- 부스트 컨버터의 작동 원리 이해
- TL494의 작동 이해
- TL494 기반 부스트 컨버터 회로를 구축하는 데 필요한 부품
- TL494 기반 부스트 컨버터-회로도
- TL494 부스트 컨버터 회로 – 작동
- TL494 기반 부스트 컨버터 회로를위한 PCB 설계
- TL494 부스트 컨버터 설계 계산 및 구성
- 이 고전압 부스트 컨버터 회로 테스트
- 추가 향상
전자 제품을 사용하는 동안 입력 전압이 낮게 유지되는 동안 출력 전압을 높여야 하는 상황에 처하게되는 경우가 종종 있습니다. 이것은 일반적으로 부스트 컨버터로 알려진 회로에 의존 할 수있는 유형의 상황입니다. 스텝 업 컨버터). 부스트 컨버터는 일정한 전력 균형을 유지하면서 전압을 높이는 DC-DC 유형 스위칭 컨버터입니다. 부스트 컨버터의 주요 기능은 효율성입니다. 즉, 배터리 수명이 길고 발열 문제가 감소합니다. 이전에 간단한 부스트 컨버터 회로를 만들고 기본 설계 효율성에 대해 설명했습니다.
따라서이 기사에서는 TL494 부스트 컨버터 를 설계 하고, 최소 공급 전압이 7V이고 최대 40V 인 인기있는 TL494 IC를 기반으로 고효율 부스트 컨버터 회로를 계산하고 테스트합니다. 우리는 IRFP250 MOSFET 을 스위치로 사용하고 있으며,이 회로는 이론적으로 19Amps의 최대 전류를 처리 할 수 있습니다 (인덕터 용량에 의해 제한됨). 마지막으로 회로의 작동 및 테스트 부분을 보여주는 자세한 비디오가 있으므로 더 이상 고민하지 않고 시작하겠습니다.
부스트 컨버터의 작동 원리 이해
위의 그림은 부스트 컨버터 회로 의 기본 회로도를 보여줍니다. 이 회로의 작동 원리를 분석하기 위해 두 부분으로 나눌 것입니다. 첫 번째 조건은 MOSFET이 ON 일 때 일어나는 일을 설명하고 두 번째 조건은 MOSFET이 꺼 졌을 때 일어나는 일을 설명합니다.
MOSFET이 켜져 있으면 어떻게됩니까?
위의 이미지는 MOSFET이 켜져있을 때의 회로 상태를 보여줍니다. 알 수 있듯이, MOSFET이 계속 켜져 있으면 인덕터가 충전을 시작하고 인덕터를 통과하는 전류가 계속 증가하여 자기장의 형태로 저장되는 점선의 도움으로 ON 상태를 보여주었습니다.
MOSFET이 꺼지면 어떻게됩니까?
아시다시피 인덕터를 통과하는 전류는 순간적으로 변할 수 없습니다! 그것은 자기장의 형태로 저장되기 때문입니다. 따라서 MOSFET이 꺼지는 순간 자기장이 붕괴되기 시작하며 전류는 충전 전류와 반대 방향으로 흐릅니다. 위의 다이어그램에서 볼 수 있듯이 커패시터 충전이 시작됩니다.
이제 지속적으로 스위치 (MOSFET)를 켜고 끄면서 입력 전압보다 큰 출력 전압을 생성했습니다. 이제 스위치의 켜짐 및 꺼짐 시간을 제어하여 출력 전압을 제어 할 수 있습니다. 이것이 주 회로에서 수행하는 작업입니다.
TL494의 작동 이해
이제 TL494 PWM 컨트롤러를 기반으로 회로를 구축하기 전에 PWM 컨트롤러 TL494가 어떻게 작동하는지 알아 보겠습니다. TL494 IC에는 8 개의 기능 블록이 있으며 아래에 나와 있습니다.
5V 기준 레귤레이터:
5V 내부 기준 레귤레이터 출력은 IC의 14 번 핀인 REF 핀입니다. 레퍼런스 레귤레이터는 펄스 스티어링 플립 플롭, 오실레이터, 데드 타임 제어 비교기 및 PWM 비교기와 같은 내부 회로에 안정적인 전원을 제공하기 위해 있습니다. 레귤레이터는 출력 제어를 담당하는 오류 증폭기를 구동하는 데에도 사용됩니다.
참고: 레퍼런스는 내부적으로 ± 5 %의 초기 정확도로 프로그래밍되고 7V ~ 40V의 입력 전압 범위에서 안정성을 유지합니다. 입력 전압이 7V 미만인 경우 레귤레이터는 입력의 1V 내에서 포화 상태를 유지하고이를 추적합니다.
발진기:
발진기는 다양한 제어 신호를 위해 데드 타임 컨트롤러와 PWM 비교기에 톱니파를 생성하고 제공합니다.
