- Boost Dönüştürücünün Çalışma Prensibini Anlamak
- TL494'ün Çalışmasını Anlayın
- TL494 Tabanlı Takviye Dönüştürücü Devresini oluşturmak için Gerekli Bileşenler
- TL494 Tabanlı Boost Dönüştürücü - Şematik Diyagram
- TL494 Yükseltici Dönüştürücü Devresi - Çalışıyor
- TL494 Tabanlı Yükseltme Dönüştürücü Devresi için PCB Tasarımı
- TL494 Boost Dönüştürücü Tasarım Hesaplama ve Yapım
- Bu Yüksek Voltaj Takviye Dönüştürücü Devresinin Test Edilmesi
- Diğer Geliştirmeler
Elektroniklerle çalışırken, genellikle giriş voltajı düşük kalırken çıkış voltajını yükseltmenin gerekli olduğu durumlarda kendimizi buluruz, bu, genellikle yükseltici dönüştürücü olarak bilinen bir devreye güvenebileceğimiz bir durum türüdür (yükseltici dönüştürücü). Yükseltici dönüştürücü, sabit bir güç dengesini korurken voltajı yükselten DC-DC tipi bir anahtarlama dönüştürücüsüdür. Takviye dönüştürücünün ana özelliği verimliliktir, bu da uzun pil ömrü ve daha az ısı sorunları bekleyebileceğimiz anlamına gelir. Daha önce basit bir yükseltici dönüştürücü devresi yaptık ve temel tasarım verimliliğini açıkladık.
Bu nedenle, bu makalede, bir TL494 Boost dönüştürücü tasarlayacağız ve minimum 7V ve maksimum 40V besleme voltajına sahip popüler TL494 IC'ye dayalı yüksek verimli bir artırıcı dönüştürücü devresini hesaplayıp test edeceğiz. IRFP250 MOSFET'i bir anahtar olarak kullanıyoruz, bu devre teorik olarak maksimum 19Amps akımı işleyebilir (Endüktör Kapasitesi ile Sınırlıdır). Son olarak, devrenin çalışma ve test bölümünü gösteren ayrıntılı bir video olacak, bu yüzden daha fazla uzatmadan başlayalım.
Boost Dönüştürücünün Çalışma Prensibini Anlamak
Yukarıdaki şekil, yükseltici dönüştürücü devresinin temel şemasını göstermektedir. Bu devrenin çalışma prensibini analiz etmek için, onu iki kısma ayıracağız, ilk koşul MOSFET AÇIK olduğunda ne olacağını, ikinci koşul MOSFET kapalı olduğunda ne olacağını açıklıyor.
MOSFET AÇIK olduğunda ne olur:
Yukarıdaki görüntü, MOSFET açıkken devrenin durumunu gösterir. Fark edebileceğiniz gibi, MOSFET açık kaldıkça, indüktör şarj olmaya başladığında, indüktörden geçen akım artmaya devam ederken, manyetik alan şeklinde depolanırken, ON durumunu kesikli bir çizgi yardımıyla gösterdik.
MOSFET Kapalı olduğunda ne olur:
Şimdi, bildiğiniz gibi, bir indüktörden geçen akım anında değişemez! Bunun nedeni manyetik alan biçiminde depolanmasıdır. Bu nedenle, MOSFET kapandığı an, manyetik alan çökmeye başlar ve akım, şarj akımının tersi yönde akar. Yukarıdaki diyagramda görebileceğiniz gibi, bu, kapasitörün şarj edilmesine başlar.
Şimdi, anahtarı (MOSFET) sürekli açıp kapatarak, giriş voltajından daha büyük bir çıkış voltajı oluşturduk. Şimdi, anahtarın açma ve kapama zamanını kontrol ederek çıkış voltajını kontrol edebiliriz ve ana devrede yaptığımız şey budur.
