תכנון ממיר דחיפה בעל הספק גבוה ויעילות גבוהה באמצעות tl494

תוך כדי עבודה עם אלקטרוניקה, אנו מוצאים את עצמנו לעיתים קרובות במצבים בהם יש צורך להגביר את מתח המוצא בעוד שמתח הכניסה נשאר נמוך, זהו סוג של מצב בו אנו יכולים להסתמך על מעגל המכונה בדרך כלל ממיר הדחיפה (ממיר עלייה). ממיר דחיפה הוא ממיר מיתוג מסוג DC-DC המגביר את המתח תוך שמירה על מאזן הספק קבוע. המאפיין העיקרי של ממיר דחיפה הוא יעילות שמשמעותה שאנחנו יכולים לצפות לחיי סוללה ארוכים ולבעיות חום מופחתות. בעבר יצרנו מעגל ממיר דחיפה פשוט והסברנו על יעילות התכנון הבסיסית שלו.

לכן, במאמר זה, אנו מתכננים לתכנן ממיר Boost TL494 ולחשב ולבדוק מעגל ממיר דחיפה בעל יעילות גבוהה המבוסס על TL494 IC הפופולרי, בעל מתח אספקה ​​מינימלי של 7 וולט ומקסימום של 40 וולט, וכפי אנו משתמשים ב- IRFP250 MOSFET כמתג, מעגל זה יכול להתמודד עם זרם מקסימלי של 19 אמפר, באופן תיאורטי (מוגבל על ידי קיבולת משרן). לבסוף, יהיה סרטון מפורט המציג את חלק העבודה והמבחנים במעגל, כך שללא התחלה נוספת, בואו נתחיל.

הבנת עקרון העבודה של ממיר Boost

האיור לעיל מראה את הסכמה הבסיסית של מעגל ממיר הדחיפה. כדי לנתח את עקרון העבודה של מעגל זה, אנו נחלק אותו לשני חלקים, התנאי הראשון מסביר מה קורה כאשר ה- MOSFET פועל, והתנאי השני מסביר מה קורה כאשר ה- MOSFET כבוי.

מה קורה כאשר MOSFET פועל:

התמונה לעיל מציגה את מצב המעגל כאשר ה- MOSFET פועל. כפי שאתה יכול לזהות, הראינו את מצב ה- ON בעזרת קו מקווקו, כאשר ה- MOSFET נשאר דולק, המשרן מתחיל להיטען, הזרם דרך המשרן ממשיך לגדול, אשר נשמר בצורה של שדה מגנטי.

מה קורה כאשר MOSFET כבוי:

כעת, כידוע, הזרם באמצעות משרן אינו יכול להשתנות באופן מיידי! הסיבה לכך היא שהוא מאוחסן בצורה של שדה מגנטי. לכן, ברגע שה- MOSFET מכבה, השדה המגנטי מתחיל להתמוטט, והזרם זורם בכיוון ההפוך מזרם הטעינה. כפי שניתן לראות בתרשים לעיל, זה מתחיל לטעון את הקבל.

כעת, על ידי הפעלה וכיבוי רצוף של המתג (MOSFET), יצרנו מתח יציאה גדול ממתח הכניסה. כעת, אנו יכולים לשלוט על מתח המוצא על ידי שליטה על ההפעלה והפסקת הזמן של המתג, וזה מה שאנחנו עושים במעגל הראשי.

להבין את העבודה של TL494

עכשיו לפני שנלך לבנות את המעגל המבוסס על בקר TL494 PWM, בואו ללמוד כיצד פועל בקר ה- PWM TL494. ל- TL494 IC 8 בלוקים פונקציונליים המוצגים ומתוארים להלן.

רגולטור הפניה 5-V:

פלט הרגולטור הפניה 5V הפנימי הוא סיכת ה- REF, שהיא סיכה 14 של ה- IC. רגולטור הייחוס נמצא כדי לספק אספקה ​​יציבה למעגלים פנימיים כמו כפכף היגוי הדופק, מתנד, משווה בקרת זמן מתים ומשווה PWM. הרגולטור משמש גם להפעלת מגברי השגיאה האחראיים על בקרת הפלט.

הערה: הפניה מתוכנתת באופן פנימי לדיוק התחלתי של ± 5% ושומרת על יציבות בתחום מתח כניסה של 7 וולט עד 40 וולט. עבור מתח כניסה נמוך מ- 7 וולט, הרגולטור רווי בטווח של 1 וולט מהכניסה ועוקב אחריו.

מַתנֵד:

המתנד מייצר ומספק גל שיניים לבקר זמן המת ולמשוואות ה- PWM עבור אותות בקרה שונים.

תדירות המתנד ניתן להגדיר על ידי בחירת רכיבי עיתוי R T ו- C T.

ניתן לחשב את תדירות המתנד על ידי הנוסחה להלן-

Fosc = 1 / (RT * CT)

לשם פשטות, הכנתי גיליון אלקטרוני שבאמצעותו תוכלו לחשב את התדירות בקלות רבה. אשר תוכלו למצוא בקישור למטה.

