- Pochopenie princípu fungovania Boost Converter
- Pochopte fungovanie modelu TL494
- Komponenty potrebné na zostavenie obvodu zosilňovača založeného na TL494
- Prevodník založený na TL494 - schematický diagram
- Obvod prevádzacieho zosilňovača TL494 - funkčný
- Dizajn dosiek plošných spojov pre obvod zosilňovača založený na TL494
- Výpočet a konštrukcia zosilňovača TL494 Boost Converter
- Testovanie tohto obvodu vysokonapäťového zosilňovača
- Ďalšie vylepšenia
Pri práci s elektronikou sa často nachádzame v situáciách, keď je nevyhnutné zosilniť výstupné napätie, zatiaľ čo vstupné napätie zostáva nízke, to je typ situácie, keď sa môžeme spoľahnúť na obvod, ktorý je všeobecne známy ako zosilňovač (stupňový prevodník). Zosilňovací prevodník je prepínací prevodník typu DC-DC, ktorý zvyšuje napätie pri zachovaní konštantnej rovnováhy výkonu. Hlavnou vlastnosťou zosilňovacieho prevodníka je účinnosť, čo znamená, že môžeme očakávať dlhú životnosť batérie a zníženie problémov s teplom. Predtým sme vytvorili jednoduchý obvod zosilňovača a vysvetlili sme jeho základnú efektivitu návrhu.
V tomto článku teda navrhneme zosilňovač TL494 Boost a vypočítame a otestujeme obvod vysokoúčinného zosilňovacieho zosilňovača na základe populárneho integrovaného obvodu TL494 IC, ktorý má minimálne napájacie napätie 7 V a maximálne 40 V a používame ako prepínač IRFP250 MOSFET, tento obvod môže teoreticky zvládnuť maximálny prúd 19Amps (obmedzený kapacitou induktora). Na záver bude podrobné video, ktoré ukazuje pracovnú a testovaciu časť obvodu, takže bez ďalších okolkov začnime.
Pochopenie princípu fungovania Boost Converter
Vyššie uvedený obrázok zobrazuje základnú schému obvodu zosilňovača. Aby sme analyzovali princíp fungovania tohto obvodu, rozdelíme ho na dve časti. Prvá podmienka vysvetľuje, čo sa stane, keď je MOSFET zapnutý, druhá podmienka vysvetlí, čo sa stane, keď je MOSFET vypnutý.
Čo sa stane, keď je MOSFET ZAPNUTÝ:
Vyššie uvedený obrázok zobrazuje stav obvodu, keď je MOSFET zapnutý. Ako uznáte, ukázali sme stav ON pomocou prerušovanej čiary, pretože MOSFET zostáva zapnutý, induktor sa začne nabíjať, prúd cez induktor sa neustále zvyšuje, ktorý sa ukladá vo forme magnetického poľa.
Čo sa stane, keď je MOSFET vypnutý:
Teraz, ako možno viete, prúd cez induktor sa nemôže okamžite zmeniť! Je to tak preto, lebo je uložený vo forme magnetického poľa. Preto v okamihu, keď sa MOSFET vypne, magnetické pole sa začne zrútiť a prúd bude prúdiť v opačnom smere ako je nabíjací prúd. Ako vidíte na vyššie uvedenom diagrame, začne sa nabíjanie kondenzátora.
Teraz sme nepretržitým zapínaním a vypínaním spínača (MOSFET) vytvorili výstupné napätie, ktoré je väčšie ako vstupné napätie. Teraz môžeme riadiť výstupné napätie riadením času zapnutia a vypnutia spínača, a to robíme v hlavnom obvode.
Pochopte fungovanie modelu TL494
Teraz, skôr ako začneme budovať obvod na základe regulátora TL494 PWM, poďme sa naučiť, ako funguje regulátor PWM TL494. TL494 IC má 8 funkčných blokov, ktoré sú zobrazené a popísané nižšie.
5-V referenčný regulátor:
Výstupom interného referenčného regulátora 5 V je pin REF, ktorý je pinom 14 IC. Referenčný regulátor slúži na stabilné napájanie vnútorných obvodov, ako je klopný obvod s pulzným riadením, oscilátor, komparátor riadenia mŕtveho času a komparátor PWM. Regulátor sa tiež používa na riadenie chybových zosilňovačov, ktoré sú zodpovedné za riadenie výstupu.
Poznámka: Referencia je interne programovaná s počiatočnou presnosťou ± 5% a udržuje stabilitu v rozsahu vstupného napätia 7 V až 40 V. Pre vstupné napätie menšie ako 7 V regulátor nasýti do 1 V od vstupu a sleduje ho.
Oscilátor:
Oscilátor generuje a poskytuje píliovú vlnu regulátoru mŕtveho času a PWM komparátorom pre rôzne riadiace signály.
Frekvencia oscilátora môže byť nastavená voľbou načasovanie zložiek R T a C T.