TL494'ün Çalışmasını Anlayın
Şimdi gitmeden ve devreyi TL494 PWM denetleyicisine dayalı olarak kurmadan önce, PWM denetleyicisi TL494'ün nasıl çalıştığını öğrenelim. TL494 IC, aşağıda gösterilen ve açıklanan 8 işlevsel bloğa sahiptir.
5-V Referans Regülatörü:
5V dahili referans regülatör çıkışı, IC'nin pin-14'ü olan REF pinidir. Referans regülatör, darbeli yönlendirmeli flip-flop, osilatör, ölü zaman kontrol karşılaştırıcısı ve PWM karşılaştırıcısı gibi dahili devreler için kararlı bir besleme sağlamak için oradadır. Regülatör aynı zamanda çıkışı kontrol etmekten sorumlu olan hata yükselticilerini sürmek için de kullanılır.
Not: Referans dahili olarak ±% 5'lik bir başlangıç doğruluğuna programlanmıştır ve 7 V ila 40 V giriş voltajı aralığında kararlılığı korur. 7 V'tan düşük giriş voltajları için regülatör, girişin 1 V'u dahilinde doyurur ve onu izler.
Osilatör:
Osilatör, ölü zaman kontrolörü ve çeşitli kontrol sinyalleri için PWM karşılaştırıcılarına testere dişi dalgası üretir ve sağlar.
Osilatörün frekansı, R T ve C T zamanlama bileşenleri seçilerek ayarlanabilir.
Osilatörün frekansı aşağıdaki formülle hesaplanabilir.
Fosc = 1 / (RT * CT)
Basit olması için, frekansı çok kolay bir şekilde hesaplayabileceğiniz bir elektronik tablo hazırladım. Aşağıdaki bağlantıda bulabileceğiniz.
Not: Osilatör frekansı, yalnızca tek uçlu uygulamalar için çıkış frekansına eşittir. Push-pull uygulamaları için çıkış frekansı, osilatör frekansının yarısıdır.
Ölü Zaman Kontrol Karşılaştırıcısı:
Ölü zaman veya kısaca kapalı zaman kontrolü, minimum ölü zaman veya kapanma süresini sağlar. Ölü zaman karşılaştırıcısının çıkışı, girişteki voltaj osilatörün rampa voltajından daha büyük olduğunda anahtarlama transistörlerini bloke eder. DTC pinine bir voltaj uygulamak ek ölü zamana neden olabilir, böylece giriş voltajı 0 ila 3V arasında değiştiğinden minimum% 3 ila% 100 arasında ek ölü zaman sağlar. Basit bir ifadeyle, çıkış dalgasının Görev döngüsünü hata amplifikatörlerini değiştirmeden değiştirebiliriz.
Not: 110 mV'lik bir dahili ofset, topraklanmış ölü zaman kontrol girişi ile minimum% 3 ölü zaman sağlar.
Hata Yükselteçleri:
Her iki yüksek kazançlı hata amplifikatörü, önyargısını VI besleme rayından alır. Bu, VI'dan daha düşük –0,3 V ila 2 V arasında bir ortak mod giriş voltajı aralığına izin verir. Her iki amplifikatör de karakteristik olarak tek uçlu tek beslemeli bir amplifikatör gibi davranır, bu nedenle her çıkış yalnızca yüksek aktiftir.
Çıkış Kontrol Girişi:
Çıkış kontrol girişi, çıkış transistörlerinin paralel veya itme-çekme modunda çalışıp çalışmadığını belirler. Pin-13 olan çıkış kontrol pimini toprağa bağlayarak, çıkış transistörlerini paralel çalışma moduna geçirir. Ancak bu pimi 5V-REF pinine bağlayarak çıkış transistörlerini push-pull moduna ayarlar.
Çıkış Transistörleri:
IC, açık kollektör ve açık yayıcı konfigürasyonlarında olan iki dahili çıkış transistörüne sahiptir ve bu sayede 200mA'ya kadar maksimum bir akımı kaynaklayabilir veya azaltabilir.
