Розробка високоефективного підсилювального перетворювача з використанням tl494

Працюючи з електронікою, ми часто опиняємося в ситуаціях, коли стає необхідним посилити вихідну напругу, поки вхідна напруга залишається низькою, це тип ситуації, коли ми можемо покластися на схему, яка зазвичай називається підсилювальним перетворювачем (підвищувальний перетворювач). Підсилювальний перетворювач - це перетворювач постійного струму постійного струму, який збільшує напругу, підтримуючи постійний баланс потужності. Головною особливістю підсилювального перетворювача є ефективність, що означає, що ми можемо розраховувати на тривалий час автономної роботи та зменшення проблем із нагріванням. Раніше ми створили просту схему підсилювального перетворювача та пояснили її основну ефективність конструкції.

Отже, у цій статті ми збираємося розробити перетворювач TL494 Boost, розрахувати і протестувати схему високоефективного підсилювача, засновану на популярній мікросхемі TL494, яка має мінімальну напругу живлення 7 В і максимум 40 В, ми використовуємо IRFP250 MOSFET як перемикач, ця схема може обробляти максимальний струм 19 А, теоретично (обмежений потужністю індуктора). Нарешті, буде детальне відео, що демонструє робочу та випробувальну частини схеми, тож без зайвих сумнівів давайте почнемо.

Розуміння принципу роботи Boost Converter

На наведеному малюнку показано основну схему схеми підсилювального перетворювача. Для аналізу принципу роботи цієї схеми ми поділимо її на дві частини, перша умова пояснює, що відбувається, коли MOSFET увімкнено, друга умова пояснює, що відбувається, коли MOSFET вимкнено.

Що відбувається, коли MOSFET увімкнено:

Наведене зображення показує стан ланцюга, коли увімкнено MOSFET. Як ви можете зрозуміти, ми показали стан увімкнення за допомогою штрихової лінії, оскільки MOSFET залишається включеним, індуктор починає заряджатися, струм через індуктор продовжує зростати, який зберігається у вигляді магнітного поля.

Що відбувається, коли MOSFET вимкнено:

Тепер, як ви вже знаєте, струм через індуктор не може миттєво змінюватися! Це тому, що він зберігається у формі магнітного поля. Тому в той момент, коли MOSFET вимикається, магнітне поле починає руйнуватися, і струм тече у напрямку, протилежному струму зарядки. Як ви можете бачити на наведеній вище схемі, це починає зарядку конденсатора.

Тепер, постійно вмикаючи та вимикаючи перемикач (MOSFET), ми створили вихідну напругу, що перевищує вхідну напругу. Тепер ми можемо контролювати вихідну напругу, контролюючи час увімкнення та вимкнення вимикача, і це те, що ми робимо в головній схемі.

Зрозумійте роботу TL494

Тепер, перш ніж йти і будувати схему на основі ШІМ-контролера TL494, давайте дізнаємося, як працює ШІМ-контролер TL494. IC TL494 має 8 функціональних блоків, які показані та описані нижче.

5-V еталонний регулятор:

Виходом внутрішнього опорного регулятора 5 В є вивід REF, який є контактом 14 ІС. Референтний регулятор існує, щоб забезпечити стабільне живлення для внутрішніх схем, таких як триггер імпульсного керування, генератор, компаратор управління мертвим часом та компаратор ШІМ. Регулятор також використовується для керування підсилювачами помилок, які відповідають за керування виходом.

Примітка: Посилання запрограмовано внутрішньо з початковою точністю ± 5% і підтримує стабільність у діапазоні вхідної напруги від 7 В до 40 В. Для вхідних напруг менше 7 В регулятор насичується в межах 1 В від входу і відстежує його.

Осцилятор:

Генератор генерує і подає пилкоподібну хвилю на контролер мертвого часу та ШІМ-компаратори для різних сигналів управління.

Частота генератора може бути встановлена шляхом вибору тимчасових компонентів R T і С Т.

Частоту генератора можна розрахувати за формулою нижче -

Fosc = 1 / (RT * CT)

Для простоти я створив електронну таблицю, за допомогою якої ви можете дуже легко розрахувати частоту. Які ви можете знайти за посиланням нижче.

Примітка: Частота генератора дорівнює вихідній частоті лише для однозакінчених програм. Для двотактних додатків вихідна частота становить половину частоти генератора.

