Circuit convertisseur abaisseur haute puissance haute efficacité utilisant TL494

Un convertisseur abaisseur (convertisseur abaisseur) est un convertisseur de commutation CC-CC qui abaisse la tension tout en maintenant un équilibre de puissance constant. La principale caractéristique d'un convertisseur Buck est l'efficacité, ce qui signifie qu'avec un convertisseur Buck à bord, nous pouvons nous attendre à une durée de vie de la batterie prolongée, une chaleur réduite, une taille plus petite et une efficacité améliorée. Nous avons précédemment créé quelques circuits de conversion Buck simples et expliqué ses principes de base et son efficacité de conception.

Donc, dans cet article, nous allons concevoir, calculer et tester un circuit convertisseur abaisseur à haut rendement basé sur le populaire CI TL494 et enfin, il y aura une vidéo détaillée montrant la partie de travail et de test du circuit, donc sans plus tard, commençons.

Comment fonctionne un convertisseur Buck?

La figure ci-dessus montre un circuit convertisseur abaisseur très basique. Pour savoir comment fonctionne un convertisseur abaisseur, je vais diviser le circuit en deux conditions. La première condition lorsque le transistor est ON, la prochaine condition lorsque le transistor OFF.

État du transistor activé

Dans ce scénario, nous pouvons voir que la diode est en condition de circuit ouvert car elle est à l'état polarisé en inverse. Dans cette situation, un courant initial commencera à circuler à travers la charge, mais le courant est limité par l'inducteur, ainsi l'inducteur commence également à se charger progressivement. Par conséquent, pendant le temps de marche du circuit, le condensateur accumule la charge cycle par cycle, et cette tension se reflète à travers la charge.

État transistor désactivé

Lorsque le transistor est dans un état bloqué, l'énergie stockée dans l'inductance L1 s'effondre et retourne à travers la diode D1 comme indiqué dans le circuit avec les flèches. Dans cette situation, la tension aux bornes de l'inducteur est en polarité inverse et donc la diode est en état de polarisation directe. Maintenant, en raison de l'effondrement du champ magnétique de l'inducteur, le courant continue de circuler à travers la charge jusqu'à ce que l'inducteur soit déchargé. Tout cela se produit lorsque le transistor est à l'état bloqué.

Après une certaine période où l'inducteur est presque à court d'énergie stockée, la tension de charge recommence à baisser, dans cette situation, le condensateur C1 devient la principale source de courant, le condensateur est là pour maintenir le courant circulant jusqu'au début du cycle suivant encore.

Maintenant, en faisant varier la fréquence de commutation et le temps de commutation, nous pouvons obtenir n'importe quelle sortie du 0 à Vin à partir d'un convertisseur abaisseur.

IC TL494

Maintenant, avant de construire un convertisseur abaisseur TL494, apprenons comment fonctionne le contrôleur PWM TL494.

Le CI TL494 comporte 8 blocs fonctionnels, qui sont illustrés et décrits ci-dessous.

1. Régulateur de référence 5 V

La sortie du régulateur de référence interne 5V est la broche REF, qui est la broche 14 de l'IC. Le régulateur de référence est là pour fournir une alimentation stable pour les circuits internes tels que la bascule de direction d'impulsions, l'oscillateur, le comparateur de commande de temps mort et le comparateur PWM. Le régulateur est également utilisé pour piloter les amplificateurs d'erreur qui sont chargés de contrôler la sortie.

Remarque! La référence est programmée en interne avec une précision initiale de ± 5% et maintient la stabilité sur une plage de tension d'entrée de 7 V à 40 V. Pour les tensions d'entrée inférieures à 7 V, le régulateur sature à moins de 1 V de l'entrée et la suit.

2. Oscillateur

L'oscillateur génère et fournit une onde en dents de scie au contrôleur de temps mort et aux comparateurs PWM pour divers signaux de commande.

La fréquence de l'oscillateur peut être réglée par la sélection des composants de synchronisation R T et C T.

