Rangkaian konverter buck efisiensi tinggi daya tinggi menggunakan TL494

Sebuah konverter buck (langkah-down converter) adalah switching converter DC-to-DC bahwa langkah-langkah turun tegangan tetap menjaga keseimbangan daya konstan. Fitur utama konverter uang adalah efisiensi, yang berarti dengan konverter uang terpasang, kita dapat mengharapkan masa pakai baterai yang lebih lama, panas yang berkurang, ukuran yang lebih kecil, dan peningkatan efisiensi. Kami sebelumnya membuat beberapa rangkaian konverter Buck sederhana dan menjelaskan dasar-dasar serta efisiensi desainnya.

Jadi, pada artikel ini, kita akan merancang, menghitung dan menguji rangkaian konverter buck efisiensi tinggi berdasarkan IC TL494 yang populer dan akhirnya, akan ada video terperinci yang menunjukkan bagian kerja & pengujian rangkaian, Jadi tanpa basa-basi lagi, mari kita mulai.

Bagaimana cara kerja Buck Converter?

Gambar di atas menunjukkan rangkaian konverter uang yang sangat dasar. Untuk mengetahui cara kerja konverter uang, saya akan membagi rangkaian menjadi dua kondisi. Kondisi pertama saat transistor ON, kondisi selanjutnya saat transistor OFF.

Transistor Hidup

Dalam skenario ini, kita dapat melihat bahwa dioda dalam kondisi rangkaian terbuka karena berada dalam keadaan bias balik. Dalam situasi ini, beberapa arus awal akan mulai mengalir melalui beban, tetapi arus dibatasi oleh induktor, sehingga induktor juga mulai mengisi daya secara bertahap. Oleh karena itu, selama on-time rangkaian, kapasitor membangun siklus pengisian dengan siklus, dan tegangan ini mencerminkan seluruh beban.

Transistor Mati

Ketika transistor dalam keadaan mati, energi yang disimpan di induktor L1 runtuh dan mengalir kembali melalui dioda D1 seperti yang ditunjukkan pada rangkaian dengan panah. Dalam situasi ini, tegangan pada induktor berada dalam polaritas terbalik sehingga dioda berada dalam kondisi bias maju. Sekarang karena medan magnet induktor yang runtuh, arus terus mengalir melalui beban sampai induktor kehabisan muatan. Semua ini terjadi saat transistor dalam kondisi mati.

Setelah periode tertentu ketika induktor hampir kehabisan energi yang tersimpan, tegangan beban mulai turun lagi, dalam situasi ini kapasitor C1 menjadi sumber arus utama, kapasitor ada untuk menjaga arus tetap mengalir hingga siklus berikutnya dimulai lagi.

Sekarang dengan memvariasikan frekuensi switching dan waktu switching, kita bisa mendapatkan output apa pun dari 0 ke Vin dari buck converter.

IC TL494

Sekarang sebelum membangun konverter uang TL494, mari pelajari cara kerja pengontrol PWM TL494.

IC TL494 memiliki 8 blok fungsional, yang ditunjukkan dan dijelaskan di bawah ini.

1. 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 7V, regulator jenuh dalam 1V input dan melacaknya.

2. 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.

The 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.

Catatan! Frekuensi osilator sama dengan frekuensi keluaran hanya untuk aplikasi ujung tunggal. Untuk aplikasi push-pull, frekuensi keluaran adalah setengah dari frekuensi osilator.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

Fitur IC TL494

Sirkuit Kontrol Daya PWM Lengkap
Output Tidak Terkomitmen untuk Sink 200-mA atau Arus Sumber
Kontrol Keluaran Memilih Operasi Berujung Tunggal atau Dorong-Tarik
Sirkuit Internal Melarang Pulsa Ganda di Salah Satu Output
Variable Dead Time Memberikan Kontrol Terhadap Total Range
Regulator Internal Menyediakan 5-V Stabil
Referensi Pasokan Dengan Toleransi 5%
Arsitektur Sirkuit Memungkinkan Sinkronisasi Mudah

Catatan! Sebagian besar skema internal dan deskripsi operasi diambil dari lembar data dan dimodifikasi sampai batas tertentu untuk pemahaman yang lebih baik.

