Høyeffektiv høyeffektiv buck-omformerkrets ved hjelp av TL494

En buck-omformer (ned-ned-omformer) er en DC-til-DC-omformer som trapper ned spenningen mens den opprettholder en konstant effektbalanse. Hovedfunksjonen til en buck-omformer er effektivitet, noe som betyr at med en buck-omformer om bord kan vi forvente forlenget batterilevetid, redusert varme, mindre størrelse og forbedret effektivitet. Vi har tidligere laget noen enkle Buck-omformerkretser og forklart det grunnleggende og designeffektivitet.

Så i denne artikkelen skal vi designe, beregne og teste en høyeffektiv krets for konverteringsbukk basert på den populære TL494 IC, og til slutt vil det være en detaljert video som viser arbeids- og testdelen av kretsen, så uten videre, la oss komme i gang.

Hvordan fungerer en Buck Converter?

Ovenstående figur viser en veldig grunnleggende krets for omformer av bukker. For å vite hvordan en buck-omformer fungerer, skal jeg dele kretsen i to forhold. Den første tilstanden når transistoren er PÅ, den neste tilstanden når transistoren er AV.

Transistor På tilstand

I dette scenariet kan vi se at dioden er i åpen kretstilstand fordi den er i omvendt forspent tilstand. I denne situasjonen vil noe startstrøm begynne å strømme gjennom lasten, men strømmen er begrenset av induktoren, og dermed begynner også induktoren å lade seg opp gradvis. Derfor bygger kondensatoren under kretsens tid på ladingen syklus etter syklus, og denne spenningen reflekterer over belastningen.

Transistor Av-tilstand

Når transistoren er i av-tilstand, kollapser energien som er lagret i induktoren L1 og strømmer tilbake gjennom dioden D1 som vist i kretsen med pilene. I denne situasjonen er spenningen over induktoren i omvendt polaritet, og dioden er derfor i forspent tilstand. På grunn av det magnetiske feltet til induktoren, fortsetter strømmen å strømme gjennom lasten til induktoren går tom for lading. Alt dette skjer mens transistoren er i dårlig tilstand.

Etter en viss periode når induktoren nesten er ute av lagret energi, begynner belastningsspenningen å falle igjen, i denne situasjonen blir kondensatoren C1 hovedstrømkilden, kondensatoren er der for å holde strømmen til neste syklus begynner en gang til.

Nå ved å variere byttefrekvens og byttetid, kan vi få hvilken som helst utgang fra 0 til Vin fra en buck-omformer.

IC TL494

Nå før vi skal bygge en TL494 buck-omformer, la oss lære hvordan PWM-kontrolleren TL494 fungerer.

TL494 IC har 8 funksjonelle blokker, som er vist og beskrevet nedenfor.

1. 5-V referanseregulator

5V intern referanse regulator utgang er REF pin, som er pin-14 av IC. Referanseregulatoren er der for å gi en stabil forsyning for interne kretser, som pulsstyring flip-flop, oscillator, dead-time control comparator og PWM comparator. Regulatoren brukes også til å drive feilforsterkerne som er ansvarlige for å kontrollere utgangen.

Merk! Referansen er internt programmert til en innledende nøyaktighet på ± 5% og opprettholder stabilitet over et inngangsspenningsområde på 7V til 40 V. For inngangsspenninger mindre enn 7V mettes regulatoren innen 1V av inngangen og sporer den.

2. Oscillator

Oscillatoren genererer og gir en sagtannbølge til dødtidskontrolleren og PWM-komparatorene for forskjellige styresignaler.

Frekvensen for oscillatoren kan innstilles ved å velge timing komponenter R T og C T.

Den frekvensen til oscillatoren kan beregnes ved hjelp av formelen nedenfor

Fosc = 1 / (RT * CT)

For enkelhets skyld har jeg laget et regneark der du enkelt kan beregne frekvensen.

Merk! Oscillatorfrekvensen er lik utgangsfrekvensen bare for applikasjoner med en slutt. For push-pull applikasjoner er utgangsfrekvensen halvparten av oscillatorfrekvensen.

3. Dødtidskontrollkomparator

Dødtid eller bare å si off-time control gir minimum dead time eller off-time. Utgangen fra dødtidskomparatoren blokkerer byttetransistorer når spenningen ved inngangen er større enn rampespenningen til oscillatoren. Bruk av en spenning på DTC- pinnen kan påføre ytterligere dødtid, og dermed gi ytterligere dødtid fra minimum 3% til 100% ettersom inngangsspenningen varierer fra 0 til 3V. Enkelt sagt kan vi endre Duty-syklusen til utgangsbølgen uten å justere feilforsterkerne.

Merk! En intern forskyvning på 110 mV sikrer en minimum dødtid på 3% med dødtidskontrollinngangen jordet.

4. Feilforsterkere

Begge forsterkere med høy forsterkning mottar sin forspenning fra VI-forsyningsskinnen. Dette tillater et vanlig inngangsspenningsområde fra –0,3 V til 2 V mindre enn VI. Begge forsterkerne oppfører seg karakteristisk for en enkelt-endet forsyningsforsterker, ved at hver utgang bare er aktiv høy.

5. Utgangskontrollinngang

Utgangskontrollinngangen bestemmer om utgangstransistorene fungerer i parallell- eller push-pull-modus. Ved å koble utgangskontrollpinnen som er pin-13 til jord, stiller utgangstransistorene i parallell driftsmodus. Men ved å koble denne pinnen til 5V-REF-pinnen setter du utgangstransistorene i push-pull-modus.

6. Utgangstransistorer

IC har to interne utgangstransistorer som er i åpne-kollektor- og open-emitter-konfigurasjoner, hvorved den kan kilde eller synke en maksimal strøm opp til 200mA.

