Mataas na kapangyarihan mataas na kahusayan buck converter circuit gamit ang tl494

Ang isang buck converter (step-down converter) ay isang DC-to-DC switching converter na bumababa ng boltahe habang pinapanatili ang isang pare-pareho na balanse ng kuryente. Ang pangunahing tampok ng isang buck converter ay ang kahusayan, na nangangahulugang sa isang buck converter sa board, maaari naming asahan ang pinalawig na buhay ng baterya, nabawasan ang init, maliit na sukat, at pinabuting kahusayan. Nakagawa kami dati ng ilang simpleng mga circuit ng converter ng Buck at ipinaliwanag ang mga pangunahing kaalaman at kahusayan sa disenyo.

Kaya, sa artikulong ito, magdidisenyo kami, makakalkula at subukan ang isang mataas na kahusayan na buck converter circuit batay sa tanyag na TL494 IC at sa wakas, magkakaroon ng isang detalyadong video na ipinapakita ang nagtatrabaho at pagsubok na bahagi ng circuit, Kaya't walang karagdagang ado, magsimula na tayo.

Paano gumagana ang isang Buck Converter?

Ang figure sa itaas ay nagpapakita ng isang napaka- pangunahing buck converter circuit. Upang malaman kung paano gumagana ang isang buck converter, hahatiin ko ang circuit sa dalawang mga kundisyon. Ang unang kundisyon kapag ang transistor ay ON, susunod na kondisyon kapag ang transistor OFF.

Transistor Sa estado

Sa senaryong ito, makikita natin na ang diode ay nasa kondisyong bukas na circuit dahil ito ay nasa reverse-bias na estado. Sa sitwasyong ito, ang ilang paunang kasalukuyang ay magsisimulang dumaloy sa pamamagitan ng pag-load, ngunit ang kasalukuyang pinaghihigpitan ng inductor, sa gayon ang inductor ay nagsisimula ring singilin nang paunti-unti. Samakatuwid, sa panahon ng on-time ng circuit, itinatayo ng capacitor ang cycle ng singil sa pamamagitan ng pag-ikot, at ang boltahe na ito ay sumasalamin sa buong karga.

Transistor Off state

Kapag ang transistor ay nasa isang off state, ang enerhiya na nakaimbak sa inductor L1 ay bumagsak at dumadaloy pabalik sa diode D1 tulad ng ipinakita sa circuit na may mga arrow. Sa sitwasyong ito, ang boltahe sa kabuuan ng inductor ay nasa reverse polarity at sa gayon ang diode ay nasa kondisyon na pasulong-bias. Ngayon dahil sa gumuho na magnetic field ng inductor, ang kasalukuyang patuloy na dumadaloy sa pamamagitan ng pagkarga hanggang sa maubos ang singil ng inductor. Nangyayari ang lahat ng ito habang wala sa kondisyon ang transistor.

Matapos ang isang tiyak na panahon kung kailan ang inductor ay halos wala sa nakaimbak na enerhiya, ang boltahe ng pag-load ay nagsimulang mahulog muli, sa sitwasyong ito, ang capacitor C1 ay naging pangunahing mapagkukunan ng kasalukuyang, ang capacitor ay naroon upang mapanatili ang kasalukuyang dumadaloy hanggang magsimula ang susunod na ikot muli

Ngayon sa pamamagitan ng pag-iiba ng dalas ng paglipat at oras ng paglipat, makakakuha kami ng anumang output mula sa 0 hanggang Vin mula sa isang buck converter.

IC TL494

Ngayon bago magtayo ng isang TL494 buck converter, alamin natin kung paano gumagana ang PWM controller TL494.

Ang TL494 IC ay may 8 mga bloke ng pag-andar, na ipinapakita at inilarawan sa ibaba.

1. 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 na input na boltahe na 7V hanggang 40 V. Para sa mga voltages ng pag-input na mas mababa sa 7V, ang regulator ay nagbabadya sa loob ng 1V ng input at sinusubaybayan ito.

2. 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.

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.

3. Comparator sa Pagkontrol sa Dead-time

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

4. 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, na ang bawat output ay aktibo lamang mataas.

5. Output-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 kung saan ay ang pin-13 sa ground na 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.

6. Mga Transistor ng Output

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 transistors ay may boltahe ng saturation na mas mababa sa 1.3 V sa karaniwang pag-configure ng emitter at mas mababa sa 2.5 V sa pagsasaayos ng tagasunod ng emitter.

Mga tampok ng TL494 IC

• Kumpletuhin ang PWM Power-Control Circuitry
• Hindi komitibong Mga Output para sa 200-mA Sink o Source Kasalukuyang
• Pinipili ng Output Control ang Single-Ended o Push-Pull Operation
• Ipinagbabawal ng Panloob na Circuitry ang Double Pulse sa Alinmang Output
• Nagbibigay ang Variable Dead Time ng Pagkontrol sa Kabuuang Saklaw
• Nagbibigay ang Panloob na Regulator ng isang Matatag na 5-V
• Sanggunian ng Sanggunian Na May 5% Tolerance
• Pinapayagan ng Circuit Architecture ang Madaling Pag-synchronize

Tandaan! Karamihan sa panloob na paglalarawan ng iskematiko at pagpapatakbo ay kinuha mula sa datasheet at binago sa ilang sukat para sa mas mahusay na pag-unawa.

