Merancang penukar peningkatan daya tinggi, kecekapan tinggi menggunakan tl494

Semasa bekerja dengan elektronik, kita sering mendapati diri kita berada dalam situasi di mana perlu untuk meningkatkan voltan keluaran sementara voltan input tetap rendah, ini adalah jenis situasi di mana kita boleh bergantung pada litar yang biasanya dikenali sebagai penukar pendorong (penukar langkah ke atas). Penukar dorongan adalah penukar pensuisan jenis DC-DC yang menaikkan voltan sambil mengekalkan keseimbangan daya yang tetap. Ciri utama penukar rangsangan adalah kecekapan yang bermaksud kita dapat jangka hayat bateri yang lama dan masalah panas yang berkurang. Kami sebelum ini membuat litar penukar rangsangan sederhana dan menjelaskan kecekapan reka bentuk asasnya.

Oleh itu, dalam artikel ini, kita akan merancang penukar TL494 Boost, dan mengira dan menguji litar penukar peningkatan kecekapan tinggi berdasarkan IC TL494 yang popular, yang mempunyai voltan bekalan minimum 7V dan maksimum 40V, dan sebagai kami menggunakan IRFP250 MOSFET sebagai suis, litar ini dapat menangani arus maksimum 19Amps, secara teorinya (Terhad oleh Kapasiti Induktor). Akhirnya, akan ada video terperinci yang menunjukkan bahagian litar yang berfungsi dan diuji, jadi tanpa basa-basi lagi, mari kita mulakan.

Memahami Prinsip Kerja Boost Converter

Gambar di atas menunjukkan skema asas litar penukar rangsangan. Untuk menganalisis prinsip kerja litar ini, kita akan membahagikannya kepada dua bahagian, keadaan pertama menerangkan apa yang berlaku apabila MOSFET AKTIF, keadaan kedua menjelaskan apa yang berlaku apabila MOSFET dimatikan.

Apa yang berlaku apabila MOSFET AKTIF:

Gambar di atas menunjukkan keadaan litar semasa MOSFET dihidupkan. Seperti yang anda ketahui, kami telah menunjukkan keadaan ON dengan bantuan garis putus-putus, ketika MOSFET tetap hidup, induktor mula mengecas, arus melalui induktor terus meningkat, yang disimpan dalam bentuk medan magnet.

Apa yang berlaku apabila MOSFET Dimatikan:

Sekarang, seperti yang anda ketahui, arus melalui induktor tidak dapat berubah seketika! Ini kerana ia disimpan dalam bentuk medan magnet. Oleh itu, saat ini, MOSFET dimatikan, medan magnet mula runtuh, dan arus mengalir ke arah yang bertentangan dengan arus pengecasan. Seperti yang anda lihat dalam rajah di atas, ini mula mengecas kapasitor.

Sekarang, dengan terus menghidupkan dan mematikan suis (MOSFET), kita telah membuat voltan output yang lebih besar daripada voltan masukan. Sekarang, kita dapat mengawal voltan keluaran dengan mengawal suis hidup dan mati, dan itulah yang kita lakukan di litar utama.

Memahami Kerja TL494

Sekarang sebelum kita membuat dan membina litar berdasarkan pengawal TL494 PWM, mari kita pelajari bagaimana pengawal PWM TL494 berfungsi. TL494 IC mempunyai 8 blok berfungsi, yang ditunjukkan dan dijelaskan di bawah.

Pengatur Rujukan 5-V:

Output pengatur rujukan dalaman 5V adalah pin REF, yang merupakan pin-14 dari IC. Pengatur rujukan ada untuk menyediakan bekalan yang stabil untuk litar dalaman seperti pulse-steering flip-flop, oscillator, dead-time control pembanding, dan PWM pembanding. Pengatur juga digunakan untuk menggerakkan penguat kesalahan yang bertanggungjawab untuk mengawal output.

Catatan: Rujukan diprogramkan secara dalaman hingga ketepatan awal ± 5% dan mengekalkan kestabilan pada julat voltan input dari 7V hingga 40 V. Untuk voltan input kurang dari 7 V, pengatur tepu dalam 1 V dari input dan mengesannya.

Pengayun:

Pengayun menghasilkan dan memberikan gelombang gigi gergaji kepada pengawal masa mati dan pembanding PWM untuk pelbagai isyarat kawalan.

Kekerapan pengayun boleh ditetapkan dengan memilih komponen masa R T dan C T.

Kekerapan pengayun boleh dikira dengan formula di bawah-

Fosc = 1 / (RT * CT)

Untuk kesederhanaan, saya telah membuat hamparan, dengan mana anda dapat mengira frekuensi dengan sangat mudah. Yang anda dapati dalam pautan di bawah.

