Високоефективна високоефективна верига на преобразувател с помощта на tl494

А парите конвертор (понижаващ преобразувател) е DC-DC до превключване конвертор, който се оттегли напрежение при поддържане на баланс постоянна мощност. Основната характеристика на конвертора е ефективността, което означава, че с конвертор на долар на борда можем да очакваме удължен живот на батерията, намалена топлина, по-малък размер и подобрена ефективност. Преди това направихме няколко прости вериги на конвертора Buck и обяснихме неговите основи и ефективност на дизайна.

И така, в тази статия ще проектираме, изчислим и тестваме високоефективна верига за конвертор, базирана на популярната TL494 IC и накрая, ще има подробно видео, показващо работната и тестовата част на веригата, така че без още повече, нека да започнем.

Как работи Buck Converter?

Горната фигура показва много основна верига за конвертор на долари. За да знам как работи конверторът, аз ще разделя веригата на две условия. Първото условие, когато транзисторът е включен, следващо условие, когато транзисторът е изключен.

Транзистор в състояние

В този сценарий можем да видим, че диодът е в състояние на отворена верига, тъй като е в състояние на обратното пристрастие. В тази ситуация през товара ще започне да тече някакъв първоначален ток, но токът е ограничен от индуктора, поради което индукторът също започва да се зарежда постепенно. Следователно, по време на включване на веригата, кондензаторът изгражда цикъл на зареждане по цикъл и това напрежение се отразява в товара.

Транзистор изключен

Когато транзисторът е в изключено състояние, енергията, съхранявана в индуктора L1, се срива и тече обратно през диода D1, както е показано в схемата със стрелките. В тази ситуация напрежението на индуктора е в обратна полярност и така диодът е в състояние на пристрастие напред. Сега поради колабиращото магнитно поле на индуктора, токът продължава да тече през товара, докато индукторът свърши. Всичко това се случва, докато транзисторът е в изключено състояние.

След определен период, когато индукторът е почти изчерпан, напрежението на товара започва да пада отново, в тази ситуация кондензаторът С1 се превръща в основен източник на ток, кондензаторът е там, за да поддържа тока да тече, докато започне следващият цикъл отново.

Сега, като променяме честотата на превключване и времето за превключване, можем да получим всеки изход от 0 до Vin от конвертор за долар.

IC TL494

Сега, преди да създадем TL494 конвертор, нека научим как работи PWM контролерът TL494.

TL494 IC има 8 функционални блока, които са показани и описани по-долу.

1. 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! Еталонът е програмиран вътрешно с първоначална точност от ± 5% и поддържа стабилност в диапазона на входното напрежение от 7V до 40 V. За входни напрежения под 7V регулаторът се насища в рамките на 1V от входа и го проследява.

2. 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.

На честотата на осцилатора може да бъде изчислена по формулата по-долу

Fosc = 1 / (RT * CT)

За простота направих електронна таблица, чрез която можете много лесно да изчислите честотата.

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.

3. 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% със заземен вход за управление на мъртвото време.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

Характеристики на TL494 IC

• Пълна PWM схема за управление на захранването
• Неангажирани изходи за 200 mA мивка или източник на ток
• Изходният контрол избира еднократна или натискаща операция
• Вътрешната схема забранява двойния импулс на всеки изход
• Променливото мъртво време осигурява контрол върху общия обхват
• Вътрешният регулатор осигурява стабилен 5-V
• Референтна доставка с 5% толеранс
• Архитектурата на веригата позволява лесно синхронизиране

Забележка! Повечето от вътрешната схема и описание на операциите са взети от листа с данни и са модифицирани до известна степен за по-добро разбиране.

