Didelės galios didelio efektyvumo „buck“ keitiklio grandinė naudojant „tl494“

„ Buck“ keitiklis („down-down“ keitiklis) yra nuolatinės srovės į nuolatinę srovę keitiklis, kuris sumažina įtampą, išlaikydamas pastovų galios balansą. Pagrindinė „buck“ keitiklio savybė yra efektyvumas, o tai reiškia, kad laive esantį „buck“ keitiklį galime tikėtis ilgesnio baterijos veikimo laiko, sumažėjusios šilumos, mažesnio dydžio ir didesnio efektyvumo. Anksčiau mes sukūrėme keletą paprastų „Buck“ keitiklio grandinių ir paaiškinome jos pagrindus bei dizaino efektyvumą.

Taigi šiame straipsnyje mes suprojektuosime, apskaičiuosime ir išbandysime didelio efektyvumo „buck konverterio“ grandinę pagal populiarųjį TL494 IC ir galiausiai bus išsamus vaizdo įrašas, rodantis veikiančią ir bandančią grandinės dalį, taigi be toliau, pradėkime.

Kaip veikia „Buck Converter“?

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta labai paprasta „buck“ keitiklio grandinė. Norėdami sužinoti, kaip veikia „buck“ keitiklis, aš padalysiu grandinę į dvi sąlygas. Pirmoji sąlyga, kai tranzistorius įjungtas, kita sąlyga, kai tranzistorius išjungtas.

Transistorius įjungtas

Šiame scenarijuje galime pamatyti, kad diodas yra atviros grandinės būsenoje, nes jis yra atvirkštinės įstrižainės būsenoje. Esant tokiai situacijai, pradinė srovė pradės tekėti per apkrovą, tačiau srovę riboja induktorius, todėl induktorius taip pat pradeda krautis palaipsniui. Todėl grandinės įjungimo metu kondensatorius kaupia įkrovimo ciklą pagal ciklą, ir ši įtampa atsispindi visoje apkrovoje.

Tranzistorius išjungtas

Kai tranzistorius yra išjungtoje būsenoje, induktoriuje L1 sukaupta energija žlunga ir teka atgal per diodą D1, kaip parodyta grandinėje su rodyklėmis. Šioje situacijoje induktoriaus įtampa yra atvirkštinio poliškumo, todėl diodas yra į priekį nukreiptas. Dabar dėl griūvančio induktoriaus magnetinio lauko srovė ir toliau teka per apkrovą, kol induktorius baigiasi. Visa tai vyksta, kai tranzistorius yra išjungtas.

Praėjus tam tikram laikotarpiui, kai induktoriui beveik nesibaigia sukaupta energija, apkrovos įtampa vėl pradeda kristi, šioje situacijoje kondensatorius C1 tampa pagrindiniu srovės šaltiniu, kondensatorius yra tam, kad srovė tekėtų iki kito ciklo pradžios vėl.

Dabar keisdami perjungimo dažnį ir perjungimo laiką, mes galime gauti bet kokį išėjimą nuo 0 iki Vin iš „buck“ keitiklio.

IC TL494

Dabar, prieš pradėdami kurti „ TL494 buck“ keitiklį, sužinokime, kaip veikia PWM valdiklis TL494.

TL494 IC turi 8 funkcinius blokus, kurie parodyti ir aprašyti toliau.

1. 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.

Atkreipkite dėmesį! Etalonas yra užprogramuotas 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 prisotinamas 1 V atstumu nuo įėjimo ir jį seka.

2. 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 dažnio gali būti apskaičiuojamas toliau pateiktą formulę

Fosc = 1 / (RT * CT)

Kad būtų paprasčiau, aš padariau skaičiuoklę, pagal kurią galite labai lengvai apskaičiuoti dažnį.

Atkreipkite dėmesį! Osciliatoriaus dažnis yra lygus išėjimo dažniui tik vienkartinėms programoms. „Push-pull“ programose išėjimo dažnis yra pusė osciliatoriaus dažnio.

3. Neaktyvaus valdymo kontrolinis palygintuvas

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.

Atkreipkite dėmesį! Vidinis 110 mV poslinkis užtikrina mažiausią 3% neveikos laiką, kai neveikos laiko valdymo įvestis yra įžeminta.

4. 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 veikia kaip vieno galo vieno maitinimo stiprintuvai, nes kiekvienas išėjimas yra aktyvus tik aukštas.

5. 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.

6. 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.

Atkreipkite dėmesį! Transistorių soties įtampa yra mažesnė nei 1,3 V, esant bendrojo spinduolio konfigūracijai, ir mažesnė nei 2,5 V, kai - emiterio ir sekėjo konfigūracija.

TL494 IC savybės

• Užbaigti PWM maitinimo valdymo grandines
• Neprivalomi išėjimai, skirti 200 mA kriauklei arba šaltinio srovei
• „Output Control“ parenka operaciją su viena pabaiga arba „Push-Pull“
• Vidinė grandinė draudžia dvigubą impulsą bet kuriuo išėjimu
• Kintamas negyvas laikas suteikia galimybę valdyti bendrą diapazoną
• Vidaus reguliatorius teikia stabilų 5 V įtampą
• Standartinis tiekimas su 5% tolerancija
• Grandinės architektūra leidžia lengvai sinchronizuoti

Atkreipkite dėmesį! Dauguma vidinių schemų ir operacijų aprašų yra paimti iš duomenų lapo ir tam tikru mastu modifikuoti, kad būtų geriau suprantama.