הערה: תדר המתנד שווה לתדר המוצא רק עבור יישומים חד-פעמיים. עבור יישומי דחיפה-משיכה, תדר המוצא הוא מחצית מתדר המתנד.

השוואה לבקרת זמן מת:

זמן המת או פשוט לומר בקרת זמן מחוץ לזמן מספק זמן מת לפחות או זמן מחוץ לזמן. הפלט של המשווה לזמן המת חוסם טרנזיסטורי מיתוג כאשר המתח בכניסה גדול ממתח הרמפה של המתנד. החלת מתח על סיכת ה- DTC יכולה להטיל זמן מת נוסף, ובכך לספק זמן מת נוסף ממינימום 3% עד 100% מכיוון שמתח הכניסה משתנה בין 0 ל -3 V. במילים פשוטות, אנו יכולים לשנות את מחזור החובה של גל הפלט מבלי להתאים את מגברי השגיאה.

הערה: קיזוז פנימי של 110 mV מבטיח זמן מת מינימלי של 3% עם קלט בקרת המת.

מגברי שגיאה:

שני מגברי השגיאה בעלי הרווח הגבוה מקבלים את ההטיה שלהם ממעקה האספקה ​​VI. זה מאפשר טווח מתח כניסה במצב משותף בין -0.3 וולט ל -2 וולט פחות מ- VI. שני המגברים מתנהגים באופן אופייני למגבר ספקי יחיד חד-קצה, בכך שכל פלט פעיל גבוה בלבד.

קלט בקרת פלט:

קלט בקרת המוצא קובע אם טרנזיסטורי המוצא פועלים במצב מקבילי או במצב משיכה. על ידי חיבור סיכת בקרת המוצא שהיא סיכה 13 לקרקע מכוון את טרנזיסטורי המוצא למצב פעולה מקביל. אך על ידי חיבור סיכה זו לסיכה 5V-REF מגדיר את טרנזיסטורי הפלט במצב דחיפה-משיכה.

טרנזיסטורי פלט:

ל- IC שני טרנזיסטורי יציאה פנימיים שנמצאים בתצורות אספן פתוח ופולט פתוח, באמצעותם הוא יכול להזרים או לשקוע זרם מקסימלי עד 200mA.

הערה: הטרנזיסטורים הם בעלי מתח רוויה של פחות מ -1.3 וולט בתצורת הפולט הנפוץ ופחות מ -2.5 וולט בתצורת הפולט-עוקב.

רכיבים נדרשים לבניית מעגל ממיר Boost מבוסס TL494

טבלה המכילה את כל החלקים המוצגים להלן. לפני כן הוספנו תמונה המציגה את כל הרכיבים המשמשים במעגל זה. מכיוון שמעגל זה פשוט, תוכלו למצוא את כל החלקים הדרושים בחנות התחביבים המקומית שלכם.

רשימת חלקים:

1. TL494 IC - 1
2. IRFP250 MOSFET - 1
3. מסוף בורג 5X2 מ"מ - 2
4. קבלים 1000uF, 35V - 1
5. 1000uF, 63V קבלים - 1
6. 50K, 1% נגד - 1
7. נגד 560R - 1
8. 10K, 1% נגד - 4
9. 3.3K, נגד 1% - 1
10. נגד 330R - 1
11. קבלים 0.1uF - 1
12. דיודת שוטקי MBR20100CT - 1
13. משרן 150uH (27 x 11 x 14) מ"מ - 1
14. פוטנציומטר (10K) סיר לקצץ - 1
15. 0.22R נגד זרם החושים הנוכחי - 2
16. לוח לבוש כללי 50x 50mm - 1
17. PSU גוף קירור כללי - 1
18. חוטי מגשר כללי - 15

ממיר Boost מבוסס TL494 - תרשים סכמטי

תרשים המעגל לממיר Boost יעילות גבוהה מופיע להלן.

מעגל ממיר Boost TL494 - עובד

זה מעגל TL494 Boost ממיר מורכב מרכיבים שנמצאים בקלות רבה בר השגה, וכן בסעיף זה, נוכל לעבור כל מכשול גדול של המעגל ולהסביר כל בלוק.

קבל קלט:

קבל הקלט שם כדי לשרת את הביקוש הנוכחי הגבוה הנדרש כאשר מתג MOSFET נסגר והמשרן מתחיל להיטען.

המשוב ולולאת הבקרה:

הנגדים R2 ו- R8 קובעים את מתח הבקרה עבור לולאת המשוב, המתח שנקבע מחובר לסיכה 2 של ה- IC TL494, ומתח המשוב מחובר לסיכה אחת מה- IC שכותרתה VOLTAGE_FEEDBACK . הנגדים R10 ו- R15 קובעים את מגבלת הזרם במעגל.

הנגדים R7 ו- R1 יוצרים את לולאת הבקרה, בעזרת משוב זה, אות ה- PWM המוצא משתנה באופן ליניארי, ללא נגדי משוב אלו, המשווה יפעל כמו מעגל השוואה כללי אשר יפעיל / יכבה את המעגל רק במתח מוגדר..

