Postitus selgitab, kuidas teha suure võimsusega alalisvoolu alalisvoolu muunduri vooluahelat, mis suurendab 12 V alalisvoolu mis tahes kõrgemale tasemele kuni maksimaalselt 30 V ja 3 amprise voolutugevusega. Seda suurt voolutugevust saab veelgi suurendada, kui ajakohastada induktiivtraadi gabariidi spetsifikatsioone.

Selle muunduri veel üks suurepärane omadus on see, et väljundit saab potentsiomeetri abil lineaarselt varieerida minimaalsest võimalikust vahemikust maksimaalse vahemikuni.

Sissejuhatus

DC -DC muundurid mõeldud auto aku pinge suurendamine on sageli konfigureeritud ümber lülitatud režiimiga toiteallika (SMPSU) või toiteallika multivibraatori ümber, juhtides trafot.

“12vdc kuni 24vdc muunduri lülitusskeem ”

Selles artiklis selgitatud toitemuundur kasutab seadet TL 497A integreeritud vooluring Texas Instrumentsilt . See konkreetne mikrokomponent hõlbustab suurepärast pinge reguleerimist minimaalse väljundmüra abil, mis on saavutatav üsna mugavalt, ja tagab samuti kõrge muundamise.

Kuidas vooluring töötab

Siin üksikasjalikult muundur kasutab a flyback topoloogia . Tagasilöögiteooria näib olevat kõige sobivam ja funktsionaalsem meetod madalama otsese sisendpinge lähtuva väljundpinge saamiseks.

Muunduri peamine lülituskomponent on tegelikult võimsusega SIPMOS-transistor T1 (vt joonis 1). Selle juhtimisperioodil suureneb L1 läbiv vool aja jooksul eksponentsiaalselt.

Lülitustsükli sisselülitamise ajal salvestab induktor indutseeritud magnetenergia.

Niipea kui transistor on välja lülitatud, pöörab induktor salvestatud magnetenergia tagasi, muutes selle D1 kaudu ühendatud koormuse elektrivooluks.

Selle protseduuri ajal on ülitähtis tagada, et transistor lülitatakse välja perioodiks, kuni induktori magnetväli laguneb nulli.

Juhul, kui seda tingimust ei õnnestu rakendada, tõuseb induktori kaudu vool kuni küllastustasemeni. Järgnevalt põhjustab laviiniefekt voolu üsna kiiresti maksimeerimise.

Suhtelisel transistori juhtimise päästiku sisselülitamise ajal või seega koormusteguril ei tohiks lubada ühtsuse tasemele jõudmist. Maksimaalne lubatud koormustegur sõltub väljundpinge ümber mitmetest muudest aspektidest.

Seda seetõttu, et see otsustab magnetvälja tugevuse lagunemiskiiruse. Suurima väljundvõimsuse, mis muundurilt oleks võimalik saavutada, määrab induktori poolt töödeldav suurim lubatud tippvool ja juhtimissignaali lülitussagedus.

Piiravateks elementideks on siin peamiselt küllastumishetk ja induktori maksimaalne talutav nimiväärtus vaskkaodele, samuti lülitustransistori kaudu toimuv tippvool (ärge unustage, et iga lülitamise ajal väljundisse jõuab konkreetse elektrienergia taseme piik pulss).

IC TL497A kasutamine PWM-i jaoks

Selle IC töö on üsna ebatraditsiooniline, mida võiks mõista allpool toodud lühikese selgituse põhjal. Erinevalt tavapärasest fikseeritud sagedusega rakendusest, muutuva tööfaktoriga SMPSU kontrolleri IC-dest, on TL497A sertifitseeritud fikseeritud õigeaegse reguleeritava sagedusega seadmena.

Seetõttu kontrollitakse tööfaktorit sageduse reguleerimisega, et tagada ühtlane väljundpinge.

See lähenemine toob reaalsusesse üsna sirgjoonelise vooluahela, pakkudes sellest hoolimata lülitussageduse negatiivset külge, saavutades madalama vahemiku, mis võib inimkõrvale kuulda madalama vooluga töötavate koormuste korral.

Tegelikult muutub lülitussagedus alla 1 Hz, kui muundurilt koormus eemaldatakse. Fikseeritud väljundpinge hoidmiseks väljundkondensaatoritega ühendatud laadimisimpulsside tõttu on kuuldav aeglane klõpsatus.

Kui koormust pole ühendatud, kipuvad väljundkondensaatorid ilmselgelt järk-järgult tühjenema läbi pingetundliku takisti.

IC TL497A sisemine ostsillaatori sisselülitusaeg on konstantne ja selle otsustab C1. Ostsillaatori saab deaktiveerida kolmel viisil:

Esimene, kui tihvti 1 pinge tõuseb üle võrdluspinge (1,2 V)
2., kui induktiivvool ületab konkreetse suurima väärtuse
Ja kolmandaks, pärssiva sisendi abil (ehkki selles vooluringis pole seda kasutatud).

Tavalises tööprotsessis võimaldab sisemine ostsillaator T1 vahetada nii, et induktiivvool suureneb lineaarselt.

