Принцип работы tl494: TL494, что это за “зверь” такой? – Начинающим – Теория

DC DC конвертер — инвертирующий Buck Boost на TL494

Здесь показан dc dc конвертер — это устройство представляет собой повышающий преобразователь постоянного тока, который использует ту же концепцию, что и повышающий/понижающий преобразователь, но в упрощенной комбинированной схеме.

Содержание

1. Инвертирующий повышающий/понижающий dc dc конвертер с TL494
2. Как работает инвертирующий dc dc конвертер?
3. Список деталей
4. Полная принципиальная схема. Инвертирующий повышающий/понижающий dc dc конвертер на основе TL494.
5. Печатная плата для схемы повышающего/понижающего dc dc конвертера на базе TL494
6. Самодельная печатная плата:
7. Тестирование схемы повышающего/понижающего dc dc конвертера на основе TL494
8. Дальнейшие улучшения

Как следует из названия, основной особенностью понижающего/повышающего преобразователя является его способность поддерживать постоянное выходное напряжение, даже если входное значение падает ниже выходного, а означает, что эта схема может работать как в понижающем, так и в повышающем режиме в зависимости от напряжения на входе.

В этой статье мы собираемся четко понять, спроектировать, рассчитать и протестировать базовую схему инвертирующего повышающе-понижающего конвертера высокой мощности на основе популярной микросхемы TL494. Итак, без лишних слов, давайте приступим к делу.

Как работает инвертирующий dc dc конвертер?

Понижающий/повышающий dc dc конвертер представляет собой тип преобразователя постоянного тока и имеет разную величину выходного напряжения. Напряжение на выходе может быть больше, меньше или равно входному значению в зависимости от импульса ШИМ и состояния нагрузки.

DC-DC конвертеры такого типа очень похожи на обратноходовые преобразователи, но в них вместо трансформатора используется индуктивная катушка. Они имеют две разные топологии: инвертирующий конвертер Buck-Boost и не инвертирующий Buck-Boost.

В этом проекте мы будем говорить только о не инвертирующем повышающем/понижающем конвертере. Базовая схема, которого показана ниже.

Согласно схеме показанной выше, выход инвертирующего конвертера прямо противоположен входу. Вместо VCC мы получаем Ground, а вместо Ground мы получаем VCC, так как же происходит инвертирование напряжения? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать принцип работы этой схемы.

Как показано на приведенном выше рисунке, схема состоит из катушки индуктивности, диода, полевого МОП-транзистора в качестве переключателя и конденсатора. Мы управляем этой схемой с помощью переключающего сигнала.

Поскольку используемый МОП-транзистор является P-канальным MOSFET, он включен, когда импульс низкий, и выключен во время высокого импульса. В момент включения полевого транзистора, катушка индуктивности заряжается и накапливает энергию; пока это происходит, диод предотвращает зарядку конденсатора.

Теперь, когда MOSFET выключается, энергия катушки передается в конденсатор, а от конденсатора она течет в нагрузку, но поскольку диод подключен в обратном направлении, полярность напряжения теперь противоположна входному, поэтому он известен как инвертирующий повышающий/понижающий dc dc конвертер.

Компоненты, требующиеся, чтобы собрать повышающий/понижающий dc dc конвертер на базе TL494

Ниже перечислены компоненты, необходимые для создания данного преобразователя на основе TL494. Все детали, используемые в этом проекте, достаточно универсальны, и вы можете найти большинство из них в вашем местном магазине электронных товаров.

Список деталей

• ШИМ-контроллер TL494 — 1 шт.
• МОП-транзистор IRFZ44N — 1
• Катушка индуктивности 220 мкГн — 1
• Операционный усилитель LM358 — 1
• Диодная сборка MBR20100CT — 1
• Винтовые клеммы 5,08 мм — 2
• Конденсатор 1000 мкФ,25В — 2 шт.
• Конденсатор 1000 мкФ,63В — 1 шт.
• Конденсатор 2,2 нФ — 1
• Резистор R560 — 2
• Резистор 2.2К, 1% — 2
• Резистор 4,7К, 1% — 1
• Резистор 10К, 1% — 6
• Резистор 50К — 1
• Подстроечный резистор-триммер 10K — 1
• Материал для изготовления печатных плат

Полная принципиальная схема.

Принцип работы этой схемы очень прост. Она разделена на три части, первой из которых является ШИМ-контроллер TL494. Мы используем микросхему TL494 для управления полевым МОП-транзистором. Эта ИС настроена на переключение с частотой 100 кГц, что вполне подходит для этого типа устройств.

Вторая часть схемы представляет собой модуль, который отвечает уже за саму операцию повышения-понижения напряжения.