La fréquence de l'oscillateur peut être calculée par la formule ci-dessous

Fosc = 1 / (RT * CT)

Pour plus de simplicité, j'ai fait une feuille de calcul, par laquelle vous pouvez calculer la fréquence très facilement.

Remarque! La fréquence de l'oscillateur est égale à la fréquence de sortie uniquement pour les applications asymétriques. Pour les applications push-pull, la fréquence de sortie correspond à la moitié de la fréquence de l'oscillateur.

3. Comparateur de contrôle des temps morts

Le temps mort ou pour dire simplement le contrôle du temps d'arrêt fournit le temps mort minimum ou le temps d'arrêt. La sortie du comparateur de temps mort bloque les transistors de commutation lorsque la tension à l'entrée est supérieure à la tension de rampe de l'oscillateur. L'application d'une tension à la broche DTC peut imposer un temps mort supplémentaire, fournissant ainsi un temps mort supplémentaire de son minimum de 3% à 100% lorsque la tension d'entrée varie de 0 à 3V. En termes simples, nous pouvons modifier le cycle de service de l'onde de sortie sans modifier les amplificateurs d'erreur.

Remarque! Un décalage interne de 110 mV garantit un temps mort minimum de 3% avec l'entrée de contrôle du temps mort mise à la terre.

4. Amplificateurs d'erreur

Les deux amplificateurs d'erreur à gain élevé reçoivent leur polarisation du rail d'alimentation du VI. Cela permet une plage de tension d'entrée en mode commun de –0,3 V à 2 V de moins que VI. Les deux amplificateurs se comportent de manière caractéristique d'un amplificateur à alimentation unique asymétrique, en ce que chaque sortie est active uniquement à l'état haut.

5. Entrée de contrôle de sortie

L'entrée de commande de sortie détermine si les transistors de sortie fonctionnent en parallèle ou en mode push-pull. En connectant la broche de commande de sortie qui est la broche 13 à la masse, les transistors de sortie sont réglés en mode de fonctionnement parallèle. Mais en connectant cette broche à la broche 5V-REF, les transistors de sortie sont réglés en mode push-pull.

6. Transistors de sortie

L'IC dispose de deux transistors de sortie internes qui sont dans des configurations à collecteur ouvert et à émetteur ouvert, par lesquels il peut générer ou absorber un courant maximal jusqu'à 200 mA.

Remarque! Les transistors ont une tension de saturation inférieure à 1,3 V dans la configuration émetteur commun et inférieure à 2,5 V dans la configuration émetteur-suiveur.

Caractéristiques de TL494 IC

• Circuit de commande de puissance PWM complet
• Sorties non engagées pour un collecteur ou une source de 200 mA
• Le contrôle de sortie sélectionne le fonctionnement à une extrémité ou push-pull
• Le circuit interne interdit la double impulsion à l'une ou l'autre sortie
• Le temps mort variable offre un contrôle sur la plage totale
• Le régulateur interne fournit un 5 V stable
• Approvisionnement de référence avec une tolérance de 5%
• L'architecture de circuit permet une synchronisation facile

Remarque! La plupart des schémas internes et la description des opérations sont tirés de la fiche technique et modifiés dans une certaine mesure pour une meilleure compréhension.

Composants requis

1. TL494 IC - 1
2. Transistor TIP2955 - 1
3. Borne à vis 5mmx2 - 2
4. Condensateur 1000uF, 60V - 1
5. Condensateur 470uF, 60V - 1
6. 50K, résistance 1% - 1
7. Résistance 560R - 1
8. Résistance 10K, 1% - 4
9. 3,3 K, résistance 1% - 2
10. Résistance 330R - 1
11. Condensateur 0.22uF - 1
12. Résistance 5,6 K, 1 W - 1
13. Diode Zener 12,1 V - 1
14. Diode Schottky MBR20100CT - 1
15. Inductance 70uH (27 x 11 x 14) mm - 1
16. Potentiomètre (10K) Trim-Pot - 1
17. Résistance de détection de courant 0.22R - 2
18. Planche plaquée Generic 50x 50mm - 1
19. Dissipateur de chaleur PSU Generic - 1
20. Jumper Wires Generic - 15

Diagramme schématique

Schéma de circuit pour haute efficacité Buck Converter est donnée ci - dessous.