Kinakailangan ang Mga Bahagi

1. TL494 IC - 1
2. TIP2955 Transistor - 1
3. Screw Terminal 5mmx2 - 2
4. 1000uF, 60V Capacitor - 1
5. 470uF, 60V Capacitor - 1
6. 50K, 1% Resistor - 1
7. 560R Resistor - 1
8. 10K, 1% Resistor - 4
9. 3.3K, 1% Resistor - 2
10. 330R Resistor - 1
11. 0.22uF Capacitor - 1
12. 5.6K, 1W Resistor - 1
13. 12.1V Zener Diode - 1
14. MBR20100CT Schottky Diode - 1
15. 70uH (27 x 11 x 14) mm Inductor - 1
16. Potentiometer (10K) Trim-Pot - 1
17. 0.22R Kasalukuyang Sense Resistor - 2
18. Clad Board Generic 50x 50mm - 1
19. Generic ng Sink ng PSU Heat - 1
20. Jumper Wires Generic - 15

Diagram ng Skematik

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

Paggawa ng Circuit

Para sa pagpapakitang ito ng mataas na kasalukuyang buck 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 buck converter pagkatapos ay isang malaking halaga ng kasalukuyang dumadaloy sa mga bakas ng PCB, at mayroong isang pagkakataon na masunog ang mga bakas. Kaya, upang maiwasan ang mga bakas ng PCB mula sa pagkasunog ay isinama ko ang ilang mga jumper na makakatulong upang madagdagan ang kasalukuyang daloy. Gayundin, pinatibay ko ang mga bakas ng PCB na may makapal na layer ng panghinang upang babaan ang resistensya ng bakas.

Ang inductor ay itinayo na may 3 mga hibla ng parallel 0.45 sq mm enameled wire na tanso.

Kalkulasyon

Upang maayos na kalkulahin ang mga halaga ng inductor at capacitor Gumamit ako ng isang dokumento mula sa mga instrumento ng texas.

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

Pagsubok sa Mataas na Boltahe na Step-Down Converter na ito

Upang subukan ang circuit ginagamit ang sumusunod na pag-set up. Tulad ng ipinakita sa imahe sa itaas ang input boltahe ay 41.17 V at ang kasalukuyang walang-load ay.015 A na ginagawang gumuhit ng lakas na walang-load na mas mababa sa 0.6W.

Bago ang alinman sa inyo na tumalon at sabihin kung ano ang ginagawa ng isang mangkok ng risistor sa aking talahanayan sa pagsubok.

Hayaan mong sabihin ko sa iyo, ang mga resistor ay napakainit sa oras ng pagsubok ng circuit na may buong kalagayan ng pag-load, kaya naghanda ako ng isang mangkok ng tubig upang maiwasan ang pagsunog sa aking mesang nagtatrabaho

Mga tool na ginamit upang subukan ang circuit

1. 12V lead-acid na baterya.
2. Isang transpormer na mayroong 6-0-6 tap at isang 12-0-12 tap
3. 5 10W 10r Paglaban sa kahanay bilang isang pagkarga
4. Meco 108B + TRMS Multimeter
5. Meco 450B + TRMS Multimeter
6. Hantek 6022BE Oscilloscope

Input Power para sa High Power Buck Converter

Tulad ng nakikita mo mula sa imahe sa itaas, ang input boltahe ay bumaba sa 27.45V sa kondisyon ng pag-load at ang kasalukuyang pag-input ay 3.022 A na katumbas ng isang lakas ng pag-input na 82.9539 W.

Kapangyarihang Output

Tulad ng nakikita mo mula sa nasa itaas na imahe ang output boltahe ay 12.78V at ang output kasalukuyang gumuhit ng 5.614A na katumbas ng isang power draw na 71.6958 W.

Kaya ang kahusayan ng circuit ay nagiging (71.6958 / 82.9539) x 100% = 86.42%

Ang pagkawala sa circuit ay dahil sa mga resistors para sa pag-kapangyarihan ng TL494 IC at

Ganap na maximum na kasalukuyang gumuhit sa aking talahanayan ng pagsubok

Mula sa imahe sa itaas, makikita na ang maximum na kasalukuyang gumuhit mula sa circuit ay 6.96 A halos

Sa sitwasyong ito, ang pangunahing bottleneck ng system ay ang aking transpormer na ang dahilan kung bakit hindi ko madagdagan ang kasalukuyang pag-load ngunit sa disenyo na ito at sa isang mahusay na heat sink maaari mong madaling gumuhit ng higit sa 10A ng kasalukuyang mula sa circuit na ito.

Tandaan! Ang alinman sa inyo na nagtataka kung bakit nag-attach ako ng isang napakalaking heat sink sa circuit, hayaan mong sabihin ko sa iyo sa ngayon na wala akong anumang mas maliit na heat sink sa aking stockpile.

Karagdagang Mga Pagpapahusay

Ang TL494 buck converter circuit na ito ay para sa mga hangarin lamang ng pagpapakita kung kaya't walang proteksyon circuit ay idinagdag sa seksyon ng output ng circuit

1. Ang isang output protection circuit ay dapat idagdag upang maprotektahan ang circuit ng load.
2. Ang inductor ay kailangang ma-dipped sa varnish kung hindi man ay makakabuo ito ng ingay na naririnig.
3. Ang isang mahusay na kalidad ng PCB na may tamang disenyo ay sapilitan
4. Ang switching transistor ay maaaring mabago upang madagdagan ang kasalukuyang pag-load

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.