- Memahami Prinsip Kerja Boost Converter
- Pahami Cara Kerja TL494
- Komponen yang Diperlukan untuk membangun Sirkuit Boost Converter Berbasis TL494
- Boost Converter Berbasis TL494 - Diagram Skema
- TL494 Boost Converter Circuit - Bekerja
- Desain PCB untuk Sirkuit Boost Converter Berbasis TL494
- TL494 Boost Converter Design Perhitungan dan Konstruksi
- Menguji Sirkuit Konverter Boost Tegangan Tinggi ini
- Peningkatan Lebih Lanjut
Saat bekerja dengan elektronik, kita sering menemukan diri kita dalam situasi di mana menjadi perlu untuk meningkatkan tegangan output sementara tegangan input tetap rendah, ini adalah jenis situasi di mana kita dapat mengandalkan rangkaian yang umumnya dikenal sebagai konverter penguat (konverter step-up). Konverter penguat adalah konverter pengalih tipe DC-DC yang menaikkan voltase sambil mempertahankan keseimbangan daya yang konstan. Fitur utama dari konverter penguat adalah efisiensi yang berarti kita dapat mengharapkan masa pakai baterai yang lama dan masalah panas yang berkurang. Sebelumnya kami telah membuat rangkaian konverter boost sederhana dan menjelaskan efisiensi desain dasarnya.
Jadi, dalam artikel ini, kita akan merancang konverter Boost TL494 , dan menghitung dan menguji rangkaian konverter boost efisiensi tinggi berdasarkan IC TL494 yang populer, yang memiliki tegangan suplai minimum 7V dan maksimum 40V, dan sebagai kami menggunakan IRFP250 MOSFET sebagai sakelar, rangkaian ini dapat menangani arus maksimum 19Amps, secara teoritis (Dibatasi oleh Kapasitas Induktor). Akhirnya, akan ada video mendetail yang menunjukkan bagian kerja dan pengujian rangkaian, jadi tanpa basa-basi lagi, mari kita mulai.
Memahami Prinsip Kerja Boost Converter
Gambar di atas menunjukkan skema dasar rangkaian konverter boost. Untuk menganalisa prinsip kerja rangkaian ini, kita akan membaginya menjadi dua bagian, kondisi pertama menjelaskan apa yang terjadi pada saat MOSFET dalam keadaan ON, kondisi kedua menjelaskan apa yang terjadi pada saat MOSFET dalam keadaan mati.
Apa yang terjadi jika MOSFET AKTIF:
Gambar di atas menunjukkan kondisi rangkaian saat MOSFET menyala. Seperti yang Anda ketahui, kami telah menunjukkan kondisi ON dengan bantuan garis putus-putus, karena MOSFET tetap menyala, induktor mulai mengisi daya, arus yang melalui induktor terus meningkat, yang disimpan dalam bentuk medan magnet.
Apa yang terjadi jika MOSFET dalam keadaan Mati:
Sekarang, seperti yang Anda ketahui, arus yang melalui induktor tidak dapat berubah secara instan! Itu karena disimpan dalam bentuk medan magnet. Oleh karena itu, saat MOSFET mati, medan magnet mulai runtuh, dan arus mengalir ke arah yang berlawanan dengan arus pengisian. Seperti yang Anda lihat pada diagram di atas, ini mulai mengisi daya kapasitor.
Nah, dengan terus menghidupkan dan mematikan sakelar (MOSFET), kita telah membuat tegangan keluaran yang lebih besar dari tegangan masukan. Sekarang, kita dapat mengontrol tegangan output dengan mengontrol waktu hidup dan mati sakelar, dan itulah yang kami lakukan di rangkaian utama.
Pahami Cara Kerja TL494
Sekarang sebelum kita pergi dan membangun rangkaian berdasarkan pengontrol TL494 PWM, mari kita pelajari cara kerja pengontrol PWM TL494. IC TL494 memiliki 8 blok fungsional, yang ditunjukkan dan dijelaskan di bawah ini.
Regulator Referensi 5-V:
Keluaran regulator referensi internal 5V adalah pin REF, yang merupakan pin-14 dari IC. Regulator referensi ada untuk menyediakan pasokan yang stabil untuk sirkuit internal seperti flip-flop kemudi pulsa, osilator, komparator kontrol waktu mati, dan komparator PWM. Regulator juga digunakan untuk menggerakkan penguat kesalahan yang bertanggung jawab untuk mengontrol keluaran.
Catatan: Referensi diprogram secara internal ke akurasi awal ± 5% dan menjaga stabilitas pada rentang tegangan input 7V hingga 40 V. Untuk tegangan input kurang dari 7 V, regulator jenuh dalam 1 V input dan melacaknya.
Osilator:
Osilator menghasilkan dan menyediakan gelombang gigi gergaji ke pengontrol waktu mati dan pembanding PWM untuk berbagai sinyal kontrol.
Frekuensi osilator dapat diatur dengan memilih komponen waktu R T dan C T.
