Mataas na Power DC to DC Converter Circuit - 12 V hanggang 30 V Variable

Ipinapaliwanag ng post kung paano gumawa ng isang mataas na kapangyarihan DC sa DC boost converter circuit na magpapataas ng 12 V DC sa anumang mas mataas na antas hanggang sa 30 V na maximum, at sa isang kasalukuyang rate na 3 amp. Ang mataas na kasalukuyang output ay maaaring karagdagang napahusay ng naaangkop na pag-upgrade ng mga pagtutukoy ng inductor wire gauge.

Ang isa pang mahusay na tampok ng converter na ito ay ang output na maaaring linear na iba-iba sa pamamagitan ng isang potensyomiter, mula sa minimum na posibleng saklaw hanggang sa maximum na saklaw.

Indroduction

Inilaan para sa mga converter ng DC -DC pagtaas ng boltahe ng baterya ng kotse ay madalas na naka-configure sa paligid ng isang naka-switch mode na uri ng power supply (SMPSU) o isang power multivibrator, na nagmamaneho ng isang transpormer.

Ang power converter na ipinaliwanag sa artikulong ito ay gumagamit ng aparato TL 497A integrated circuit mula sa Texas Instruments . Ang partikular na IC na ito ay nangangasiwa ng mahusay na regulasyon ng boltahe na may kaunting ingay sa output upang maisagawa nang medyo maginhawa, at tinitiyak din ang mataas na pagganap ng conversion.

Paano Gumagana ang Circuit

Ang detalyadong converter dito ay gumagamit ng a topology ng flyback . Ang teorya ng flyback ay lilitaw na pinaka-angkop at pagganap na pamamaraan ng pagkuha ng agarang boltahe ng output na nagmula sa isang mas mababang direktang boltahe ng pag-input.

Ang pangunahing bahagi ng paglipat sa converter ay talagang isang kapangyarihan SIPMOS transistor T1 (tingnan ang Larawan 1). Sa panahon ng pagpapadaloy nito, ang kasalukuyang pagdaan sa L1 ay nagdaragdag nang mabilis sa oras.

Sa panahon ng ON ng pag-ikot ng paglipat, ang inductor ay nag-iimbak ng sapilitan magnetikong enerhiya.

Sa sandaling ang transistor ay naka-off, ang inductor ay ibabalik ang nakaimbak na magnetikong enerhiya, i-convert ito sa isang kasalukuyang kuryente sa kabuuan ng konektadong pagkarga sa pamamagitan ng D1.

Sa panahon ng pamamaraang ito, mahalaga na matiyak na ang transistor ay patuloy na maililipat sa panahon habang ang magnetic field sa inductor ay nabubulok sa zero.

Kung sakaling hindi maipatupad ang kundisyong ito, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng inductor ay umangat hanggang sa antas ng saturation. Ang isang epekto ng avalanche ay kasunod na nagreresulta sa kasalukuyang upang mabilis na ma-maximize.

Ang kamag-anak na kontrol ng transistor na nagpapalitaw SA oras, o duty factor kaya, ay hindi dapat payagan na makapunta sa antas ng pagkakaisa. Ang maximum na pinapayagan na factor ng tungkulin ay umaasa, sa iba`t ibang mga aspeto, sa paligid ng boltahe ng output.

Ito ay dahil nagpapasya ito sa pagkabulok na rate ng lakas ng magnetikong patlang. Ang pinakamataas na lakas ng output na maaaring makamit mula sa converter ay natutukoy ng pinakamataas na pinapayagan na kasalukuyang rurok na naproseso ng inductor, at ang dalas ng paglipat ng signal ng pagmamaneho.

Ang mga naghihigpit na elemento dito ay pangunahin ang saturation instant at ang maximum tolerable rating ng inductor para sa pagkalugi ng tanso, pati na rin ang rurok na kasalukuyang sa pamamagitan ng switching transistor (huwag kalimutan na ang isang pako ng isang tukoy na antas ng enerhiya na elektrikal ay dumating sa output sa bawat paglipat. pulso).

