벅 컨버터 (강압 컨버터) 전압 강압 일정한 파워 밸런스를 유지하는 DC 대 DC 스위칭 컨버터이다. 벅 컨버터의 주요 특징은 효율성입니다. 즉, 벅 컨버터를 탑재하면 배터리 수명 연장, 열 감소, 크기 감소, 효율성 향상을 기대할 수 있습니다. 이전에 몇 가지 간단한 벅 컨버터 회로를 만들고 기본 및 설계 효율성에 대해 설명했습니다.
따라서이 기사에서는 인기있는 TL494 IC를 기반으로하는 고효율 벅 컨버터 회로 를 설계, 계산 및 테스트 할 것이며, 마지막으로 회로의 작동 및 테스트 부분을 보여주는 자세한 비디오가있을 것입니다. 더 고뇌, 시작합시다.
벅 컨버터는 어떻게 작동합니까?
위의 그림은 매우 기본적인 벅 컨버터 회로를 보여줍니다. 벅 컨버터가 어떻게 작동하는지 알아보기 위해 회로를 두 가지 조건으로 나눌 것입니다. 트랜지스터가 ON 일 때 첫 번째 조건, 트랜지스터가 OFF 일 때 다음 조건.
트랜지스터 온 상태
이 시나리오에서 다이오드가 역 바이어스 상태이기 때문에 개방 회로 상태임을 알 수 있습니다. 이 상황에서 일부 초기 전류가 부하를 통해 흐르기 시작하지만 전류는 인덕터에 의해 제한되므로 인덕터도 점진적으로 충전되기 시작합니다. 따라서 회로의 온 타임 동안 커패시터는주기별로 충전주기를 축적하고이 전압은 부하 전체에 반영됩니다.
트랜지스터 꺼짐 상태
트랜지스터가 오프 상태 일 때, 인덕터 L1에 저장된 에너지는 화살표로 표시된 회로에 표시된 것처럼 다이오드 D1을 통해 붕괴되고 다시 흐릅니다. 이 상황에서 인덕터 양단의 전압은 역 극성이므로 다이오드는 순방향 바이어스 상태입니다. 이제 인덕터의 붕괴 자기장으로 인해 인덕터의 충전이 소진 될 때까지 전류가 부하를 통해 계속 흐릅니다. 이 모든 것은 트랜지스터가 꺼진 상태에서 발생합니다.
인덕터에 저장된 에너지가 거의 떨어지면 일정 기간이 지나면 부하 전압이 다시 떨어지기 시작합니다.이 상황에서 커패시터 C1이 전류의 주요 소스가되고 커패시터는 다음 사이클이 시작될 때까지 전류를 계속 흐르게합니다. 다시.
이제 스위칭 주파수와 스위칭 시간을 변경하여 벅 컨버터에서 0에서 Vin까지 모든 출력을 얻을 수 있습니다.
IC TL494
이제 TL494 벅 컨버터 를 구축하기 전에 PWM 컨트롤러 TL494가 어떻게 작동하는지 알아 보겠습니다.
TL494 IC에는 8 개의 기능 블록이 있으며 아래에 나와 있습니다.
1. 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.
노트! 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.
2. 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.
발진기 의 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.
노트! 발진기 주파수는 단일 종단 애플리케이션의 경우에만 출력 주파수와 동일합니다. 푸시 풀 애플리케이션의 경우 출력 주파수는 오실레이터 주파수의 절반입니다.
3. 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.
노트! 110mV의 내부 오프셋은 데드 타임 제어 입력이 접지 된 상태에서 최소 데드 타임 3 %를 보장합니다.
4. 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 전원 증폭기의 특성상 동작하며, 각 출력은 하이로 만 활성화됩니다.
5. 출력 제어 입력
출력 제어 입력은 출력 트랜지스터가 병렬 또는 푸시 풀 모드로 작동하는지 여부를 결정합니다. 핀 -13 인 출력 제어 핀을 접지에 연결하면 출력 트랜지스터가 병렬 작동 모드로 설정됩니다. 그러나이 핀을 5V-REF 핀에 연결하면 출력 트랜지스터가 푸시 풀 모드로 설정됩니다.
6. 출력 트랜지스터
IC에는 최대 200mA의 최대 전류를 소싱하거나 싱킹 할 수있는 오픈 컬렉터 및 오픈 이미 터 구성의 2 개의 내부 출력 트랜지스터가 있습니다.
노트! 트랜지스터의 포화 전압은 공통 이미 터 구성에서 1.3V 미만이고 이미 터-팔로어 구성에서 2.5V 미만입니다.
TL494 IC의 특징
- 완전한 PWM 전력 제어 회로
- 200mA 싱크 또는 소스 전류에 대해 커밋되지 않은 출력
- 출력 제어는 단일 종단 또는 푸시 풀 작동을 선택합니다.