Frekuensi osilator dapat dihitung dengan rumus di bawah ini-
Fosc = 1 / (RT * CT)
Untuk kesederhanaan, saya telah membuat spreadsheet, yang dengannya Anda dapat menghitung frekuensinya dengan sangat mudah. Yang dapat Anda temukan di tautan di bawah ini.
Catatan: Frekuensi osilator sama dengan frekuensi keluaran hanya untuk aplikasi ujung tunggal. Untuk aplikasi push-pull, frekuensi keluaran adalah setengah dari frekuensi osilator.
Pembanding Kontrol Waktu Mati:
Waktu mati atau dengan kata lain kontrol off-time memberikan waktu mati atau off-time minimum. Output dari komparator waktu mati memblokir transistor switching ketika tegangan pada input lebih besar dari tegangan ramp dari osilator. Menerapkan tegangan ke pin DTC dapat memberlakukan waktu mati tambahan, sehingga memberikan waktu mati tambahan dari minimum 3% hingga 100% karena tegangan input bervariasi dari 0 hingga 3V. Secara sederhana, kita dapat mengubah siklus tugas gelombang keluaran tanpa mengubah penguat kesalahan.
Catatan: Offset internal 110 mV memastikan waktu mati minimum 3% dengan input kontrol waktu mati diarde.
Penguat Kesalahan:
Kedua penguat kesalahan gain tinggi menerima biasnya dari rel suplai VI. Hal ini memungkinkan rentang tegangan input mode-umum dari -0,3 V hingga 2 V kurang dari VI. Kedua penguat berperilaku khas dari penguat catu daya tunggal ujung tunggal, di mana, setiap keluaran hanya aktif tinggi.
Input Kontrol Keluaran:
Input kontrol-output menentukan apakah transistor output beroperasi secara paralel atau mode push-pull. Dengan menghubungkan pin kontrol output yaitu pin-13 ke ground, set transistor output dalam mode operasi paralel. Tetapi dengan menghubungkan pin ini ke pin 5V-REF mengatur transistor keluaran dalam mode push-pull.
Transistor Keluaran:
IC memiliki dua transistor keluaran internal yang berada dalam konfigurasi kolektor terbuka dan emitor terbuka, yang dapat digunakan untuk mencari atau menenggelamkan arus maksimum hingga 200mA.
Catatan: Transistor memiliki tegangan saturasi kurang dari 1,3 V dalam konfigurasi emitor-umum dan kurang dari 2,5 V dalam konfigurasi pengikut-emitor.
Komponen yang Diperlukan untuk membangun Sirkuit Boost Converter Berbasis TL494
Tabel yang berisi semua bagian yang ditunjukkan di bawah ini. Sebelumnya, kami telah menambahkan gambar yang menunjukkan semua komponen yang digunakan di sirkuit ini. Karena rangkaian ini sederhana, Anda dapat menemukan semua suku cadang yang diperlukan di toko hobi setempat.
Daftar Bagian:
- TL494 IC - 1
- IRFP250 MOSFET - 1
- Terminal Sekrup 5X2 mm - 2
- 1000uF, 35V Kapasitor - 1
- 1000uF, 63V Kapasitor - 1
- 50K, 1% Resistor - 1
- 560R Resistor - 1
- 10K, 1% Resistor - 4
- 3.3K, 1% Resistor - 1
- Resistor 330R - 1
- Kapasitor 0.1uF - 1
- MBR20100CT Schottky Diode - 1
- Induktor 150uH (27 x 11 x 14) mm - 1
- Potensiometer (10K) Trim Pot - 1
- 0.22R Resistor Rasa Saat Ini - 2
- Papan Berpakaian Generik 50x 50mm - 1
- PSU Heat Sink Generik - 1
- Kabel Jumper Generik - 15
Boost Converter Berbasis TL494 - Diagram Skema
Diagram sirkuit untuk Konverter Peningkatan Efisiensi Tinggi diberikan di bawah ini.
TL494 Boost Converter Circuit - Bekerja
Ini TL494 Meningkatkan Converter sirkuit terdiri dari komponen yang sangat mudah didapat, dan pada bagian ini, kita akan melalui setiap blok utama dari sirkuit dan menjelaskan setiap blok.
Kapasitor Input:
Kapasitor input ada untuk melayani permintaan arus tinggi yang diperlukan ketika sakelar MOSFET ditutup dan induktor mulai mengisi daya.
Umpan Balik dan Loop Kontrol:
Resistor R2 dan R8 mengatur tegangan kontrol untuk loop umpan balik, voltase yang disetel dihubungkan ke pin 2 dari IC TL494, dan tegangan umpan balik dihubungkan ke pin salah satu IC berlabel VOLTAGE_FEEDBACK . Resistor R10 dan R15 mengatur batas arus di sirkuit.
Resistor R7 dan R1 membentuk loop kontrol, dengan bantuan umpan balik ini, sinyal PWM keluaran berubah secara linier, tanpa resistor umpan balik ini, komparator akan bertindak seperti rangkaian komparator generik yang hanya akan menghidupkan / mematikan rangkaian pada tegangan yang disetel.