발진기의 주파수는 타이밍 요소를 선택하여 설정할 수있는 R T C 및 T를.
발진기의 주파수는 아래 공식으로 계산할 수 있습니다.
Fosc = 1 / (RT * CT)
간단히하기 위해 스프레드 시트를 만들었습니다.이 스프레드 시트를 사용하면 빈도를 매우 쉽게 계산할 수 있습니다. 아래 링크에서 찾을 수 있습니다.
참고: 오실레이터 주파수는 단일 종단 애플리케이션의 경우에만 출력 주파수와 동일합니다. 푸시 풀 애플리케이션의 경우 출력 주파수는 오실레이터 주파수의 절반입니다.
데드 타임 제어 비교기:
데드 타임 또는 단순히 오프 타임 제어라고 말하면 데드 타임 또는 오프 타임을 최소화합니다. 데드 타임 비교기의 출력은 입력 전압이 오실레이터의 램프 전압보다 클 때 스위칭 트랜지스터를 차단합니다. DTC 핀에 전압을 적용하면 추가 데드 타임이 부과 될 수 있으므로 입력 전압이 0 ~ 3V로 변함에 따라 최소 3 % ~ 100 %의 추가 데드 타임이 제공됩니다. 간단히 말해서, 오류 증폭기를 조정하지 않고 출력 파형의 듀티 사이클을 변경할 수 있습니다.
참고: 110mV의 내부 오프셋은 데드 타임 제어 입력이 접지 된 상태에서 최소 데드 타임 3 %를 보장합니다.
오류 증폭기:
두 고 이득 에러 증폭기는 모두 VI 공급 레일에서 바이어스를받습니다. 이를 통해 공통 모드 입력 전압 범위는 –0.3V에서 VI보다 2V 미만입니다. 두 증폭기 모두 단일 종단 단일 공급 증폭기의 특성으로 동작합니다. 즉, 각 출력은 하이 하이 만 활성화됩니다.
출력 제어 입력:
출력 제어 입력은 출력 트랜지스터가 병렬 또는 푸시 풀 모드로 작동하는지 여부를 결정합니다. 핀 -13 인 출력 제어 핀을 접지에 연결하여 출력 트랜지스터를 병렬 작동 모드로 설정합니다. 그러나이 핀을 5V-REF 핀에 연결하면 출력 트랜지스터가 푸시 풀 모드로 설정됩니다.
출력 트랜지스터:
IC에는 최대 200mA의 최대 전류를 소싱하거나 싱킹 할 수있는 오픈 컬렉터 및 오픈 이미 터 구성의 2 개의 내부 출력 트랜지스터가 있습니다.
참고: 트랜지스터의 포화 전압은 공통 이미 터 구성에서 1.3V 미만이고 이미 터-팔로어 구성에서 2.5V 미만입니다.
TL494 기반 부스트 컨버터 회로를 구축하는 데 필요한 부품
아래 표시된 모든 부품이 포함 된 표입니다. 그 전에이 회로에 사용 된 모든 구성 요소를 보여주는 이미지를 추가했습니다. 이 회로는 간단하기 때문에 지역 취미 용품점에서 필요한 모든 부품을 찾을 수 있습니다.
부품 목록:
- TL494 IC-1
- IRFP250 MOSFET-1 개
- 나사 고정 터미널 5X2 mm-2
- 1000uF, 35V 커패시터-1
- 1000uF, 63V 커패시터-1
- 50K, 1 % 저항-1
- 560R 저항기-1
- 10K, 1 % 저항-4
- 3.3K, 1 % 저항-1
- 330R 저항기-1
- 0.1uF 커패시터-1
- MBR20100CT 쇼트 키 다이오드-1
- 150uH (27 x 11 x 14) mm 인덕터-1
- 전위차계 (10K) 트림 포트-1
- 0.22R 전류 감지 저항기-2
- 클래드 보드 일반 50x 50mm-1
- PSU 방열판 일반-1
- 점퍼 와이어 일반-15
TL494 기반 부스트 컨버터-회로도
고효율 부스트 컨버터의 회로도 는 다음과 같습니다.
TL494 부스트 컨버터 회로 – 작동
이 TL494 부스트 컨버터 회로 는 매우 쉽게 구할 수있는 구성 요소로 구성되어 있으며이 섹션에서는 회로의 모든 주요 블록을 살펴보고 모든 블록을 설명합니다.
입력 커패시터:
입력 커패시터는 MOSFET 스위치가 닫히고 인덕터가 충전을 시작할 때 필요한 높은 전류 수요를 충족하기 위해 있습니다.
피드백 및 제어 루프:
저항 R2 및 R8은 피드백 루프에 대한 제어 전압을 설정하고, 설정 전압은 TL494 IC의 핀 2에 연결되며, 피드백 전압은 VOLTAGE_FEEDBACK으로 표시된 IC의 핀 1에 연결됩니다. 저항 R10 및 R15는 회로의 전류 제한을 설정합니다.