Paggamit ng IC TL497A para sa PWM

Ang pagtatrabaho ng IC na ito ay medyo hindi tradisyonal, na maaaring maunawaan mula sa isang maikling paliwanag sa ibaba. Hindi tulad ng maginoo na pagpapatupad ng dalas ng dalas, variable duty factor na SMPSU controller ICs, ang TL497A ay sertipikado bilang isang nakapirming on-time, adjustable frequency device.

Samakatuwid ang kadahilanan ng tungkulin ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagsasaayos sa dalas upang matiyak ang isang pare-pareho na boltahe ng output.

Ang diskarte na ito ay nagdudulot ng katotohanan ng isang medyo prangka na circuit, gayunpaman ay nagbibigay ng kabiguan ng paglipat ng dalas na nakakamit sa isang mas mababang saklaw na maaaring maririnig sa tainga ng tao para sa mga naglo-load na gumagana sa mas mababang kasalukuyang.

Sa katotohanan, ang dalas ng paglipat ay makakakuha ng sa ilalim ng 1 Hz sa sandaling ang pag-load ay tinanggal mula sa converter. Naririnig ang mabagal na pag-click dahil sa mga pulso ng singil na nakakonekta sa mga output capacitor upang humawak ng isang nakapirming boltahe ng output.

Kapag walang nakakabit na karga, ang mga output capacitor ay madalas na makakuha, malinaw naman, unti-unting pinalabas sa pamamagitan ng boltahe ng resisting ng sensing.

Ang panloob na oscillator on-time ng IC TL497A ay pare-pareho, at napagpasyahan ng C1. Ang oscillator ay maaaring i-deactivate sa tatlong pamamaraan:

• Ika-1, kapag ang boltahe sa pin 1 ay tumataas nang lampas sa boltahe ng sanggunian (1.2 V)
• Ika-2, kapag ang kasalukuyang inductor ay lumalagpas sa isang tukoy na pinakamataas na halaga
• At ika-3, sa pamamagitan ng pagbawalan ng input (kahit na hindi nagamit sa circuit na ito).

Habang nasa karaniwang proseso ng pagtatrabaho, pinapayagan ng panloob na oscillator ang paglipat ng T1 sa isang paraan na ang kasalukuyang inductor ay tumataas nang linear.

Kapag naka-off ang T1, ang naipon na enerhiya na magnetiko na naipon sa loob ng inductor ay sinipa pabalik sa capacitor na sisingilin sa likod ng emf energy na ito.

Ang boltahe ng output, kasama ang pin 1 boltahe ng IC TL497A, umakyat nang bahagya, na sanhi ng oscillator na ma-deactivate. Ito ay nagpapatuloy hanggang sa ang boltahe ng output ay bumagsak sa ilang makabuluhang mas mababang antas Ang diskarteng ito ay naisagawa sa isang paikot na paraan, hanggang sa pag-aakala ng teoretikal.

Gayunpaman, sa isang pag-aayos gamit ang aktwal na mga bahagi, ang pagtaas ng boltahe na sapilitan sa pagsingil ng mga capacitor sa isang solong agwat ng oscillator ay talagang napakaliit na ang oscillator ay mananatiling aktibo hanggang sa makuha ng kasalukuyang inductor ang pinakamataas na halaga, na tinutukoy ng mga sangkap na R2 at R3 (ang pagbaba ng boltahe sa paligid ng R1 at R3 ay karaniwang 0.7 V sa puntong ito).

Ang hakbang na matalino na pagtaas sa kasalukuyang tulad ng ipinahiwatig sa Larawan 2b ay dahil sa oscillator signal factor factor na nangyayari na mas mataas sa 0.5.