Komponen Diperlukan

TL494 IC - 1
TIP2955 Transistor - 1
Terminal Sekrup 5mmx2 - 2
1000uF, 60V Kapasitor - 1
470uF, 60V Kapasitor - 1
50K, 1% Resistor - 1
560R Resistor - 1
10K, 1% Resistor - 4
3.3K, 1% Resistor - 2
Resistor 330R - 1
Kapasitor 0.22uF - 1
5.6K, 1W Resistor - 1
12.1V Zener Diode - 1
MBR20100CT Schottky Diode - 1
70uH (27 x 11 x 14) mm Induktor - 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

Diagram skematik

Diagram sirkuit untuk Konverter Buck Efisiensi Tinggi diberikan di bawah ini.

Konstruksi Sirkuit

Untuk demonstrasi konverter uang arus tinggi ini, sirkuit dibuat di PCB buatan tangan, dengan bantuan file desain skema dan PCB; harap dicatat bahwa jika Anda menghubungkan beban besar ke konverter buck keluaran maka sejumlah besar arus akan mengalir melalui jejak PCB, dan ada kemungkinan jejak akan terbakar. Jadi, untuk mencegah jejak PCB terbakar, saya telah menyertakan beberapa jumper yang membantu meningkatkan aliran arus. Juga, saya telah memperkuat jejak PCB dengan lapisan solder tebal untuk menurunkan resistansi jejak.

Induktor dibangun dengan 3 untai kawat tembaga berenamel 0,45 mm persegi paralel.

Perhitungan

Untuk menghitung nilai induktor dan kapasitor dengan benar, saya telah menggunakan dokumen dari instrumen texas.

Setelah itu saya sudah membuat google spreadsheet untuk mempermudah perhitungan

Menguji Konverter Step-Down Tegangan Tinggi ini

Untuk menguji rangkaian, pengaturan berikut digunakan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, tegangan input adalah 41,17 V dan arus tanpa beban adalah 0,015 A yang membuat daya tanpa beban menjadi kurang dari 0,6W.

Sebelum salah satu dari Anda melompat dan mengatakan apa yang dilakukan semangkuk resistor di tabel pengujian saya.

Izinkan saya memberi tahu Anda, resistor menjadi sangat sangat panas selama pengujian rangkaian dengan kondisi beban penuh, jadi saya telah menyiapkan semangkuk air untuk mencegah meja kerja saya terbakar.

Alat yang digunakan untuk menguji sirkuit

Baterai timbal-asam 12V.
Trafo yang memiliki keran 6-0-6 dan keran 12-0-12
5 Resistansi 10W 10r secara paralel sebagai beban
Meco 108B + TRMS Multimeter
Meco 450B + TRMS Multimeter
Osiloskop Hantek 6022BE

Daya Input untuk Konverter Buck Daya Tinggi

Seperti yang terlihat pada gambar di atas, tegangan input turun menjadi 27.45V pada kondisi beban dan arus input sebesar 3.022 A yang sama dengan daya input 82.9539 W.

Daya Keluaran

Seperti yang dapat Anda lihat dari gambar di atas, tegangan keluaran adalah 12.78V dan penarikan arus keluaran 5.614A yang setara dengan penarikan daya 71.6958 W.

Sehingga efisiensi rangkaian menjadi (71.6958 / 82.9539) x 100% = 86.42%

Hilangnya rangkaian disebabkan oleh resistor untuk menyalakan IC TL494 dan

Penarikan arus maksimum absolut dalam tabel pengujian saya

Dari gambar di atas, terlihat bahwa arus maksimum yang ditarik dari rangkaian hampir 6,96 A

Dalam situasi ini, kemacetan utama sistem adalah trafo saya, itulah sebabnya saya tidak dapat meningkatkan arus beban tetapi dengan desain ini dan dengan heat sink yang baik Anda dapat dengan mudah menarik lebih dari 10A arus dari rangkaian ini.

Catatan! Ada di antara Anda yang bertanya-tanya mengapa saya memasang heat sink besar - besaran ke sirkuit, izinkan saya memberi tahu Anda saat ini saya tidak memiliki heat sink yang lebih kecil di stockpile saya.

Peningkatan Lebih Lanjut

Ini converter sirkuit TL494 buck adalah untuk tujuan demonstrasi hanya maka tidak ada perlindungan sirkuit ditambahkan di bagian output dari rangkaian

Sirkuit proteksi keluaran harus ditambahkan untuk melindungi sirkuit beban.
Induktor perlu dicelupkan ke dalam pernis jika tidak maka akan menghasilkan suara yang terdengar.
Sebuah PCB berkualitas baik dengan desain yang tepat adalah wajib
Transistor switching dapat dimodifikasi untuk meningkatkan arus beban

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.