تصميم محول تعزيز عالي الطاقة وعالي الكفاءة باستخدام TL494

أثناء العمل مع الإلكترونيات ، غالبًا ما نجد أنفسنا في مواقف يصبح من الضروري فيها زيادة جهد الخرج بينما يظل جهد الدخل منخفضًا ، وهذا نوع من المواقف حيث يمكننا الاعتماد على دائرة تُعرف عمومًا باسم محول التعزيز (تصعيد المحول). محول التعزيز هو محول تبديل من النوع DC-DC يعمل على زيادة الجهد مع الحفاظ على توازن طاقة ثابت. الميزة الرئيسية لمحول التعزيز هي الكفاءة مما يعني أنه يمكننا توقع عمر بطارية طويل وتقليل مشكلات الحرارة. لقد صنعنا سابقًا دائرة محول دفعة بسيطة وشرحنا كفاءة تصميمها الأساسية.

لذلك ، في هذه المقالة ، سنقوم بتصميم محول TL494 Boost ، ونحسب ونختبر دائرة محول دفعة عالية الكفاءة على أساس TL494 IC الشهير ، والذي يحتوي على جهد إمداد أدنى يبلغ 7 فولت وبحد أقصى 40 فولت ، وكما نحن نستخدم IRFP250 MOSFET كمفتاح ، يمكن لهذه الدائرة أن تتعامل مع تيار أقصى يبلغ 19 أمبير ، نظريًا (محدودة بقدرة الحث). أخيرًا ، سيكون هناك مقطع فيديو مفصل يوضح جزء العمل والاختبار من الدائرة ، لذلك دون مزيد من اللغط ، فلنبدأ.

فهم مبدأ العمل لمحول Boost

يوضح الشكل أعلاه المخطط الأساسي لدائرة محول التعزيز. لتحليل مبدأ العمل لهذه الدائرة ، سنقوم بتقسيمها إلى قسمين ، الشرط الأول يشرح ما يحدث عندما تكون MOSFET قيد التشغيل ، والشرط الثاني يشرح ما يحدث عند إيقاف تشغيل MOSFET.

ماذا يحدث عندما تكون MOSFET قيد التشغيل:

توضح الصورة أعلاه حالة الدائرة عندما تكون MOSFET قيد التشغيل. كما يمكنك التعرف عليه ، فقد أظهرنا حالة التشغيل بمساعدة خط متقطع ، حيث تظل MOSFET قيد التشغيل ، ويبدأ المحرِّض في الشحن ، ويستمر التيار من خلال المحرِّض في الزيادة ، والذي يتم تخزينه في شكل مجال مغناطيسي.

ماذا يحدث عند إيقاف تشغيل MOSFET:

الآن ، كما تعلمون ، لا يمكن أن يتغير التيار عبر مغوٍ على الفور! هذا لأنه يتم تخزينه في شكل مجال مغناطيسي. لذلك ، في اللحظة ، يتم إيقاف تشغيل MOSFET ، ويبدأ المجال المغناطيسي في الانهيار ، ويتدفق التيار في الاتجاه المعاكس لتيار الشحن. كما ترى في الرسم البياني أعلاه ، يبدأ هذا في شحن المكثف.

الآن ، من خلال تشغيل وإيقاف تشغيل المفتاح (MOSFET) بشكل مستمر ، قمنا بإنشاء جهد خرج أكبر من جهد الدخل. الآن ، يمكننا التحكم في جهد الخرج من خلال التحكم في وقت التشغيل والإيقاف للمفتاح ، وهذا ما نقوم به في الدائرة الرئيسية.

افهم طريقة عمل TL494

الآن قبل أن نذهب ونبني الدائرة بناءً على وحدة التحكم TL494 PWM ، دعنا نتعلم كيف تعمل وحدة التحكم PWM TL494. يحتوي TL494 IC على 8 كتل وظيفية موضحة وموصوفة أدناه.

