Pagdidisenyo ng isang mataas na lakas, mataas na kahusayan boost boost gamit ang tl494

Habang nagtatrabaho sa electronics, madalas naming makita ang ating mga sarili sa mga sitwasyon kung saan kinakailangan na itaas ang boltahe ng output habang ang input boltahe ay mananatiling mababa, ito ay isang uri ng sitwasyon kung saan maaari nating umasa sa isang circuit na karaniwang kilala bilang boost converter (step-up converter). Ang isang boost converter ay isang converter ng switching na uri ng DC-DC na nagpapataas ng boltahe habang pinapanatili ang isang pare-pareho na balanse ng kuryente. Ang pangunahing tampok ng isang boost converter ay ang kahusayan na nangangahulugang maaari nating asahan ang mahabang buhay ng baterya at nabawasan ang mga isyu sa init. Ginawa namin dati ang isang simpleng boost converter circuit at ipinaliwanag ang pangunahing kahusayan sa disenyo.

Kaya, sa artikulong ito, magdidisenyo kami ng isang converter ng TL494 Boost, at kalkulahin at subukan ang isang mataas na kahusayan na boost converter circuit batay sa sikat na TL494 IC, na mayroong isang minimum na boltahe ng suplay ng 7V at isang maximum na 40V, at bilang ginagamit namin ang IRFP250 MOSFET bilang isang switch, ang circuit na ito ay maaaring hawakan ang isang maximum na kasalukuyang 19Amps, theoretically (Limitado ng Inductor Capacity). Sa wakas, magkakaroon ng isang detalyadong video na ipinapakita ang gumaganang at pagsubok na bahagi ng circuit, kaya nang walang karagdagang pagtatalo, magsimula tayo.

Pag-unawa sa Nagtatrabaho na Prinsipyo ng Boost Converter

Ipinapakita ng figure sa itaas ang pangunahing eskematiko ng boost converter circuit. Upang pag-aralan ang nagtatrabaho prinsipyo ng circuit na ito, hahatiin namin ito sa dalawang bahagi, ipinapaliwanag ng unang kundisyon kung ano ang nangyayari kapag NAKA-ON ang MOSFET, ipinapaliwanag ng pangalawang kondisyon kung ano ang nangyayari kapag ang MOSFET ay naka-off.

Ano ang mangyayari kapag ON ang MOSFET:

Ipinapakita ng imahe sa itaas ang kalagayan ng circuit kapag ang MOSFET ay nakabukas. Tulad ng makikilala mo, ipinakita namin ang ON na kondisyon sa tulong ng isang dashing line, habang ang MOSFET ay mananatili, ang inductor ay nagsisimulang singilin, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng inductor ay patuloy na tumataas, na naimbak sa anyo ng isang magnetic field.

Ano ang mangyayari kapag ang MOSFET ay Patay:

Ngayon, tulad ng nalalaman mo, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng isang inductor ay hindi maaaring magbago kaagad! Iyon ay dahil nakaimbak ito sa anyo ng isang magnetic field. Samakatuwid, sa sandaling ito, ang MOSFET ay naka-off, ang magnetic field ay nagsisimulang gumuho, at ang kasalukuyang dumadaloy sa direksyon na kabaligtaran ng kasalukuyang singilin. Tulad ng nakikita mo sa diagram sa itaas, nagsisimula itong singilin ang capacitor.

Ngayon, sa pamamagitan ng patuloy na paggawa ng switch (MOSFET) on at off, lumikha kami ng isang output boltahe na mas malaki kaysa sa input boltahe. Ngayon, makokontrol natin ang output voltage sa pamamagitan ng pagkontrol sa on at off-time ng switch, at iyon ang ginagawa natin sa pangunahing circuit.

Maunawaan ang Paggawa ng TL494

Ngayon bago tayo magtayo at itayo ang circuit batay sa TL494 PWM controller, alamin natin kung paano gumagana ang PWM controller TL494. Ang TL494 IC ay may 8 mga bloke ng pag-andar, na ipinakita at inilarawan sa ibaba.

