دارة محول باك عالية الطاقة عالية الكفاءة باستخدام TL494

A تحويل باك (تحويل خطوة لأسفل) هو تحويل التبديل DC-DC إلى أن يتنحى الجهد مع الحفاظ على توازن الطاقة ثابت. الميزة الرئيسية لمحول باك هي الكفاءة ، مما يعني أنه مع وجود محول باك على اللوحة ، يمكننا أن نتوقع إطالة عمر البطارية ، وانخفاض الحرارة ، وصغر الحجم ، وتحسين الكفاءة. لقد صنعنا في السابق عددًا قليلاً من دوائر محول باك البسيطة وشرحنا أساسياتها وكفاءة التصميم.

لذلك ، في هذه المقالة ، سنقوم بتصميم وحساب واختبار دائرة محول باك عالية الكفاءة بناءً على TL494 IC الشهير وأخيراً ، سيكون هناك فيديو مفصل يوضح جزء العمل والاختبار من الدائرة ، لذلك بدون مزيد من اللغط ، فلنبدأ.

كيف يعمل محول باك؟

يوضح الشكل أعلاه دارة محول باك أساسية جدًا. لمعرفة كيفية عمل محول باك ، سأقسم الدائرة إلى شرطين. الشرط الأول عندما يكون الترانزستور قيد التشغيل ، الشرط التالي عند إيقاف تشغيل الترانزستور.

الترانزستور في الحالة

في هذا السيناريو ، يمكننا أن نرى أن الصمام الثنائي في حالة دائرة مفتوحة لأنه في حالة انحياز عكسي. في هذه الحالة ، سيبدأ بعض التيار الأولي في التدفق خلال الحمل ، لكن التيار مقيد بواسطة المحرِّض ، وبالتالي يبدأ المحرِّض أيضًا في الشحن تدريجيًا. لذلك ، خلال وقت الدائرة ، يبني المكثف دورة الشحن بدورة ، وينعكس هذا الجهد عبر الحمل.

الترانزستور خارج الدولة

عندما يكون الترانزستور في حالة إيقاف التشغيل ، تنهار الطاقة المخزنة في المحرِّض L1 وتتدفق مرة أخرى عبر الصمام الثنائي D1 كما هو موضح في الدائرة مع الأسهم. في هذه الحالة ، يكون الجهد عبر المحرِّض في قطبية معكوسة ، وبالتالي يكون الصمام الثنائي في حالة تحيز أمامي. الآن نظرًا لانهيار المجال المغناطيسي للمحث ، يستمر التيار في التدفق عبر الحمل حتى نفاد شحنة المحرِّض. كل هذا يحدث عندما يكون الترانزستور في حالة توقف.

بعد فترة معينة من نفاد الطاقة المخزنة للمحث تقريبًا ، يبدأ جهد الحمل في الانخفاض مرة أخرى ، في هذه الحالة ، يصبح المكثف C1 المصدر الرئيسي للتيار ، والمكثف موجود للحفاظ على تدفق التيار حتى تبدأ الدورة التالية مرة أخرى.

الآن من خلال تغيير تردد التبديل ووقت التبديل ، يمكننا الحصول على أي إخراج من 0 إلى Vin من محول باك.

IC TL494

الآن قبل الذهاب إلى بناء محول TL494 باك ، دعنا نتعلم كيف تعمل وحدة التحكم PWM TL494.

يحتوي TL494 IC على 8 كتل وظيفية موضحة وموصوفة أدناه.

1. 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! تمت برمجة المرجع داخليًا بدقة أولية تبلغ ± 5٪ ويحافظ على الاستقرار على مدى جهد دخل من 7 فولت إلى 40 فولت. بالنسبة لجهد الدخل الأقل من 7 فولت ، يتشبع المنظم داخل 1 فولت من الإدخال ويتتبعه.

2. 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.

و تردد المذبذب يمكن أن تحسب على أساس الصيغة أدناه

Fosc = 1 / (RT * CT)

للتبسيط ، قمت بعمل جدول بيانات يمكنك من خلاله حساب التردد بسهولة بالغة.

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

3. الوقت الميت تحكم المقارنة

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.

ملحوظة! يضمن الإزاحة الداخلية البالغة 110 مللي فولت حدًا أدنى للوقت الميت بنسبة 3٪ مع تأريض إدخال التحكم في الوقت الميت.

4. 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 أن كل مخرج يكون نشطًا بدرجة عالية فقط.

5. إخراج التحكم الإدخال

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 ترانزستورات الإخراج في وضع التشغيل المتوازي. ولكن من خلال توصيل هذا الدبوس بالدبوس 5V-REF ، يضبط الترانزستورات الناتجة في وضع الدفع والسحب.

6. إخراج الترانزستورات

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.

ميزات TL494 IC

• دارة كاملة للتحكم في الطاقة PWM
• المخرجات غير الملتزم بها لحوض 200 مللي أمبير أو تيار المصدر
• يحدد التحكم في الإخراج عملية أحادية الطرف أو عملية دفع وسحب
• تحظر الدوائر الداخلية النبض المزدوج في أي من المخرجات
• يوفر الوقت الميت المتغير التحكم في النطاق الكلي
• يوفر المنظم الداخلي مستقرًا 5-V
• توريد مرجعي مع تسامح 5٪
• تسمح بنية الدوائر بالمزامنة السهلة

ملحوظة! يتم أخذ معظم الوصف التخطيطي والعملياتي الداخلي من ورقة البيانات وتعديله إلى حد ما من أجل فهم أفضل.