Порівняльний апарат керування мертвим часом:

Мертвий час або, просто кажучи, контроль поза часом забезпечує мінімальний мертвий час або час відключення. Вихід компаратора мертвого часу блокує комутаційні транзистори, коли напруга на вході перевищує напругу напруги генератора. Подаючи напругу на штифт DTC, можна накласти додатковий мертвий час, забезпечуючи тим самим додатковий мертвий час від мінімум 3% до 100%, оскільки вхідна напруга змінюється від 0 до 3В Простіше кажучи, ми можемо змінити робочий цикл вихідної хвилі, не змінюючи підсилювачів помилок.

Примітка: Внутрішній зсув 110 мВ забезпечує мінімальний час затухання 3% із заземленим входом керування мертвим часом.

Підсилювачі помилок:

Обидва підсилювача з помилками з високим коефіцієнтом посилення отримують зміщення від VI-лінії живлення. Це дозволяє загальнорежимний діапазон вхідної напруги від –0,3 В до 2 В менше, ніж VI. Обидва підсилювача поводяться характерно для однобічного підсилювача з одним живленням, оскільки кожен вихід є активним лише високим.

Вхід управління-вихід:

Вхід управління вихідним сигналом визначає, чи працюють вихідні транзистори в паралельному або двотактному режимі. Підключивши вихідний керуючий штифт, який є контактом 13, до землі, встановлює вихідні транзистори в паралельний режим роботи. Але, підключивши цей штифт до штифта 5V-REF, вихідні транзистори встановлюються в режим push-pull.

Вихідні транзистори:

ІС має два внутрішні вихідні транзистори, які перебувають у конфігураціях з відкритим колектором та з відкритим випромінювачем, за допомогою яких він може подавати або опускати максимальний струм до 200 мА.

Примітка: Транзистори мають напругу насичення менше 1,3 В у конфігурації загального випромінювача та менше 2,5 В у конфігурації випромінювача-послідовника.

Компоненти, необхідні для побудови схеми підсилювального перетворювача на основі TL494

Таблиця, що містить усі частини, показані нижче. До цього ми додали зображення, яке показує всі компоненти, що використовуються в цій схемі. Оскільки ця схема проста, ви можете знайти всі необхідні деталі у своєму місцевому магазині хобі.

Список деталей:

1. TL494 IC - 1
2. МОП-транзистор IRFP250 - 1
3. Гвинтова клема 5X2 мм - 2
4. Конденсатор 1000 мкФ, 35 В - 1
5. Конденсатор 1000 мкФ, 63 В - 1
6. 50K, 1% резистор - 1
7. Резистор 560R - 1
8. 10K, 1% резистор - 4
9. 3,3 К, 1% резистор - 1
10. Резистор 330R - 1
11. Конденсатор 0,1 мкФ - 1
12. Діод Шотткі MBR20100CT - 1
13. 150uH (27 x 11 x 14) мм Індуктор - 1
14. Потенціометр (10K) Обрізання горщика - 1
15. Сенсорний резистор 0,22R - 2
16. Платна дошка Generic 50x 50мм - 1
17. Джерело радіатора блоку живлення - 1
18. Джемперні дроти загальні - 15

Перетворювач підсилення на основі TL494 - принципова схема

Принципова схема для високоефективного підсилювального перетворювача наведена нижче.

Схема підсилювального перетворювача TL494 - працює

Ця схема TL494 Boost Converter складається з компонентів, які дуже легко отримати, і в цьому розділі ми розглянемо кожен основний блок схеми та пояснимо кожен блок.

Вхідний конденсатор:

Вхідний конденсатор служить для задоволення високих потреб струму, необхідних, коли перемикач MOSFET закривається і індуктор починає заряджатися.

Зворотній зв'язок та цикл управління:

Резистори R2 і R8 встановлюють керуючу напругу для контуру зворотного зв'язку, задана напруга підключається до виводу 2 мікросхеми TL494, а напруга зворотного зв'язку підключається до виводу однієї з мікросхем, позначених як VOLTAGE_FEEDBACK . Резистори R10 і R15 встановлюють обмеження струму в ланцюзі.

Резистори R7 і R1 утворюють контур управління, за допомогою цього зворотного зв'язку вихідний ШІМ-сигнал змінюється лінійно, без цих резисторів зворотного зв'язку компаратор буде діяти як загальна схема компаратора, яка вмикає / вимикає схему лише при заданій напрузі.

