- Razumevanje načela delovanja pretvornika Boost
- Razumevanje delovanja TL494
- Komponente, potrebne za izdelavo vezja pretvornika za povečanje TL494
- Pretvornik povečanja na osnovi TL494 - shematski diagram
- TL494 Vezje pretvornika ojačevalnika - deluje
- Zasnova PCB-ja za vezje pretvornika za povečanje TL494
- TL494 Izračun in konstrukcija zasnove pretvornika povišanja
- Testiranje tega visokonapetostnega pretvornika za povečanje napetosti
- Nadaljnje izboljšave
Med delom z elektroniko se pogosto znajdemo v situacijah, ko je potrebno povečati izhodno napetost, medtem ko vhodna napetost ostane nizka, to je vrsta primerov, ko se lahko zanesemo na vezje, ki je splošno znano kot pretvornik povečanja (pretvornik). Povečalni pretvornik je stikalni pretvornik DC-DC, ki povečuje napetost, hkrati pa ohranja konstantno ravnovesje moči. Glavna značilnost povečevalnega pretvornika je učinkovitost, kar pomeni, da lahko pričakujemo dolgo življenjsko dobo baterije in manjše težave s toploto. Pred tem smo izdelali preprosto vezje pretvornika in razložili njegovo osnovno konstrukcijsko učinkovitost.
Torej, v tem članku bomo zasnovali pretvornik TL494 Boost ter izračunali in preizkusili vezje pretvornika za povečanje učinkovitosti, ki temelji na priljubljenem TL494 IC, ki ima minimalno napajalno napetost 7V in največ 40V in kot stikalo uporabljamo IRFP250 MOSFET, to vezje lahko teoretično obdela največji tok 19Amp (omejeno s kapaciteto induktorja). Na koncu bo podroben videoposnetek, ki prikazuje delujoči in preskusni del vezja, zato začnimo brez nadaljnjega.
Razumevanje načela delovanja pretvornika Boost
Na zgornji sliki je prikazana osnovna shema vezja pretvornika povečanja. Za analizo principa delovanja tega vezja ga bomo razdelili na dva dela, prvi pogoj pojasnjuje, kaj se zgodi, ko je MOSFET vklopljen, drugi pogoj pa, kaj se zgodi, ko je MOSFET izklopljen.
Kaj se zgodi, ko je MOSFET vklopljen:
Zgornja slika prikazuje stanje vezja, ko je MOSFET vklopljen. Kot lahko prepoznate, smo stanje ON prikazali s črtkano črto, saj MOSFET ostane vklopljen, induktor začne polniti, tok skozi induktor se še povečuje, ki se shrani v obliki magnetnega polja.
Kaj se zgodi, ko je MOSFET izklopljen:
Kot lahko že veste, se tok skozi induktor ne more spremeniti takoj! To je zato, ker je shranjeno v obliki magnetnega polja. Zato se v trenutku, ko se MOSFET izklopi, magnetno polje začne propadati in tok teče v smeri, ki je nasprotna polnilnemu toku. Kot lahko vidite na zgornjem diagramu, se začne kondenzator polniti.
Z nenehnim vklopom in izklopom stikala (MOSFET) smo ustvarili izhodno napetost, ki je večja od vhodne napetosti. Zdaj lahko nadzorujemo izhodno napetost tako, da nadzorujemo čas vklopa in izklopa stikala, in to počnemo v glavnem vezju.
Razumevanje delovanja TL494
Zdaj, preden gremo in zgradimo vezje na podlagi krmilnika PWM TL494, se naučimo, kako deluje krmilnik PWM TL494. IC TL494 ima 8 funkcionalnih blokov, ki so prikazani in opisani spodaj.
5-V referenčni regulator:
Izhod 5V notranjega referenčnega regulatorja je zatič REF, ki je pin-14 IC. Referenčni regulator je na voljo za zagotavljanje stabilne oskrbe z notranjimi vezji, kot so natikači za krmiljenje impulzov, oscilator, primerjalnik za nadzor mrtvih časov in primerjalnik PWM. Regulator se uporablja tudi za pogon ojačevalnikov napak, ki so odgovorni za nadzor izhoda.
Opomba: Referenca je interno programirana na začetno natančnost ± 5% in ohranja stabilnost v območju vhodne napetosti od 7V do 40 V. Za vhodne napetosti manj kot 7 V regulator nasiči znotraj 1 V vhoda in mu sledi.
Oscilator:
Oscilator generira in zagotavlja žagast val krmilniku mrtvih časov in primerjalnikom PWM za različne krmilne signale.
Frekvenca oscilatorja je mogoče nastaviti z izbiro komponent časovne sta T in C T.
