- Buck Converter nasıl çalışır?
- IC TL494
- Gerekli Bileşenler
- Şematik diyagram
- Devre Yapısı
- Hesaplamalar
- Bu Yüksek Gerilim Azaltma Dönüştürücüsünün Test Edilmesi
- Yüksek Güçlü Buck Dönüştürücü için Giriş Gücü
- Çıkış gücü
- Diğer Geliştirmeler
Bir buck dönüştürücü (kademeli dönüştürücü), sabit bir güç dengesini korurken voltajı düşüren bir DC-DC anahtarlama dönüştürücüsüdür. Bir kova dönüştürücünün ana özelliği verimliliktir; bu, yerleşik bir kova dönüştürücü ile daha uzun pil ömrü, daha az ısı, daha küçük boyut ve gelişmiş verimlilik bekleyebiliriz. Daha önce birkaç basit Buck dönüştürücü devresi yaptık ve temellerini ve tasarım verimliliğini açıkladık.
Bu nedenle, bu makalede, popüler TL494 IC'ye dayalı yüksek verimli bir dönüştürücü devresi tasarlayacak, hesaplayacak ve test edeceğiz ve sonunda, devrenin çalışma ve test bölümünü gösteren ayrıntılı bir video olacak. biraz daha uzatalım, başlayalım.
Buck Converter nasıl çalışır?
Yukarıdaki şekil, çok basit bir dönüştürücü devresini göstermektedir. Bir kova dönüştürücünün nasıl çalıştığını bilmek için, devreyi iki koşula ayıracağım. Transistör AÇIK olduğunda ilk koşul, transistör KAPALI olduğunda sonraki koşul.
Transistör Açık durumda
Bu senaryoda diyotun açık devre durumunda olduğunu görebiliriz çünkü ters taraflı durumda. Bu durumda, bir miktar başlangıç akımı yük boyunca akmaya başlayacaktır, ancak akım indüktör tarafından sınırlandırılır, bu nedenle indüktör de kademeli olarak şarj olmaya başlar. Bu nedenle, devrenin açık olduğu süre boyunca, kapasitör şarj döngüsünü döngü ile oluşturur ve bu voltaj yük boyunca yansıtılır.
Transistör Kapalı durumu
Transistör kapalı durumda olduğunda, indüktör L1'de depolanan enerji çöker ve oklarla birlikte devrede gösterildiği gibi diyot D1 boyunca geri akar. Bu durumda, indüktör üzerindeki voltaj ters polaritedir ve bu nedenle diyot ileri öngerilim durumundadır. Şimdi indüktörün çöken manyetik alanı nedeniyle, akım indüktör şarjı bitene kadar yük boyunca akmaya devam eder. Bütün bunlar, transistör kapalı durumdayken olur.
İndüktörün depolanmış enerjisinin neredeyse bittiği belirli bir süre sonra, yük voltajı tekrar düşmeye başlar, bu durumda, kondansatör C1 ana akım kaynağı olur, kondansatör, bir sonraki döngü başlayana kadar akımı devam ettirmek için oradadır. tekrar.
Şimdi, anahtarlama frekansını ve anahtarlama süresini değiştirerek, bir buck dönüştürücüden 0'dan Vin'e herhangi bir çıktı alabiliriz.
IC TL494
Şimdi bir TL494 buck dönüştürücü oluşturmadan önce, PWM denetleyici TL494'ün nasıl çalıştığını öğrenelim.
TL494 IC, aşağıda gösterilen ve açıklanan 8 işlevsel bloğa sahiptir.
1. 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 7V ila 40 V giriş voltajı aralığında kararlılığı korur. 7V'den düşük giriş voltajları için regülatör, girişin 1V'u dahilinde doyurur ve onu izler.
2. 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.
Not! Osilatör frekansı, yalnızca tek uçlu uygulamalar için çıkış frekansına eşittir. Push-pull uygulamaları için çıkış frekansı, osilatör frekansının yarısıdır.
3. 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.
4. 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, çünkü her çıkış yalnızca aktif yüksek seviyededir.
5. 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.
6. 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 voltajına sahiptir.
TL494 IC'nin Özellikleri
- Eksiksiz PWM Güç Kontrol Devresi
- 200 mA Sink veya Kaynak Akımı için Mutlak Çıkışlar
- Çıkış Kontrolü Tek Uçlu veya İtmeli-Çekmeli Çalışmayı Seçer
- Dahili Devre Her İki Çıkışta da Çift Darbeyi Yasaklar
- Değişken Ölü Zaman, Toplam Aralık Üzerinde Kontrol Sağlar
- Dahili Regülatör Kararlı 5-V Sağlar
- % 5 Toleranslı Referans Tedarik
- Devre Mimarisi Kolay Senkronizasyona İzin Verir
Not! Dahili şematik ve işlem açıklamalarının çoğu veri sayfasından alınır ve daha iyi anlaşılması için bir dereceye kadar değiştirilir.