저항 R7 및 R1은 제어 루프를 형성하며,이 피드백의 도움으로 출력 PWM 신호는 선형으로 변경되며, 이러한 피드백 저항 없이는 비교기가 일반 비교기 회로처럼 작동하여 설정된 전압에서만 회로를 켜고 끌 수 있습니다..
스위칭 주파수 선택:
핀 5와 6에 적절한 값을 설정하여이 IC의 스위칭 주파수를 설정할 수 있습니다.이 프로젝트에서는 커패시터 값 1nF와 저항 값 10K를 사용하여 대략 100KHz의 주파수를 제공합니다. 공식 Fosc = 1 / (RT * CT) , 발진기 주파수를 계산할 수 있습니다. 그 외에는 기사 앞부분에서 다른 섹션을 자세히 다뤘습니다.
TL494 기반 부스트 컨버터 회로를위한 PCB 설계
위상 각 제어 회로 용 PCB는 단면 기판으로 설계되었습니다. Eagle을 사용하여 PCB를 설계했지만 원하는 설계 소프트웨어를 사용할 수 있습니다. 내 보드 디자인의 2D 이미지는 아래와 같습니다.
보드의 하단에서 볼 수 있듯이 충분한 전류가 보드를 통과 할 수 있도록 두꺼운 접지면을 사용했습니다. 전원 입력은 보드의 왼쪽에 있고 출력은 보드의 오른쪽에 있습니다. TL494 Boost 변환기 회로도 와 함께 전체 설계 파일 은 아래 링크에서 다운로드 할 수 있습니다.
- TL494 기반 부스트 컨버터 회로 용 PCB 설계 GERBER 파일 다운로드
수제 PCB:
편의를 위해 수제 버전의 PCB를 만들었으며 아래에 나와 있습니다. 이 PCB를 만드는 동안 몇 가지 실수를 저질렀 기 때문에이를 고치기 위해 점퍼 와이어를 조금 더 오래 사용해야했습니다.
빌드가 완료된 후 내 보드는 다음과 같습니다.
TL494 부스트 컨버터 설계 계산 및 구성
이 고전류 부스트 컨버터 의 데모를 위해 회로는 회로도와 PCB 설계 파일을 사용하여 수제 PCB로 구성됩니다. 이 부스트 컨버터 회로의 출력에 큰 부하를 연결하면 엄청난 양의 전류가 PCB 트레이스를 통해 흐르고 트레이스가 타 버릴 가능성이 있습니다. 따라서 PCB 트레이스가 타는 것을 방지하기 위해 트레이스 두께를 최대한 늘 렸습니다. 또한 트레이스 저항을 낮추기 위해 두꺼운 솔더 레이어로 PCB 트레이스를 강화했습니다.
인덕터와 커패시터의 값을 올바르게 계산하기 위해 Texas Instruments의 문서를 사용했습니다.
그 후 계산을 더 쉽게하기 위해 Google 스프레드 시트를 만들었습니다.
이 고전압 부스트 컨버터 회로 테스트
회로를 테스트하기 위해 다음 설정이 사용됩니다. 보시다시피 PC ATX 전원 공급 장치를 입력으로 사용 했으므로 입력은 12V입니다. 출력 전압과 출력 전류를 보여주는 회로의 출력에 전압계와 전류계를 연결했습니다. 이 회로의 출력 전력을 쉽게 계산할 수 있습니다. 마지막으로 8 개의 4.7R 10W 전력 저항을 직렬로 부하로 사용하여 전류 소비를 테스트했습니다.
회로 테스트에 사용되는 도구:
- 12V PC ATX 전원 공급 장치
- 6-0-6 탭과 12-0-12 탭이있는 변압기
- 직렬로 연결된 8 개의 10W 4.7R 저항기-부하로 작동
- Meco 108B + TRMS 멀티 미터
- Meco 450B + TRMS 멀티 미터
- 드라이버
고전력 부스트 컨버터 회로의 출력 전력 소비:
위의 화상에서 볼 수있는 바와 같이, 출력 전압은 44.53V 와 출력 전류는 , 2.839A 총 출력은가되도록 , 126.42W를 볼 수 있으므로,이 회로를 쉽게 이상의 전력을 취급 할 수 100Watts.
추가 향상
이 TL494 부스트 컨버터 회로는 데모 용이므로 회로의 입력 또는 출력 섹션에 추가 된 보호 회로가 없습니다. 따라서 보호 기능을 향상시키기 위해 IRFP250 MOSFET을 사용하면서 출력 전력을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 회로의 제한 요소는 인덕터입니다. 인덕터의 코어가 클수록 출력 용량이 증가합니다.
이 기사를 좋아하고 새로운 것을 배웠기를 바랍니다. 의심스러운 점이 있으면 아래 의견에 질문하거나 포럼을 사용하여 자세한 토론을 할 수 있습니다.