Suuritehoinen DC - DC-muunninpiiri - 12 V - 30 V vaihteleva

Postissa selitetään, kuinka tehdä suuritehoinen DC-DC-tehostinmuunninpiiri, joka nostaa 12 V DC: n mihin tahansa korkeammalle tasolle enintään 30 V: iin ja 3 ampeerin virtanopeudella. Tätä suurta virtalähtöä voidaan parantaa edelleen päivittämällä induktorilangan mittarin tekniset tiedot.

Tämän muuntimen toinen hieno ominaisuus on, että lähtöä voidaan muuttaa lineaarisesti potentiometrin kautta pienimmästä mahdollisesta alueesta maksimiin.

Induktio

DC -DC-muuntimet tarkoitettu auton akun jännitteen nostaminen on usein konfiguroitu kytketyn tilan virtalähteen (SMPSU) tai tehomultivibraattorin ympärille, joka ohjaa muuntajaa.

Tässä artikkelissa selitetty virtamuuntaja käyttää laitetta TL 497A integroitu piiri Texas Instrumentsilta . Tämä erityinen IC helpottaa erinomaisen jännitteen säätämistä minimaalisella lähtöäänellä, joka saavutetaan melko kätevästi, ja varmistaa samalla korkean muunnostehon.

Kuinka piiri toimii

Tässä kuvattu muunnin käyttää a flyback-topologia . Flyback-teoria näyttää olevan sopivin ja toiminnallisin tekniikka välittömän lähtöjännitteen saamiseksi alemmasta suorasta tulojännitteestä.

Muuntimen pääkytkentäkomponentti on itse asiassa teho-SIPMOS-transistori T1 (katso kuva 1). Johtumisjakson aikana L1: n läpi kulkeva virta kasvaa eksponentiaalisesti ajan myötä.

Kytkentäjakson ON-ajan aikana induktori tallentaa indusoidun magneettienergian.

Heti kun transistori kytketään pois päältä, induktori palauttaa tallennetun magneettienergian muuntamalla sen sähkövirraksi liitetyn kuorman yli D1: n kautta.

Tämän toimenpiteen aikana on ehdottoman tärkeää varmistaa, että transistori sammuu jatkuvasti ajanjakson ajan, kun kelan magneettikenttä hajoaa nollaan.

Jos tätä ehtoa ei voida toteuttaa, induktorin kautta kulkeva virta nousee kyllästystasoon asti. Lumivyöryvaikutus johtaa myöhemmin virtaan maksimoimaan melko nopeasti.

Suhteellisen transistorin ohjauksen liipaisimen ON-aikaa tai siten käyttökerrointa ei pitäisi antaa päästä yhtenäisyystasolle. Suurin sallittu käyttökerroin riippuu useista muista näkökohdista lähtöjännitteen ympärillä.

Tämä johtuu siitä, että se päättää magneettikentän voimakkuuden hajoamisnopeuden. Suurin lähtöteho, joka muuntimesta voitaisiin saavuttaa, määräytyy induktorin käsittelemän suurimman sallitun huippuvirran ja käyttösignaalin kytkentätaajuuden perusteella.

Rajoittavat elementit ovat pääasiassa kyllästyshetki ja induktorin suurin sallittu kuparihäviöarvo sekä kytkentätransistorin kautta kulkeva huippuvirta (älä unohda, että tietyn sähköenergian piikki tulee lähtöön jokaisen kytkennän aikana pulssi).

ICW TL497A: n käyttäminen PWM: lle

Tämän IC: n toiminta on melko epätavanomaista, mikä voidaan ymmärtää alla olevasta lyhyestä selityksestä. Toisin kuin tavanomainen kiinteän taajuuden toteutus, vaihtelevan tulokertoimen SMPSU-ohjainpiirit, TL497A on sertifioitu kiinteäksi ajallaan säädettäväksi taajuuslaitteeksi.

Siksi käyttökerrointa ohjataan taajuuden säätämällä tasaisen lähtöjännitteen varmistamiseksi.