Как вы можете видеть на приведенной выше схеме с левой стороны, у нас есть инвертирующий повышающий/понижающий dc dc конвертер, который использует P-канальный MOSFET в качестве переключателя. Однако у этого прибора есть один большой недостаток, который заключается в его большом внутреннем сопротивлении.

Если мы рассмотрим обычный P-канальный МОП-транзистор IRF9540, его внутреннее сопротивление составляет 0,22 Ом или 220 мс, но если мы возьмем полевой транзистор с обратной проводимостью, то есть N-канальный IRF540, его внутреннее сопротивление составит всего 0,077 Ом или 77 мс, что в 3 раза меньше, чем у IRF540.

Именно по этой причине было решено изменить схему. Мы сделали это для того, чтобы применить N-канальный МОП-транзистор как элемент управления схемой. И приведенная выше упрощенная схема показывает именно это. В ней используется N-канальный MOSFET вместо P-канального.

Последней частью схемы является дифференциальный усилитель. Дифференциальный усилитель принимает два значения напряжения, находит разницу между этими двумя значениями и усиливает ее. Результирующее напряжение можно получить с выходного вывода.

Наконец, резисторы R19 и R20 образуют делитель напряжения, а затем возвращают его на контакт 1 микросхемы TL494, которая в свою очередь регулирует импульс ШИМ в зависимости от состояния нагрузки.

Печатная плата для схемы повышающего/понижающего dc dc конвертера на базе TL494

Печатная плата для нашей схемы разработана на одностороннем фольгированном стеклотекстолите. Для проектирования печатной платы я использовал программу Eagle. Однако, вы можете попробовать любое другое программное обеспечение для проектирования печатных плат по своему выбору. 2D-изображение, созданное Eagle, показано ниже.

На нижней стороне платы, то есть со стороны фольги, я применил толстый заземляющий слой, чтобы через него мог протекать достаточно большой ток. Вход питания находится на левой стороне платы, а выход — на правой. Полный архив проекта вместе со схемами dc dc конвертера на TL494 можно загрузить по ссылке ниже.

Скачать архив Buck-Boost-Converter-using-TL494-gerber-

Самодельная печатная плата:

Для удобства я сделал свою версию печатной платы, которая показана ниже. Было допущено несколько ошибок при изготовлении этой печатной платы, поэтому мне пришлось использовать несколько медных проводов в качестве перемычек, чтобы исправить эти недочеты.

Так выглядел мой dc dc конвертер уже в собранном состоянии.

Тестирование схемы повышающего/понижающего dc dc конвертера на основе TL494

Примечание. При первом включении этого устройства используйте БП постоянного напряжения, имеющего ограничитель тока или можно воспользоваться набором мощных резисторов с целью ограничения тока.

Если на выходе ШИМ-контроллера появится высокий уровень, полевой транзистор окажется в состоянии ВКЛ, и весь ток будет протекать через катушку индуктивности, поэтому он будет закорочен через полевик, при этом MOSFET сгорит.

Для питания схемы используется БП ATX PC, поэтому входное напряжение остается на уровне 12 В. Вы также можете видеть, что схема в настоящее время работает в режиме повышения, следовательно выходное напряжение в этом состоянии остается на уровне 18 вольт. К тому же я подключил к схеме минимальную нагрузку, и в этом состоянии она потребляла около 100 мА.

На изображении выше показано, что это устройство может обеспечить минимальное напряжение 2,12 В при минимальной нагрузке.

На картинке выше тестовая конструкция, которая применена для определения эффективности источника питания. Как видите, выходное напряжение составляет 37,22 В, а выходной ток — 1,582 А. Я использовал три последовательно соединенных резистора в качестве нагрузки, и общая выходная мощность составила 58,8 Вт.

Пока нагрузочные резисторы установлены, я подключил мультиметр к входной цепи, чтобы измерить ток на входе, его значение составило 5,5 А, и если мы возьмем выходное напряжение нашего блока питания ATX на уровне 12 В и умножим его на текущее значение, мы получаем входную мощность 66,2 Вт. Итак, КПД схемы составляет (58,8/66,2)х100 = 88,8%.

Дальнейшие улучшения

Эта схема повышающего/понижающего dc dc конвертера TL494 предназначена только для демонстрационных целей, поэтому в выходном каскаде схемы нет схемы защиты.

1. Для защиты цепи нагрузки необходимо добавить выходную схему защиты.
2. Катушку индуктивности нужно окунуть в лак, иначе будет слышен шум.
3. Печатная плата должна быть хорошего качества с правильной разводкой дорожек.
4. Переключающий транзистор можно модифицировать для увеличения тока нагрузки.