Sa sandaling maabot ang kasalukuyang pinakamabuting kalagayan na kasalukuyang, ang oscillator ay ma-deactivate, na pinapayagan ang inductor na ilipat ang enerhiya nito sa mga capacitor.

Sa partikular na sitwasyong ito, ang boltahe ng output ay umangat sa isang lakas na mataas lamang upang matiyak na ang oscillator ay naka-OFF sa pamamagitan ng IC pin 1. Ang boltahe ng output ngayon ay mabilis na bumagsak, upang ang isang sariwang siklo ng singil ay maaaring magsimula at ulitin ang pamamaraan.

Gayunpaman, nakalulungkot, ang mga pamamaraang paglipat na tinalakay sa itaas ay isasama sa isang medyo malalaking pagkalugi.

Sa isang totoong pagpapatupad ng buhay, ang isyu na ito ay maaaring malutas sa pamamagitan ng pag-set up ng oras sa oras (sa pamamagitan ng C1) sapat na mataas upang matiyak na ang kasalukuyang sa pamamagitan ng inductor ay hindi kailanman umaabot sa pinakamataas na antas sa isang solong agwat ng oscillator (tingnan ang Larawan 3).

Ang lunas sa mga naturang kaso ay maaaring ang pagsasama ng isang naka-cored na inductor, na nagtatampok ng isang makatuwirang kaunting pag-inductance sa sarili.

Waveform Charateristics

Ang mga tsart ng tiyempo sa Larawan 3 ay nagpapakita ng mga signal waveform sa mga pangunahing kadahilanan mula sa circuit. Ang pangunahing oscillator sa loob ng TL497A ay gumagana na may isang pinababang dalas (sa ibaba ng I Hz kapag walang load sa output ng converter).

Ang madalian na oras sa panahon ng switch-on, na ipinahiwatig bilang ang hugis-parihaba na pulso sa Larawan 3, ay nakasalalay sa halaga ng capacitor C1. Ang oras ng switch-off ay itinatag ng kasalukuyang pag-load. Sa panahon ng switching na on-time, ang transistor T1 ay lumilipat sa ON na naging sanhi ng pagtaas ng kasalukuyang inductor (Larawan 3b).

Sa panahon ng switch OFF na tagal ng pagsunod sa kasalukuyang pulso, gumagana ang inductor tulad ng isang kasalukuyang mapagkukunan.

Sinusuri ng TL497A ang pinaliit na boltahe ng output sa pin 1 kasama ang panloob na boltahe ng sanggunian na 1.2 V. Kung sakaling ang tasahin na boltahe ay mas mababa kaysa sa sanggunian na boltahe, ang T1 ay mas kampi nang mas mahirap upang ang inductor ay sapat na maiimbak ang enerhiya.

Ang paulit-ulit na pag-charge at paglabas ng mga cycle na ito ay nagpapalitaw ng isang tiyak na antas ng boltahe ng ripple sa mga output capacitor (Larawan 3c). Pinapayagan ng pagpipilian ng puna ang pag-aayos ng dalas ng oscillator upang matiyak ang isang pinakamahusay na posibleng kabayaran ng mga depisit sa boltahe na sanhi ng kasalukuyang pag-load.

Ang diagram ng pulso ng oras sa Fig. 3d ay nagpapakita ng malaking kilusan ng boltahe ng alisan ng tubig dahil sa medyo mataas na Q (kalidad) na kadahilanan ng inductor.

Kahit na ang mga ligaw na oscillation ng ripple ay karaniwang hindi nakakaapekto sa regular na paggana ng DC na ito sa DC converter ng kuryente, maaaring mapigilan ang mga ito gamit ang isang parallel na 1 k risistor sa kabuuan ng inductor.

Praktikal na Pagsasaalang-alang

Karaniwan, ang isang SMPS circuit ay binuo para sa pagkamit ng isang maximum na kasalukuyang output sa halip na kasalukuyang quiescent output.