5-V Reference Regulator:

Ang 5V panloob na output ng regulator ng sanggunian ay ang REF pin, na pin-14 ng IC. Ang referral regulator ay naroroon upang magbigay ng isang matatag na supply para sa panloob na circuitry tulad ng pulse-steering flip-flop, oscillator, dead-time control comparator, at PWM comparator. Ginagamit din ang regulator upang himukin ang mga amplifier ng error na responsable para sa pagkontrol sa output.

Tandaan: Ang sanggunian ay nai-program sa panloob sa isang paunang katumpakan ng ± 5% at nagpapanatili ng katatagan sa isang saklaw ng boltahe ng pag-input na 7V hanggang 40 V. Para sa mga voltages ng pag-input na mas mababa sa 7 V, ang regulator ay nagbabadya sa loob ng 1 V ng input at sinusubaybayan ito.

Oscillator:

Ang oscillator ay bumubuo at nagbibigay ng isang lagarian ng alon sa patay na tagakontrol ng oras at ang mga kumpare ng PWM para sa iba't ibang mga signal ng kontrol.

Ang dalas ng osileytor ay maaaring itakda sa pamamagitan ng pagpili timing components R T at C T.

Ang dalas ng oscillator ay maaaring kalkulahin ng formula sa ibaba-

Fosc = 1 / (RT * CT)

Para sa pagiging simple, gumawa ako ng isang spreadsheet, kung saan madali mong makakalkula ang dalas. Alin ang maaari mong makita sa link sa ibaba.

Tandaan: Ang dalas ng oscillator ay katumbas ng dalas ng output lamang para sa mga solong natapos na application. Para sa mga aplikasyon ng push-pull, ang dalas ng output ay isang kalahati ng dalas ng oscillator.

Dead-time Control Comparator:

Ang oras ng patay o simpleng sabihin na ang off-time control ay nagbibigay ng minimum na oras ng patay o off-time. Ang output ng patay na oras ng tagapaghambing ay humahadlang sa paglipat ng mga transistor kapag ang boltahe sa input ay mas malaki kaysa sa boltahe ng rampa ng oscillator. Ang paglalapat ng boltahe sa pin ng DTC ay maaaring magpataw ng karagdagang oras ng patay, sa gayon ay nagbibigay ng karagdagang oras ng patay mula sa minimum na 3% hanggang 100% habang ang boltahe ng pag-input ay nag-iiba mula 0 hanggang 3V. Sa simpleng mga termino, mababago natin ang Duty cycle ng output wave nang hindi binabago ang mga amplifier ng error.

Tandaan: Ang panloob na offset ng 110 mV ay nagsisiguro ng isang minimum na oras ng patay na 3% na may ground-input na kontrol ng dead-time na na-ground.

Mga Amplifier ng Error:

Ang parehong mga high-gain error amplifier ay tumatanggap ng kanilang bias mula sa VI supply rail. Pinapayagan nito ang isang karaniwang-mode na saklaw ng boltahe ng pag-input mula sa –0.3 V hanggang 2 V na mas mababa sa VI. Ang parehong mga amplifier ay kumikilos ng katangian ng isang solong natapos na solong-supply ng amplifier, sa gayon, ang bawat output ay aktibo lamang mataas.

Input-Control Input:

Ang input-control input ay tumutukoy kung ang output transistors ay tumatakbo sa parallel o push-pull mode. Sa pamamagitan ng pagkonekta ng output control pin na pin-13 sa ground ay nagtatakda ng output transistors sa parallel mode ng operasyon. Ngunit sa pamamagitan ng pagkonekta sa pin na ito sa 5V-REF pin ay nagtatakda ng mga output transistor sa push-pull mode.

Mga Output Transistor:

Ang IC ay may dalawang panloob na output transistors na kung saan ay nasa open-collector at open-emitter configurations, kung saan maaari itong mapagkukunan o lumubog ng isang maximum na kasalukuyang hanggang sa 200mA.

Tandaan: Ang mga transistor ay may boltahe ng saturation na mas mababa sa 1.3 V sa pagsasaayos ng karaniwang-emitter at mas mababa sa 2.5 V sa pagsasaayos ng tagasunod ng emitter.