Gerekli Bileşenler
- TL494 IC - 1
- TIP2955 Transistör - 1
- Vidalı Klemens 5mmx2 - 2
- 1000uF, 60V Kondansatör - 1
- 470 uF, 60V Kondansatör - 1
- 50K,% 1 Direnç - 1
- 560R Direnç - 1
- 10K,% 1 Direnç - 4
- 3.3K,% 1 Direnç - 2
- 330R Direnç - 1
- 0.22uF Kapasitör - 1
- 5.6K, 1W Direnç - 1
- 12.1V Zener Diyot - 1
- MBR20100CT Schottky Diyot - 1
- 70uH (27 x 11 x 14) mm İndüktör - 1
- Potansiyometre (10K) Trim-Pot - 1
- 0.22R Akım Duyarlı Direnç - 2
- Clad Board Genel 50x 50mm - 1
- PSU Isı Emici Genel - 1
- Genel Jumper Kabloları - 15
Şematik diyagram
Yüksek Verimli Buck Dönüştürücü için devre şeması aşağıda verilmiştir.
Devre Yapısı
Bu yüksek akımlı buck dönüştürücünün bu gösterimi için devre, şematik ve PCB tasarım dosyalarının yardımıyla el yapımı PCB'de inşa edilmiştir; Çıkış dönüştürücüsüne büyük bir yük bağlıyorsanız, PCB izlerinden büyük miktarda akım geçeceğini ve izlerin yanma ihtimali olduğunu lütfen unutmayın. Bu yüzden, PCB izlerinin yanmasını önlemek için akım akışını artırmaya yardımcı olan bazı jumper'lar ekledim. Ayrıca, iz direncini azaltmak için PCB izlerini kalın bir lehim tabakası ile güçlendirdim.
İndüktör, paralel olarak 0,45 mm2 emaye bakır telden oluşan 3 telden yapılmıştır.
Hesaplamalar
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 Gerilim Azaltma Dönüştürücüsünün Test Edilmesi
Devreyi test etmek için aşağıdaki kurulum kullanılır. Yukarıdaki resimde gösterildiği gibi, giriş voltajı 41,17 V ve yüksüz akım 0,015 A'dır, bu da yüksüz gücün 0,6 W'tan daha az çekilmesine neden olur.
Herhangi biriniz zıplamadan ve test masamda bir kase direncin ne yaptığını söylemeden önce.
Size şunu söyleyeyim, devrenin tam yük durumunda test edilmesi sırasında dirençler çok çok ısınır, bu yüzden çalışma masamın yanmasını önlemek için bir kase su hazırladım.
Devreyi test etmek için kullanılan araçlar
- 12V kurşun asit batarya.
- 6-0-6 kademe ve 12-0-12 kademe olan bir transformatör
- 5 10W 10r Direnç yük olarak paralel
- Meco 108B + TRMS Multimetre
- Meco 450B + TRMS Multimetre
- Hantek 6022BE Osiloskop
Yüksek Güçlü Buck Dönüştürücü için Giriş Gücü
Yukarıdaki görüntüden de görebileceğiniz gibi, yük durumunda giriş voltajı 27.45V'a düşer ve giriş akımı 3.022 A olup bu 82.9539 W giriş gücüne eşittir.
Çıkış gücü
Yukarıdaki görüntüden de görebileceğiniz gibi, çıkış voltajı 12.78V ve çıkış akımı çekimi 5.614A'dır ki bu da 71.6958 W'lık bir güç çekişine eşdeğerdir.
Böylece devrenin verimliliği (71.6958 / 82.9539) x% 100 =% 86.42 olur
Devredeki kayıp, TL494 IC'ye güç sağlamak için dirençlerden kaynaklanmaktadır ve
Test tablomdaki mutlak maksimum akım çekimi
Yukarıdaki görüntüden, devreden çekilen maksimum akımın 6,96 A olduğu görülebiliyor.
Bu durumda sistemin ana darboğazı benim transformatörümdür bu yüzden yük akımını artıramıyorum ama bu tasarım ve iyi bir soğutucu ile bu devreden kolayca 10A'dan fazla akım çekebilirsiniz.
Not! Devreye neden devasa bir ısı emici taktığımı merak edenleriniz, şu anda stoğumda daha küçük bir ısı emicim olmadığını söyleyeyim.
Diğer Geliştirmeler
Bu TL494 buck dönüştürücü devresi, yalnızca gösterim amaçlıdır, bu nedenle devrenin çıkış bölümüne koruma devresi eklenmez.
- Yük devresini korumak için bir çıkış koruma devresi eklenmelidir.
- İndüktörün verniğe daldırılması gerekir, aksi takdirde işitilebilir gürültü çıkarır.
- Uygun tasarıma sahip kaliteli bir PCB zorunludur
- Anahtarlama transistörü, yük akımını artırmak için değiştirilebilir
Umarım bu makaleyi beğenmiş ve ondan yeni bir şeyler öğrenmişsindir. Herhangi bir şüpheniz varsa, aşağıdaki yorumlarda sorabilir veya detaylı tartışma için forumlarımızı kullanabilirsiniz.