Construction de circuits

Pour cette démonstration de ce convertisseur abaisseur à courant élevé, le circuit est construit en PCB à la main, à l'aide des fichiers de conception schématique et PCB; Veuillez noter que si vous connectez une grosse charge au convertisseur abaisseur de sortie, une énorme quantité de courant circulera à travers les traces de PCB, et il y a un risque que les traces brûlent. Ainsi, pour empêcher les traces de PCB de brûler, j'ai inclus des cavaliers qui aident à augmenter le flux de courant. De plus, j'ai renforcé les traces de PCB avec une épaisse couche de soudure pour réduire la résistance de trace.

L'inducteur est construit avec 3 brins de fil de cuivre émaillé parallèle de 0,45 mm².

Calculs

Pour calculer correctement les valeurs de l'inductance et du condensateur, j'ai utilisé un document provenant d'instruments texas.

Après cela, j'ai fait une feuille de calcul google pour faciliter le calcul

Test de ce convertisseur abaisseur haute tension

Pour tester le circuit, la configuration suivante est utilisée. Comme le montre l'image ci-dessus, la tension d'entrée est de 41,17 V et le courant à vide est de 0,015 A, ce qui rend la consommation électrique à vide inférieure à 0,6 W.

Avant que l'un de vous saute et dise ce que fait un bol de résistance dans ma table de test.

Laissez-moi vous dire que les résistances deviennent très très chaudes pendant le temps de test du circuit à pleine charge, j'ai donc préparé un bol d'eau pour empêcher ma table de travail de brûler

Outils utilisés pour tester le circuit

1. Batterie plomb-acide 12V.
2. Un transformateur qui a une prise 6-0-6 et une prise 12-0-12
3. 5 10W 10r Résistance en parallèle en tant que charge
4. Multimètre Meco 108B + TRMS
5. Multimètre Meco 450B + TRMS
6. Oscilloscope Hantek 6022BE

Puissance d'entrée pour convertisseur abaisseur haute puissance

Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessus, la tension d'entrée chute à 27,45 V en condition de charge et le courant d'entrée est de 3,022 A, ce qui équivaut à une puissance d'entrée de 82,9539 W.

Puissance de sortie

Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessus, la tension de sortie est de 12,78 V et la consommation de courant de sortie de 5,614 A, ce qui équivaut à une consommation de 71,6958 W.

Ainsi, l'efficacité du circuit devient (71,6958 / 82,9539) x 100% = 86,42%

La perte dans le circuit est due aux résistances pour alimenter le TL494 IC et

Appel de courant maximal absolu dans ma table de test

De l'image ci-dessus, on peut voir que la consommation maximale de courant du circuit est de 6,96 A c'est presque

Dans cette situation, le principal goulot d'étranglement du système est mon transformateur, c'est pourquoi je ne peux pas augmenter le courant de charge, mais avec cette conception et avec un bon dissipateur thermique, vous pouvez facilement tirer plus de 10A de courant de ce circuit.

Remarque! Si vous vous demandez pourquoi j'ai installé un dissipateur thermique massif dans le circuit, laissez-moi vous dire pour le moment que je n'ai pas de dissipateur thermique plus petit dans mon stock.

Autres améliorations

Ce circuit convertisseur abaisseur TL494 est uniquement à des fins de démonstration, il n'y a donc pas de circuit de protection ajouté dans la section de sortie du circuit

1. Un circuit de protection de sortie doit être ajouté pour protéger le circuit de charge.
2. L'inducteur doit être plongé dans du vernis sinon il générera un bruit audible.
3. Un PCB de bonne qualité avec une conception appropriée est obligatoire
4. Le transistor de commutation peut être modifié pour augmenter le courant de charge

J'espère que vous avez aimé cet article et en avez appris quelque chose de nouveau. Si vous avez le moindre doute, vous pouvez demander dans les commentaires ci-dessous ou utiliser nos forums pour une discussion détaillée.