Kinakailangan ang mga bahagi upang maitayo ang TL494 Batay sa Boost Converter Circuit

Isang talahanayan na naglalaman ng lahat ng mga bahagi na ipinakita sa ibaba. Bago iyon, nagdagdag kami ng isang imahe na nagpapakita ng lahat ng mga sangkap na ginamit sa circuit na ito. Dahil ang circuit na ito ay simple, mahahanap mo ang lahat ng kinakailangang bahagi sa iyong lokal na tindahan ng libangan.

Mga Bahagi-Listahan:

1. TL494 IC - 1
2. IRFP250 MOSFET - 1
3. Screw Terminal 5X2 mm - 2
4. 1000uF, 35V Capacitor - 1
5. 1000uF, 63V Capacitor - 1
6. 50K, 1% Resistor - 1
7. 560R Resistor - 1
8. 10K, 1% Resistor - 4
9. 3.3K, 1% Resistor - 1
10. 330R Resistor - 1
11. 0.1uF Capacitor - 1
12. MBR20100CT Schottky Diode - 1
13. 150uH (27 x 11 x 14) mm Inductor - 1
14. Potentiometer (10K) Trim Pot - 1
15. 0.22R Kasalukuyang Sense Resistor - 2
16. Clad Board Generic 50x 50mm - 1
17. Generic ng Sink ng PSU Heat - 1
18. Jumper Wires Generic - 15

TL494 Batay sa Boost Converter - Diagram ng Skematika

Ang circuit diagram para sa High-Efficiency Boost Converter ay ibinibigay sa ibaba.

TL494 Boost Converter Circuit - Gumagana

Ang circuit ng TL494 Boost Converter na ito ay binubuo ng mga sangkap na napakadaling makuha, at sa seksyong ito, dadaan kami sa bawat pangunahing bloke ng circuit at ipaliwanag ang bawat bloke.

Input Capacitor:

Ang input capacitor ay naroroon upang maihatid ang mataas na kasalukuyang pangangailangan na kinakailangan kapag ang MOSFET switch ay sarado at ang inductor ay nagsimulang singilin.

Ang Feedback at ang loop ng Control:

Ang mga resistor R2 at R8 ay nagtakda ng boltahe ng kontrol para sa loop ng feedback, ang itinakdang boltahe ay konektado sa pin 2 ng TL494 IC, at ang boltahe ng feedback ay konektado upang i-pin ang isa sa IC na may label na VOLTAGE_FEEDBACK . Itinakda ng resistors R10 at R15 ang kasalukuyang limitasyon sa circuit.

Ang mga resistor R7 at R1 ay bumubuo ng control loop, sa tulong ng feedback na ito, ang output PWM signal ay nagbabago nang linear, nang walang mga resistors ng feedback, ang kumpare ay kumikilos tulad ng isang generic circuit ng kumpara na bubuksan / patayin ang circuit sa isang itinakdang boltahe.

Pagpili ng Frequency ng Lumilipat:

Sa pamamagitan ng pagtatakda ng wastong mga halaga sa mga pin 5 at 6, maitatakda namin ang dalas ng paglipat ng IC na ito, para sa proyektong ito, gumamit kami ng isang halaga ng capacitor na 1nF at isang halaga ng risistor ng 10K na nagbibigay sa amin ng humigit-kumulang na dalas ng 100KHz, sa pamamagitan ng paggamit ang formula Fosc = 1 / (RT * CT) , maaari nating kalkulahin ang dalas ng oscillator. Maliban dito, sakop namin ang iba pang mga seksyon nang detalyado nang mas maaga sa artikulo.

Disenyo ng PCB para sa TL494 Batay sa Boost Converter Circuit

Ang PCB para sa aming Phase angle Control circuit ay idinisenyo sa isang solong panig na board. Ginamit ko ang Eagle upang idisenyo ang aking PCB ngunit maaari mong gamitin ang anumang Disenyo ng software na iyong pinili. Ang imahe ng 2D ng aking disenyo ng board ay ipinapakita sa ibaba.

Tulad ng nakikita mo sa ilalim na bahagi ng pisara, gumamit ako ng isang makapal na eroplano sa lupa upang matiyak na ang daloy ng kasalukuyang maaaring dumaloy dito. Ang input ng kuryente ay nasa kaliwang bahagi ng board at ang output ay nasa kanang bahagi ng board. Ang kumpletong file ng disenyo kasama ang mga iskema ng converter ng TL494 Boost ay maaaring ma-download mula sa link sa ibaba.

