Lieljaudas līdzstrāvas pārveidotāja ķēde - mainīga no 12 V līdz 30 V

Ziņojumā ir paskaidrots, kā izveidot lielas jaudas līdzstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja ķēdi, kas palielinās 12 V līdz augstākam līmenim līdz 30 V maksimumam un ar 3 ampēriem pašreizējo ātrumu. Šo lielo strāvas izvadi var vēl vairāk uzlabot, attiecīgi uzlabojot induktora stieples mērierīces specifikācijas.

Vēl viena lieliska šī pārveidotāja iezīme ir tā, ka izeju var lineāri mainīt, izmantojot potenciometru, sākot no minimālā iespējamā diapazona līdz maksimālajam diapazonam.

Indukcija

DC -DC pārveidotāji, kas paredzēti palielinot automašīnas akumulatora spriegumu bieži tiek konfigurēti ap pārslēgta tipa barošanas avotu (SMPSU) vai strāvas multivibratoru, vadot transformatoru.

Šajā rakstā izskaidrotais strāvas pārveidotājs izmanto ierīci TL 497A integrētā shēma no Texas Instruments . Šis konkrētais IC atvieglo lielisku sprieguma regulēšanu ar minimālu izejas troksni, kas tiek paveikts diezgan ērti, un tāpat nodrošina augstu pārveidošanas veiktspēju.

Kā darbojas ķēde

Šeit detalizēti pārveidotājs izmanto a flyback topoloģija . Flyback teorija, šķiet, ir vispiemērotākā un funkcionālākā metode, kā iegūt tūlītēju izejas spriegumu no zemāka tiešā ieejas sprieguma.

Pārveidotāja galvenā komutācijas sastāvdaļa faktiski ir jaudas SIPMOS tranzistors T1 (sk. 1. att.). Vadīšanas periodā strāva, kas iet caur L1, laika gaitā pieaug eksponenciāli.

Ieslēgšanās cikla laikā induktors saglabā inducēto magnētisko enerģiju.

Tiklīdz tranzistors tiek izslēgts, induktors atgriež uzkrāto magnētisko enerģiju, pārveidojot to par elektrisko strāvu pāri savienotajai slodzei, izmantojot D1.

Šīs procedūras laikā ir svarīgi nodrošināt, ka tranzistors turpina izslēgties uz laiku, kamēr magnētiskais lauks uz induktora sabrūk līdz nullei.

Gadījumā, ja šo nosacījumu neizdodas īstenot, strāva caur induktoru palielinās līdz piesātinājuma līmenim. Pēc lavīnas efekta straume maksimāli palielinās.

Relatīvajam tranzistora vadības sprūda ON laikam vai darba koeficientam tādējādi nevajadzētu ļaut nokļūt vienotības līmenī. Maksimāli pieļaujamais darba koeficients ir atkarīgs no dažādiem citiem aspektiem ap izejas spriegumu.

Tas ir tāpēc, ka tas izlemj magnētiskā lauka stipruma sabrukšanas ātrumu. Vislielāko izejas jaudu, ko varētu sasniegt no pārveidotāja, nosaka augstākā pieļaujamā maksimālā strāva, ko apstrādā induktors, un braukšanas signāla pārslēgšanās frekvence.

Ierobežojošie elementi šeit galvenokārt ir piesātinājuma moments un induktora maksimāli pieļaujamie vara zudumu vērtējumi, kā arī maksimālā strāva caur komutācijas tranzistoru (neaizmirstiet, ka katras komutācijas laikā izejā parādās noteikta elektriskās enerģijas līmeņa smaile. pulss).

ICW TL497A izmantošana PWM

Šīs IC darbība ir diezgan netradicionāla, ko varēja saprast no īsā paskaidrojuma zemāk. Atšķirībā no parastās fiksētās frekvences ieviešanas, mainīga darba koeficienta SMPSU kontroliera IC, TL497A ir sertificēts kā fiksēta noteikta laika regulējamas frekvences ierīce.

Tāpēc darba koeficientu kontrolē, regulējot frekvenci, lai nodrošinātu konsekventu izejas spriegumu.