Not: Transistörler, ortak yayıcı konfigürasyonunda 1,3 V'den daha düşük ve yayıcı-takipçi konfigürasyonunda 2,5 V'den az doyma gerilimine sahiptir.
TL494 Tabanlı Takviye Dönüştürücü Devresini oluşturmak için Gerekli Bileşenler
Aşağıda gösterilen tüm parçaları içeren bir tablo. Bundan önce, bu devrede kullanılan tüm bileşenleri gösteren bir görüntü ekledik. Bu devre basit olduğu için, gerekli tüm parçaları yerel hobi mağazanızda bulabilirsiniz.
Parça listesi:
- TL494 IC - 1
- IRFP250 MOSFET - 1
- Vidalı Klemens 5X2 mm - 2
- 1000 uF, 35V Kondansatör - 1
- 1000 uF, 63V Kondansatör - 1
- 50K,% 1 Direnç - 1
- 560R Direnç - 1
- 10K,% 1 Direnç - 4
- 3.3K,% 1 Direnç - 1
- 330R Direnç - 1
- 0.1 uF Kapasitör - 1
- MBR20100CT Schottky Diyot - 1
- 150uH (27 x 11 x 14) mm İndüktör - 1
- Potansiyometre (10K) Trim Potu - 1
- 0.22R Akım Duyarlı Direnç - 2
- Clad Board Genel 50x 50mm - 1
- PSU Isı Emici Genel - 1
- Genel Jumper Kabloları - 15
TL494 Tabanlı Boost Dönüştürücü - Şematik Diyagram
High-Efficiency Boost Converter için devre şeması aşağıda verilmiştir.
TL494 Yükseltici Dönüştürücü Devresi - Çalışıyor
Bu TL494 Boost Dönüştürücü devresi, çok kolay elde edilebilen bileşenlerden oluşur ve bu bölümde, devrenin her ana bloğunu inceleyip her bloğu açıklayacağız.
Giriş Kapasitör:
Giriş kondansatörü, MOSFET anahtarı kapandığında ve indüktör şarj olmaya başladığında gereken yüksek akım talebini karşılamak için oradadır.
Geri Bildirim ve Kontrol döngüsü:
Dirençler R2 ve R8, geri besleme döngüsü için kontrol voltajını ayarlar, ayarlanmış voltaj TL494 IC'nin pim 2'sine bağlanır ve geri besleme voltajı, VOLTAGE_FEEDBACK olarak etiketlenen IC'nin pimine bağlanır . Dirençler R10 ve R15 devredeki akım sınırını belirler.
Dirençler R7 ve R1 kontrol döngüsünü oluşturur, bu geri besleme yardımı ile çıkış PWM sinyali doğrusal olarak değişir, bu geri besleme dirençleri olmadan, karşılaştırıcı genel bir karşılaştırıcı devre gibi hareket eder ve bu da devreyi yalnızca belirli bir voltajda açıp kapatır..
Anahtarlama Frekansı Seçimi:
5 ve 6 numaralı pinlere uygun değerleri ayarlayarak bu IC'nin anahtarlama frekansını ayarlayabiliriz, bu proje için 1nF'lik bir kondansatör değeri ve bize yaklaşık 100KHz'lik bir frekans veren 10K'lik bir direnç değeri kullandık. formül Fosc = 1 / (RT * BT) , biz osilatör frekansı hesaplayabilir. Bunun dışında, makalenin önceki bölümlerinde ayrıntılı olarak diğer bölümleri ele aldık.
TL494 Tabanlı Yükseltme Dönüştürücü Devresi için PCB Tasarımı
Faz açısı Kontrol devremizin PCB'si, tek taraflı bir kartta tasarlanmıştır. PCB'mi tasarlamak için Eagle'ı kullandım, ancak istediğiniz herhangi bir Tasarım yazılımını kullanabilirsiniz. Kart tasarımımın 2D görüntüsü aşağıda gösterilmektedir.
