- Comprensión del principio de funcionamiento del convertidor Boost
- Comprender el funcionamiento del TL494
- Componentes necesarios para construir el circuito convertidor de refuerzo basado en TL494
- Convertidor Boost basado en TL494 - Diagrama esquemático
- Circuito convertidor de refuerzo TL494 - Funcionando
- Diseño de PCB para el circuito convertidor de refuerzo basado en TL494
- Cálculo y construcción del diseño del convertidor elevador TL494
- Prueba de este circuito convertidor elevador de alto voltaje
- Más mejoras
Mientras trabajamos con electrónica, a menudo nos encontramos en situaciones en las que es necesario aumentar el voltaje de salida mientras el voltaje de entrada permanece bajo, este es un tipo de situación en la que podemos confiar en un circuito que se conoce comúnmente como convertidor elevador (convertidor elevador). Un convertidor elevador es un convertidor de conmutación de tipo CC-CC que aumenta el voltaje mientras mantiene un equilibrio de potencia constante. La característica principal de un convertidor elevador es la eficiencia, lo que significa que podemos esperar una batería de larga duración y menos problemas de calor. Anteriormente hicimos un circuito convertidor elevador simple y explicamos su eficiencia de diseño básico.
Entonces, en este artículo, vamos a diseñar un convertidor de refuerzo TL494 y calcular y probar un circuito convertidor de refuerzo de alta eficiencia basado en el popular TL494 IC, que tiene un voltaje de suministro mínimo de 7 V y un máximo de 40 V, y como Estamos usando el MOSFET IRFP250 como interruptor, este circuito puede manejar una corriente máxima de 19Amps, teóricamente (limitado por la capacidad del inductor). Finalmente, habrá un video detallado que muestra la parte de trabajo y prueba del circuito, así que sin más preámbulos, comencemos.
Comprensión del principio de funcionamiento del convertidor Boost
La figura anterior muestra el esquema básico del circuito del convertidor elevador. Para analizar el principio de funcionamiento de este circuito, lo vamos a dividir en dos partes, la primera condición explica qué sucede cuando el MOSFET está encendido, la segunda condición explica qué sucede cuando el MOSFET está apagado.
¿Qué sucede cuando el MOSFET está encendido?
La imagen de arriba muestra la condición del circuito cuando el MOSFET está encendido. Como puede reconocer, hemos mostrado la condición ON con la ayuda de una línea punteada, mientras el MOSFET permanece encendido, el inductor comienza a cargar, la corriente a través del inductor sigue aumentando, que se almacena en forma de campo magnético.
Qué sucede cuando el MOSFET está apagado:
Ahora, como sabrá, ¡la corriente a través de un inductor no puede cambiar instantáneamente! Eso se debe a que se almacena en forma de campo magnético. Por lo tanto, en el momento en que el MOSFET se apaga, el campo magnético comienza a colapsar y la corriente fluye en la dirección opuesta a la corriente de carga. Como puede ver en el diagrama anterior, esto comienza a cargar el condensador.
Ahora, al encender y apagar continuamente el interruptor (MOSFET), hemos creado un voltaje de salida que es mayor que el voltaje de entrada. Ahora, podemos controlar el voltaje de salida controlando el tiempo de encendido y apagado del interruptor, y eso es lo que estamos haciendo en el circuito principal.
Comprender el funcionamiento del TL494
Ahora, antes de ir y construir el circuito basado en el controlador TL494 PWM, aprendamos cómo funciona el controlador PWM TL494. El TL494 IC tiene 8 bloques funcionales, que se muestran y describen a continuación.
Regulador de referencia de 5 V:
La salida del regulador de referencia interna de 5 V es el pin REF, que es el pin 14 del IC. El regulador de referencia está allí para proporcionar un suministro estable para los circuitos internos como el flip-flop de dirección de pulso, el oscilador, el comparador de control de tiempo muerto y el comparador PWM. El regulador también se utiliza para controlar los amplificadores de error que son responsables de controlar la salida.
Nota: La referencia está programada internamente con una precisión inicial de ± 5% y mantiene la estabilidad en un rango de voltaje de entrada de 7 V a 40 V. Para voltajes de entrada menores a 7 V, el regulador se satura dentro de 1 V de la entrada y lo rastrea.
Oscilador:
El oscilador genera y proporciona una onda de diente de sierra al controlador de tiempo muerto y a los comparadores PWM para varias señales de control.
La frecuencia del oscilador se puede ajustar mediante la selección de componentes de temporización R T y C T.
La frecuencia del oscilador se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Fosc = 1 / (RT * CT)
Para simplificar, he hecho una hoja de cálculo, mediante la cual se puede calcular la frecuencia muy fácilmente. Que puedes encontrar en el enlace de abajo.
Nota: La frecuencia del oscilador es igual a la frecuencia de salida solo para aplicaciones de un solo extremo. Para aplicaciones push-pull, la frecuencia de salida es la mitad de la frecuencia del oscilador.
Comparador de control de tiempo muerto:
El tiempo muerto o, simplemente, el control de tiempo de inactividad proporciona el tiempo muerto mínimo o el tiempo de inactividad. La salida del comparador de tiempo muerto bloquea los transistores de conmutación cuando el voltaje en la entrada es mayor que el voltaje de rampa del oscilador. Aplicar un voltaje al pin DTC puede imponer un tiempo muerto adicional, proporcionando así un tiempo muerto adicional desde su mínimo de 3% a 100% ya que el voltaje de entrada varía de 0 a 3V. En términos simples, podemos cambiar el ciclo de trabajo de la onda de salida sin ajustar los amplificadores de error.
Nota: Una compensación interna de 110 mV asegura un tiempo muerto mínimo del 3% con la entrada de control de tiempo muerto conectada a tierra.