Šī pieeja īsteno diezgan vienkāršu ķēdi, tomēr nodrošina pārslēgšanās frekvences negatīvo pusi, sasniedzot zemāku diapazonu, kas var būt dzirdams cilvēka ausij slodzēm, kuras strādā ar zemāku strāvu.

Faktiski pārslēgšanās frekvence kļūst mazāka par 1 Hz, tiklīdz slodze tiek noņemta no pārveidotāja. Lēni klikšķi dzirdami, pateicoties uzlādes impulsiem, kas savienoti ar izejas kondensatoriem, lai noturētu fiksētu izejas spriegumu.

Ja nav pievienota slodze, izejas kondensatori acīmredzami pakāpeniski izlādējas caur sprieguma sensoru.

IC TL497A iekšējā oscilatora ieslēgšanās laiks ir nemainīgs, un to izlemj C1. Oscilatoru var deaktivizēt trīs metodēs:

• 1., kad spraudnis uz tapas 1 pārsniedz standartspriegumu (1,2 V)
• 2., kad induktora strāva pārsniedz noteiktu augstāko vērtību
• Treškārt, izmantojot inhibējošo ievadi (lai arī šajā ķēdē tas netiek izmantots).

Standarta darba procesā iekšējais oscilators ļauj T1 pārslēgt tā, ka induktora strāva palielinās lineāri.

Kad T1 ir izslēgts, induktora iekšpusē uzkrāto magnētisko enerģiju atgrūž pāri kondensatoram, kas tiek uzlādēts caur šo aizmugurējo emf enerģiju.

Izejas spriegums kopā ar IC TL497A 1. kontakta spriegumu nedaudz palielinās, kā rezultātā oscilators tiek deaktivizēts. Tas turpinās, līdz izejas spriegums ir nokrities līdz ievērojami zemākam līmenim. Šī metode tiek izpildīta cikliski, ciktāl tas attiecas uz teorētisko pieņēmumu.

Tomēr izkārtojumā, kurā tiek izmantoti faktiskie komponenti, sprieguma pieaugums, ko izraisa kondensatoru uzlāde vienā oscilatora intervālā, faktiski ir tik niecīga, ka oscilators paliek aktivizēts, līdz induktora strāva sasniedz visaugstāko vērtību, ko nosaka komponenti R2 un R3 (sprieguma kritums ap R1 un R3 šajā brīdī parasti ir 0,7 V).

Strāvas pakāpenisks strāvas pieaugums, kā norādīts 2.b attēlā, ir saistīts ar oscilatora signāla darba koeficientu, kas, iespējams, ir lielāks par 0,5.

Tiklīdz ir sasniegta optimālā strāva, oscilators tiek deaktivizēts, ļaujot induktoram pārnest enerģiju pāri kondensatoriem.

Šajā konkrētajā situācijā izejas spriegums palielinās līdz lielumam, kas ir tikai augsts, lai nodrošinātu, ka oscilators tiek izslēgts ar IC 1. kontakta palīdzību. Izejas spriegums tagad ātri samazinās, lai varētu sākt un atkārtot jaunu uzlādes ciklu. procedūru.

Tomēr diemžēl iepriekš apspriestās pārslēgšanās procedūras tiks apvienotas ar salīdzinoši lieliem zaudējumiem.

Īstenībā reālajā dzīvē šo problēmu var novērst, iestatot pietiekami augstu laika režīmu (caur C1), lai pārliecinātos, ka strāva caur induktoru nekad nepārsniedz augstāko līmeni vienā oscilatora intervālā (sk. 3. att.).

Šādos gadījumos līdzeklis var būt induktora ar gaisa serdeni iestrādāšana, kam piemīt samērā minimāla pašinduktivitāte.

Viļņu formas raksturojums

Laika diagrammas 3. attēlā parāda signāla viļņu formas galvenajiem ķēdes faktoriem. Galvenais oscilators TL497A iekšpusē darbojas ar samazinātu frekvenci (zem I Hz, ja pārveidotāja izejā nav slodzes).

Momentālais laiks ieslēgšanās laikā, kas 3.a attēlā norādīts kā taisnstūra impulss, ir atkarīgs no kondensatora C1 vērtības. Izslēgšanās laiku nosaka slodzes strāva. Laika ieslēgšanās laikā tranzistors T1 ieslēdzas, izraisot induktora strāvas palielināšanos (3.b attēls).

