מעגל ממיר ממיר באק בעל יעילות גבוהה באמצעות tl494

ממיר buck (צעד במורד ממיר) הוא ממיר מיתוג DC-to-DC כי צעדים במורד מתח תוך שמירה על איזון כוח קבוע. המאפיין העיקרי של ממיר באק הוא יעילות, כלומר עם ממיר באק על הסיפון, אנו יכולים לצפות לחיי סוללה ממושכים, חום מופחת, גודל קטן יותר ויעילות משופרת. בעבר יצרנו כמה מעגלי ממיר באק פשוטים והסברנו על יסודות ויעילות העיצוב.

אז במאמר זה אנו מתכננים לתכנן, לחשב ולבדוק מעגל ממיר באק בעל יעילות גבוהה המבוסס על ה- TL494 IC הפופולרי, ולבסוף יהיה סרטון מפורט המציג את חלק העבודה והמבחנים של המעגל, אז בלי בהמשך הדרך, בוא נתחיל.

איך עובד ממיר באק?

האיור לעיל מראה מעגל ממיר באק בסיסי מאוד. כדי לדעת כיצד עובד ממיר באק, אני הולך לחלק את המעגל לשני תנאים. התנאי הראשון כאשר הטרנזיסטור פועל, התנאי הבא כאשר הטרנזיסטור כבוי.

טרנזיסטור במצב

בתרחיש זה אנו יכולים לראות שהדיודה במצב מעגל פתוח מכיוון שהיא במצב מוטה הפוכה. במצב זה, זרם התחלתי כלשהו יתחיל לזרום דרך העומס, אך הזרם מוגבל על ידי המשרן, ולכן גם המשרן מתחיל להיטען בהדרגה. לכן, בזמן המעגל בזמן, הקבל בונה את מחזור הטעינה אחר מחזור, ומתח זה משתקף על פני העומס.

מצב טרנזיסטור כבוי

כאשר הטרנזיסטור נמצא במצב כבוי, האנרגיה המאוחסנת במשרן L1 קורסת וזורמת חזרה דרך הדיודה D1 כפי שמוצג במעגל עם החצים. במצב זה, המתח על פני המשרן הוא בקוטביות הפוכה ולכן הדיודה במצב הטיה קדימה. כעת בשל השדה המגנטי המתמוטט של המשרן, הזרם ממשיך לזרום דרך העומס עד שהמשרן נגמר. כל זה קורה כשהטרנזיסטור במצב לא פעיל.

לאחר תקופה מסוימת שבה המשרן כמעט חסר אנרגיה מאוחסנת, מתח העומס מתחיל ליפול שוב, במצב זה, הקבל C1 הופך למקור הזרם העיקרי, הקבל שם כדי לשמור על הזרם עד שהמחזור הבא מתחיל שוב.

כעת, על ידי שינוי תדירות המיתוג וזמן המעבר, אנו יכולים לקבל כל פלט מה- 0 ל- Vin ממיר באק.

IC TL494

עכשיו לפני שנלך לבנות ממיר דולר TL494, בואו ללמוד כיצד עובד בקר PWM TL494.

ל- TL494 IC 8 בלוקים פונקציונליים המוצגים ומתוארים להלן.

1. 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! ההפניה 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.

2. מתנד

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.

התדר של מתנד יכול להיות מחושב על ידי הנוסחה שלהלן

Fosc = 1 / (RT * CT)

לשם פשטות, הכנתי גיליון אלקטרוני שבאמצעותו תוכלו לחשב את התדירות בקלות רבה.

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

3. משווה בקרת 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 כניסת הבקרה לזמן מת.

4. 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 בעל אספקה ​​אחת חד-קצבית, בכך שכל פלט פעיל גבוה בלבד.

5. 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.

6. 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.

תכונות של TL494 IC

• מעגלי בקרת כוח PWM שלמים
• יציאות לא מחויבות לזרם של 200 mA או זרם מקור
• בקרת פלט בוחרת פעולה חד-קצבית או דחיפה-משיכה
• מעגל פנימי אוסר על דופק כפול בכל אחד מהפלטים
• זמן מת משתנה מספק שליטה בטווח הכולל
• הרגולטור הפנימי מספק 5-V יציב
• אספקת הפניה עם סובלנות של 5%
• ארכיטקטורת מעגלים מאפשרת סנכרון קל

הערה! מרבית הסכימה הפנימית ותיאור הפעולות נלקחות מגליון הנתונים ומשתנות במידה מסוימת להבנה טובה יותר.

