- Kako deluje Buck Converter?
- IC TL494
- Potrebne komponente
- Shematski diagram
- Konstrukcija vezja
- Izračuni
- Testiranje tega visokonapetostnega step-down pretvornika
- Vhodna moč za visokonapetostni pretvornik
- Izhodna moč
- Nadaljnje izboljšave
Buck pretvornik (step-down pretvornik) je DC-to-DC stikalni pretvornik, ki se poslavlja napetosti, medtem ko ohranja ravnotežje med konstantno moč. Glavna značilnost buck pretvornika je učinkovitost, kar pomeni, da s pretvornikom buck na krovu lahko pričakujemo podaljšano življenjsko dobo baterije, zmanjšano toploto, manjšo velikost in izboljšano učinkovitost. Pred tem smo izdelali nekaj preprostih vezij Buck pretvornika in razložili njegove osnove in učinkovitost oblikovanja.
Torej, v tem članku bomo načrtovali, izračunali in preizkusili vezje pretvornika z visokim izkoristkom, ki temelji na priljubljeni TL494 IC, in končno bo na voljo podroben video, ki prikazuje delovni in preskusni del vezja, torej brez nadalje, začnimo.
Kako deluje Buck Converter?
Zgornja slika prikazuje zelo osnovno vezje pretvornika dolarjev. Če želite vedeti, kako deluje pretvornik dolarjev, bom vezje razdelil na dva pogoja. Prvi pogoj, ko je tranzistor vklopljen, naslednji pogoj, ko je tranzistor izklopljen.
Tranzistor v stanju
V tem primeru lahko vidimo, da je dioda v stanju odprtega tokokroga, ker je v obratno pristranskem stanju. V tem primeru bo skozi obremenitev začel teči nekaj začetnega toka, toda induktor omejuje tok, zato se tudi induktor začne polniti postopoma. Zato med vklopom tokokroga kondenzator gradi cikel polnjenja po ciklu in ta napetost se odraža v celotni obremenitvi.
Tranzistor v stanju izključenosti
Ko je tranzistor v izklopljenem stanju, se energija, shranjena v induktorju L1, sesede in teče nazaj skozi diodo D1, kot je prikazano v vezju s puščicami. V tem primeru je napetost na induktorju v obratni polarnosti, zato je dioda v stanju prednaklona. Zdaj zaradi propadajočega magnetnega polja induktorja tok še naprej teče skozi obremenitev, dokler se induktor ne izprazni. Vse to se zgodi, ko je tranzistor v izklopljenem stanju.
Po določenem obdobju, ko induktorju skoraj ni več shranjene energije, začne napetost obremenitve spet padati, v tem primeru kondenzator C1 postane glavni vir toka, kondenzator je tam, da tok teče do začetka naslednjega cikla ponovno.
Zdaj lahko s spreminjanjem frekvence preklapljanja in preklopnega časa dobimo poljuben izhod od 0 do Vin iz pretvornika dolarjev.
IC TL494
Zdaj, preden se lotimo izdelave pretvornika dolarjev TL494, se naučimo, kako deluje krmilnik PWM TL494.
IC TL494 ima 8 funkcionalnih blokov, ki so prikazani in opisani spodaj.
1. 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 7V regulator nasiči znotraj 1V vhoda in mu sledi.
2. 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.
Frekvenca oscilatorja se lahko izračuna po formuli spodaj
Fosc = 1 / (RT * CT)
Za poenostavitev sem naredil preglednico, s pomočjo katere lahko zelo enostavno izračunate frekvenco.
Opomba! Frekvenca oscilatorja je enaka izhodni frekvenci samo za aplikacije z enim koncem. Za potisne aplikacije je izhodna frekvenca polovica frekvence oscilatorja.
3. 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.
4. 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.
5. 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 ozemljitev nastavi izhodne tranzistorje v vzporednem načinu delovanja. Toda s priključitvijo tega zatiča na zatič 5V-REF izhodne tranzistorje nastavi v potisni način.
6. 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 oddajnik-sledilnik.
Značilnosti TL494 IC
- Popolno vezje za nadzor moči PWM
- Neomejeni izhodi za 200 mA umivalnika ali toka vira
- Izhodni nadzor izbere enojno ali potisno delovanje
- Notranje vezje prepoveduje dvojni impulz na katerem koli izhodu
- Spremenljiv mrtvi čas zagotavlja nadzor nad celotnim dometom
- Notranji regulator zagotavlja stabilno napetost 5 V
- Referenčna dobava s 5% toleranco
- Arhitektura vezja omogoča enostavno sinhronizacijo
Opomba! Večina notranjega shematskega in operacijskega opisa je vzeta iz podatkovnega lista in je do neke mere spremenjena za boljše razumevanje.