Izslēgšanas laikā pēc pašreizējā impulsa induktors darbojas kā strāvas avots.

TL497A analizē 1. kontakta vājināto izejas spriegumu ar tā iekšējo atskaites spriegumu 1,2 V. Ja novērtētais spriegums ir mazāks par atskaites spriegumu, T1 tiek stiprāk novirzīts tā, ka induktors pietiekami uzglabā enerģiju.

Šis atkārtotais uzlādes un izlādes cikls rada noteiktu pulsācijas sprieguma līmeni izejas kondensatoros (3.c att.). Atgriezeniskās saites opcija ļauj pielāgot oscilatora frekvenci, lai nodrošinātu vislabāko iespējamo sprieguma deficīta kompensāciju, ko izraisa slodzes strāva.

Laika impulsa diagramma, kas parādīta 3d. Attēlā, atklāj ievērojamu notekas sprieguma kustību, pateicoties induktora salīdzinoši augstajam Q (kvalitātes) faktoram.

Pat ja klaiņojošās pulsācijas svārstības parasti neietekmē šī līdzstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja regulāru darbību, tās varētu nomākt, izmantojot paralēlo 1 k rezistoru pāri induktoram.

Praktiski apsvērumi

Parasti SMPS ķēde tiek izstrādāta, lai sasniegtu maksimālo izejas strāvu, nevis klusējošu izejas strāvu.

Augsta efektivitāte un vienmērīgs izejas spriegums kopā ar minimālu pulsāciju papildus kļūst par galvenajiem dizaina mērķiem. Kopumā ar Flyback balstītas SMPS slodzes regulēšanas funkcijas gandrīz nerada bažas.

Katrā ieslēgšanas ciklā ieslēgšanas / izslēgšanas attiecība vai darba cikls tiek pielāgots attiecībā pret slodzes strāvu, lai izejas spriegums joprojām būtu relatīvi stabils, neskatoties uz būtiskām slodzes strāvas svārstībām.

Scenārijs vispārējās efektivitātes ziņā šķiet nedaudz atšķirīgs. Paaugstināšanas pārveidotājs, kas balstīts uz flyback topoloģiju, parasti rada diezgan ievērojamas strāvas smailes, kas var izraisīt ievērojamus enerģijas zudumus (neaizmirstiet, ka jauda palielinās strauji, pieaugot strāvai).

Tomēr reālajā dzīvē ieteicamā lieljaudas līdzstrāvas pārveidotāja ķēde nodrošina kopējo efektivitāti, kas ir labāka par 70% ar optimālu izejas strāvu, un tas izskatās diezgan iespaidīgi attiecībā uz izkārtojuma vienkāršību.

Līdz ar to tas prasa piesātinājumu, kas noved pie pietiekami ilga izslēgšanās laika. Protams, jo vairāk laika nepieciešams, lai tranzistors nogrieztu induktora strāvu, jo mazāka būs konstrukcijas efektivitāte.

Diezgan netradicionālā veidā MOSFET BUZ10 tiek ieslēgts caur oscilatora testa izejas tapu 11, nevis iekšējā izejas tranzistora.

Diods D1 ir vēl viena būtiska sastāvdaļa ķēdes iekšpusē. Šīs vienības nepieciešamība ir potenciāls izturēt lielas strāvas smailes un gausu kritumu uz priekšu. B5V79 tips atbilst visām šīm prasībām, un to nevajadzētu aizstāt ar kādu citu variantu.

Atgriežoties pie galvenās shēmas, kas parādīta 1. attēlā, rūpīgi jāņem vērā, ka strāvas augstums 15-20 A ķēdē parasti nav patoloģisks. Lai izvairītos no problēmām, kas rodas ar baterijām ar salīdzinoši lielāku iekšējo pretestību, kondensators C4 tiek pārveidots kā buferis pārveidotāja ieejā.

Ņemot vērā to, ka pārveidotājs izejas kondensatorus uzlādē, izmantojot ātrus impulsus, piemēram, strāvas smailes, pāris kondensatori tiek savienoti paralēli, lai pārliecinātos, ka viena virziena kapacitāte paliek tik minimāla, cik vien iespējams.