Повышающе/понижающий DC-DC конвертер

TL494 Калькулятор

Этот калькулятор поможет вам спроектировать генератор с переменной частотой. Микросхема TL494 представляет собой универсальную схему управления ШИМ в одном кристалле. Этот калькулятор поможет вам вычислить частоту генератора из набора значений RC или вычислить значения RC из набора частот. Генератор программируется в диапазоне от 1 кГц до 300 кГц. Практические значения для RT и CT находятся в диапазоне от 1 кОм до 500 кОм и от 470 пФ до 10 мкФ. Этот калькулятор предназначен для двухтактной схемы TL494. Подробнее об однотактной схеме см. ниже.

Калькулятор частоты TL494

Введите номиналы предпочтительного времязадающего конденсатора, резистора и потенциометра. Используйте TAB для расчета частотного диапазона. Предупреждения выдаются за результаты, которые не соответствуют спецификациям технических данных.

Калькулятор сопротивления TL494

Введите значения предпочитаемого времязадающего конденсатора, нижней и верхней частоты. Используйте TAB для расчета значений резистора и потенциометра. Чтобы дважды проверить результат с ближайшими компонентами стандартного значения, используйте частотный калькулятор выше.

Микросхема TL494 и техническое описание TL494 PDF

Пример схемы взят из TL494 onsemi техпаспорт. Заменой TL494 может быть схема управления широтно-импульсным модулятором SG3525. Однако он имеет только один усилитель ошибки.

Этот калькулятор ссылается на эту тестовую схему TL494 и схему инвертора TL494, которые взяты из моего проекта с полумостовым преобразователем TL494.

Рабочая частота TL494

Частота генератора определяется временными компонентами RT и CT. Внешний времязадающий конденсатор CT заряжается постоянным током через RT. он создает нарастающую линейную форму волны напряжения, которая разряжается, когда достигает 3 В. Однако частота генератора равна выходной частоте только для несимметричных приложений. Для двухтактных приложений выходная частота составляет половину частоты генератора.
Несимметричные приложения:

Двухтактные приложения:

TL494 Выходной ток

Оба выходных транзистора сконфигурированы как открытый коллектор/открытый эмиттер, и каждый из них может потреблять или получать до 200 мА. Выходы защищены от чрезмерного рассеивания мощности, чтобы предотвратить повреждение. Они не используют достаточное ограничение тока, чтобы их можно было использовать в качестве выходов источника тока.

Схемы топологии ШИМ, которые можно реализовать с помощью TL494

Микросхема TL494 может использоваться для создания схемы зарядного устройства, схемы усилителя класса D, блока питания автомобильного усилителя или высоковольтного обратноходового драйвера TL494. Ограничение выходного тока TL494 определяется как нагрузкой, так и частотой, на которой он работает.

Ссылки

[1] Texas Instruments, Патрик Гриффит: «Разработка импульсных регуляторов напряжения с помощью TL494», Отчет о применении SLVA001B, декабрь 2003 г.

операционный усилитель – TL494 компенсация

\$\начало группы\$

Пытаюсь сделать самодельный блок питания. На данный момент работает, но компенсация еще не произведена.

Может ли кто-нибудь помочь мне рассчитать и выбрать правильные полюса и нули? VCM при ошибке ОУ 1, текущий режим при ошибке ОУ 2.

Опорное напряжение устанавливается на отрицательный вход потенциометром (Vset), напряжение обратной связи подается на положительный вход (Vsense). Когда выход ошибки операционного усилителя выше 0,7 В -> TLT494 тактовый сигнал, поэтому обратная связь должна быть подключена к +Vin для поддержания отрицательной обратной связи.

Пробовал ставить без расчетов, но не смог подобрать правильную комбинацию, которая будет работать при переменных нагрузках.

БП 0-200 В, 5 А. Трансформатор шумит; когда значения не установлены должным образом, трансформатор шипит или издает высокочастотный шум. При правильной настройке работает тихо, но при изменении нагрузки начинает шипеть.

• операционный усилитель
• импульсный источник питания
• компенсация

\$\конечная группа\$

9

\$\начало группы\$

Как я сказал в комментарии, я понял после документирования всего ответа, что TL494 использует нетрадиционную конфигурацию операционного усилителя, где напряжение обратной связи должно быть увеличьте , чтобы уменьшить коэффициент заполнения. Поэтому нужно настроить ОУ в неинвертирующем режиме, что на 100% нестандартно. Кроме того, в техпаспорте приведен пример конструкции, в которой преобразователь работает в некомпенсированной конфигурации с замкнутым контуром, чтобы я мог представить переходную характеристику.