Tämä lähestymistapa tuo todellisuuteen melko suoraviivaisen piirin, joka kuitenkin tarjoaa kytkentätaajuuden haittapuolen saavuttaen matalamman alueen, joka voi kuulua ihmisen korvalle pienemmällä virralla työskenteleville kuormille.

Todellisuudessa kytkentätaajuus on alle 1 Hz, kun kuorma on poistettu muuntimesta. Hidas napsahdus kuuluu, koska lähtökondensaattoreihin on liitetty kiinteä lähtöjännite latauspulsseista.

Kun kuormitusta ei ole kiinnitetty, lähtökondensaattorit purkautuvat ilmeisesti vähitellen jännitteen tunnistavan vastuksen kautta.

IC TL497A: n sisäinen oskillaattorin käynnistysaika on vakio, ja sen päättää C1. Oskillaattori voidaan deaktivoida kolmella tavalla:

• Ensimmäinen, kun tapin 1 jännite nousee vertailujännitteen (1,2 V) yli
• 2., kun induktorivirta ylittää tietyn korkeimman arvon
• Ja kolmas, estotulon avulla (vaikka sitä ei käytetä tässä piirissä).

Tavallisessa työprosessissa sisäinen oskillaattori sallii T1: n kytkennän siten, että induktorivirta kasvaa lineaarisesti.

Kun T1 kytketään pois päältä, kelan sisään kertynyt magneettinen energia potkaistaan ​​takaisin kondensaattorin poikki, joka ladataan tämän taka-EMF-energian kautta.

Lähtöjännite yhdessä IC TL497A: n nastan 1 jännitteen kanssa nousee hieman, mikä saa oskillaattorin deaktivoitumaan. Tämä jatkuu, kunnes lähtöjännite on pudonnut jonkin verran huomattavasti alemmalle tasolle. Tämä tekniikka toteutetaan syklisesti, sikäli kuin teoreettinen oletus koskee.

Tosiasiallisia komponentteja käyttävässä järjestelyssä kondensaattoreiden latautumisen aiheuttama jännitteen lisäys yhdellä oskillaattorivälillä on kuitenkin niin pieni, että oskillaattori pysyy aktivoituna, kunnes induktorivirta saavuttaa suurimman arvon komponenttien R2 ja R3 (jännitteen pudotus R1: n ja R3: n ympärillä on yleensä 0,7 V tässä vaiheessa).

Kuvassa 2b esitetty virran vaiheittainen kasvu johtuu oskillaattorisignaalin käyttökertoimesta, joka satunnaisesti on suurempi kuin 0,5.

Heti kun saavutettu optimaalinen virta saavutetaan, oskillaattori deaktivoidaan, jolloin induktori voi siirtää energiansa kondensaattoreiden yli.

Tässä erityistilanteessa lähtöjännite nousee suuruuteen, joka on vain korkea sen varmistamiseksi, että oskillaattori kytketään pois päältä IC-nastan 1 avulla. Lähtöjännite laskee nyt nopeasti, jotta uusi latausjakso voi aloittaa ja toistaa menettelytapa.

Valitettavasti edellä käsitellyt kytkentämenetelmät yhdistetään kuitenkin suhteellisen suuriin tappioihin.

Todellisessa toteutuksessa tämä ongelma voidaan korjata asettamalla ajoaika (C1: n kautta) riittävän korkeaksi varmistaakseen, että induktorin läpi kulkeva virta ei koskaan ulotu korkeimmalle tasolle yhdellä oskillaattorivälillä (katso kuva 3).

Tällaisissa tapauksissa korjaustoimenpide voi olla ilmanytimisen induktorin liittäminen, jolla on kohtuullisen minimaalinen itseinduktanssi.

Aaltomuodon ominaispiirteet

Kuvion 3 ajoituskaaviot esittävät signaalin aaltomuodot piirin avaintekijöistä. TL497A: n sisällä oleva pääoskillaattori toimii pienennetyllä taajuudella (alle I Hz, kun muuntimen lähdössä ei ole kuormaa).

Hetkellinen aika käynnistyksen aikana, joka on merkitty suorakulmaiseksi pulssiksi kuvassa 3a, riippuu kondensaattorin C1 arvosta. Sammutusaika määritetään kuormavirralla. Aikakytkennän aikana transistori T1 kytkeytyy PÄÄLLE aiheuttaen induktorivirran kasvavan (kuva 3b).

