Високоефективна високоефективна схема перетворювача з використанням tl494

Понижуючий перетворювач (знижуючий перетворювач) є постійного струму в постійний струм комутації перетворювача, що кроки вниз напруги при збереженні постійної потужності балансу. Головною особливістю доларового перетворювача є ефективність, а це означає, що, маючи перетворювач доларів на борту, ми можемо розраховувати на збільшення терміну служби батареї, зменшення тепла, менші розміри та покращену ефективність. Раніше ми створили кілька простих схем перетворювача Бака та пояснили його основи та ефективність проектування.

Отже, у цій статті ми збираємося спроектувати, розрахувати та протестувати високоефективну схему перетворювача на основі популярної мікросхеми TL494, і нарешті, буде детальне відео, де показано робочу та випробувальну частини схеми, так ще більше, давайте почнемо.

Як працює Buck Converter?

На наведеному малюнку показано дуже базову схему перетворювача доларів. Щоб знати, як працює конвертор доларів, я розділю схему на дві умови. Перша умова, коли транзистор увімкнений, наступна умова, коли транзистор вимкнений.

Транзистор у стані

У цьому сценарії ми можемо бачити, що діод знаходиться в стані розімкнутого контуру, оскільки він знаходиться в стані зворотного зміщення. У цій ситуації через навантаження почне протікати деякий початковий струм, але струм обмежується дроселем, отже, індуктор також починає поступово заряджатися. Тому під час включення ланцюга конденсатор нарощує цикл заряду за циклом, і ця напруга відображається на всьому навантаженні.

Транзистор вимкнений

Коли транзистор знаходиться в вимкненому стані, енергія, що зберігається в індукторі L1, руйнується і тече назад через діод D1, як показано на схемі зі стрілками. У цій ситуації напруга на індукторі має зворотну полярність, тому діод перебуває у стані прямого зміщення. Тепер через руйнуючеся магнітне поле індуктора струм продовжує протікати через навантаження, поки індуктор не закінчиться. Все це відбувається, коли транзистор у вимкненому стані.

Через певний період, коли в індукторі майже не вистачає накопиченої енергії, напруга навантаження починає знову падати, в цій ситуації конденсатор С1 стає основним джерелом струму, конденсатор знаходиться там, щоб підтримувати струм, що протікає, до початку наступного циклу знову.

Тепер, змінюючи частоту перемикання та час перемикання, ми можемо отримати будь-який вихід від 0 до Vin від конвертера доларів.

IC TL494

Тепер, перш ніж створювати конвертер TL494, давайте дізнаємося, як працює ШІМ-контролер TL494.

IC TL494 має 8 функціональних блоків, які показані та описані нижче.

1. 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 в 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.

2. 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.

Частота генератора може бути обчислена за формулою нижче

Fosc = 1 / (RT * CT)

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

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

3. Порівняльний контрольний контролер

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! Внутрішнє зміщення 110 мВ забезпечує мінімальний час бездіяльності 3% із заземленим входом регулювання мертвого часу.

4. 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 одностороннього підсилювача з одним живленням, оскільки кожен вихідний сигнал активний лише високий.

5. Вхід вихід-управління

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

6. 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.

Особливості TL494 IC

• Повна схема керування живленням ШІМ
• Неприйняті виходи для 200-мА раковини або струму джерела
• Контроль вихідного сигналу вибирає односторонній або натискання
• Внутрішня схема забороняє подвійний імпульс на будь-якому виході
• Змінна мертвий час забезпечує контроль над загальним діапазоном
• Внутрішній регулятор забезпечує стабільний 5-V
• Довідкове постачання з 5% допуском
• Схема архітектури дозволяє легко синхронізувати

Примітка! Більша частина внутрішньої схеми та опису операцій взята з таблиці та певною мірою модифікована для кращого розуміння.

