Инвертирующий dc dc конвертер на TL494

dc dc конвертер-01

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.

Инвертирующий повышающий/понижающий dc dc конвертер с TL494

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.

dc dc конвертер-1

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.

dc dc конвертер-2

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.

dc dc конвертер-3

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

Читайте также:  Блок питания своими руками мощностью 60 Вт

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.

dc dc конвертер-4

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. Инвертирующий повышающий/понижающий dc dc конвертер на основе TL494.

dc dc конвертер-5

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.

dc dc конвертер-6

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.

dc dc конвертер-7

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.

dc dc конвертер-8

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.

Читайте также:  Принципиальная схема блока питания на IR2153

dc dc конвертер-9

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.

dc dc конвертер-10

Так выглядел мой dc dc конвертер уже в собранном состоянии.

dc dc конвертер-11

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

Фирменные усилители мощности