Проектиране на преобразувател с висока мощност и висока ефективност с помощта на tl494

Докато работим с електроника, често се оказваме в ситуации, в които се налага да увеличим изходното напрежение, докато входното напрежение остава ниско, това е тип ситуация, при която можем да разчитаме на верига, която е известна като усилващ преобразувател (повишаващ преобразувател). Усилващ преобразувател е DC-DC преобразуващ преобразувател, който увеличава напрежението, като същевременно поддържа постоянен баланс на мощността. Основната характеристика на усилващия преобразувател е ефективността, което означава, че можем да очакваме дълъг живот на батерията и намалени проблеми с топлината. Преди това направихме проста схема за усилващ преобразувател и обяснихме основната му ефективност при проектиране.

И така, в тази статия ще проектираме преобразувател TL494 Boost и ще изчислим и тестваме схема с високоефективен усилвател, базирана на популярната TL494 IC, която има минимално захранващо напрежение 7V и максимум 40V и ние използваме IRFP250 MOSFET като превключвател, тази схема може да се справи с максимален ток от 19Amps, теоретично (Ограничено от капацитета на индуктора). И накрая, ще има подробно видео, показващо работната и тестващата част на веригата, така че без повече шум, нека започнем.

Разбиране на работния принцип на Boost Converter

Горната фигура показва основната схема на веригата на усилващия преобразувател. За да анализираме принципа на работа на тази схема, ще я разделим на две части, първото условие обяснява какво се случва, когато MOSFET е включен, второто условие обяснява какво се случва, когато MOSFET е изключен.

Какво се случва, когато MOSFET е ВКЛЮЧЕН:

Горното изображение показва състоянието на веригата, когато MOSFET е включен. Както можете да разпознаете, показахме състоянието ON с помощта на пунктирана линия, тъй като MOSFET остава включен, индукторът започва да се зарежда, токът през индуктора продължава да се увеличава, което се запаметява под формата на магнитно поле.

Какво се случва, когато MOSFET е изключен:

Сега, както може би знаете, токът през индуктор не може да се промени моментално! Това е така, защото се съхранява под формата на магнитно поле. Следователно, в момента, в който MOSFET се изключи, магнитното поле започва да се срутва и токът протича в посоката, обратна на зареждащия ток. Както можете да видите на горната схема, това започва зареждане на кондензатора.

Сега, чрез непрекъснато включване и изключване на превключвателя (MOSFET), ние създадохме изходно напрежение, което е по-голямо от входното напрежение. Сега можем да контролираме изходното напрежение, като контролираме времето за включване и изключване на превключвателя и това е, което правим в основната верига.

Разберете работата на TL494

Сега, преди да започнем да изграждаме веригата, базирана на TL494 PWM контролера, нека научим как работи PWM контролерът TL494. TL494 IC има 8 функционални блока, които са показани и описани по-долу.

5-V референтен регулатор:

Изходът на 5V вътрешен референтен регулатор е REF щифт, който е щифт-14 на IC. Референтният регулатор е там, за да осигури стабилно захранване за вътрешни схеми като импулсно управление на тригера, осцилатор, компаратор за контрол на мъртвото време и компаратор на ШИМ. Регулаторът се използва и за задвижване на усилвателите на грешки, които са отговорни за управлението на изхода.

Забележка: Препратката е вътрешно програмирана с първоначална точност от ± 5% и поддържа стабилност в диапазона на входното напрежение от 7V до 40 V. За входни напрежения по-малки от 7 V, регулаторът се насища в рамките на 1 V от входа и го проследява.

Осцилатор:

Осцилаторът генерира и осигурява триъгълна вълна към контролера на мъртвото време и PWM компараторите за различни управляващи сигнали.

Честотата на осцилатора може да се настрои чрез избиране на времето компоненти R Т и С Т.

Честотата на осцилатора може да се изчисли по формулата по-долу -

Fosc = 1 / (RT * CT)

За простота направих електронна таблица, чрез която можете много лесно да изчислите честотата. Което можете да намерите в линка по-долу.

Забележка: Честотата на осцилатора е равна на изходната честота само за еднократни приложения. За push-pull приложения изходната честота е половината от честотата на осцилатора.