المكونات مطلوبة

1. TL494 إيك - 1
2. الترانزستور TIP2955-1
3. برغي محطة 5mmx2-2
4. 1000 فائق التوهج ، 60 فولت مكثف - 1
5. 470 فائق التوهج ، 60 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 -2
10. 330R المقاوم -1
11. 0.22 فائق التوهج مكثف - 1
12. 5.6 كيلو ، 1 واط المقاوم -1
13. 12.1 فولت زينر ديود - 1
14. صمام ثنائي شوتكي MBR20100CT - 1
15. 70 فائق التوهج (27 × 11 × 14) مم مغث -1
16. مقياس الجهد (10K) وعاء تقليم - 1
17. 0.22R مقاوم تحسس التيار - 2
18. كلاد بورد عام 50 × 50 مم - 1
19. وحدة المشتت الحراري العامة PSU - 1
20. أسلاك توصيل عامة - 15

رسم تخطيطى

يرد أدناه مخطط الدائرة لمحول باك عالي الكفاءة.

بناء الدوائر

من أجل هذا العرض التوضيحي لمحول باك التيار العالي هذا ، تم إنشاء الدائرة في PCB يدويًا ، بمساعدة ملفات التصميم التخطيطي وثنائي الفينيل متعدد الكلور ؛ يرجى ملاحظة أنه إذا كنت تقوم بتوصيل حمولة كبيرة بمحول باك الناتج ، فسوف تتدفق كمية هائلة من التيار عبر آثار ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وهناك احتمال أن تحترق الآثار. لذلك ، لمنع آثار PCB من الاحتراق ، قمت بتضمين بعض وصلات العبور التي تساعد على زيادة التدفق الحالي. أيضًا ، لقد عززت آثار PCB بطبقة سميكة من اللحام لتقليل مقاومة التتبع.

تم تصنيع الحث من 3 خيوط من الأسلاك النحاسية المطلية بالمينا المتوازية 0.45 مم 2

العمليات الحسابية

لحساب قيم المحث والمكثف بشكل صحيح ، استخدمت مستندًا من أدوات texas.

بعد ذلك ، قمت بعمل جدول بيانات google لتسهيل الحساب

اختبار محول تنحى الجهد العالي هذا

لاختبار الدائرة يتم استخدام الإعداد التالي. كما هو مبين في الصورة أعلاه ، جهد الدخل هو 41.17 فولت وتيار عدم التحميل هو 0.015 أمبير مما يجعل قوة عدم التحميل أقل من 0.6 واط.

قبل أن يقفز أي منكم ويقول ما يفعله وعاء المقاوم في طاولة الاختبار الخاصة بي.

دعني أخبرك ، أن المقاومات تصبح ساخنة جدًا أثناء وقت اختبار الدائرة بحالة تحميل كاملة ، لذلك فقد أعددت وعاءًا من الماء لمنع احتراق طاولة العمل الخاصة بي

الأدوات المستخدمة لاختبار الدائرة

1. بطارية الرصاص الحمضية 12 فولت.
2. محول يحتوي على 6-0-6 صنبور و 12-0-12 صنبور
3. 5 10W 10r المقاومة بالتوازي كحمل
4. Meco 108B + TRMS Multimeter
5. ميكو 450B + TRMS المتعدد
6. راسم الذبذبات Hantek 6022BE

مدخلات الطاقة لمحول باك عالي الطاقة

كما ترى من الصورة أعلاه ، ينخفض ​​جهد الدخل إلى 27.45 فولت في حالة الحمل ويبلغ تيار الدخل 3.022 أمبير وهو ما يعادل طاقة إدخال 82.9539 وات.

انتاج الطاقة

كما ترى من الصورة أعلاه ، فإن جهد الخرج هو 12.78V وسحب تيار الخرج 5.614A وهو ما يعادل سحب الطاقة 71.6958 W.

وبذلك تصبح كفاءة الدائرة (71.6958 / 82.9539) × 100٪ = 86.42٪

الخسارة في الدائرة ترجع إلى المقاومات لتشغيل TL494 IC و

أقصى سحب مطلق للتيار في جدول الاختبار الخاص بي

من الصورة أعلاه ، يمكن ملاحظة أن أقصى سحب للتيار من الدائرة هو 6.96 A وهو تقريبًا

في هذه الحالة ، فإن عنق الزجاجة الرئيسي للنظام هو المحول الخاص بي ولهذا السبب لا يمكنني زيادة تيار الحمل ولكن مع هذا التصميم ومع المشتت الحراري الجيد ، يمكنك بسهولة سحب أكثر من 10 أمبير من التيار من هذه الدائرة.

ملحوظة! أي منكم يتساءل لماذا قمت بتوصيل المشتت الحراري الضخم بالدائرة ، دعني أخبرك في الوقت الحالي أنه ليس لدي أي بالوعة حرارة أصغر في مخزوني.

مزيد من التحسينات

دارة محول TL494 باك هذه مخصصة لأغراض توضيحية فقط ومن ثم لا يتم إضافة دائرة حماية في قسم الإخراج بالدائرة

1. يجب إضافة دائرة حماية الإخراج لحماية دائرة الحمل.
2. يجب غمس الحث في الورنيش وإلا فإنه سيولد ضوضاء مسموعة.
3. يعد PCB عالي الجودة مع التصميم المناسب أمرًا إلزاميًا
4. يمكن تعديل ترانزستور التحويل لزيادة تيار الحمل

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.