منظم مرجعي 5-V:

خرج المنظم المرجعي الداخلي 5 فولت هو دبوس REF ، وهو دبوس 14 من IC. المنظم المرجعي موجود لتوفير مصدر ثابت للدوائر الداخلية مثل flip-التوجيهي النبضي ، والمذبذب ، ومقارن التحكم في الوقت الميت ، ومقارن PWM. يستخدم المنظم أيضًا لقيادة مضخمات الخطأ المسؤولة عن التحكم في الإخراج.

ملحوظة: المرجع مبرمج داخليًا بدقة أولية تبلغ ± 5٪ ويحافظ على الثبات على مدى جهد دخل من 7 فولت إلى 40 فولت. بالنسبة لجهد الدخل الأقل من 7 فولت ، يشبع المنظم في حدود 1 فولت من الإدخال ويتتبعه.

مذبذب:

يقوم المذبذب بتوليد وتوفير موجة سن المنشار لجهاز التحكم في الوقت الميت ومقارنات PWM لإشارات التحكم المختلفة.

تردد مذبذب يمكن تعيين عن طريق اختيار العناصر توقيت R T و C T.

يمكن حساب تردد المذبذب بالصيغة أدناه-

Fosc = 1 / (RT * CT)

للتبسيط ، قمت بعمل جدول بيانات يمكنك من خلاله حساب التردد بسهولة بالغة. والتي يمكنك أن تجدها في الرابط أدناه.

ملاحظة: تردد المذبذب يساوي تردد الخرج فقط للتطبيقات أحادية الطرف. بالنسبة لتطبيقات الدفع والسحب ، يكون تردد الخرج هو نصف تردد المذبذب.

مقارنة التحكم في الوقت الميت:

الوقت الميت أو القول ببساطة التحكم في الوقت غير المناسب يوفر الحد الأدنى من الوقت الميت أو وقت الراحة. يحظر ناتج مقارنة الوقت الميت تبديل الترانزستورات عندما يكون الجهد عند الإدخال أكبر من جهد المنحدر للمذبذب. يمكن أن يفرض تطبيق الجهد على دبوس DTC وقتًا ميتًا إضافيًا ، وبالتالي توفير وقت توقف إضافي من 3٪ كحد أدنى إلى 100٪ حيث يختلف جهد الدخل من 0 إلى 3 فولت. بعبارات بسيطة ، يمكننا تغيير دورة العمل لموجة الخرج دون تعديل مضخمات الخطأ.

ملاحظة: يضمن الإزاحة الداخلية بمقدار 110 مللي فولت حدًا أدنى للوقت الميت قدره 3٪ مع تأريض إدخال التحكم في الوقت الميت.

مضخمات الخطأ:

يتلقى كل من مضخمات الخطأ عالية الكسب انحيازهما من سكة إمداد VI. يسمح هذا بنطاق جهد دخل عادي من -0.3 فولت إلى 2 فولت أقل من VI. يتصرف كلا المضخمين بشكل مميز لمكبر العرض أحادي الطرف ، حيث يكون كل مخرج نشطًا مرتفعًا فقط.

مدخلات التحكم في الإخراج:

يحدد إدخال التحكم في الإخراج ما إذا كانت ترانزستورات الإخراج تعمل في وضع موازٍ أو وضع دفع وسحب. عن طريق توصيل دبوس التحكم في الخرج وهو pin-13 بالأرض ، يضبط الترانزستورات الناتجة في وضع التشغيل المتوازي. ولكن من خلال توصيل هذا الدبوس بالدبوس 5V-REF ، يضبط الترانزستورات الناتجة في وضع الدفع والسحب.

ترانزستورات الإخراج:

يحتوي IC على اثنين من ترانزستورات الإخراج الداخلية الموجودة في تكوينات مجمعة مفتوحة وباعثًا مفتوحًا ، والتي يمكن من خلالها مصدر أو غرق أقصى تيار يصل إلى 200 مللي أمبير.

ملحوظة: الترانزستورات لها جهد تشبع أقل من 1.3 فولت في تكوين الباعث المشترك وأقل من 2.5 فولت في تكوين الباعث-التابع.

