Схема понижающего преобразователя высокой мощности с высоким КПД с использованием tl494

Понижающий преобразователь (понижающий преобразователь) является постоянного тока в постоянный ток коммутации преобразователя, что шаги вниз напряжения при сохранении постоянной мощности баланса. Основной особенностью понижающего преобразователя является эффективность, а это означает, что с понижающим преобразователем на борту мы можем ожидать увеличения срока службы батареи, уменьшения нагрева, меньшего размера и повышения эффективности. Ранее мы сделали несколько простых схем понижающего преобразователя и объяснили его основы и эффективность конструкции.

Итак, в этой статье мы собираемся спроектировать, рассчитать и протестировать схему высокоэффективного понижающего преобразователя на основе популярной микросхемы TL494 и, наконец, будет подробное видео, показывающее рабочую и тестовую часть схемы. дальше молчания, давайте начнем.

Как работает понижающий конвертер?

На рисунке выше показана очень простая схема понижающего преобразователя. Чтобы понять, как работает понижающий преобразователь, я разделю схему на два условия. Первое состояние, когда транзистор включен, следующее состояние, когда транзистор выключен.

Транзистор включен

В этом сценарии мы видим, что диод находится в состоянии разомкнутой цепи, потому что он находится в состоянии обратного смещения. В этой ситуации через нагрузку начнет протекать некоторый начальный ток, но ток ограничен индуктором, таким образом, индуктор также начинает постепенно заряжаться. Следовательно, во время работы схемы конденсатор наращивает цикл заряда за циклом, и это напряжение отражается на нагрузке.

Состояние выключенного транзистора

Когда транзистор находится в выключенном состоянии, энергия, запасенная в катушке индуктивности L1, схлопывается и течет обратно через диод D1, как показано на схеме со стрелками. В этой ситуации напряжение на катушке индуктивности имеет обратную полярность, поэтому диод находится в состоянии прямого смещения. Теперь из-за коллапса магнитного поля индуктора ток продолжает течь через нагрузку, пока индуктор не разрядится. Все это происходит при выключенном транзисторе.

По прошествии определенного периода, когда в катушке индуктивности почти закончилась запасенная энергия, напряжение нагрузки снова начинает падать, в этой ситуации конденсатор C1 становится основным источником тока, конденсатор должен поддерживать ток, пока не начнется следующий цикл. очередной раз.

Теперь, изменяя частоту переключения и время переключения, мы можем получить любой выходной сигнал от 0 до Vin от понижающего преобразователя.

IC TL494

Теперь, прежде чем собирать понижающий преобразователь TL494, давайте узнаем, как работает ШИМ-контроллер TL494.

Микросхема TL494 имеет 8 функциональных блоков, которые показаны и описаны ниже.

1. 5-В Опорный регулятор

5V внутренний выходной опорный регулятор опорного сигнала контактный, который пин-14 IC. Опорный стабилизатор предназначен для обеспечения стабильного питания внутренних схем, таких как триггер с импульсным управлением, генератор, компаратор управления мертвой выдержкой и компаратор ШИМ. Регулятор также используется для управления усилителями ошибок, которые отвечают за управление выходом.

Запись! Задание внутренне запрограммировано с начальной точностью ± 5% и поддерживает стабильность в диапазоне входного напряжения от 7 В до 40 В. Для входных напряжений менее 7 В регулятор насыщается в пределах 1 В от входного и отслеживает его.

2. Осциллятор

Генератор генерирует и подает пилообразную волну на контроллер мертвого времени и компараторы PWM для различных сигналов управления.

Частота генератора может быть установлена путем выбора временных компонентов R T и С Т.

Частота генератора может быть вычислена по формуле ниже

Fosc = 1 / (RT * CT)

Для простоты я составил электронную таблицу, по которой вы можете очень легко вычислить частоту.

Запись! Частота генератора равна выходной частоте только для несимметричных приложений. Для двухтактных приложений выходная частота составляет половину частоты генератора.

3. Компаратор контроля мертвого времени

Мертвое время или, проще говоря, управление отключенным временем обеспечивает минимальное мертвое время или время простоя. Выход компаратора мертвого времени блокирует переключение транзисторов, когда напряжение на входе больше, чем линейное напряжение генератора. Подача напряжения на вывод DTC может вызвать дополнительное мертвое время, тем самым обеспечивая дополнительное мертвое время от минимум 3% до 100% при изменении входного напряжения от 0 до 3 В. Проще говоря, мы можем изменить рабочий цикл выходной волны без настройки усилителей ошибок.

Запись! Внутреннее смещение 110 мВ обеспечивает минимальное мертвое время 3% при заземленном управляющем входе мертвого времени.

4. Усилители ошибок

Оба усилителя ошибки с высоким коэффициентом усиления получают напряжение смещения от шины питания VI. Это позволяет использовать синфазное входное напряжение в диапазоне от –0,3 В до 2 В ниже VI. Оба усилителя ведут себя характерно для несимметричного усилителя с однополярным питанием, поскольку каждый выход активен только на высоком уровне.

5. Вход управления выходом

Вход управления выходом определяет, работают ли выходные транзисторы в параллельном или двухтактном режиме. При подключении выходного управляющего контакта, который является контактом 13, к земле, выходные транзисторы устанавливаются в параллельный режим работы. Но при подключении этого вывода к выводу 5V-REF выходные транзисторы устанавливаются в двухтактный режим.

6. Выходные транзисторы.

ИС имеет два внутренних выходных транзистора, которые находятся в конфигурациях с открытым коллектором и с открытым эмиттером, с помощью которых она может передавать или потреблять максимальный ток до 200 мА.