Nykyisen pulssin jälkeisen sammutusjakson aikana induktori toimii kuin virtalähde.

TL497A analysoi vaimennetun lähtöjännitteen tapissa 1 sen sisäisen vertailujännitteen ollessa 1,2 V. Jos arvioitu jännite on pienempi kuin vertailujännite, T1 on esijännitetty kovemmin niin, että induktori varaa riittävästi energiaa.

Tämä toistuva lataus- ja purkaussykli laukaisee tietyn aaltoilujännitteen ulostulokondensaattoreissa (kuva 3c). Takaisinkytkentävaihtoehto sallii oskillaattorin taajuuden säätämisen kuormavirran aiheuttamien jännitehäiriöiden parhaan mahdollisen kompensoinnin varmistamiseksi.

Kuvion 3d ajoituspulssikaavio paljastaa tyhjennysjännitteen merkittävän liikkeen johtuen induktorin suhteellisen korkeasta Q (laatutekijästä).

Vaikka harhautuvat aaltoiluvärähtelyt eivät yleensä vaikuta tämän DC-DC-muuntimen säännölliseen toimintaan, ne voitaisiin tukahduttaa käyttämällä rinnakkaista 1 k: n vastusta induktorin poikki.

Käytännön näkökohdat

Normaalisti SMPS-piiri kehitetään maksimaalisen lähtövirran saavuttamiseksi lepotilan lähtövirran sijasta.

Suuri hyötysuhde ja vakaa lähtöjännite sekä vähäinen aaltoilu ovat lisäksi tulleet tärkeimmiksi suunnittelutavoitteiksi. Paluupohjaisen SMPS: n kuormituksen säätöominaisuudet tarjoavat kaiken kaikkiaan tuskin mitään syytä huoleen.

Kunkin kytkentäjakson ajan virtapainiketta tai käyttöjaksoa muutetaan kuormavirtaan nähden, jotta lähtöjännite pysyy suhteellisen vakaana huolimatta huomattavista kuormavirran vaihteluista.

Skenaario näyttää hieman erilaiselta yleisen tehokkuuden suhteen. Flyback-topologiaan perustuva askelmuunnin tuottaa tyypillisesti melko huomattavia virtapiikkejä, jotka voivat laukaista merkittävän energianhäviön (älä unohda, että teho kasvaa eksponentiaalisesti virran kasvaessa).

Todellisessa elämässä suositeltu suuritehoinen DC-DC-muunninpiiri tarjoaa kuitenkin kokonaishyötysuhteen, joka on parempi kuin 70% optimaalisella lähtövirralla, ja se näyttää melko vaikuttavalta ulkoasun yksinkertaisuuden suhteen.

Tämä vaatii sen vuoksi kylläisyyttä, mikä johtaa kohtuullisen pitkään sammutusaikaan. Luonnollisesti mitä enemmän aikaa transistori tarvitsee katkaista induktorivirran, sitä pienempi on suunnittelun kokonaistehokkuus.

Melko epätavallisella tavalla MOSFET BUZ10 kytketään oskillaattorin testilähdön nastan 11 kautta sisäisen lähtötransistorin sijaan.

Diodi D1 on vielä yksi tärkeä komponentti piirin sisällä. Tämän yksikön välttämättömyys on potentiaali kestää suuria virtapiikkejä ja hidas eteenpäin pudotus. Tyyppi B5V79 täyttää kaikki nämä vaatimukset, eikä sitä tule korvata muulla muunnoksella.

Palaten takaisin kuvion 1 pääpiirikaavioon on huomattava, että virran korkeudet 15-20 A eivät yleensä ole poikkeavia piirissä. Jotta vältetään ongelmat, jotka syntyvät paristoilla, joilla on suhteellisen suurempi sisäinen vastus, kondensaattori C4 tuodaan puskurin tapaan muuntimen tuloon.

Ottaen huomioon, että muunnin lataa lähtökondensaattorit nopeasti, pulssien, kuten virtapiikkien kautta, pari kondensaattoria kytketään rinnakkain varmistaakseen, että ajonopeuden kapasitanssi pysyy mahdollisimman pienenä.