المكونات المطلوبة لبناء دائرة المحول المعزز المستند إلى TL494

جدول يحتوي على جميع الأجزاء الموضحة أدناه. قبل ذلك قمنا بإضافة صورة توضح جميع المكونات المستخدمة في هذه الدائرة. نظرًا لأن هذه الدائرة بسيطة ، يمكنك العثور على جميع الأجزاء الضرورية في متجر الهوايات المحلي.

قائمة الاجزاء:

1. TL494 إيك - 1
2. IRFP250 MOSFET - 1
3. طرف المسمار 5X2 مم - 2
4. 1000 فائق التوهج ، 35 فولت مكثف - 1
5. 1000 فائق التوهج ، 63 فولت مكثف - 1
6. 50 كيلو ، 1٪ المقاوم -1
7. المقاوم 560R - 1
8. 10 كيلو ، 1٪ المقاوم -4
9. 3.3 كيلو ، 1٪ المقاوم -1
10. 330R المقاوم -1
11. 0.1 فائق التوهج مكثف - 1
12. صمام ثنائي شوتكي MBR20100CT - 1
13. 150 فائق التوهج (27 × 11 × 14) مم مغث -1
14. مقياس الجهد (10K) وعاء تقليم - 1
15. 0.22R مقاوم تحسس التيار - 2
16. كلاد بورد عام 50 × 50 مم - 1
17. وحدة المشتت الحراري العامة PSU - 1
18. أسلاك توصيل عامة - 15

محول التعزيز المستند إلى TL494 - رسم تخطيطي

فيما يلي مخطط الدائرة لمحول التعزيز عالي الكفاءة.

دارة محول TL494 Boost - تعمل

هذا TL494 دفعة تحويل الدائرة تتكون من المكونات التي يمكن الحصول عليها بسهولة جدا، وفي هذا القسم، سوف نذهب من خلال كل كتلة كبير من الدوائر وشرح كل كتلة.

مكثف الإدخال:

مكثف الإدخال موجود لتلبية الطلب الحالي العالي المطلوب عندما يتم إغلاق مفتاح MOSFET ويبدأ المحرِّض في الشحن.

التعليقات وحلقة التحكم:

تقوم المقاومات R2 و R8 بضبط جهد التحكم لحلقة التغذية الراجعة ، والجهد المحدد متصل بالدبوس 2 من TL494 IC ، ويتم توصيل جهد التغذية المرتدة بدبوس واحد من IC المسمى VOLTAGE_FEEDBACK . تحدد المقاومات R10 و R15 الحد الحالي في الدائرة.

تشكل المقاومات R7 و R1 حلقة التحكم ، بمساعدة هذه الملاحظات ، تتغير إشارة خرج PWM خطيًا ، بدون مقاومات التغذية الراجعة هذه ، سيعمل المقارنة مثل دائرة مقارنة عامة والتي ستقوم فقط بتشغيل / إيقاف تشغيل الدائرة بجهد محدد.

تبديل اختيار التردد:

من خلال ضبط القيم المناسبة على الدبابيس 5 و 6 ، يمكننا ضبط تردد التبديل لهذا IC ، لهذا المشروع ، استخدمنا قيمة مكثف 1nF وقيمة المقاوم 10K التي تعطينا ترددًا يبلغ 100 كيلو هرتز تقريبًا ، باستخدام الصيغة Fosc = 1 / (RT * CT) ، يمكننا حساب تردد المذبذب. بخلاف ذلك ، قمنا بتغطية الأقسام الأخرى بالتفصيل في وقت سابق من المقالة.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لدائرة المحول المعزز المستند إلى TL494

تم تصميم PCB لدائرة التحكم في زاوية الطور في لوحة أحادية الجانب. لقد استخدمت Eagle لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بي ولكن يمكنك استخدام أي برنامج تصميم من اختيارك. الصورة ثنائية الأبعاد لتصميم لوحي موضحة أدناه.

كما ترون على الجانب السفلي من اللوحة ، فقد استخدمت مستوى أرضيًا سميكًا لضمان تدفق تيار كافٍ خلاله. يوجد مدخلات الطاقة على الجانب الأيسر من اللوحة ويكون الإخراج على الجانب الأيمن من اللوحة. يمكن تنزيل ملف التصميم الكامل مع مخططات محول TL494 Boost من الرابط أدناه.