Контрол за контрол на мъртвото време:

Мъртвото време или просто казано контрол извън времето осигурява минималното мъртво време или извън времето. Изходът на компаратора за мъртво време блокира превключващите транзистори, когато напрежението на входа е по-голямо от напрежението на рампата на осцилатора. Прилагането на напрежение към DTC щифта може да наложи допълнително мъртво време, като по този начин се осигури допълнително мъртво време от своите минимум 3% до 100%, тъй като входното напрежение варира от 0 до 3V. С прости думи, можем да променим работния цикъл на изходната вълна, без да променяме усилвателите на грешките.

Забележка: Вътрешно отместване от 110 mV осигурява минимално време на мъртво време от 3% с заземен вход за управление на мъртвото време.

Усилватели за грешки:

И двата усилвателя за грешка с голяма печалба получават своето пристрастие от VI захранващата релса. Това позволява общ режим на входно напрежение от –0,3 V до 2 V по-малко от VI. И двата усилвателя се държат характерно за еднокраен усилвател с едно захранване, тъй като всеки изход е активен само високо.

Изходно-контролен вход:

Входът за контрол на изхода определя дали изходните транзистори работят в паралелен режим или режим на издърпване. Чрез свързване на изходния контролен щифт, който е щифт-13 към земята, настройва изходните транзистори в паралелен режим на работа. Но чрез свързване на този щифт към щифта 5V-REF настройва изходните транзистори в режим push-pull.

Изходни транзистори:

IC има два вътрешни изходни транзистора, които са в конфигурации с отворен колектор и отворен емитер, чрез които може да произвежда или поглъща максимален ток до 200 mA.

Забележка: Транзисторите имат напрежение на насищане по-малко от 1,3 V в конфигурацията на общия емитер и по-малко от 2,5 V в конфигурацията на емитер-последовател.

Компоненти, необходими за изграждане на TL494 схема за усилващ преобразувател

Таблица, съдържаща всички части, показани по-долу. Преди това сме добавили изображение, което показва всички компоненти, използвани в тази схема. Тъй като тази схема е проста, можете да намерите всички необходими части в местния магазин за хоби.

Списък с части:

1. TL494 IC - 1
2. IRFP250 MOSFET - 1
3. Винтова клема 5X2 mm - 2
4. 1000uF, 35V кондензатор - 1
5. 1000uF, 63V кондензатор - 1
6. 50K, 1% резистор - 1
7. Резистор 560R - 1
8. 10K, 1% резистор - 4
9. 3.3K, 1% резистор - 1
10. 330R резистор - 1
11. Кондензатор 0.1uF - 1
12. MBR20100CT Шотки диод - 1
13. 150uH (27 x 11 x 14) mm Индуктор - 1
14. Потенциометър (10K) Подстригване - 1
15. 0.22R токов сензорен резистор - 2
16. Облечена дъска Generic 50x 50mm - 1
17. Генеричен радиатор на PSU - 1
18. Джъмперни проводници Generic - 15

TL494 Преобразувател на усилване - Схематична диаграма

Схемата на схемата за високоефективен усилващ преобразувател е дадена по-долу.

TL494 Boost Converter Circuit - работи

Тази схема за усилващ преобразувател TL494 се състои от компоненти, които се получават много лесно и в този раздел ще разгледаме всеки основен блок на веригата и ще обясним всеки блок.

Входен кондензатор:

Входният кондензатор е там, за да отговори на високото текущо търсене, което се изисква, когато превключвателят MOSFET се затвори и индукторът започне да се зарежда.

Обратната връзка и контролната верига:

Резисторите R2 и R8 задават управляващото напрежение за контура за обратна връзка, зададеното напрежение е свързано към щифт 2 на TL494 IC, а напрежението за обратна връзка е свързано към щифт един от IC, означен като VOLTAGE_FEEDBACK . Резисторите R10 и R15 задават ограничението на тока във веригата.

Резисторите R7 и R1 образуват управляващия контур, с помощта на тази обратна връзка изходният ШИМ сигнал се променя линейно, без тези резистори с обратна връзка, компараторът ще действа като обща верига за сравнение, която ще включва / изключва веригата само при зададено напрежение.