DC-DC-muuntimessa ei todellakaan ole oikosulkusuojausta. Lähtöliittimien oikosulku on täsmälleen sama kuin akun oikosulku D1: n ja L1: n kautta. L1: n itseinduktanssi ei välttämättä ole riittävän korkea rajoittamaan virtaa siltä ajalta, joka on tarpeen sulakkeen palamisen mahdollistamiseksi.

Induktorin rakenteen yksityiskohdat

L1 syntyy käämimällä 33 ja puoli kierrosta emaloitua kuparilangkaa. Kuvassa 5 on esitetty mittasuhteet. Suurin osa yrityksistä toimittaa emaloitu kuparilanka ABS-telan yli, joka yleensä toimii kuten entinen kelan rakentamisessa.

Poraa alareunaan pari 2 mm: n reikää luistamaan induktorijohdot. Yksi rei'istä on lähellä sylinteriä, kun taas toinen edellisen ulkokehällä.

Ei välttämättä ole hyödyllistä harkita paksua johtoa induktorin rakentamiseksi ihovaikutuksen ilmiön takia, joka aiheuttaa varauksen kantajien siirtymisen langan ulkopintaa tai langan ihoa pitkin. Tätä tulisi arvioida muuntimessa käytettyjen taajuuksien suuruuden perusteella.

Pienen vastuksen takaamiseksi tarvittavan induktanssin sisällä on suositeltavaa työskennellä parin halkaisijaltaan 1 mm: n johtimien kanssa tai jopa 3 tai 4 langan kanssa, joiden halkaisija on 0,8 mm.

Noin kolme 0,8 minuutin johtoa antaa meille mahdollisuuden saavuttaa kokonaismitta, joka voi olla suunnilleen identtinen kahden 1 mm: n langan kanssa, mutta tarjoaa tehokkaan 20% suuremman pinta-alan.

Induktori on kiedottu tiukasti ja se voidaan tiivistää sopivalla hartsilla tai epoksipohjaisella yhdisteellä kuultavan meluvuodon hallitsemiseksi tai tukahduttamiseksi (muista, että toimintataajuus on kuuluvalla alueella).

Rakenne ja suuntaus

Ehdotetulle suuritehoiselle DC-DC-muunninpiirille tarkoitettu piirilevy tai piirilevy on esitetty alla.

Useilla rakenteellisilla tekijöillä on oltava joitain näkökohtia. Vastukset R2 ja R3 saattavat muuttua melko kuumiksi, ja siksi ne tulisi asentaa muutamiin millimetreihin PCB-pinnan yläpuolelle.

Näiden vastusten avulla liikkuva maksimivirta voi olla jopa 15 A.

Power-FETistä tulee myös huomattavan kuuma, ja se vaatii kohtuullisen kokoisen jäähdytyselementin ja tavallisen kiilleeristyssarjan.

Diodi voi mahdollisesti toimia jäähtymättä, vaikka se voidaankin kiinnittää ihanteellisesti yhteisen jäähdytyselementin päälle, jota käytetään teho-FET: ssä (muista eristää laitteet sähköisesti). Tavallisessa toiminnassa induktori voi näyttää melko paljon lämpenemistä.

Raskaat liittimet ja kaapelit tulisi liittää tämän muuntimen tuloon ja lähtöön. Akkua suojataan 16 A: n viivästyneellä sulakkeella, joka on syötetty tulojohtoon.

Varo, että sulake ei tarjoa muuntimelle minkäänlaista suojaa lähtö oikosulkujen aikana! Piiri on melko helppo asentaa, ja se voidaan tehdä seuraavalla tavalla:

Säädä R1 tavoitellun lähtöjännitteen saavuttamiseksi, joka ei ole välillä 20-30 V. Lähtöjännite voidaan pienentää tämän alapuolelle, vaikka sen ei tulisi olla pienempi kuin tulojännite.

Tämä voidaan tehdä asettamalla pienempi vastus R4: n tilalle. Suurimman lähtövirran voidaan odottaa olevan noin 3 A.

Osaluettelo