בחירת תדר מיתוג:

על ידי הגדרת הערכים המתאימים לסיכות 5 ו -6, אנו יכולים לקבוע את תדר המיתוג של IC זה, עבור פרויקט זה, השתמשנו בערך קבלים של 1nF ובערך נגדי של 10K אשר נותן לנו תדר של 100KHz בערך, באמצעות הנוסחה Fosc = 1 / (RT * CT) , אנו יכולים לחשב את תדר המתנד. פרט לכך, סקרנו פרקים אחרים בפירוט מוקדם יותר במאמר.

תכנון PCB למעגל ממיר Boost מבוסס TL494

ה- PCB למעגל בקרת זווית הפאזות שלנו מתוכנן בלוח חד צדדי. השתמשתי בנשר כדי לעצב את ה- PCB שלי אבל אתה יכול להשתמש בכל תוכנת עיצוב לפי בחירתך. תמונת הדו-ממד של עיצוב הלוח שלי מוצגת למטה.

כפי שאתה יכול לראות בצד התחתון של הלוח, השתמשתי במישור קרקע עבה כדי להבטיח שזרם מספיק יכול לזרום דרכו. קלט הכוח נמצא בצד שמאל של הלוח והפלט הוא בצד ימין של הלוח. ניתן להוריד את קובץ העיצוב השלם יחד עם שרטוטים של ממיר Boost TL494 מהקישור למטה.

• הורד את קובץ GERBER Design PCB עבור מעגל ממיר Boost מבוסס TL494

PCB בעבודת יד:

מטעמי נוחות הכנתי את גרסת ה- PCB בעבודת יד והיא מוצגת למטה. עשיתי כמה טעויות בעת ביצוע ה- PCB הזה, אז הייתי צריך להזדקק לחוטי מגשר כדי לתקן את זה.

הלוח שלי נראה ככה לאחר השלמת הבנייה.

TL494 חישוב ועיצוב ממיר Boost

לצורך הדגמה של ממיר דחיפה זרם גבוה זה, המעגל בנוי ב- PCB בעבודת יד, בעזרת קבצי התכנון הסכימטיים וה- PCB; שים לב שאם אתה מחבר עומס גדול ליציאה של מעגל ממיר הדחיפה הזה, זרם עצום יזרום דרך עקבות ה- PCB, ויש סיכוי שהעקבות יישרפו. לכן, כדי למנוע עקבות PCB להישרף, הגדלנו את עובי העקבות ככל האפשר. כמו כן, חיזקנו את עקבות ה- PCB בשכבה הלחמה עבה כדי להוריד את עמידות העקבות.

כדי לחשב כראוי את ערכי המשרן והקבל, השתמשתי במסמך ממכשירי טקסס.

לאחר מכן הכנתי גיליון אלקטרוני של גוגל כדי להקל על החישוב.

בדיקת מעגל ממיר Boost מתח גבוה זה

כדי לבדוק את המעגל, נעשה שימוש בהתקנה הבאה. כפי שאתה יכול לראות, השתמשנו באספקת החשמל ATX ככניסה, כך שהקלט הוא 12 וולט. חיברנו לפלט המעגל מד מתח ומד זרם המציג את מתח המוצא ואת זרם המוצא. שממנו נוכל לחשב בקלות את עוצמת המוצא של מעגל זה. לבסוף השתמשנו בשמונה נגדי הספק 4.7R 10W בסדרה כעומס לבדיקת הצריכה הנוכחית.

כלים המשמשים לבדיקת המעגל:

1. ספק כוח 12X למחשב ATX
2. שנאי שיש בו ברז 6-0-6 וברז 12-0-12
3. שמונה, 10W נגדים 4.7R בסדרה - מתנהגים כעומס
4. מודד Meco 108B + TRMS
5. מודד Meco 450B + TRMS
6. מברג

צריכת חשמל פלט של מעגל ממיר Boost הספק גבוה:

כפי שניתן לראות בתמונה לעיל, מתח המוצא הוא 44.53 וולט וזרם המוצא הוא 2.839A, כך שהספק המוצא הכולל הופך ל 126.42W, כך שכפי שאתה יכול לראות, מעגל זה יכול להתמודד בקלות עם הספק של יותר מ -100 וואט.

שיפורים נוספים

מעגל ממיר Boost TL494 זה מיועד למטרות הדגמה בלבד, ולכן אין מעגל הגנה נוסף בחלק הקלט או הפלט של המעגל. לכן, כדי לשפר את תכונת ההגנה, אתה יכול גם להוסיף, גם כאשר אני משתמש ב- IRFP250 MOSFET, ניתן לשפר עוד יותר את כוח המוצא, הגורם המגביל במעגל שלנו הוא המשרן. ליבה גדולה יותר של המשרן תגדיל את יכולת התפוקה שלו.

אני מקווה שאהבת את המאמר הזה ולמדת ממנו משהו חדש. אם יש לך ספק, אתה יכול לשאול בתגובות למטה או להשתמש בפורומים שלנו לדיון מפורט.