Frekvenco oscilatorja lahko izračunamo s spodnjo formulo -
Fosc = 1 / (RT * CT)
Za poenostavitev sem naredil preglednico, s pomočjo katere lahko zelo enostavno izračunate frekvenco. Kar najdete na spodnji povezavi.
Opomba: Frekvenca oscilatorja je enaka izhodni frekvenci samo za aplikacije z enim koncem. Za potisne aplikacije je izhodna frekvenca polovica frekvence oscilatorja.
Primerjalnik za nadzor mrtvih časov:
Mrtvi čas ali preprosto rečeno nadzor nad časom zagotavlja minimalni čas mrtvega časa ali odsotnosti. Izhod primerjalnika mrtvih časov blokira preklopne tranzistorje, kadar je napetost na vhodu večja od napetosti rampe oscilatorja. Uporaba napetosti na zatiču DTC lahko povzroči dodatni mrtvi čas, s čimer se zagotovi dodatni mrtvi čas od najmanj 3% do 100%, saj se vhodna napetost spreminja od 0 do 3V. Preprosto povedano, lahko spremenimo delovni cikel izhodnega vala, ne da bi prilagodili ojačevalnike napak.
Opomba: Notranji odmik 110 mV zagotavlja najmanj 3% mrtvega časa z ozemljitvijo krmilnega vhoda mrtvega časa.
Ojačevalniki napak:
Oba ojačevalnika z visokimi ojačitvami dobita pristranskost z napajalne tirnice VI. To omogoča območje vhoda skupnega načina v območju od –0,3 V do 2 V manj kot VI. Oba ojačevalnika sta značilna za enosmerni ojačevalnik z enim koncem, saj je vsak izhod aktiven samo visoko.
Izhodno-krmilni vhod:
Vhod za nadzor izhoda določa, ali izhodni tranzistorji delujejo vzporedno ali vlečno. S priključitvijo izhodnega krmilnega zatiča, ki je pin-13, na tla nastavi izhodne tranzistorje v vzporedni način delovanja. Toda s priključitvijo tega zatiča na zatič 5V-REF izhodne tranzistorje nastavi v potisni način.
Izhodni tranzistorji:
IC ima dva notranja izhodna tranzistorja, ki sta v konfiguraciji z odprtim kolektorjem in odprtim oddajnikom, s pomočjo katerih lahko napaja ali uvaja največji tok do 200 mA.
Opomba: Tranzistorji imajo nasičeno napetost manj kot 1,3 V v konfiguraciji skupnega oddajnika in manj kot 2,5 V v konfiguraciji emiter-sledilnik.
Komponente, potrebne za izdelavo vezja pretvornika za povečanje TL494
Tabela, ki vsebuje vse spodaj prikazane dele. Pred tem smo dodali sliko, ki prikazuje vse komponente, uporabljene v tem vezju. Ker je to vezje preprosto, lahko v lokalni trgovini s hobiji najdete vse potrebne dele.
Seznam delov:
- TL494 IC - 1
- MOSFET IRFP250 - 1
- Vijačni priključek 5X2 mm - 2
- 1000uF, 35V kondenzator - 1
- 1000uF, 63V kondenzator - 1
- 50K, 1% upor - 1
- Upor 560R - 1
- 10K, 1% upor - 4
- 3,3 K, 1% upor - 1
- 330R upor - 1
- Kondenzator 0,1uF - 1
- MBR20100CT Schottky dioda - 1
- 150uH (27 x 11 x 14) mm Induktor - 1
- Potenciometer (10K) Trim Pot - 1
- 0.22R trenutni zaznavni upor - 2
- Obložena plošča Generic 50x 50mm - 1
- Generator hladilnika PSU - 1
- Jumper žice Generic - 15
Pretvornik povečanja na osnovi TL494 - shematski diagram
Shema vezja za pretvornik povečanja učinkovitosti je navedena spodaj.
TL494 Vezje pretvornika ojačevalnika - deluje
To vezje pretvornika za povečanje TL494 je sestavljeno iz komponent, ki jih je zelo enostavno dobiti, v tem poglavju pa bomo pregledali vse večje bloke vezja in razložili vsak blok.
Vhodni kondenzator:
Vhodni kondenzator je namenjen zadovoljevanju visokih trenutnih potreb, ki so potrebne, ko se stikalo MOSFET zapre in induktor začne polniti.
Povratne informacije in krmilna zanka:
Upori R2 in R8 nastavita krmilno napetost za povratno zanko, nastavljena napetost je priključena na pin 2 TL494 IC, povratna napetost pa na pin enega od IC, označenega z VOLTAGE_FEEDBACK . Upori R10 in R15 nastavljajo tokovno omejitev v tokokrogu.