• قم بتنزيل ملف PCB Design GERBER الخاص بدائرة محول Boost المستندة إلى TL494

PCB اليدوية:

للراحة ، صنعت نسختي المصنوعة يدويًا من ثنائي الفينيل متعدد الكلور وهي مبينة أدناه. لقد ارتكبت بعض الأخطاء أثناء صنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، لذلك اضطررت إلى أقدم بعض أسلاك التوصيل لإصلاح ذلك.

لوحتي تبدو هكذا بعد اكتمال البناء.

TL494 تعزيز حساب تصميم المحول والبناء

لإثبات محول التعزيز الحالي العالي هذا ، يتم إنشاء الدائرة في PCB يدويًا ، بمساعدة ملفات التصميم التخطيطي وثنائي الفينيل متعدد الكلور ؛ يرجى ملاحظة أنه إذا كنت تقوم بتوصيل حمولة كبيرة بإخراج دائرة محول التعزيز ، فسوف تتدفق كمية هائلة من التيار عبر آثار PCB ، وهناك احتمال أن تحترق الآثار. لذلك ، لمنع احتراق آثار ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، قمنا بزيادة سماكة التتبع قدر الإمكان. أيضًا ، قمنا بتعزيز آثار PCB بطبقة سميكة من اللحام لتقليل مقاومة التتبع.

لحساب قيم المحرِّض والمكثف بشكل صحيح ، استخدمت مستندًا من أدوات تكساس.

بعد ذلك ، قمت بعمل جدول بيانات google لتسهيل الحساب.

اختبار دائرة محول الجهد العالي

لاختبار الدائرة ، يتم استخدام الإعداد التالي. كما ترون ، لقد استخدمنا مصدر طاقة PC ATX كمدخل ، وبالتالي فإن الإدخال هو 12V. لقد قمنا بتوصيل الفولتميتر والتيار الكهربائي بإخراج الدائرة التي تظهر جهد الخرج وتيار الخرج. من خلالها يمكننا بسهولة حساب الطاقة الناتجة لهذه الدائرة. أخيرًا ، استخدمنا ثمانية مقاومات طاقة 4.7R 10W في سلسلة كحمل لاختبار الاستهلاك الحالي.

الأدوات المستخدمة لاختبار الدائرة:

1. 12V PC ATX التيار الكهربائي
2. محول يحتوي على 6-0-6 صنبور و 12-0-12 صنبور
3. ثمانية مقاومات 10 وات 4.7R في السلسلة - تعمل كحمل
4. Meco 108B + TRMS Multimeter
5. ميكو 450B + TRMS المتعدد
6. مفك البراغي

استهلاك الطاقة الخارجة لدائرة محول التعزيز عالي الطاقة:

كما ترون في الصورة أعلاه، والجهد الناتج هو 44.53V والانتاج الحالي هو 2.839A، بحيث يصبح مجموع انتاج الطاقة 126.42W، لذلك وكما ترون، هذه الدائرة يمكن بسهولة التعامل مع الطاقة أكثر من 100Watts.

مزيد من التحسينات

إن دائرة محول TL494 Boost هذه مخصصة لأغراض العرض التوضيحي فقط ، وبالتالي لا توجد دائرة حماية مضافة في قسم الإدخال أو الإخراج في الدائرة. لذلك ، لتحسين ميزة الحماية ، يمكنك أيضًا إضافة ، أيضًا نظرًا لأنني أستخدم IRFP250 MOSFET ، يمكن تحسين طاقة الخرج بشكل أكبر ، والعامل المحدد في دائرتنا هو المحث. ستزيد النواة الأكبر للمحث من قدرته الإنتاجية.

أتمنى أن تكون قد أحببت هذه المقالة وتعلمت شيئًا جديدًا منها. إذا كان لديك أي شك ، يمكنك أن تسأل في التعليقات أدناه أو يمكنك استخدام منتدياتنا لمناقشة مفصلة.