- 내부 회로가 두 출력 모두에서 이중 펄스를 금지 함
- 가변 데드 타임으로 전체 범위 제어
- 안정적인 5V를 제공하는 내부 레귤레이터
- 5 % 허용 오차의 기준 공급
- 회로 아키텍처로 손쉬운 동기화 가능
노트! 대부분의 내부 회로도와 운영 설명은 데이터 시트 에서 가져와 이해를 돕기 위해 어느 정도 수정됩니다.
필요한 구성 요소
- TL494 IC-1
- TIP2955 트랜지스터-1
- 나사 고정 터미널 5mmx2-2
- 1000uF, 60V 커패시터-1
- 470uF, 60V 커패시터-1
- 50K, 1 % 저항-1
- 560R 저항기-1
- 10K, 1 % 저항-4
- 3.3K, 1 % 저항-2
- 330R 저항기-1
- 0.22uF 커패시터-1
- 5.6K, 1W 저항기-1
- 12.1V 제너 다이오드-1
- MBR20100CT 쇼트 키 다이오드-1
- 70uH (27 x 11 x 14) mm 인덕터-1
- 전위차계 (10K) Trim-Pot-1
- 0.22R 전류 감지 저항기-2
- 클래드 보드 일반 50x 50mm-1
- PSU 방열판 일반-1
- 점퍼 와이어 일반-15
개략도
고효율 벅 컨버터의 회로도 는 다음과 같습니다.
회로 구성
이 고전류 벅 컨버터의 데모를 위해 회로는 회로도와 PCB 설계 파일의 도움을 받아 수제 PCB로 구성됩니다. 큰 부하를 출력 벅 컨버터에 연결하면 엄청난 양의 전류가 PCB 트레이스를 통해 흐르고 트레이스가 소손 될 가능성이 있습니다. 따라서 PCB 트레이스가 소손되는 것을 방지하기 위해 전류 흐름을 증가시키는 데 도움이되는 몇 가지 점퍼를 포함했습니다. 또한 트레이스 저항을 낮추기 위해 두꺼운 솔더 레이어로 PCB 트레이스를 강화했습니다.
인덕터는 3 가닥의 병렬 0.45 sq mm 에나멜 구리선으로 구성됩니다.
계산
인덕터와 커패시터의 값을 올바르게 계산하기 위해 텍사스 기기의 문서를 사용했습니다.
그 후 계산을 쉽게하기 위해 Google 스프레드 시트를 만들었습니다.
이 고전압 강압 컨버터 테스트
회로를 테스트하기 위해 다음 설정이 사용됩니다. 위의 이미지에서 볼 수 있듯이 입력 전압은 41.17V이고 무부하 전류는.015A로 무부하 전력 소비를 0.6W 미만으로 만듭니다.
당신이 점프하고 저항기의 그릇이 내 테스트 테이블에서 무엇을하고 있는지 말하기 전에.
전 부하 상태에서 회로를 테스트하는 동안 저항이 매우 뜨거워 지므로 작업 테이블이 타는 것을 방지하기 위해 물 한 그릇을 준비했습니다.
회로 테스트에 사용되는 도구
- 12V 납축 배터리.
- 6-0-6 탭과 12-0-12 탭이있는 변압기
- 5 10W 10r 부하로 병렬로 저항
- Meco 108B + TRMS 멀티 미터
- Meco 450B + TRMS 멀티 미터
- Hantek 6022BE 오실로스코프
고전력 벅 컨버터를위한 입력 전력
위 이미지에서 볼 수 있듯이 입력 전압 은 부하 상태에서 27.45V 로 떨어지고 입력 전류는 3.022A 로 입력 전력 82.9539W 와 같습니다.
출력 파워
위의 이미지에서 볼 수 있듯이 출력 전압은 12.78V이고 출력 전류는 5.614A이며 이는 71.6958W의 전력 소비에 해당합니다.
따라서 회로의 효율은 (71.6958 / 82.9539) x 100 % = 86.42 %가됩니다.
회로의 손실은 TL494 IC에 전원을 공급하기위한 저항기 때문이며
내 테스트 테이블의 절대 최대 전류 소비
위의 이미지에서 회로의 최대 전류 소모량이 6.96A임을 알 수 있습니다.
이 상황에서 시스템의 주요 병목 현상은 변압기이므로 부하 전류를 증가시킬 수 없지만이 설계와 우수한 방열판을 사용하면이 회로에서 10A 이상의 전류를 쉽게 끌어 올 수 있습니다.
노트! 왜 내가 회로에 방대한 방열판 을 부착했는지 궁금해하는 분들이라면 비축 품에 더 작은 방열판이없는 순간에 말씀 드리겠습니다.
추가 향상
이 TL494 벅 컨버터 회로 는 데모 용이므로 회로의 출력 섹션에 보호 회로가 추가되지 않았습니다.
- 부하 회로를 보호하려면 출력 보호 회로를 추가해야합니다.
- 인덕터를 바니시에 담가야합니다. 그렇지 않으면 가청 노이즈가 발생합니다.
- 적절한 디자인의 양질의 PCB는 필수입니다.
- 스위칭 트랜지스터를 수정하여 부하 전류를 높일 수 있습니다.
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