Frekvencia oscilátora sa dá vypočítať podľa nižšie uvedeného vzorca -
Fosc = 1 / (RT * CT)
Pre jednoduchosť som vytvoril tabuľku, pomocou ktorej si viete veľmi ľahko vypočítať frekvenciu. Ktoré nájdete v odkaze nižšie.
Poznámka: Frekvencia oscilátora sa rovná výstupnej frekvencii iba pre aplikácie s jedným koncom. Pre aplikácie typu push-pull je výstupná frekvencia polovica frekvencie oscilátora.
Komparátor kontroly mŕtveho času:
Mŕtvy čas alebo jednoducho povedané riadenie mimo času poskytuje minimálny mŕtvy čas alebo čas mimo prevádzky. Výstup komparátora mŕtveho času blokuje spínanie tranzistorov, keď je napätie na vstupe väčšie ako napätie rampy oscilátora. Pripojenie napätia na kolík DTC môže spôsobiť dodatočnú mŕtvu dobu, a tým poskytnúť ďalšiu mŕtvu dobu od minima 3% do 100%, pretože vstupné napätie sa pohybuje od 0 do 3V. Zjednodušene môžeme zmeniť pracovný cyklus výstupnej vlny bez doladenia chybových zosilňovačov.
Poznámka: Interný posun 110 mV zaisťuje minimálny mŕtvy čas 3% pri uzemnenom riadiacom vstupe mŕtveho času.
Chybové zosilňovače:
Oba zosilňovače chýb s vysokým ziskom dostávajú predpätie zo napájacej lišty VI. To umožňuje rozsah vstupného napätia v spoločnom režime od –0,3 V do 2 V menej ako VI. Oba zosilňovače sa správajú charakteristicky pre zosilňovač s jedným napájaním na jednom konci, takže každý výstup je aktívny iba na vysokej úrovni.
Výstupný riadiaci vstup:
Vstup riadenia výstupu určuje, či výstupné tranzistory pracujú v paralelnom alebo push-pull režime. Pripojením výstupného riadiaceho kolíka, ktorým je kolík-13, k zemi sa nastavia výstupné tranzistory v paralelnom prevádzkovom režime. Ale pripojením tohto kolíka k kolíku 5V-REF nastaví výstupné tranzistory na režim push-pull.
Výstupné tranzistory:
IC má dva interné výstupné tranzistory, ktoré sú v konfiguráciách otvoreného kolektora a otvoreného vysielača, pomocou ktorých môže napájať alebo znižovať maximálny prúd až do 200 mA.
Poznámka: Tranzistory majú saturačné napätie menej ako 1,3 V v konfigurácii spoločného vysielača a menej ako 2,5 V v konfigurácii vysielač-sledovač.
Komponenty potrebné na zostavenie obvodu zosilňovača založeného na TL494
Tabuľka obsahujúca všetky časti zobrazené nižšie. Predtým sme pridali obrázok, ktorý zobrazuje všetky komponenty použité v tomto obvode. Pretože je tento obvod jednoduchý, všetky potrebné súčasti nájdete v miestnom hobby obchode.
Zoznam položiek:
- TL494 IC - 1
- MOSFET IRFP250 - 1
- Skrutkovacia svorka 5X2 mm - 2
- 1000uF, 35V kondenzátor - 1
- 1000uF, 63V kondenzátor - 1
- 50K, 1% odpor - 1
- Rezistor 560R - 1
- 10K, 1% rezistor - 4
- 3,3 tis., 1% rezistor - 1
- Rezistor 330R - 1
- Kondenzátor 0,1 uF - 1
- Schottkyho dióda MBR20100CT - 1
- Induktor 150uH (27 x 11 x 14) mm - 1
- Potenciometer (10K) Trim Pot - 1
- Rezistor snímania prúdu 0,22R - 2
- Plátovaná doska Generic 50x 50mm - 1
- Všeobecný chladič zdroja - 1
- Jumper Wires Generic - 15
Prevodník založený na TL494 - schematický diagram
Schéma zapojenia prevodníka vysokoúčinného zosilňovača je uvedená nižšie.
Obvod prevádzacieho zosilňovača TL494 - funkčný
Tento obvod zosilňovača TL494 Boost Converter sa skladá z komponentov, ktoré sú veľmi ľahko dostupné, a v tejto časti si prejdeme každý hlavný blok obvodu a vysvetlíme každý blok.
Vstupný kondenzátor:
Vstupný kondenzátor je tu na to, aby uspokojil vysoký prúdový dopyt, ktorý je potrebný, keď sa spínač MOSFET uzavrie a induktor sa začne nabíjať.
Spätná väzba a kontrolná slučka:
Rezistory R2 a R8 nastavujú riadiace napätie pre spätnoväzbovú slučku, nastavené napätie sa pripája na pin 2 IC TL494 a spätnoväzbové napätie sa pripája na pin jedného z IC označených ako VOLTAGE_FEEDBACK . Rezistory R10 a R15 nastavujú prúdový limit v obvode.