Ang mataas na kahusayan kasama ang isang matatag na boltahe ng output kasama ang pinakamaliit na ripple ay karagdagan na naging mga pangunahing layunin ng disenyo. Sa kabuuan, ang mga tampok sa regulasyon ng pag-load ng isang batay sa flyback na SMPS ay nagbibigay ng halos anumang dahilan para sa mga pag-aalala.

Sa buong siklo ng paglipat, ang ratio ng on / off o ang cycle ng tungkulin ay na-tweak na kaugnay sa kasalukuyang pag-load, upang ang boltahe ng output ay patuloy na medyo matatag sa kabila ng malaking pagbabago ng kasalukuyang pag-load.

Lumilitaw na bahagyang naiiba ang senaryo sa mga tuntunin ng pangkalahatang kahusayan. Ang isang step-up converter batay sa flyback topology na karaniwang gumagawa ng medyo malaking kasalukuyang mga spike, na maaaring magpalitaw ng malaking pagkawala ng enerhiya (huwag kalimutan na ang lakas ay nagdaragdag ng exponentially bilang kasalukuyang pagtaas.

Gayunpaman, sa pagpapatakbo ng totoong buhay, ang inirekumendang mataas na kapangyarihan DC sa DC converter circuit ay nagbibigay ng isang pangkalahatang kahusayan na mas mahusay kaysa sa 70% na may pinakamabuting kalagayan na kasalukuyang output, at na mukhang kahanga-hanga hinggil sa pagiging simple ng layout.

Dahil dito, hinihiling ito upang paandarin ang saturation, na hahantong sa isang makatwirang pinalawig na oras ng pag-turn-off. Naturally, ang mas maraming oras na kinakailangan para sa transistor upang putulin ang kasalukuyang inductor, mas mababa ang magiging buong kahusayan ng disenyo.

Sa lubos na hindi kinaugalian na paraan, ang MOSFET BUZ10 ay inililipat sa pamamagitan ng pin 11 ng oscillator test output, sa halip na panloob na output transistor.

Ang Diode D1 ay isa pang mahalagang sangkap sa loob ng circuit. Ang mga kinakailangan para sa yunit na ito ay isang potensyal na magtiis ng mataas na kasalukuyang mga spike, at matamlay na pagbaba ng pasulong. Natutupad ng Type B5V79 ang lahat ng mga kinakailangang ito, at hindi dapat palitan ng ilang iba pang variant.

Bumabalik sa pangunahing diagram ng circuit ng Larawan 1, dapat na maingat na tandaan na ang kasalukuyang mga mataas na 15-20 A sa pangkalahatan ay hindi abnormal sa circuit. Upang maiwasan ang mga isyu sa pagbuo ng mga baterya na mayroong isang medyo mataas na panloob na paglaban, ang capacitor C4 ay ipinakilala tulad ng isang buffer sa input ng converter.

Isinasaalang-alang na ang mga output capacitor ay sisingilin ng converter sa pamamagitan ng mabilis, mga pulso tulad ng kasalukuyang mga spike, isang pares ng mga capacitor ay naka-hook up sa parallel upang matiyak na ang run-a-way capacitance ay mananatiling kasing minimal na maaari.

Ang DC to DC power converter ay talagang hindi nagtatampok ng hindi proteksyon sa maikling circuit. Ang maikling-circuit ng mga output terminal ay magiging eksakto tulad ng maikling circuit ng baterya sa pamamagitan ng D1 at L1. Ang self-inductance ng L1 ay maaaring hindi sapat na mataas upang paghigpitan ang kasalukuyang para sa panahon na kinakailangan upang paganahin ang isang piyus upang pumutok.

Mga Detalye ng Konstruksyon ng Inductor

Ang L1 ay nilikha ng paikot-ikot na 33 at kalahating liko ng enameled wire na tanso. Ipinapakita ng Larawan 5 ang mga sukat. Ang karamihan ng mga kumpanya ay nagbibigay ng enameled wire na tanso sa isang rolyo ng ABS, na karaniwang gumagana tulad ng una para sa pagbuo ng inductor.