Būtini komponentai

1. TL494 IC - 1
2. TIP2955 tranzistorius - 1
3. Sraigtinis gnybtas 5mmx2 - 2
4. 1000uF, 60V kondensatorius - 1
5. 470uF, 60V kondensatorius - 1
6. 50K, 1% rezistorius - 1
7. 560R rezistorius - 1
8. 10K, 1% rezistorius - 4
9. 3.3K, 1% rezistorius - 2
10. 330R rezistorius - 1
11. 0,22 uF kondensatorius - 1
12. 5.6K, 1W rezistorius - 1
13. 12,1 V „Zener“ diodas - 1
14. MBR20100CT „Schottky“ diodas - 1
15. 70uH (27 x 11 x 14) mm induktorius - 1
16. Potenciometro (10K) apdailos puodas - 1
17. 0,22 R srovės jutimo rezistorius - 2
18. Dengta lenta Generic 50x 50mm - 1
19. PSU šilumos kriauklės bendras - 1
20. „Jumper Wires Generic“ - 15

Schema

Žemiau pateikiama didelio efektyvumo „ Buck Converter“ grandinės schema.

Grandinių konstrukcija

Norėdami parodyti šį didelės srovės spartos keitiklį, grandinė sukonstruota rankų darbo PCB, naudojant scheminius ir PCB dizaino failus; atkreipkite dėmesį, kad jei prie išvesties kaupiklio keitiklio prijungiate didelę apkrovą, per PCB pėdsakus tekės didžiulė srovė ir yra tikimybė, kad pėdsakai išdegs. Taigi, kad PCB pėdsakai neišdegtų, įtraukiau keletą džemperių, kurie padeda padidinti dabartinį srautą. Be to, aš sustiprinau PCB pėdsakus storu lydmetalio sluoksniu, kad sumažėčiau atsparumą pėdsakams.

Induktorius pagamintas iš 3 sruogų lygiagrečios 0,45 kv. Mm emaliuotos varinės vielos.

Skaičiavimai

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

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

Šio žemos įtampos keitiklio bandymas

Norėdami patikrinti grandinę, naudojama ši sąranka. Kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje, įėjimo įtampa yra 41,17 V, o tuščiosios eigos srovė yra 0,015 A, todėl be apkrovos galia ima mažiau nei 0,6 W.

Prieš bet kurį iš jūsų šokinėdamas pasakysite, ką mano rezistoriaus dubuo veikia mano bandymų lentelėje.

Leiskite jums pasakyti, kad rezistoriai labai įkaista, kai bandoma grandinė esant visai apkrovai, todėl paruošiau dubenį vandens, kad mano darbo stalas nedegtų.

Priemonės, naudojamos grandinei išbandyti

1. 12 V rūgštinė švino baterija.
2. Transformatorius, turintis 6-0-6 ir 12-0-12 čiaupą
3. 5 10W 10r Atsparumas lygiagrečiai kaip apkrova
4. „Meco 108B + TRMS“ multimetras
5. „Meco 450B + TRMS“ multimetras
6. Hantek 6022BE osciloskopas

Įvesties galia didelės galios „Buck“ keitikliui

Kaip matote iš aukščiau pateikto paveikslėlio, įėjimo įtampa krūvio sąlygomis nukrinta iki 27,45 V, o įėjimo srovė yra 3,022 A, kuri lygi 82,99539 W įėjimo galiai.

Išėjimo galia

Kaip matote iš aukščiau pateikto paveikslėlio, išėjimo įtampa yra 12,78 V, o išėjimo srovės stipris yra 5,614 A, o tai atitinka 71,6958 W galios paėmimą.

Taigi grandinės efektyvumas tampa (71.6958 / 82.9539) x 100% = 86.42%

Grandinės nuostoliai atsiranda dėl rezistorių, skirtų maitinti TL494 IC ir

Absoliutus didžiausias srovės paėmimas mano bandymų lentelėje

Iš aukščiau esančio vaizdo matyti, kad maksimali srovės srovė iš grandinės yra 6,96 A, tai beveik

Šioje situacijoje pagrindinis sistemos trūkumas yra mano transformatorius, todėl negaliu padidinti apkrovos srovės, tačiau naudodamas šį dizainą ir naudodamas gerą šilumos šalintuvą, iš šios grandinės galite lengvai paimti daugiau nei 10A srovės.

Atkreipkite dėmesį! Bet kuriam iš jūsų kyla klausimas, kodėl aš prijungiau didžiulę šilumos šalintuvą į grandinę, leiskite man pasakyti, kad šiuo metu neturiu mažesnių šilumos šalintuvų savo atsargose.

Kiti patobulinimai

Ši TL494 „buck“ keitiklio grandinė skirta tik demonstravimui, todėl grandinės išvesties skyriuje nėra pridėta apsaugos grandinė

1. Norint apsaugoti apkrovos grandinę, reikia pridėti išėjimo apsaugos grandinę.
2. Induktorių reikia panardinti į laką, kitaip jis sukels girdimą triukšmą.
3. Geros kokybės PCB su tinkamu dizainu yra privalomas
4. Perjungimo tranzistorius gali būti modifikuotas, kad padidėtų apkrovos srovė

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.