Litar penukar kecekapan tinggi kuasa tinggi menggunakan tl494

A penukar buck (langkah-down converter) ialah pensuisan penukar DC-to-DC bahawa langkah-langkah ke bawah voltan di samping mengekalkan keseimbangan kuasa yang berterusan. Ciri utama penukar buck adalah kecekapan, yang bermaksud dengan penukar buck di atas kapal, kita dapat mengharapkan jangka hayat bateri yang lebih lama, mengurangkan haba, ukuran yang lebih kecil, dan meningkatkan kecekapan. Kami sebelum ini membuat beberapa litar penukar Buck ringkas dan menjelaskan asas dan kecekapan reka bentuknya.

Jadi, dalam artikel ini, kami akan merancang, mengira dan menguji litar penukar buck berkecekapan tinggi berdasarkan IC TL494 yang popular dan akhirnya, akan ada video terperinci yang menunjukkan bahagian litar yang berfungsi & diuji, Jadi tanpa lanjut, mari kita mulakan.

Bagaimanakah Buck Converter berfungsi?

Rajah di atas menunjukkan litar penukar buck yang sangat asas. Untuk mengetahui bagaimana penukar wang berfungsi, saya akan membahagikan litar kepada dua keadaan. Keadaan pertama ketika transistor AKTIF, keadaan seterusnya apabila transistor MATI.

Transistor Keadaan

Dalam senario ini, kita dapat melihat bahawa dioda berada dalam keadaan litar terbuka kerana berada dalam keadaan bias terbalik. Dalam keadaan ini, beberapa arus awal akan mula mengalir melalui beban, tetapi arus dibatasi oleh induktor, sehingga induktor juga mulai mengisi secara beransur-ansur. Oleh itu, semasa litar tepat waktu, kapasitor membina kitaran pengisian mengikut kitaran, dan voltan ini mencerminkan seluruh beban.

Keadaan Transistor Mati

Apabila transistor berada dalam keadaan mati, tenaga yang tersimpan di induktor L1 runtuh dan mengalir kembali melalui diod D1 seperti yang ditunjukkan dalam litar dengan anak panah. Dalam keadaan ini, voltan melintang induktor berada dalam polaritas terbalik dan oleh itu diod berada dalam keadaan bias ke hadapan. Sekarang kerana medan magnet induktor yang runtuh, arus terus mengalir melalui beban sehingga induktor habis. Semua ini berlaku semasa transistor dalam keadaan mati.

Selepas tempoh tertentu ketika induktor hampir habis tenaga tersimpan, voltan beban mulai turun lagi, dalam keadaan ini, kapasitor C1 menjadi sumber arus utama, kapasitor ada untuk memastikan arus mengalir sehingga kitaran seterusnya bermula lagi.

Sekarang dengan mengubah frekuensi beralih dan masa beralih, kita dapat memperoleh output dari 0 hingga Vin dari penukar buck.

IC TL494

Sebelum membina TL494 buck converter, mari kita pelajari bagaimana pengawal PWM TL494 berfungsi.

TL494 IC mempunyai 8 blok berfungsi, yang ditunjukkan dan dijelaskan di bawah.

1. 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 7V hingga 40 V. Untuk voltan input kurang dari 7V, pengatur tepu dalam 1V input dan mengesannya.

2. 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.

The frekuensi pengayun boleh dikira dengan formula berikut

Fosc = 1 / (RT * CT)

Untuk kesederhanaan, saya telah membuat hamparan, dengan mana anda dapat mengira frekuensi dengan sangat mudah.

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

3. 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.

4. 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.

5. Input-Kawalan Keluaran

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

6. 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.

Ciri TL494 IC

Litar Kawalan Kuasa PWM yang lengkap
Keluaran Tidak Berkomitmen untuk Sink 200-mA atau Arus Sumber
Output Control Memilih Operasi Tunggal atau Tarik-Tarik
Litar Dalaman Melarang Denyutan Berganda pada Keluaran Sama ada
Waktu Mati Berubah Memberi Penguasaan Ke Atas Julat Keseluruhan
Pengatur Dalaman Menyediakan Stabil 5-V
Bekalan Rujukan Dengan Toleransi 5%
Senibina Litar Membolehkan Penyegerakan Mudah

Catatan! Sebilangan besar penerangan skema dan operasi dalaman diambil dari lembaran data dan diubahsuai hingga tahap tertentu untuk pemahaman yang lebih baik.