Избор на честота на превключване:

Като зададем правилните стойности на щифтове 5 и 6, можем да зададем честотата на превключване на тази интегрална схема, за този проект използвахме стойност на кондензатор 1nF и стойност на резистор 10K, което ни дава приблизително честота от 100KHz, като използваме формулата Fosc = 1 / (RT * CT) , можем да изчислим честотата на осцилатора. Освен това, ние разгледахме подробно други раздели по-рано в статията.

Дизайн на печатни платки за веригата за усилващ преобразувател, базирана на TL494

Печатната платка за нашата схема за контрол на фазовия ъгъл е проектирана в едностранна платка. Използвал съм Eagle за проектиране на моята PCB, но можете да използвате всеки софтуер за дизайн по ваш избор. 2D изображението на моя дизайн на дъска е показано по-долу.

Както можете да видите от долната страна на дъската, използвах дебела заземена равнина, за да гарантирам, че през нея може да протича достатъчен ток. Входната мощност е от лявата страна на платката, а изхода е от дясната страна на платката. Пълният дизайнерски файл заедно със схемите на TL494 Boost конвертор могат да бъдат изтеглени от връзката по-долу.

• Изтеглете файла GERBER за дизайн на печатни платки за базирана на TL494 схема за усилващ преобразувател

Ръчно изработени печатни платки:

За удобство направих ръчно изработената версия на печатната платка и тя е показана по-долу. Направих някои грешки, докато правех тази платка, така че трябваше да по-стари няколко джъмперни проводника, за да поправя това.

Моята дъска изглежда така след завършване на компилацията.

TL494 Изчисляване и конструкция на преобразувател на усилвател

За демонстрация на този усилващ преобразувател с висока сила на тока веригата е конструирана от ръчно изработена печатна платка с помощта на схематичните и дизайнерските файлове на печатни платки; моля, имайте предвид, че ако свързвате голям товар към изхода на тази схема за усилващ преобразувател, огромно количество ток ще тече през следите на печатната платка и има вероятност следите да изгорят. Така че, за да предотвратим изгарянето на следите от печатни платки, ние увеличихме дебелината на следите възможно най-много. Също така сме подсилили следите от печатни платки с дебел слой спойка, за да намалим устойчивостта на следи.

За да изчисля правилно стойностите на индуктора и кондензатора, използвах документ от Тексаски инструменти.

След това направих електронна таблица на Google, за да улесня изчислението.

Тестване на веригата за усилвател с високо напрежение

За тестване на веригата се използва следната настройка. Както можете да видите, ние използвахме PC ATX захранването като вход, така че входът е 12V. Към изхода на веригата сме прикрепили волтметър и амперметър, който показва изходното напрежение и изходния ток. От което лесно можем да изчислим изходната мощност за тази схема. И накрая, използвахме осем 4.7R 10W мощни резистори последователно като товар, за да тестваме текущата консумация.

Инструменти, използвани за тестване на веригата:

1. 12V PC ATX захранване
2. Трансформатор, който има кран 6-0-6 и кран 12-0-12
3. Осем, 10W 4.7R резистори от серия - действащи като товар
4. Мултиметър Meco 108B + TRMS
5. Мултиметър Meco 450B + TRMS
6. Отвертка

Консумация на изходна мощност на веригата за усилващ преобразувател:

Както можете да видите на горното изображение, изходното напрежение е 44.53V, а изходният ток е 2.839A, така че общата изходна мощност става 126.42W, така че, както виждате, тази схема може лесно да се справи с мощност над 100W.

Допълнителни подобрения

Тази схема за усилващ преобразувател TL494 е само за демонстрационни цели, поради което няма добавена защитна верига във входния или изходния участък на веригата. Така че, за да подобрите защитната функция, можете също да добавите, също така, тъй като използвам IRFP250 MOSFET, изходната мощност може да бъде допълнително подобрена, ограничителният фактор в нашата верига е индукторът. По-голямото ядро ​​на индуктора ще увеличи неговия изходен капацитет.

Надявам се тази статия да ви е харесала и да сте научили нещо ново от нея. Ако имате някакви съмнения, можете да попитате в коментарите по-долу или да използвате нашите форуми за подробна дискусия.