Catatan: Frekuensi pengayun sama dengan frekuensi output hanya untuk aplikasi satu hujung. Untuk aplikasi push-pull, frekuensi output adalah separuh daripada frekuensi pengayun.

Perbandingan Kawalan Masa Mati:

Waktu mati atau sekadar mengatakan kawalan luar waktu memberikan masa mati minimum atau waktu rehat. Output pembanding masa mati menyekat transistor beralih apabila voltan pada input lebih besar daripada voltan tanjakan pengayun. Menerapkan voltan ke pin DTC dapat mengenakan waktu mati tambahan, sehingga memberikan waktu mati tambahan dari minimum 3% hingga 100% kerana voltan input bervariasi dari 0 hingga 3V. Dengan kata mudah, kita dapat mengubah Duty cycle gelombang output tanpa mengubah penguat ralat.

Catatan: Pengimbangan dalaman 110 mV memastikan masa mati minimum 3% dengan input kawalan masa mati dibumikan.

Penguat Ralat:

Kedua-dua penguat ralat tinggi menerima bias mereka dari rel bekalan VI. Ini membenarkan voltan input mod biasa dari –0.3 V hingga 2 V kurang dari VI. Kedua-dua penguat berkelakuan khas dari penguat bekalan tunggal hujung, kerana setiap output hanya aktif tinggi.

Input-Kawalan Output:

Input kawalan output menentukan sama ada transistor output beroperasi dalam mod selari atau push-pull. Dengan menyambungkan pin kawalan output yang pin-13 ke tanah mengatur transistor output dalam mod operasi selari. Tetapi dengan menyambungkan pin ini ke pin 5V-REF menetapkan transistor output dalam mod push-pull.

Transistor Keluaran:

IC mempunyai dua transistor output dalaman yang berada dalam konfigurasi pemungut terbuka dan pemancar terbuka, dengan mana ia dapat menghasilkan atau merendam arus maksimum hingga 200mA.

Catatan: Transistor mempunyai voltan tepu kurang dari 1.3 V dalam konfigurasi pemancar biasa dan kurang dari 2.5 V dalam konfigurasi pemancar-pengikut.

Komponen Diperlukan untuk membina Litar Penukar Boost Based TL494

Jadual yang mengandungi semua bahagian yang ditunjukkan di bawah. Sebelum itu, kami telah menambahkan gambar yang menunjukkan semua komponen yang digunakan dalam litar ini. Oleh kerana rangkaian ini mudah, anda boleh menemui semua bahagian yang diperlukan di kedai hobi tempatan anda.

Senarai Bahagian:

1. TL494 IC - 1
2. IRFP250 MOSFET - 1
3. Terminal Skru 5X2 mm - 2
4. Kapasitor 1000uF, 35V - 1
5. Kapasitor 1000uF, 63V - 1
6. 50K, 1% Perintang - 1
7. Perintang 560R - 1
8. 10K, 1% Perintang - 4
9. 3.3K, 1% Perintang - 1
10. Perintang 330R - 1
11. Kapasitor 0.1uF - 1
12. MBR20100CT Schottky Diode - 1
13. 150uH (27 x 11 x 14) mm Induktor - 1
14. Potensiometer (10K) Pot Trim - 1
15. Perintang Rasa Semasa 0.22R - 2
16. Clad Board Generic 50x 50mm - 1
17. PSU Heat Sink Generik - 1
18. Jumper Wayar Generik - 15

Penukar Boost Berasaskan TL494 - Diagram Skematik

Gambarajah litar untuk High-Efficiency Boost Converter diberikan di bawah.

Litar Penukar Boost TL494 - Berfungsi

Ini TL494 Boost Wang litar terdiri daripada komponen yang sangat mudah diperolehi, dan dalam bahagian ini, kita akan melalui setiap blok utama litar dan menjelaskan setiap blok.

Kapasitor Input:

Kapasitor input ada untuk memenuhi permintaan arus tinggi yang diperlukan ketika suis MOSFET ditutup dan induktor mula dicas.

Maklum balas dan gelung kawalan:

Resistor R2 dan R8 menetapkan voltan kawalan untuk gelung maklum balas, voltan set disambungkan ke pin 2 IC TL494, dan voltan maklum balas disambungkan ke pin salah satu IC yang dilabelkan sebagai VOLTAGE_FEEDBACK . Perintang R10 dan R15 menetapkan had semasa dalam litar.

Perintang R7 dan R1 membentuk gelung kawalan, dengan bantuan maklum balas ini, isyarat PWM output berubah secara linear, tanpa perintang maklum balas ini, pembanding akan bertindak seperti litar pembanding generik yang hanya akan menghidupkan / mematikan litar pada voltan yang ditetapkan.