Вибір частоти перемикання:

Встановивши відповідні значення для виводів 5 і 6, ми можемо встановити частоту перемикання цієї мікросхеми, для цього проекту ми використали значення конденсатора 1 нФ і значення резистора 10 К, що дає нам приблизно частоту 100 кГц, використовуючи за формулою Fosc = 1 / (RT * CT) , ми можемо розрахувати частоту генератора. Окрім цього, ми детально висвітлювали інші розділи раніше в статті.

Дизайн друкованої плати для схеми підсилювального перетворювача на основі TL494

Друкована плата для нашої схеми контролю фазового кута виконана в односторонній платі. Я використовував Eagle для проектування моєї друкованої плати, але ви можете використовувати будь-яке програмне забезпечення для дизайну на ваш вибір. Двовимірне зображення мого дизайну дошки показано нижче.

Як ви можете бачити на нижній стороні дошки, я використовував товсту заземлювальну площину, щоб забезпечити протікання через неї достатнього струму. Вхідна потужність знаходиться на лівій стороні плати, а вихідна - на правій стороні плати. Повний проектний файл разом зі схемами перетворювача TL494 Boost можна завантажити за посиланням нижче.

• Завантажте файл GERBER Design PCB для схеми Boost Converter на основі TL494

Друкована плата ручної роботи:

Для зручності я зробив власну версію друкованої плати, і це показано нижче. Я зробив кілька помилок, роблячи цю друковану плату, тому мені довелося старіші перемички, щоб це виправити.

Моя дошка виглядає так після завершення збірки.

TL494 Розрахунок конструкції Boost Converter і побудова

Для демонстрації цього перетворювача посилення струму схема побудована на друкованій платі ручної роботи за допомогою файлів схеми та конструкції друкованої плати; Зверніть увагу, що якщо ви підключаєте велике навантаження до виходу цієї схеми підсилювального перетворювача, через сліди друкованої плати буде протікати величезна кількість струму, і існує ймовірність, що сліди вигорять. Отже, щоб запобігти вигорянню слідів друкованої плати, ми максимально збільшили товщину слідів. Крім того, ми посилили сліди друкованої плати товстим шаром припою, щоб знизити стійкість до слідів.

Щоб правильно розрахувати значення індуктивності та конденсатора, я використав документ із приладів Техасу.

Після цього я зробив таблицю google, щоб полегшити обчислення.

Тестування цієї схеми підсилювача високої напруги

Для перевірки схеми використовується наступна настройка. Як бачите, ми використовували джерело живлення ATX для ПК як вхід, тому вхід 12 В. Ми підключили вольтметр та амперметр до виходу схеми, який показує вихідну напругу та вихідний струм. Звідки ми можемо легко розрахувати вихідну потужність для цієї схеми. Нарешті, ми використали вісім силових резисторів потужністю 4,7R потужністю 10 Вт як навантаження для перевірки поточного споживання.

Інструменти, що використовуються для перевірки схеми:

1. Блок живлення ATX на 12 В
2. Трансформатор, який має кран 6-0-6 і кран 12-0-12
3. Вісім серійних резисторів 4.7R потужністю 10 Вт - діють як навантаження
4. Мультиметр Meco 108B + TRMS
5. Мультиметр Meco 450B + TRMS
6. Викрутка

Споживана вихідна потужність схеми перетворювача підвищеної потужності:

Як видно на зображенні вище, вихідна напруга 44.53V і вихідний струм 2.839A, таким чином, загальна вихідна потужність стає 126.42W, так як ви можете побачити, що ця схема може легко обробляти потужність більше, ніж 100watts.

Подальші вдосконалення

Ця схема підсилювального перетворювача TL494 призначена лише для демонстраційних цілей, отже, у вхідній або вихідній секції схеми не додано схеми захисту. Отже, для посилення функції захисту ви можете також додати, також, як я використовую МОП-транзистор IRFP250, вихідна потужність може бути додатково посилена, обмежуючим фактором у нашій схемі є індуктор. Більший сердечник для індуктора збільшить його вихідну потужність.

Сподіваюся, вам сподобалась ця стаття і ви дізналися з неї щось нове. Якщо у вас є якісь сумніви, ви можете запитати в коментарях нижче або скористатися нашими форумами для детального обговорення.