רכיבים נדרשים

1. TL494 IC - 1
2. טרנזיסטור TIP2955 - 1
3. מסוף בורג 5mmx2 - 2
4. 1000uF, קבלים 60V - 1
5. 470uF, קבלים 60V - 1
6. 50K, 1% נגד - 1
7. נגד 560R - 1
8. 10K, 1% נגד - 4
9. 3.3K, נגד 1% - 2
10. נגד 330R - 1
11. קבלים 0.22uF - 1
12. 5.6K, 1W נגד - 1
13. דיודת זנר 12.1 וולט - 1
14. דיודת שוטקי MBR20100CT - 1
15. משרן 70uH (27 x 11 x 14) מ"מ - 1
16. פוטנציומטר (10K) גזירה - 1
17. 0.22R נגד זרם החושים הנוכחי - 2
18. לוח לבוש כללי 50x 50mm - 1
19. PSU גוף קירור כללי - 1
20. חוטי מגשר כללי - 15

תרשים סכמטי

תרשים מעגלים לממיר באק יעילות גבוהה מופיע להלן.

בניית מעגלים

לצורך הדגמה זו של ממיר זרם זרם גבוה זה, המעגל בנוי ב- PCB בעבודת יד, בעזרת קבצי התכנון הסכימטיים וה- PCB; שים לב שאם אתה מחבר עומס גדול לממיר באק הפלט, כמות עצומה של זרם תזרום דרך עקבות ה- PCB, ויש סיכוי שהעקבות יישרפו. לכן, כדי למנוע עקבות PCB להישרף כללתי כמה קופצים העוזרים להגביר את הזרימה הנוכחית. כמו כן, חיזקתי את עקבות ה- PCB בשכבת הלחמה עבה כדי להוריד את עמידות העקבות.

המשרן בנוי עם 3 גדילים של חוט נחושת אמייל מקביל 0.45 מ"ר.

חישובים

כדי לחשב נכון את ערכי המשרן והקבל השתמשתי במסמך ממכשירי טקסס.

לאחר מכן הכנתי גיליון אלקטרוני של גוגל כדי להקל על החישוב

בדיקת ממיר למורד מתח גבוה זה

כדי לבדוק את המעגל נעשה שימוש בהתקנה הבאה. כפי שמוצג בתמונה לעיל מתח הכניסה הוא 41.17 וולט והזרם ללא עומס הוא.015 A מה שהופך את הספק ללא עומס למשוך פחות מ -0.6 וואט.

לפני שמישהו מכם קופץ ואומר מה קערת הנגד עושה בשולחן הבדיקה שלי.

אני אגיד לך, הנגדים מתחממים מאוד בזמן בדיקת המעגל במצב עומס מלא, אז הכנתי קערת מים כדי למנוע משריפת שולחן העבודה שלי

כלים המשמשים לבדיקת המעגל

1. סוללת עופרת חומצה 12V.
2. שנאי שיש בו ברז 6-0-6 וברז 12-0-12
3. 5 10W 10r התנגדות במקביל כעומס
4. מודד Meco 108B + TRMS
5. מודד Meco 450B + TRMS
6. Hantek 6022BE אוסצילוסקופ

הספק כניסה לממיר באק בעל הספק גבוה

כפי שניתן לראות מהתמונה לעיל, מתח הכניסה יורד ל -27.45 וולט במצב עומס וזרם הכניסה הוא 3.022 A השווה לעוצמת כניסה של 82.9539 וואט.

כוח תפוקה

כפי שניתן לראות מהתמונה לעיל מתח המוצא הוא 12.78 וולט וציור זרם היציאה של 5.614A שווה ערך להשראת כוח של 71.6958 וואט.

אז יעילות המעגל הופכת ל (71.6958 / 82.9539) x 100% = 86.42%

האובדן במעגל נובע מהנגדים להפעלת TL494 IC ו-

ציור זרם מקסימלי מוחלט בטבלת הבדיקות שלי

מהתמונה שלעיל ניתן לראות כי משיכת הזרם המרבית מהמעגל היא 6.96 A זה כמעט

במצב זה, צוואר הבקבוק העיקרי של המערכת הוא השנאי שלי ולכן אני לא יכול להגדיל את זרם העומס, אך בעזרת תכנון זה ועם גוף קירור טוב אתה יכול בקלות למשוך יותר מ -10 A זרם ממעגל זה.

הערה! כל אחד מכם תוהה מדוע חיברתי גוף קירור מאסיבי למעגל, הרשה לי לומר לכם כרגע אין לי שום גוף קירור קטן יותר.

שיפורים נוספים

מעגל ממיר דולר TL494 זה מיועד למטרות הדגמה בלבד ולכן אין מעגל הגנה נוסף בחלק המוצא של המעגל.

1. יש להוסיף מעגל הגנת פלט כדי להגן על מעגל העומס.
2. יש לטבול את המשרן בלכה אחרת הוא יפיק רעש נשמע.
3. PCB באיכות טובה עם עיצוב נכון הוא חובה
4. ניתן לשנות את טרנזיסטור המיתוג כדי להגביר את זרם העומס

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.