Līdzstrāvas līdz līdzstrāvas pārveidotājam faktiski nav īssavienojuma aizsardzības. Īssavienojums izejas spailēm būs tieši tāds pats kā īssavienojums ar akumulatoru caur D1 un L1. L1 pašinduktivitāte, iespējams, nav pietiekami augsta, lai ierobežotu strāvu uz laiku, kas nepieciešams drošinātāja noplūdei.

Induktora konstrukcijas detaļas

L1 ir izveidots, tinot 33 un pusi pagriezienus no emaljētas vara stieples. 5. attēlā attēlotas proporcijas. Lielākā daļa uzņēmumu nodrošina emaljētu vara stiepli virs ABS ruļļa, kas parasti darbojas tāpat kā pirmais, lai izveidotu induktoru.

Urbiet pāris 2 mm urbumus apakšējā malā, lai paslīdētu induktora vadus. Viens no urbumiem atradīsies pie cilindra, bet otrs - uz ārējā apkārtmēra.

Lai izveidotu induktoru, var nebūt lietderīgi ņemt vērā biezu vadu ādas efekta parādības dēļ, kas izraisa lādiņu nesēju nobīdi gar stieples ārējo virsmu vai stieples ādu. Tas jānovērtē, ņemot vērā pārveidotājā izmantoto frekvenču lielumu.

Lai garantētu minimālu pretestību nepieciešamās induktivitātes robežās, ieteicams strādāt ar pāris vadiem ar 1 mm diametru vai pat ar 3 vai 4 vadiem ar 0,8 mm diametru saišķos.

Aptuveni trīs 0,8 minūšu vadi ļaus mums iegūt kopējo izmēru, kas var būt aptuveni identisks diviem 1 mm vadiem, tomēr nodrošina efektīvu 20% lielāku virsmas laukumu.

Induktors ir cieši savīts un to var noslēgt, izmantojot piemērotu sveķu vai epoksīda bāzes savienojumu, lai kontrolētu vai nomāktu dzirdamā trokšņa noplūdi (atcerieties, ka darbības biežums ir dzirdamajā diapazonā).

Konstrukcija un pielāgošana

Iespiestās plates vai PCB dizains, kas paredzēts ierosinātajai lieljaudas līdzstrāvas pārveidotāja ķēdei, ir parādīts zemāk.

Vairāki konstrukcijas faktori ir jāņem vērā. Rezistori R2 un R3 var kļūt diezgan karsti, tāpēc tie jāuzstāda dažu mm augstumā virs PCB virsmas.

Maksimālā strāva, kas pārvietojas, izmantojot šos rezistorus, varētu sasniegt pat 15 A.

Power-FET arī kļūs ievērojami karsts, un tam būs vajadzīgs saprātīga izmēra radiators un standarta vizlas izolācijas komplekts.

Iespējams, ka diode darbojas bez atdzišanas, lai gan to var ideāli piestiprināt virs kopēja radiatora, ko izmanto enerģijas FET (atcerieties ierīces izolēt elektriski). Kamēr induktors parasti darbojas, induktors var uzrādīt pietiekamu uzsilšanas daudzumu.

Lieljaudas savienotāji un kabeļi jāiekļauj pie šī pārveidotāja ieejas un izejas. Akumulatoru aizsargā ar 16 A aizkavētas darbības drošinātāju, kas ievietots ievades padeves līnijā.

Sargieties no tā, ka drošinātājs nenodrošinās pārveidotāju nekāda veida aizsardzībā izejas īssavienojumu laikā! Kontūru ir diezgan viegli uzstādīt, un to var izdarīt šādi:

Noregulējiet R1, lai sasniegtu paredzēto izejas spriegumu, kura diapazons ir no 20 līdz 30 V. Izejas spriegumu varētu samazināt zem šī līmeņa, lai gan tas nedrīkst būt mazāks par ieejas spriegumu.

To var izdarīt, R4 vietā ievietojot mazāku rezistoru. Paredzams, ka vislielākā izejas strāva būs aptuveni 3 A.

Detaļu saraksts