Kui T1 on välja lülitatud, lüüakse induktiivpooli sisse kogunenud magnetenergia tagasi kondensaatorisse, mis laetakse selle tagumise emf-energia kaudu.

Väljundpinge koos IC TL497A tihvti 1 pingega tõuseb veidi, mis põhjustab ostsillaatori deaktiveerimise. See jätkub seni, kuni väljundpinge on langenud mõnele oluliselt madalamale tasemele. Seda meetodit teostatakse tsükliliselt, niivõrd kui see puudutab teoreetilist eeldust.

Tegelikke komponente kasutavas paigutuses on kondensaatorite laadimisega ühe ostsillaatori intervalliga indutseeritud pinge suurenemine tegelikult nii väike, et ostsillaator jääb aktiveerituks seni, kuni induktiivvool saavutab komponentide R2 poolt määratud suurima väärtuse ja R3 (pinge langus R1 ja R3 ümbruses on tavaliselt selles punktis 0,7 V).

Joonisel 2b näidatud voolu järkjärguline kasv tuleneb ostsillaatori signaali tööfaktorist, mis juhtumisi on suurem kui 0,5.

Niipea kui saavutatud optimaalne vool on saavutatud, deaktiveeritakse ostsillaator, mis võimaldab induktoril oma energiat üle kondensaatorite edastada.

Selles konkreetses olukorras tõuseb väljundpinge suuruseni, mis on lihtsalt kõrge, et tagada ostsillaatori väljalülitamine IC tihvti 1 abil. Nüüd väljundpinge langeb kiiresti, nii et uus laadimistsükkel on võimeline alustama ja kordama protseduur.

Kuid kahjuks kombineeritakse ülalkirjeldatud vahetamisprotseduurid suhteliselt suurte kahjumitega.

Reaalses elus saab seda probleemi lahendada, seadistades õigeaegselt (C1 kaudu) piisavalt kõrge, et veenduda, et induktiivpooli läbiv vool ei ulatu kunagi ühe ostsillaatori intervalliga kõrgeimale tasemele (vt joonis 3).

Sellistel juhtudel võib abinõuks olla õhusüdamikuga induktiivpooli lisamine, millel on mõistlikult minimaalne eneseinduktsioon.

Lainekuju iseloomustus

Joonisel fig 3 kujutatud ajastusdiagrammid näitavad signaali lainekuju vooluahela võtmeteguritest. TL497A sees olev peamine ostsillaator töötab vähendatud sagedusega (alla I Hz, kui muunduri väljundis pole koormust).

Hetke aeg sisselülitamise ajal, mida joonisel 3a tähistatakse ristkülikukujulise impulsina, sõltub kondensaatori C1 väärtusest. Väljalülitusaeg määratakse koormusvoolu abil. Ajalülituse ajal lülitub transistor T1 sisse, põhjustades induktori voolu suurenemist (joonis 3b).

Vooluimpulsile järgneva väljalülitusaja vältel töötab induktor nagu vooluallikas.

TL497A analüüsib nõrgestatud väljundpinget tihvti 1 sisemise võrdluspingega 1,2 V. Juhul kui hinnatud pinge on võrdluspingest madalam, on T1 kallutatud tugevamalt, nii et induktor salvestab energiat piisavalt.

See korduv laadimis- ja tühjendustsükkel käivitab väljundkondensaatorites teatud pulsatsioonipinge (joonis 3c). Tagasiside võimalus võimaldab reguleerida ostsillaatori sagedust, et tagada koormusvoolu põhjustatud pinge defitsiidi parim võimalik kompenseerimine.

Ajastusimpulsside diagramm joonisel 3d näitab äravoolupinge olulist liikumist induktori suhteliselt kõrge Q (kvaliteedi) teguri tõttu.

Ehkki hulkuvad võnkumised ei mõjuta tavaliselt selle alalisvoolu muunduri korrapärast toimimist, võiks need summutada, kasutades paralleelset 1 k takistit üle induktiivpooli.

Praktilised kaalutlused

Tavaliselt arendatakse SMPS-vooluring maksimaalse väljundvoolu saavutamiseks vaikse väljundvoolu asemel.

Kõrgefektiivsus koos püsiva väljundpingega ja minimaalse pulsatsiooniga on lisaks saanud disaini põhieesmärkideks. Üldiselt pakuvad tagasilennupõhise SMPS-i koormuse reguleerimise funktsioonid muret põhjust.

Kogu lülitustsükli jooksul muudetakse sisse- / väljalülitamise suhet või töötsüklit koormusvoolu suhtes, et väljundpinge oleks vaatamata olulistele koormusvoolu kõikumistele jätkuvalt suhteliselt stabiilne.

Stsenaarium tundub üldise efektiivsuse osas veidi erinev. Flyback-topoloogial põhinev järk-järguline muundur tekitab tavaliselt üsna olulisi vooluhüppeid, mis võivad põhjustada olulise energiakadu (ärge unustage, et voolu suurenemisel kasvab võimsus hüppeliselt).