• Mag-download ng PCB Design GERBER file para sa TL494 based Boost Converter Circuit

Handmade PCB:

Para sa kaginhawaan, ginawa ko ang aking bersyon na gawa sa kamay ng PCB at ipinakita ito sa ibaba. Gumawa ako ng ilang mga pagkakamali habang ginagawa ang PCB na ito kaya kailangan kong matanda ang ilang mga jumper wires upang ayusin iyon.

Ganito ang hitsura ng aking board pagkatapos makumpleto ang pagbuo.

Pagkalkula at Konstruksiyon ng TL494 Boost Converter Disenyo

Para sa pagpapakita ng mataas na kasalukuyang boost converter na ito, ang circuit ay itinayo sa handmade PCB, sa tulong ng eskematiko at mga file ng disenyo ng PCB; mangyaring tandaan na kung kumokonekta ka ng isang malaking pagkarga sa output ng boost converter circuit na ito, isang malaking halaga ng kasalukuyang dumadaloy sa mga bakas ng PCB, at mayroong isang pagkakataon na masunog ang mga bakas. Kaya, upang maiwasang masunog ang mga bakas ng PCB, nadagdagan namin ang kapal ng bakas hangga't maaari. Gayundin, pinatibay namin ang mga bakas ng PCB na may makapal na layer ng panghinang upang babaan ang resistensya ng bakas.

Upang maayos na kalkulahin ang mga halaga ng inductor at capacitor, gumamit ako ng isang dokumento mula sa mga instrumento sa Texas.

Pagkatapos nito, gumawa ako ng isang Google spreadsheet upang gawing mas madali ang pagkalkula.

Pagsubok sa High Voltage Boost Converter Circuit na ito

Upang subukan ang circuit, ginagamit ang sumusunod na pag-setup. Tulad ng nakikita mo, ginamit namin ang power supply ng PC ATX bilang input, kaya ang input ay 12V. Nag-attach kami ng isang voltmeter at isang ammeter sa output ng circuit na nagpapakita ng boltahe ng output at kasalukuyang output. Mula sa kung saan madali nating makalkula ang output power para sa circuit na ito. Panghuli, gumamit kami ng walong 4.7R 10W power resistors sa serye bilang isang karga upang subukan ang kasalukuyang pagkonsumo.

Mga tool na ginamit upang subukan ang circuit:

1. 12V PC ATX Power Supply
2. Isang transpormer na mayroong 6-0-6 tap at isang 12-0-12 tap
3. Walong, 10W 4.7R Resistors sa Series - Kumikilos bilang ang karga
4. Meco 108B + TRMS Multimeter
5. Meco 450B + TRMS Multimeter
6. Isang Screwdriver

Output Power Consuming ng High-Power Boost Converter Circuit:

Tulad ng nakikita mo sa imahe sa itaas, ang boltahe ng output ay 44.53V at ang kasalukuyang output ay 2.839A, kaya ang kabuuang lakas ng output ay nagiging 126.42W, kaya tulad ng nakikita mo, ang circuit na ito ay maaaring madaling hawakan ang lakas na higit sa 100Watts.

Karagdagang Mga Pagpapahusay

Ang circuit ng TL494 Boost Converter na ito ay para lamang sa mga layunin ng pagpapakita, kaya't walang idinagdag na protection circuit sa input o seksyon ng output ng circuit. Kaya, upang mapagbuti ang tampok na proteksyon, maaari mo ring idagdag, din habang gumagamit ako ng IRFP250 MOSFET, ang lakas ng output ay maaaring mapahusay pa, ang naglilimita na kadahilanan sa aming circuit ay ang inductor. Ang isang mas malaking core para sa inductor ay magpapataas ng kapasidad ng output.

Inaasahan kong nagustuhan mo ang artikulong ito at may natutunan na bago dito. Kung mayroon kang anumang pag-aalinlangan, maaari kang magtanong sa mga komento sa ibaba o maaaring magamit ang aming mga forum para sa detalyadong talakayan.