Запись! Транзисторы имеют напряжение насыщения менее 1,3 В в конфигурации с общим эмиттером и менее 2,5 В в конфигурации эмиттер-повторитель.

Особенности микросхемы TL494

• Полная схема управления мощностью ШИМ
• Незавершенные выходы для тока потребления или источника 200 мА
• Управление выходом выбирает односторонний или двухтактный режим работы
• Внутренняя схема запрещает двойной импульс на любом выходе
• Переменное время простоя обеспечивает контроль над общим диапазоном
• Внутренний регулятор обеспечивает стабильное напряжение 5 В
• Эталонная поставка с допуском 5%
• Архитектура схемы позволяет легко синхронизировать

Запись! Большая часть внутренней схемы и описания операций взята из таблицы и в некоторой степени модифицирована для лучшего понимания.

Необходимые компоненты

1. TL494 IC - 1
2. TIP2955 Транзистор - 1
3. Винтовой зажим 5 мм x 2 - 2
4. Конденсатор 1000uF, 60V - 1
5. 470uF, 60V Конденсатор - 1
6. 50К, резистор 1% - 1
7. 560R Резистор - 1 шт.
8. 10 кОм, резистор 1% - 4
9. 3,3 кОм, резистор 1% - 2
10. 330R Резистор - 1 шт.
11. Конденсатор 0,22 мкФ - 1
12. Резистор 5,6 кОм, 1 Вт - 1 шт.
13. Стабилитрон 12,1 В - 1
14. MBR20100CT Диод Шоттки - 1
15. 70uH (27 x 11 x 14) мм Индуктор - 1
16. Потенциометр (10K) Trim-Pot - 1
17. Токочувствительный резистор 0,22R - 2 шт.
18. Плакированная доска Generic 50x 50 мм - 1
19. Радиатор БП Generic - 1
20. Джамперные провода общие - 15

Схематическая диаграмма

Принципиальная схема понижающего преобразователя высокой эффективности приведена ниже.

Конструкция схемы

Для демонстрации этого сильноточного понижающего преобразователя схема построена вручную на печатной плате с помощью файлов схемы и проектирования печатной платы; Обратите внимание, что если вы подключаете большую нагрузку к выходному понижающему преобразователю, то через дорожки печатной платы будет протекать большой ток, и есть вероятность, что дорожки выгорят. Итак, чтобы следы печатной платы не выгорели, я включил несколько перемычек, которые помогают увеличить ток. Кроме того, я укрепил дорожки на печатной плате толстым слоем припоя, чтобы снизить сопротивление дорожек.

Индуктор состоит из 3 параллельных жил из эмалированного медного провода 0,45 кв. Мм.

Расчеты

Чтобы правильно рассчитать значения индуктивности и конденсатора, я использовал документ от Texas Instruments.

После этого я сделал таблицу Google, чтобы упростить расчет

Тестирование этого высоковольтного понижающего преобразователя

Для проверки схемы используется следующая установка. Как показано на изображении выше, входное напряжение составляет 41,17 В, а ток без нагрузки составляет 0,015 А, что делает потребляемую мощность без нагрузки менее 0,6 Вт.

Прежде чем кто-либо из вас прыгнет и скажет, что таз резистора делает в моем тестовом столе.

Позвольте мне сказать вам, резисторы очень сильно нагреваются во время тестирования схемы при полной нагрузке, поэтому я приготовил таз с водой, чтобы мой рабочий стол не сгорел.

Инструменты, используемые для проверки схемы

1. Свинцово-кислотный аккумулятор 12 В.
2. Трансформатор с отводом 6-0-6 и отводом 12-0-12
3. 5 10W 10r Сопротивление параллельно в качестве нагрузки
4. Мультиметр Meco 108B + TRMS
5. Мультиметр Meco 450B + TRMS
6. Осциллограф Hantek 6022BE

Входная мощность для понижающего преобразователя высокой мощности

Как вы можете видеть на изображении выше, входное напряжение падает до 27,45 В в состоянии нагрузки, а входной ток составляет 3,022 А, что равно входной мощности 82,9539 Вт.

Выходная мощность

Как видно из приведенного выше изображения, выходное напряжение составляет 12,78 В, а выходной ток составляет 5,614 А, что эквивалентно потребляемой мощности 71,6958 Вт.

Таким образом, КПД схемы становится (71,6958 / 82,9539) x 100% = 86,42%.

Потери в цепи связаны с резисторами для питания микросхемы TL494 и

Абсолютный максимальный ток в моей тестовой таблице

Из изображения выше видно, что максимальный ток, потребляемый из цепи, составляет 6,96 А, это почти

В этой ситуации основным узким местом системы является мой трансформатор, поэтому я не могу увеличить ток нагрузки, но с такой конструкцией и с хорошим радиатором вы можете легко получить ток более 10А из этой схемы.

Запись! Любой из вас, кто задается вопросом, почему я добавил в схему массивный радиатор, позвольте мне сказать вам, что на данный момент у меня нет радиатора меньшего размера в моем запасе.

Дальнейшие улучшения

Эта схема понижающего преобразователя TL494 предназначена только для демонстрационных целей, поэтому в выходной части схемы не добавляется схема защиты.

1. Для защиты цепи нагрузки необходимо добавить схему защиты выхода.
2. Индуктор необходимо окунуть в лак, иначе будет слышен шум.
3. Печатная плата хорошего качества с правильным дизайном обязательна
4. Переключающий транзистор можно модифицировать для увеличения тока нагрузки.

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали из нее что-то новое. Если у вас есть сомнения, вы можете задать вопрос в комментариях ниже или воспользоваться нашим форумом для подробного обсуждения.