Rezistory R7 a R1 tvoria riadiacu slučku, pomocou tejto spätnej väzby sa výstupný signál PWM mení lineárne, bez týchto spätnoväzbových odporov bude komparátor pôsobiť ako všeobecný komparátorový obvod, ktorý bude obvod zapínať / vypínať iba pri nastavenom napätí.
Výber frekvencie spínania:
Nastavením správnych hodnôt na piny 5 a 6 môžeme nastaviť spínaciu frekvenciu tohto IC, pre tento projekt sme použili hodnotu kondenzátora 1nF a hodnotu odporu 10K, ktorá nám dáva približne frekvenciu 100KHz, pomocou vzorec Fosc = 1 / (RT * CT) , môžeme vypočítať frekvenciu oscilátora. Okrem toho sme sa podrobnejšie venovali iným častiam skôr v článku.
Dizajn dosiek plošných spojov pre obvod zosilňovača založený na TL494
DPS pre náš obvod riadenia fázového uhla je navrhnutý na jednostrannej doske. Na návrh DPS som použil program Eagle, ale môžete použiť akýkoľvek návrhový softvér podľa vášho výberu. 2D obrázok môjho návrhu dosky je zobrazený nižšie.
Ako vidíte na spodnej strane dosky, použil som hrubú zemnú rovinu, aby som zaistil, že cez ňu bude prúdiť dostatočný prúd. Príkon je na ľavej strane dosky a výstup na pravej strane dosky. Kompletný návrhový súbor spolu so schémami prevodníka TL494 Boost si môžete stiahnuť z nižšie uvedeného odkazu.
- Stiahnite si súbor PCB Design GERBER pre obvod Boost Converter Circuit založený na TL494
Ručne vyrobená doska plošných spojov:
Pre pohodlie som vyrobil svoju vlastnoručne vyrobenú verziu DPS a je uvedená nižšie. Pri výrobe tejto dosky s plošnými spojmi som urobil niekoľko chýb, takže som musel staršie prepojovacie vodiče opraviť.
Moja doska vyzerá takto po dokončení zostavovania.
Výpočet a konštrukcia zosilňovača TL494 Boost Converter
Na ukážku tohto vysokoprúdového zosilňovača je obvod skonštruovaný z ručne vyrobenej dosky plošných spojov pomocou schém a súborov návrhu plošného spoja; Upozorňujeme, že ak pripájate na výstup tohto obvodu zosilňovača veľké zaťaženie, cez stopy PCB pretečie obrovské množstvo prúdu a je pravdepodobné, že stopy zhoria. Takže, aby sme zabránili vyhoreniu stôp PCB, sme čo najviac zväčšili hrúbku stôp. Tiež sme zosilnili stopy PCB silnou vrstvou spájky, aby sme znížili stopový odpor.
Pre správny výpočet hodnôt tlmivky a kondenzátora som použil dokument z texaských prístrojov.
Potom som vytvoril tabuľku Google, aby som uľahčil výpočet.
Testovanie tohto obvodu vysokonapäťového zosilňovača
Na testovanie obvodu sa používa nasledujúce nastavenie. Ako vidíte, ako vstup sme použili napájanie PC ATX, takže vstup je 12V. Na výstup obvodu sme pripojili voltmetr a ampérmeter, ktoré ukazujú výstupné napätie a výstupný prúd. Z čoho môžeme ľahko vypočítať výstupný výkon pre tento obvod. Nakoniec sme použili osem výkonových odporov 4,7R 10W v sérii ako záťaž na testovanie spotreby prúdu.
Nástroje používané na testovanie obvodu:
- 12V napájací zdroj PC ATX
- Transformátor, ktorý má odbočku 6-0-6 a odbočku 12-0-12
- Osem, 10 W 4,7R rezistorov v sérii - funguje ako záťaž
- Multimetr Meco 108B + TRMS
- Multimetr Meco 450B + TRMS
- Skrutkovač
Spotreba výstupného výkonu obvodu vysoko výkonného zosilňovača:
Ako môžete vidieť na obrázku vyššie, výstupné napätie je 44.53V a výstupný prúd je 2.839A, takže celkový výkon sa stáva 126.42W, takže ako vidíte, tento obvod môže ľahko zvládnuť silu viac ako 100Watts.
Ďalšie vylepšenia
Tento obvod zosilňovača TL494 slúži iba na demonštračné účely, preto do vstupnej alebo výstupnej časti obvodu nie je pridaný žiadny ochranný obvod. Takže, aby ste vylepšili ochrannú funkciu, môžete tiež pridať, rovnako ako používam MOSFET IRFP250, výstupný výkon možno ďalej zvýšiť, limitujúcim faktorom v našom obvode je tlmivka. Väčšie jadro induktora zvýši jeho výstupnú kapacitu.
Dúfam, že sa vám tento článok páčil a dozvedeli ste sa z neho niečo nové. Ak máte pochybnosti, môžete sa opýtať v komentároch nižšie alebo môžete využiť naše fóra na podrobnú diskusiu.