galite paklausti žemiau pateiktų komentarų arba pasinaudoti mūsų forumais išsamiai diskusijai.