Upori R7 in R1 tvorita krmilno zanko, s pomočjo te povratne informacije se izhodni signal PWM linearno spreminja, brez teh povratnih uporov bo primerjalnik deloval kot generično primerjalno vezje, ki bo vezje vklopilo / izklopilo le pri nastavljeni napetosti.
Izbira frekvence preklopa:
Z nastavitvijo ustreznih vrednosti na nožici 5 in 6 lahko nastavimo preklopno frekvenco te IC, za ta projekt smo uporabili vrednost kondenzatorja 1nF in vrednost upora 10K, kar nam daje približno frekvenco 100KHz, z uporabo formula FOSC = 1 / (RT * CT) , lahko izračunamo frekvenco oscilatorja. Razen tega smo že prej v članku podrobno obravnavali druge oddelke.
Zasnova PCB-ja za vezje pretvornika za povečanje TL494
PCB za naše vezje za nadzor faznega kota je zasnovan v enostranski plošči. Eagle sem uporabil za oblikovanje PCB-ja, vendar lahko uporabite katero koli programsko opremo za oblikovanje po vaši izbiri. 2D-slika moje zasnove plošče je prikazana spodaj.
Kot lahko vidite na spodnji strani plošče, sem uporabil debelo ozemljitveno ploščo, da sem zagotovil dovolj toka skozi to. Vhodna moč je na levi strani plošče, izhod pa na desni strani plošče. Celotno oblikovalsko datoteko skupaj s shemami pretvornika TL494 Boost lahko prenesete s spodnje povezave.
- Prenesite datoteko GERBER za oblikovanje tiskanih vezij za vezje pretvornika za povečanje TL494
Ročno izdelani PCB:
Za udobje sem izdelal svojo ročno izdelano različico tiskanega vezja, ki je prikazana spodaj. Med izdelavo tega tiskanega vezja sem naredil nekaj napak, zato sem moral popraviti nekaj žic za premostitev.
Moja plošča izgleda takole po končani gradnji.
TL494 Izračun in konstrukcija zasnove pretvornika povišanja
Za predstavitev tega pretvornika za povečanje moči je vezje izdelano iz ročno izdelane PCB s pomočjo shematskih datotek in datotek za načrtovanje PCB; Prosimo, upoštevajte, da če na izhod tega pretvornika povečevalnega tokokroga priključite veliko obremenitev, bo skozi sledove PCB stekla velika količina toka in obstaja verjetnost, da bodo sledi izgorele. Da bi preprečili izgorevanje sledi PCB, smo čim bolj povečali debelino sledi. Prav tako smo ojačali sledi PCB z debelo plastjo spajke, da zmanjšamo odpornost na sled.
Za pravilen izračun vrednosti induktorja in kondenzatorja sem uporabil dokument iz teksaških instrumentov.
Po tem sem naredil google preglednico za lažje izračunavanje.
Testiranje tega visokonapetostnega pretvornika za povečanje napetosti
Za preizkus vezja se uporabi naslednja nastavitev. Kot lahko vidite, smo za vhod uporabili napajalnik PC ATX, zato je vhod 12V. Na izhod vezja smo pritrdili voltmeter in ampermeter, ki prikazuje izhodno napetost in izhodni tok. Iz katerega lahko enostavno izračunamo izhodno moč tega vezja. Na koncu smo uporabili osem 4.7R 10W močnostnih uporov zaporedno kot obremenitev za testiranje trenutne porabe.
Orodja za testiranje vezja:
- 12V PC ATX napajalnik
- Transformator s pipo 6-0-6 in 12-0-12 pipo
- Osem, 10W 4.7R uporov v seriji - delujejo kot obremenitev
- Meco 108B + TRMS multimeter
- Meco 450B + TRMS multimeter
- Izvijač
Poraba izhodne moči vezja pretvornika za povečanje moči:
Kot lahko vidite na zgornji sliki, je izhodna napetost 44,53V, izhodni tok pa 2,839A, tako da skupna izhodna moč postane 126,42W, tako da lahko vidite, da to vezje zlahka prenaša moč več kot 100W.
Nadaljnje izboljšave
To vezje pretvornika povečanja TL494 je samo za predstavitvene namene, zato v vhodnem ali izhodnem delu vezja ni dodano zaščitno vezje. Torej, za izboljšanje zaščitne funkcije lahko dodate tudi, ker uporabljam IRFP250 MOSFET, lahko izhodno moč še izboljšamo, omejevalni faktor v našem vezju je induktor. Večje jedro induktorja bo povečalo njegovo izhodno zmogljivost.
Upam, da vam je bil ta članek všeč in ste se iz njega naučili kaj novega. Če dvomite, lahko vprašate v spodnjih komentarjih ali pa uporabite naše forume za podrobno razpravo.