Потрібні компоненти

1. TL494 IC - 1
2. TIP2955 Транзистор - 1
3. Гвинтова клема 5ммx2 - 2
4. Конденсатор 1000 мкФ, 60 В - 1
5. 470 мкФ, конденсатор 60 В - 1
6. 50K, 1% резистор - 1
7. Резистор 560R - 1
8. 10K, 1% резистор - 4
9. 3,3 К, 1% резистор - 2
10. Резистор 330R - 1
11. Конденсатор 0,22 мкФ - 1
12. Резистор 5,6 К, 1 Вт - 1
13. Стабілітрон 12,1 В - 1
14. Діод Шотткі MBR20100CT - 1
15. 70uH (27 x 11 x 14) мм Індуктор - 1
16. Потенціометр (10K) Trim-Pot - 1
17. Сенсорний резистор 0,22R - 2
18. Платна дошка Generic 50x 50мм - 1
19. Джерело радіатора блоку живлення - 1
20. Джемперні дроти загальні - 15

Принципова схема

Схема схеми для високоефективного перетворювача Бака наведена нижче.

Конструкція ланцюга

Для демонстрації цього перетворювача великої сили 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 вихідного конвертера, тоді через сліди друкованої плати буде протікати величезна кількість струму, і є ймовірність, що сліди згорять. Отже, щоб запобігти вигорянню слідів друкованої плати, я включив кілька перемичок, які допомагають збільшити струм потоку. Крім того, я зміцнив сліди друкованої плати товстим шаром припою, щоб зменшити стійкість до слідів.

Індуктор побудований з 3-х ниток паралельного емальованого мідного дроту 0,45 кв. Мм.

Розрахунки

Щоб правильно розрахувати значення індуктивності та конденсатора, я використав документ із Texas Instruments.

Після цього я зробив таблицю google, щоб полегшити обчислення

Тестування цього перетворювача понижуючого напруги високої напруги

Для перевірки схеми використовується наступна настройка. Як показано на наведеному вище зображенні, вхідна напруга становить 41,17 В, а струм холостого ходу - 0,015 А, що робить споживання потужності без навантаження менше 0,6 Вт.

Перш ніж хтось із вас стрибне і скаже, що робить чаша резистора в моєму тестовому столі.

Дозвольте сказати, резистори дуже сильно нагріваються під час тестування схеми з повним навантаженням, тому я підготував миску з водою, щоб запобігти згорянню мого робочого столу

Інструменти, що використовуються для перевірки схеми

1. 12В свинцево-кислотна батарея.
2. Трансформатор, який має кран 6-0-6 і кран 12-0-12
3. 5 10W 10r Опір паралельно як навантаження
4. Мультиметр Meco 108B + TRMS
5. Мультиметр Meco 450B + TRMS
6. Осцилограф Hantek 6022BE

Вхідна потужність для перетворювача високої потужності

Як видно з наведеного зображення, вхідна напруга падає до 27,45 В у стані навантаження, а вхідний струм становить 3,022 А, що дорівнює вхідній потужності 82,9539 Вт.

Вихідна потужність

Як видно з наведеного вище зображення, вихідна напруга становить 12,78 В, а вихідний струм - 5,614 А, що еквівалентно витраті потужності 71,6958 Вт.

Отже, ефективність схеми стає (71,6958 / 82,9539) х 100% = 86,42%

Втрати в ланцюзі пов'язані з резисторами для живлення мікросхеми TL494 і

Абсолютний максимальний струм в моїй таблиці тестування

З наведеного вище зображення видно, що максимальний струм струму від схеми становить 6,96 А це майже

У цій ситуації головним вузьким місцем системи є мій трансформатор, тому я не можу збільшити струм навантаження, але завдяки такій конструкції та хорошому радіатору ви можете легко взяти більше 10 А струму з цієї схеми.

Примітка! Будь-хто з вас, хто задається питанням, чому я приєднав до контуру масивний радіатор, дозвольте мені сказати вам, що на даний момент у мене немає жодного меншого радіатора в запасі.

Подальші вдосконалення

Цей ланцюг перетворювача TL494 призначений лише для демонстрації, отже, у вихідній секції схеми не додано схему захисту

1. Для захисту ланцюга навантаження необхідно додати схему захисту на виході.
2. Індуктор потрібно занурити в лак, інакше він створить чутний шум.
3. Якісна друкована плата з належним дизайном є обов’язковою
4. Комутаційний транзистор можна модифікувати для збільшення струму навантаження

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.