Potrebne komponente
- TL494 IC - 1
- TIP2955 Tranzistor - 1
- Vijačni priključek 5mmx2 - 2
- 1000uF, 60V kondenzator - 1
- 470uF, 60V kondenzator - 1
- 50K, 1% upor - 1
- Upor 560R - 1
- 10K, 1% upor - 4
- 3,3 K, 1% upor - 2
- 330R upor - 1
- Kondenzator 0,22uF - 1
- 5.6K, 1W upor - 1
- 12,1V Zener dioda - 1
- MBR20100CT Schottky dioda - 1
- Induktor 70uH (27 x 11 x 14) mm - 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
Shematski diagram
Shema vezja za visoko učinkoviti pretvornik Buck je podana spodaj.
Konstrukcija vezja
Za predstavitev tega pretvornika močnega toka je vezje izdelano iz ročno izdelane PCB s pomočjo shematskih in oblikovalskih datotek PCB; upoštevajte, da če na pretvornik izhodne napetosti priključujete veliko obremenitev, bo skozi sledi PCB stekla velika količina toka in obstaja verjetnost, da bodo sledi izgorele. Da bi preprečili izgorevanje sledi PCB, sem vključil nekaj mostičkov, ki pomagajo povečati trenutni pretok. Prav tako sem sledove PCB ojačal z debelo plastjo spajke, da bi zmanjšal odpornost na sled.
Induktor je izdelan iz 3 pramenov vzporednih 0,45 kvadratnih mm emajlirane bakrene žice.
Izračuni
Za pravilen izračun vrednosti induktorja in kondenzatorja sem uporabil dokument iz texas instrumentov.
Po tem sem naredil google preglednico za lažje izračunavanje
Testiranje tega visokonapetostnega step-down pretvornika
Za preizkus vezja se uporabi naslednja nastavitev. Kot je prikazano na zgornji sliki, je vhodna napetost 41,17 V, tok prostega teka pa 0,015 A, zaradi česar je moč prostega teka manjša od 0,6 W.
Preden kdo skoči in v moji preskusni mizi pove, kaj počne posoda z uporom.
Naj vam povem, da se upori med preizkušanjem vezja s polno obremenitvijo zelo segrejejo, zato sem pripravil skledo z vodo, da preprečim, da bi mi delovna miza zagorela
Orodja za testiranje vezja
- 12V svinčeno-kislinska baterija.
- Transformator s pipo 6-0-6 in 12-0-12 pipo
- 5 10W 10r Vzporedna odpornost kot obremenitev
- Meco 108B + TRMS multimeter
- Meco 450B + TRMS multimeter
- Hantek 6022BE osciloskop
Vhodna moč za visokonapetostni pretvornik
Kot lahko vidite iz zgornje slike, vhodna napetost v stanju obremenitve pade na 27,45V in vhodni tok znaša 3,022 A, kar je enako vhodni moči 82,9539 W.
Izhodna moč
Kot lahko vidite iz zgornje slike, je izhodna napetost 12,78V in izhodni tok 5,614A, kar ustreza porabi moči 71,6958 W.
Torej izkoristek vezja postane (71,6958 / 82,9539) x 100% = 86,42%
Izguba v vezju je posledica uporov za napajanje TL494 IC in
Absolutni maksimalni tok v moji preskusni tabeli
Iz zgornje slike je razvidno, da je največji tok toka iz vezja 6,96 A, skoraj je
V tej situaciji je glavno ozko grlo sistema moj transformator, zato ne morem povečati obremenitvenega toka, vendar s to zasnovo in z dobrim hladilnikom lahko iz tega vezja enostavno potegnemo več kot 10A toka.
Opomba! Vsakdo od vas, ki se sprašujete, zakaj sem v vezje pritrdil masivno hladilno telo, naj vam trenutno povem, da na zalogi nimam manjšega hladilnega telesa.
Nadaljnje izboljšave
To vezje pretvornika TL494 je namenjeno samo za predstavitev, zato v izhodnem delu vezja ni dodano zaščitno vezje
- Za zaščito tovornega tokokroga je treba dodati izhodno zaščitno vezje.
- Induktor je treba potopiti v lak, sicer bo povzročil zvočni hrup.
- Kakovostna tiskana vezja s pravilno zasnovo je obvezna
- Preklopni tranzistor lahko spremenite, da povečate obremenitveni tok
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.