Komponen Diperlukan

TL494 IC - 1
Transistor TIP2955 - 1
Terminal Skru 5mmx2 - 2
Kapasitor 1000uF, 60V - 1
Kapasitor 470uF, 60V - 1
50K, 1% Perintang - 1
Perintang 560R - 1
10K, 1% Perintang - 4
3.3K, 1% Perintang - 2
Perintang 330R - 1
Kapasitor 0.22uF - 1
5.6K, Perintang 1W - 1
12.1V Zener Diode - 1
MBR20100CT Schottky Diode - 1
Induktor 70uH (27 x 11 x 14) mm - 1
Potensiometer (10K) Trim-Pot - 1
Perintang Rasa Semasa 0.22R - 2
Clad Board Generic 50x 50mm - 1
PSU Heat Sink Generik - 1
Jumper Wayar Generik - 15

Gambarajah skematik

Gambarajah litar untuk Buck Converter Berkecekapan Tinggi diberikan di bawah.

Pembinaan Litar

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 menyambungkan beban besar ke output buck converter maka sejumlah besar arus akan mengalir melalui jejak PCB, dan ada kemungkinan jejak akan habis. Oleh itu, untuk mengelakkan jejak PCB habis, saya telah memasukkan beberapa penerjun yang membantu meningkatkan aliran semasa. Juga, saya telah memperkuat jejak PCB dengan lapisan pateri tebal untuk menurunkan ketahanan jejak.

Induktor ini dibina dengan 3 helai dawai tembaga enamel berukuran 0.45 sq mm selari.

Pengiraan

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 Penukar Turun Tegangan Tinggi ini

Untuk menguji litar, persediaan berikut digunakan. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas, voltan input adalah 41.17 V dan arus tanpa beban adalah.015 A yang menjadikan daya tanpa beban menjadi kurang dari 0.6W.

Sebelum ada di antara anda yang melompat dan mengatakan apa yang dilakukan semangkuk perintang di meja ujian saya.

Izinkan saya memberitahu anda, perintang menjadi sangat panas semasa menguji litar dengan keadaan beban penuh, jadi saya telah menyediakan semangkuk air untuk mengelakkan meja kerja saya terbakar

Alat yang digunakan untuk menguji litar

Bateri asid plumbum 12V.
Pengubah yang mempunyai ketukan 6-0-6 dan ketukan 12-0-12
5 10W 10r Rintangan selari sebagai beban
Meco 108B + TRMS Multimeter
Meco 450B + TRMS Multimeter
Osiloskop Hantek 6022BE

Kuasa Input untuk High Power Buck Converter

Seperti yang anda lihat dari gambar di atas, voltan input turun menjadi 27.45V dalam keadaan beban dan arus input adalah 3.022 A yang sama dengan daya input 82.9539 W.

Kuasa output

Seperti yang anda lihat dari gambar di atas voltan keluaran ialah 12.78V dan cabutan arus keluaran 5.614A yang bersamaan dengan daya tarikan 71.6958 W.

Jadi kecekapan litar menjadi (71.6958 / 82.9539) x 100% = 86.42%

Kerugian dalam litar disebabkan oleh perintang untuk menghidupkan IC TL494 dan

Cabutan arus maksimum mutlak dalam jadual ujian saya

Dari gambar di atas, dapat dilihat bahawa cabutan arus maksimum dari litar ialah 6.96 A hampir

Dalam keadaan ini, hambatan utama sistem adalah pengubah saya, sebab itulah saya tidak dapat meningkatkan arus beban tetapi dengan reka bentuk ini dan dengan pendingin yang baik anda dapat dengan mudah menarik arus lebih dari 10A dari litar ini.

Catatan! Ada di antara anda yang tertanya-tanya mengapa saya memasang pendingin besar ke litar, izinkan saya memberitahu anda bahawa saya tidak mempunyai pendingin yang lebih kecil di stok saya.

Penambahbaikan Lebih Lanjut

Ini penukar litar TL494 buck adalah untuk tujuan demonstrasi sahaja oleh itu tidak ada litar perlindungan ditambah dalam seksyen output litar

Litar perlindungan output mesti ditambahkan untuk melindungi litar beban.
Induktor perlu dicelupkan ke dalam varnis jika tidak, ia akan menghasilkan bunyi yang terdengar.
PCB berkualiti baik dengan reka bentuk yang betul adalah wajib
Transistor pensuisan boleh diubah untuk meningkatkan arus beban

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.