Merk! Transistorene har en metningsspenning på mindre enn 1,3 V i common-emitter-konfigurasjonen og mindre enn 2,5 V i emitter-follower-konfigurasjonen.

Funksjoner av TL494 IC

• Komplett PWM Power-Control Circuitry
• Uforpliktede utganger for 200 mA synke- eller kildestrøm
• Utgangskontroll velger enkelthendt eller push-pull-operasjon
• Internt kretsløp forbyr dobbel puls ved begge utgangene
• Variabel dødtid gir kontroll over total rekkevidde
• Intern regulator gir en stabil 5-V
• Referanseleveranse med 5% toleranse
• Kretsarkitektur tillater enkel synkronisering

Merk! Det meste av den interne skjematiske beskrivelsen og operasjonsbeskrivelsen er hentet fra databladet og endret til en viss grad for bedre forståelse.

Komponenter kreves

1. TL494 IC - 1
2. TIP2955 Transistor - 1
3. Skruterminal 5mmx2 - 2
4. 1000uF, 60V kondensator - 1
5. 470uF, 60V kondensator - 1
6. 50K, 1% motstand - 1
7. 560R motstand - 1
8. 10K, 1% motstand - 4
9. 3.3K, 1% motstand - 2
10. 330R motstand - 1
11. 0.22uF kondensator - 1
12. 5.6K, 1W motstand - 1
13. 12.1V Zener-diode - 1
14. MBR20100CT Schottky-diode - 1
15. 70uH (27 x 11 x 14) mm induktor - 1
16. Potensiometer (10K) Trim-Pot - 1
17. 0.22R Strømfølsom motstand - 2
18. Pledd generisk 50x 50mm - 1
19. PSU Heat Sink Generic - 1
20. Jumper Wires Generic - 15

Skjematisk diagram

Kretsskjema for høyeffektivitet Buck Converter er gitt nedenfor.

Kretsbygging

For denne demonstrasjonen av denne høystrømsbukk-omformeren er kretsen konstruert i håndlaget PCB, ved hjelp av skjematiske og PCB-designfiler; Vær oppmerksom på at hvis du kobler en stor belastning til utgangsbukkomformeren, vil en enorm mengde strøm strømme gjennom PCB-sporene, og det er en sjanse for at sporene vil brenne ut. Så for å forhindre at PCB-sporene brenner ut, har jeg tatt med noen hoppere som bidrar til å øke strømmen. Dessuten har jeg forsterket PCB-sporene med et tykt loddetinn for å senke sporemotstanden.

Spolen er konstruert med 3 tråder parallell 0,45 kvm emaljert kobbertråd.

Beregninger

For å beregne verdiene til induktoren og kondensatoren riktig, har jeg brukt et dokument fra Texas-instrumenter.

Etter det har jeg laget et google-regneark for å gjøre beregningen enklere

Testing av denne høyspennings nedtrappingsomformeren

For å teste kretsen brukes følgende oppsett. Som vist i bildet ovenfor er inngangsspenningen 41,17 V og tomgangsstrømmen er 0,015 A, noe som gjør at tomgangseffekten trekker til mindre enn 0,6W.

Før noen av dere hopper og sier hva en bolle med motstanden gjør i testbordet mitt.

La meg fortelle deg at motstandene blir veldig veldig varme i løpet av tiden for å teste kretsen med full belastning, så jeg har forberedt en bolle med vann for å forhindre at arbeidsbordet mitt brenner

Verktøy som brukes til å teste kretsen

1. 12V blybatteri.
2. En transformator som har en 6-0-6 kran og en 12-0-12 kran
3. 5 10W 10r Motstand parallelt som belastning
4. Meco 108B + TRMS multimeter
5. Meco 450B + TRMS multimeter
6. Hantek 6022BE oscilloskop

Inngangseffekt for høykraftig bukkomformer

Som du kan se fra bildet ovenfor, faller inngangsspenningen til 27,45 V i belastningstilstand, og inngangsstrømmen er 3,022 A, som er lik en inngangseffekt på 82,9539 W.

Utgangseffekt

Som du kan se fra bildet ovenfor, er utgangsspenningen 12,78V og utgangsstrømmen på 5,614A, som tilsvarer en effektuttak på 71,6958 W.

Så effektiviteten til kretsen blir (71,6958 / 82,9539) x 100% = 86,42%

Tapet i kretsen skyldes motstandene for å drive TL494 IC og

Absolutt maksimal strømforbruk i testtabellen min

Fra bildet ovenfor kan det sees at den maksimale strømtrekket fra kretsen er 6,96 A, det er nesten

I denne situasjonen er systemets viktigste flaskehals transformatoren min. Derfor kan jeg ikke øke belastningsstrømmen, men med dette designet og med en god kjøleribbe kan du enkelt trekke mer enn 10A strøm fra denne kretsen.

Merk! Noen av dere som lurer på hvorfor jeg har festet en massiv kjøleribbe i kretsen, la meg fortelle deg for øyeblikket at jeg ikke har noen mindre varmeavleder på lageret.

Ytterligere forbedringer

Denne TL494 bukkomformerkretsen er kun for demonstrasjonsformål, derfor er det ikke lagt til noen beskyttelseskrets i kretsens utgangsseksjon.

1. En utgangsbeskyttelseskrets må legges til for å beskytte belastningskretsen.
2. Spolen må dyppes i lakk, ellers vil det generere hørbar støy.
3. En PCB av god kvalitet med riktig design er obligatorisk
4. Koblingstransistoren kan modifiseres for å øke belastningsstrømmen

Jeg håper du likte denne artikkelen og lærte noe nytt ut av den. Hvis du er i tvil, kan du spørre i kommentarene nedenfor eller bruke forumene våre for detaljert diskusjon.