Kartın alt tarafında görebileceğiniz gibi, yeterli akımın içinden geçmesini sağlamak için kalın bir zemin düzlemi kullandım. Güç girişi kartın sol tarafındadır ve çıkış ise kartın sağ tarafındadır. TL494 Boost dönüştürücü şemaları ile birlikte eksiksiz tasarım dosyası aşağıdaki bağlantıdan indirilebilir.
- TL494 tabanlı Boost Converter Circuit için PCB Design GERBER dosyasını indirin
El yapımı PCB:
Kolaylık sağlamak için PCB'nin el yapımı versiyonunu yaptım ve aşağıda gösteriliyor. Bu PCB'yi yaparken bazı hatalar yaptım, bu yüzden bunu düzeltmek için bazı jumper kablolarını eskitmek zorunda kaldım.
Oluşturma tamamlandıktan sonra panom böyle görünüyor.
TL494 Boost Dönüştürücü Tasarım Hesaplama ve Yapım
Bu yüksek akım yükseltici dönüştürücünün gösterimi için devre, şematik ve PCB tasarım dosyalarının yardımıyla el yapımı PCB'de inşa edilmiştir; Bu yükseltici dönüştürücü devresinin çıkışına büyük bir yük bağlarsanız, PCB izlerinden büyük miktarda akım geçeceğini ve izlerin yanma olasılığı olduğunu lütfen unutmayın. Bu yüzden PCB izlerinin yanmasını önlemek için iz kalınlığını olabildiğince arttırdık. Ayrıca, iz direncini azaltmak için PCB izlerini kalın bir lehim tabakası ile güçlendirdik.
İndüktör ve kapasitörün değerlerini doğru bir şekilde hesaplamak için Texas enstrümanlarından bir belge kullandım.
Bundan sonra, hesaplamayı kolaylaştırmak için bir google elektronik tablosu yaptım.
Bu Yüksek Voltaj Takviye Dönüştürücü Devresinin Test Edilmesi
Devreyi test etmek için aşağıdaki kurulum kullanılır. Gördüğünüz gibi, giriş olarak PC ATX güç kaynağını kullandık, bu nedenle giriş 12V. Devrenin çıkışına çıkış voltajını ve çıkış akımını gösteren bir voltmetre ve bir ampermetre ekledik. Bu devrenin çıkış gücünü kolayca hesaplayabiliriz. Son olarak, akım tüketimini test etmek için bir yük olarak seri olarak sekiz adet 4.7R 10W güç direnci kullandık.
Devreyi test etmek için kullanılan araçlar:
- 12V PC ATX Güç Kaynağı
- 6-0-6 kademe ve 12-0-12 kademe olan bir transformatör
- Serilerde Sekiz, 10W 4.7R Direnç - Yük olarak davranma
- Meco 108B + TRMS Multimetre
- Meco 450B + TRMS Multimetre
- Bir tornavida
Yüksek Güçlü Takviye Dönüştürücü Devresinin Çıkış Gücü Tüketimi:
Yukarıdaki görüntüde görebileceğiniz gibi, çıkış voltajı 44.53V ve çıkış akımı 2.839A'dır, bu nedenle toplam çıkış gücü 126.42W olur , böylece görebileceğiniz gibi, bu devre 100Watt'tan fazla gücü kolayca kaldırabilir.
Diğer Geliştirmeler
Bu TL494 Boost Dönüştürücü devresi yalnızca gösterim amaçlıdır, dolayısıyla devrenin giriş veya çıkış bölümüne hiçbir koruma devresi eklenmez. Bu nedenle, koruma özelliğini geliştirmek için, ayrıca IRFP250 MOSFET'i kullandığım için, çıkış gücü daha da artırılabilir, devremizdeki sınırlayıcı faktör indüktördür. İndüktör için daha büyük bir çekirdek, çıkış kapasitesini artıracaktır.
Umarım bu makaleyi beğenmiş ve ondan yeni bir şeyler öğrenmişsindir. Herhangi bir şüpheniz varsa, aşağıdaki yorumlarda sorabilir veya detaylı tartışma için forumlarımızı kullanabilirsiniz.