Необходими компоненти

1. TL494 IC - 1
2. TIP2955 Транзистор - 1
3. Винтова клема 5mmx2 - 2
4. 1000uF, 60V кондензатор - 1
5. 470uF, 60V кондензатор - 1
6. 50K, 1% резистор - 1
7. Резистор 560R - 1
8. 10K, 1% резистор - 4
9. 3.3K, 1% резистор - 2
10. 330R резистор - 1
11. 0.22uF кондензатор - 1
12. 5.6K, 1W резистор - 1
13. 12.1V ценеров диод - 1
14. MBR20100CT Шотки диод - 1
15. 70uH (27 x 11 x 14) mm Индуктор - 1
16. Потенциометър (10K) Trim-Pot - 1
17. 0.22R токов сензорен резистор - 2
18. Облечена дъска Generic 50x 50mm - 1
19. Генеричен радиатор на PSU - 1
20. Джъмперни проводници Generic - 15

Схематична диаграма

Схемата на веригата за високоефективен преобразувател Buck е дадена по-долу.

Конструкция на вериги

За тази демонстрация на този преобразувател на силен ток, веригата е конструирана от ръчно изработена ПХБ, с помощта на схематични и PCB файлове за проектиране; моля, имайте предвид, че ако свързвате голям товар към конвертора на изходния долар, тогава огромно количество ток ще тече през следите от печатни платки и има вероятност следите да изгорят. Така че, за да предотвратя изгарянето на следите от печатни платки, включих някои джъмпери, които помагат за увеличаване на текущия поток. Също така съм подсилил следите от печатни платки с дебел слой спойка, за да намалим устойчивостта на следи.

Индукторът е конструиран с 3 нишки успоредни емайлирани медни проводници 0,45 кв. Мм.

Изчисления

За да изчисля правилно стойностите на индуктора и кондензатора, използвах документ от Texas Instruments.

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

Тестване на този понижаващ преобразувател с високо напрежение

За тестване на веригата се използва следната настройка. Както е показано на горното изображение, входното напрежение е 41,17 V, а токът на празен ход е 0,015 A, което прави потреблението на мощност на празен ход до по-малко от 0,6 W.

Преди някой от вас да скочи и да каже какво прави купа от резистора в моята таблица за тестване.

Позволете ми да ви кажа, че резисторите се нагряват много по време на тестване на веригата с пълно натоварване, затова съм подготвил купа с вода, за да предотвратя изгарянето на работната ми маса

Инструменти, използвани за тестване на веригата

1. 12V оловно-киселинна батерия.
2. Трансформатор, който има кран 6-0-6 и кран 12-0-12
3. 5 10W 10r Съпротивление паралелно като товар
4. Мултиметър Meco 108B + TRMS
5. Мултиметър Meco 450B + TRMS
6. Осцилоскоп Hantek 6022BE

Входна мощност за конвертор с висока мощност

Както можете да видите от горното изображение, входното напрежение пада до 27.45V в състояние на натоварване и входният ток е 3.022 A, което е равно на входна мощност от 82.9539 W.

Изходяща мощност

Както можете да видите от горното изображение, изходното напрежение е 12,78V, а изходният ток - 5,614A, което е еквивалентно на потребление на мощност 71,6958 W.

Така ефективността на веригата става (71.6958 / 82.9539) x 100% = 86.42%

Загубата във веригата се дължи на резисторите за захранване на TL494 IC и

Абсолютен максимален ток в тестовата ми таблица

От горното изображение се вижда, че максималното изтегляне на ток от веригата е 6,96 А е почти

В тази ситуация основното тесно място на системата е моят трансформатор, поради което не мога да увелича тока на натоварване, но с този дизайн и с добър радиатор можете лесно да изтеглите повече от 10А ток от тази верига.

Забележка! Всеки от вас, който се чудите защо съм прикачил масивен радиатор във веригата, нека ви кажа в момента, че нямам по-малък радиатор в запаса си.

Допълнителни подобрения

Тази верига за преобразувател на TL494 е предназначена само за демонстрация, следователно в изходната част на веригата няма добавена защитна верига

1. За защита на веригата на натоварване трябва да се добави верига за защита на изхода.
2. Индукторът трябва да бъде потопен в лак, в противен случай той ще генерира звуков шум.
3. Качествената платка с правилен дизайн е задължителна
4. Превключващият транзистор може да бъде модифициран, за да увеличи тока на натоварване

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.