Tegelikus elus pakub soovitatav suure võimsusega alalisvoolu muunduri vooluahela üldine efektiivsus aga optimaalse väljundvooluga üle 70% ja see näeb paigutuse lihtsuse osas üsna muljetavaldav.

Seetõttu nõuab see, et see jõuaks küllastuseni, mis viib mõistlikult pikema väljalülitusajani. Loomulikult, mida rohkem aega kulub transistori induktiivvoolu katkestamiseks, seda väiksem on disaini kogu efektiivsus.

Üsna ebatraditsioonilisel viisil lülitatakse MOSFET BUZ10 sisemise väljundtransistori asemel ostsillaatori testväljundi tihvti 11 kaudu.

Diood D1 on veel üks oluline komponent vooluahelas. Selle seadme vajalikkus on potentsiaal taluda kõrgeid vooluhulki ja aeglane langus edasi. Tüüp B5V79 vastab kõigile neile nõuetele ja seda ei tohiks asendada mõne muu variandiga.

Tulles tagasi joonise 1 peamise skeemi juurde, tuleb hoolikalt märkida, et voolutugevus 15–20 A ei ole vooluringis tavaliselt ebanormaalne. Suhteliselt suurema sisetakistusega patareide tekkimise vältimiseks sisestatakse muunduri sisendisse kondensaator C4 nagu puhver.

Arvestades, et muundur laeb väljundkondensaatoreid kiirete impulsside kaudu nagu voolu piigid, on paar kondensaatorit paralleelselt ühendatud, et veenduda, et ühesuunaline mahtuvus jääb võimalikult minimaalseks.

Alalisvoolu-alalisvoolu muunduril pole tegelikult lühisekaitset. Väljundklemmide lühis on täpselt nagu aku lühis D1 ja L1 kaudu. L1 isekinduktsioon ei pruugi olla piisavalt kõrge, et piirata voolu kaitsme väljalülitamiseks vajaliku aja jooksul.

Induktori ehitusdetailid

L1 on loodud emailitud vasktraadi 33 ja poole pöörde kerimisega. Joonisel 5 on näidatud proportsioonid. Enamik ettevõtteid pakuvad emailitud vasktraati üle ABS-rulli, mis tavaliselt töötab induktiivpooli ehitamiseks sarnaselt endisega.

Induktori juhtmete libisemiseks puurige alumisse serva paar 2 mm auku. Üks auk jääb silindri lähedale, teine aga esimese välimisele ümbermõõdule.

Induktori ehitamiseks ei pruugi olla kasulik kaaluda paksu traati, mis on tingitud nahaefekti nähtusest, mis põhjustab laengukandjate nihke traadi välispinnal või traadi nahal. Seda tuleks hinnata muunduris kasutatavate sageduste suuruse suhtes.

Minimaalse takistuse tagamiseks vajaliku induktiivsuse piires on soovitatav töötada paari 1 mm läbimõõduga juhtme või isegi 3 või 4 traadiga, mille kimp on 0,8 mm.

Ligikaudu kolm 0,8 min juhtet võimaldavad meil saada kogumõõt, mis võib olla ligikaudu identne kahe 1 mm juhtmega, kuid tagab efektiivse 20% suurema pinna.

Induktiivpool on tihedalt keritud ja selle saab tihendada sobiva vaigu või epoksüpõhise ühendiga, et kontrollida või summutada kuuldava müra lekkeid (pidage meeles, et töö sagedus on kuuldavas vahemikus).

Ehitus ja joondamine

Kavandatud suure võimsusega alalisvoolu muunduri ahelale mõeldud trükkplaat või trükkplaat on esitatud allpool.

Mitmed konstruktsioonitegurid peavad olema mõningate kaalutlustega. Takistid R2 ja R3 võivad muutuda üsna kuumaks ja seetõttu tuleks need paigaldada mõne mm kõrgusele trükkplaadi pinnast.

Nende takistite abil liikuv maksimaalne voolutugevus võib ulatuda 15 A-ni.

Power-FET muutub ka oluliselt kuumaks ja see nõuab mõistliku suurusega jahutusradiaatorit ja standardset vilgukivist isoleerivat komplekti.

Diood võib töötada ilma jahutamiseta, ehkki see on ideaalselt kinnitatud tavalise jahutusradiaatori külge, mida kasutatakse FET-i jaoks (ärge unustage seadmeid elektriliselt isoleerida). Tavalises töös võib induktiivpool näidata üsna palju kuumenemist.

Selle muunduri sisendisse ja väljundisse tuleks lisada rasked ühendused ja kaablid. Aku on kaitstud 16 A viivitatud kaitsmega, mis on sisestatud sisendtoiteliini.

Hoiduge asjaolust, et sulavkaitse ei paku muundurile väljundi lühiste ajal mingit kaitset! Vooluringi on üsna lihtne seadistada ja seda saab teha järgmiselt:

Reguleerige R1, et saavutada kavandatud väljundpinge, mis jääb vahemikku 20–30 V. Väljundpinge võiks selle alla vähendada, kuigi see ei tohi olla väiksem kui sisendpinge.

Seda saab teha, sisestades R4 asemele väiksema takisti. Suurim väljundvool võib olla umbes 3 A.