Mag-drill ng isang pares ng 2 mm na butas sa ibabang gilid upang madulas ang mga wire na inductor. Ang isa sa mga butas ay magiging malapit sa silindro habang ang isa sa panlabas na sirkulasyon ng dating.

Maaaring hindi kapaki-pakinabang na isaalang-alang ang makapal na kawad upang maitayo ang inductor, dahil sa hindi pangkaraniwang epekto ng balat, na sanhi ng paglilipat ng mga carrier ng singil sa labas ng ibabaw ng kawad o ang balat ng kawad. Dapat itong masuri hinggil sa laki ng mga frequency na ginagamit sa converter.

Upang magarantiyahan ang isang kaunting pagtutol sa loob ng kinakailangang inductance, adbokasiya itong gumana sa isang pares ng mga wire na 1 mm diameter, o kahit na 3 o 4 na mga wire na mayroong 0.8 mm diameter sa bungkos.

Mga tatlong 0.8 minutong mga wire ang magpapahintulot sa amin na makakuha ng isang kabuuang sukat na maaaring humigit-kumulang na magkapareho sa dalawang mga 1 mm na wires, ngunit nagbibigay ng isang mabisang 20% ​​mas mataas na lugar sa ibabaw.

Ang inductor ay mahigpit na sugat at maaaring mai-selyo gamit ang isang naaangkop na dagta o epoxy based compound upang makontrol o mapigilan ang naririnig na leakage ng ingay (tandaan na ang dalas ng operasyon ay nasa loob ng saklaw na naririnig).

Konstruksiyon at pagkakahanay

Ang naka-print na circuit board o ang disenyo ng PCB na inilaan para sa ipinanukalang mataas na kapangyarihan DC DC converter circuit ay ipinakita sa ibaba.

Maraming mga kadahilanan sa konstruksyon ang kailangang magkaroon ng ilang pagsasaalang-alang. Ang mga resistor R2 at R3 ay maaaring maging mainit at samakatuwid ay dapat na mai-install sa ilang mm na nakataas sa itaas ng PCB ibabaw.

Ang maximum na kasalukuyang paglipat sa pamamagitan ng mga resistors na ito ay maaaring umabot sa kasing dami ng 15 A.

Ang power-FET ay magiging malaki ring mainit, at hihilingin ng isang makatwirang laki ng heatsink at ang karaniwang mica insulate kit.

Ang diode ay maaaring gumana nang walang paglamig, bagaman maaaring ito ay perpektong ma-clamp sa isang karaniwang heatsink na ginamit para sa power FET (tandaan na ihiwalay ang mga aparato nang electrically). Habang sa karaniwang paggana, ang inductor ay maaaring magpakita ng patas na halaga ng pag-init.

Ang mga konektor at kable ng mabibigat na tungkulin ay dapat isama sa pag-input at output ng converter na ito. Ang baterya ay binabantayan ng isang 16 Isang naantalang piyus ng aksyon na ipinakilala sa loob ng linya ng pag-input.

Mag-ingat sa katotohanan na ang piyus ay hindi magbibigay ng anumang uri ng proteksyon sa converter sa panahon ng mga output ng maikling circuit! Ang circuit ay madaling i-set up, at maaaring gawin sa sumusunod na pamamaraan:

Ayusin ang R1 upang makamit ang inilaan na output voltage na saklaw ng nay sa pagitan ng 20 at 30 V. Ang boltahe ng output ay maaaring mabawasan sa ibaba nito, bagaman hindi dapat mas mababa sa boltahe ng pag-input.

Maaari itong gawin sa pamamagitan ng pagpasok ng isang mas maliit na risistor sa lugar ng R4. Ang pinakamataas na kasalukuyang output ay maaaring asahan na humigit-kumulang na 3 A.

Listahan ng Mga Bahagi