Pemilihan Frekuensi Pengalihan:
Dengan mengatur nilai yang tepat ke pin 5 dan 6, kita dapat mengatur frekuensi switching dari IC ini, untuk proyek ini, kami telah menggunakan nilai kapasitor 1nF dan nilai resistor 10K yang memberi kami frekuensi sekitar 100KHz, dengan menggunakan rumus Fosc = 1 / (RT * CT) , kita dapat menghitung frekuensi osilator. Selain itu, kami telah membahas bagian lain secara mendetail di awal artikel.
Desain PCB untuk Sirkuit Boost Converter Berbasis TL494
PCB untuk sirkuit Kontrol sudut Fase kami dirancang dalam papan satu sisi. Saya telah menggunakan Eagle untuk mendesain PCB saya, tetapi Anda dapat menggunakan perangkat lunak Desain pilihan Anda. Gambar 2D dari desain papan saya ditunjukkan di bawah ini.
Seperti yang Anda lihat di sisi bawah papan, saya telah menggunakan bidang tanah yang tebal untuk memastikan arus yang cukup dapat mengalir melaluinya. Input daya ada di sisi kiri papan dan output ada di sisi kanan papan. File desain lengkap beserta skema konverter Boost TL494 dapat diunduh dari tautan di bawah ini.
- Unduh file GERBER Desain PCB untuk Boost Converter Circuit berbasis TL494
PCB buatan tangan:
Untuk kenyamanan, saya membuat versi PCB buatan tangan saya dan itu ditunjukkan di bawah ini. Saya membuat beberapa kesalahan saat membuat PCB ini jadi saya harus lebih tua beberapa kabel jumper untuk memperbaikinya.
Papan saya terlihat seperti ini setelah pembuatan selesai.
TL494 Boost Converter Design Perhitungan dan Konstruksi
Untuk mendemonstrasikan konverter penguat arus tinggi ini, rangkaian dibuat dengan PCB buatan tangan, dengan bantuan file desain skema dan PCB; harap dicatat bahwa jika Anda menghubungkan beban besar ke output rangkaian konverter penguat ini, sejumlah besar arus akan mengalir melalui jejak PCB, dan ada kemungkinan jejak akan terbakar. Jadi, untuk mencegah jejak PCB terbakar, kami telah meningkatkan ketebalan jejak sebanyak mungkin. Selain itu, kami telah memperkuat jejak PCB dengan lapisan solder tebal untuk menurunkan resistansi jejak.
Untuk menghitung dengan benar nilai induktor dan kapasitor, saya telah menggunakan dokumen dari instrumen Texas.
Setelah itu saya sudah membuat google spreadsheet untuk mempermudah perhitungan.
Menguji Sirkuit Konverter Boost Tegangan Tinggi ini
Untuk menguji sirkuit, digunakan pengaturan berikut. Seperti yang Anda lihat, kami telah menggunakan catu daya PC ATX sebagai input, jadi inputnya adalah 12V. Kami telah memasang voltmeter dan amperemeter ke keluaran rangkaian yang menunjukkan tegangan keluaran dan arus keluaran. Dari mana kita dapat dengan mudah menghitung daya keluaran untuk rangkaian ini. Akhirnya, kami telah menggunakan delapan resistor daya 4,7R 10W secara seri sebagai beban untuk menguji konsumsi arus.
Alat yang digunakan untuk menguji sirkuit:
- Catu Daya ATX 12V PC
- Trafo yang memiliki keran 6-0-6 dan keran 12-0-12
- Delapan, 10W 4.7R Resistor dalam Seri - Bertindak sebagai beban
- Meco 108B + TRMS Multimeter
- Meco 450B + TRMS Multimeter
- Sebuah obeng
Konsumsi Daya Output dari Rangkaian Konverter Penguat Daya Tinggi:
Seperti yang Anda lihat pada gambar di atas, tegangan output 44,53V dan arus output 2,839A, sehingga total daya output menjadi 126,42W, sehingga seperti yang Anda lihat, rangkaian ini dapat dengan mudah menangani daya lebih dari 100Watt.
Peningkatan Lebih Lanjut
Rangkaian Boost Converter TL494 ini hanya untuk tujuan demonstrasi, oleh karena itu tidak ada rangkaian perlindungan yang ditambahkan di bagian input atau output rangkaian. Jadi, untuk meningkatkan fitur perlindungan, Anda juga dapat menambahkan, juga karena saya menggunakan MOSFET IRFP250, daya keluaran dapat ditingkatkan lebih lanjut, faktor pembatas di sirkuit kami adalah induktor. Inti yang lebih besar untuk induktor akan meningkatkan kapasitas keluarannya.
Saya harap Anda menyukai artikel ini dan mempelajari sesuatu yang baru darinya. Jika Anda ragu, Anda dapat bertanya di komentar di bawah atau dapat menggunakan forum kami untuk diskusi terperinci.