Pemilihan Frekuensi Beralih:

Dengan menetapkan nilai yang tepat ke pin 5 dan 6, kita dapat menetapkan frekuensi peralihan IC ini, untuk projek ini, kita telah menggunakan nilai kapasitor 1nF dan nilai perintang 10K yang memberi kita kira-kira frekuensi 100KHz, dengan menggunakan dengan formula Fosc = 1 / (RT * CT) , kita boleh mengira frekuensi pengayun. Selain itu, kami telah membahas bahagian-bahagian lain secara terperinci dalam artikel ini.

Reka Bentuk PCB untuk Litar Penukar Boost Berasaskan TL494

PCB untuk litar Kawalan sudut Fasa kami direka dalam papan satu sisi. Saya telah menggunakan Eagle untuk merancang PCB saya tetapi anda boleh menggunakan mana-mana perisian Reka bentuk pilihan anda. Gambar 2D reka bentuk papan saya ditunjukkan di bawah.

Seperti yang anda lihat di bahagian bawah papan, saya telah menggunakan satah tanah tebal untuk memastikan arus yang mencukupi dapat mengalir melaluinya. Input kuasa berada di sebelah kiri papan dan outputnya berada di sebelah kanan papan. Fail reka bentuk lengkap bersama dengan skema penukar TL494 Boost boleh dimuat turun dari pautan di bawah.

• Muat turun fail PCB Design GERBER untuk TL494 berasaskan Boost Converter Circuit

PCB buatan tangan:

Untuk kemudahan, saya membuat PCB versi buatan tangan saya dan ditunjukkan di bawah. Saya membuat beberapa kesilapan semasa membuat PCB ini, jadi saya terpaksa membuat kabel jumper yang lebih lama untuk memperbaikinya.

Papan saya kelihatan seperti ini setelah binaan selesai.

Pengiraan dan Pembinaan Reka Bentuk Penukar TL494

Untuk demonstrasi penukar arus tinggi ini, litar dibina dalam PCB buatan tangan, dengan bantuan fail reka bentuk dan skema PCB; harap maklum bahawa jika anda menghubungkan beban besar ke output litar penukar rangsangan ini, sejumlah besar arus akan mengalir melalui jejak PCB, dan ada kemungkinan jejak akan habis. Oleh itu, untuk mengelakkan jejak PCB terbakar, kami telah meningkatkan ketebalan jejak sebanyak mungkin. Juga, kami telah memperkuat jejak PCB dengan lapisan pateri tebal untuk menurunkan ketahanan jejak.

Untuk mengira nilai induktor dan kapasitor dengan betul, saya telah menggunakan dokumen dari instrumen Texas.

Selepas itu, saya telah membuat hamparan google untuk membuat pengiraan lebih mudah.

Menguji Litar Penukar Tegangan Tinggi ini

Untuk menguji litar, persediaan berikut digunakan. Seperti yang anda lihat, kami telah menggunakan bekalan kuasa PC ATX sebagai input, jadi inputnya adalah 12V. Kami telah memasang voltmeter dan ammeter ke output litar yang menunjukkan voltan output dan arus keluaran. Dari mana kita dapat dengan mudah mengira daya output untuk litar ini. Akhirnya, kami telah menggunakan lapan perintang kuasa 4.7R 10W secara bersiri sebagai beban untuk menguji penggunaan semasa.

Alat yang digunakan untuk menguji litar:

1. Bekalan Kuasa 12X PC ATX
2. Pengubah yang mempunyai ketukan 6-0-6 dan ketukan 12-0-12
3. Lapan, Resistor 10W 4.7R dalam Siri - Bertindak sebagai beban
4. Meco 108B + TRMS Multimeter
5. Meco 450B + TRMS Multimeter
6. Pemutar Skru

Penggunaan Kuasa Output Litar Penukar Daya Tinggi:

Seperti yang anda lihat pada gambar di atas, voltan keluaran adalah 44.53V dan arus keluaran adalah 2.839A, jadi jumlah daya keluaran menjadi 126.42W, jadi seperti yang anda lihat, litar ini dapat mengendalikan kuasa lebih dari 100Watt.

Penambahbaikan Lebih Lanjut

Litar TL494 Boost Converter ini hanya untuk tujuan demonstrasi, oleh itu tidak ada litar perlindungan yang ditambahkan pada bahagian input atau output litar. Jadi, untuk meningkatkan ciri perlindungan, anda juga dapat menambahkan, juga ketika saya menggunakan IRFP250 MOSFET, daya output dapat ditingkatkan lebih jauh, faktor pembatas dalam litar kami adalah induktor. Inti yang lebih besar untuk induktor akan meningkatkan kapasiti keluarannya.

Saya harap anda menyukai artikel ini dan mengetahui sesuatu yang baru. Sekiranya anda mempunyai keraguan, anda boleh bertanya dalam komen di bawah atau boleh menggunakan forum kami untuk perbincangan terperinci.