Amplificadores de error:
Ambos amplificadores de error de alta ganancia reciben su polarización del riel de suministro VI. Esto permite un rango de voltaje de entrada de modo común de –0,3 V a 2 V menos que VI. Ambos amplificadores se comportan de forma característica de un amplificador de fuente única de un solo extremo, en el sentido de que cada salida está activa solo en nivel alto.
Entrada de control de salida:
La entrada de control de salida determina si los transistores de salida funcionan en modo paralelo o push-pull. Al conectar el pin de control de salida que es el pin-13 a tierra, los transistores de salida se ponen en modo de operación en paralelo. Pero al conectar este pin al pin 5V-REF configura los transistores de salida en modo push-pull.
Transistores de salida:
El IC tiene dos transistores de salida internos que están en configuraciones de colector abierto y emisor abierto, mediante los cuales puede generar o absorber una corriente máxima de hasta 200 mA.
Nota: Los transistores tienen un voltaje de saturación de menos de 1.3 V en la configuración de emisor común y menos de 2.5 V en la configuración de emisor-seguidor.
Componentes necesarios para construir el circuito convertidor de refuerzo basado en TL494
Una tabla que contiene todas las partes que se muestran a continuación. Antes de eso, hemos agregado una imagen que muestra todos los componentes utilizados en este circuito. Como este circuito es simple, puede encontrar todas las piezas necesarias en su tienda de hobby local.
Lista de partes:
- TL494 IC - 1
- MOSFET IRFP250 - 1
- Terminal de tornillo 5X2 mm - 2
- Condensador 1000uF, 35V - 1
- Condensador de 1000uF, 63V - 1
- 50K, 1% resistencia - 1
- Resistencia 560R - 1
- Resistencia de 10K, 1% - 4
- Resistencia de 3,3 K, 1% - 1
- Resistencia 330R - 1
- Condensador 0.1uF - 1
- Diodo Schottky MBR20100CT - 1
- Inductor de 150uH (27 x 11 x 14) mm - 1
- Potenciómetro (10K) Trim Pot - 1
- Resistencia de detección de corriente 0.22R - 2
- Tablero revestido Genérico 50x 50mm - 1
- Disipador de calor genérico de PSU - 1
- Cables de puente genéricos - 15
Convertidor Boost basado en TL494 - Diagrama esquemático
El diagrama de circuito del convertidor elevador de alta eficiencia se muestra a continuación.
Circuito convertidor de refuerzo TL494 - Funcionando
Este circuito convertidor elevador TL494 está compuesto por componentes que se pueden obtener con mucha facilidad, y en esta sección, repasaremos cada bloque principal del circuito y explicaremos cada bloque.
Condensador de entrada:
El capacitor de entrada está ahí para satisfacer la alta demanda de corriente que se requiere cuando el interruptor MOSFET se cierra y el inductor comienza a cargarse.
La retroalimentación y el bucle de control:
Los resistores R2 y R8 establecen el voltaje de control para el circuito de retroalimentación, el voltaje establecido se conecta al pin 2 del TL494 IC, y el voltaje de retroalimentación se conecta al pin uno del IC etiquetado como VOLTAGE_FEEDBACK . Las resistencias R10 y R15 establecen el límite de corriente en el circuito.
Las resistencias R7 y R1 forman el bucle de control, con la ayuda de esta retroalimentación, la señal de salida PWM cambia linealmente, sin estas resistencias de retroalimentación, el comparador actuará como un circuito comparador genérico que solo encenderá / apagará el circuito a un voltaje establecido.
Selección de frecuencia de conmutación:
Al establecer los valores adecuados en los pines 5 y 6, podemos establecer la frecuencia de conmutación de este IC, para este proyecto, hemos utilizado un valor de condensador de 1nF y un valor de resistencia de 10K que nos da aproximadamente una frecuencia de 100KHz, usando la fórmula Fosc = 1 / (RT * CT) , podemos calcular la frecuencia del oscilador. Aparte de eso, hemos cubierto otras secciones en detalle anteriormente en el artículo.
Diseño de PCB para el circuito convertidor de refuerzo basado en TL494
La PCB de nuestro circuito de control de ángulo de fase está diseñada en una placa de una sola cara. He usado Eagle para diseñar mi PCB, pero puede usar cualquier software de diseño de su elección. La imagen 2D del diseño de mi placa se muestra a continuación.
Como puede ver en la parte inferior de la placa, he usado un plano de tierra grueso para asegurar que pueda fluir suficiente corriente a través de él. La entrada de energía está en el lado izquierdo de la placa y la salida está en el lado derecho de la placa. El archivo de diseño completo junto con los esquemas del convertidor TL494 Boost se pueden descargar desde el siguiente enlace.
- Descargue el archivo GERBER de diseño de PCB para el circuito convertidor Boost basado en TL494
PCB hecho a mano:
Para mayor comodidad, hice mi versión hecha a mano del PCB y se muestra a continuación. Cometí algunos errores al hacer este PCB, así que tuve que usar algunos cables de puente para arreglarlo.
Mi tablero se ve así después de completar la compilación.
Cálculo y construcción del diseño del convertidor elevador TL494
Para la demostración de este convertidor elevador de alta corriente, el circuito se construye en PCB hecho a mano, con la ayuda de los archivos de diseño esquemático y PCB; tenga en cuenta que si está conectando una gran carga a la salida de este circuito convertidor elevador, una gran cantidad de corriente fluirá a través de las trazas de la PCB y existe la posibilidad de que las trazas se quemen. Por lo tanto, para evitar que las trazas de PCB se quemen, hemos aumentado el grosor de las trazas tanto como sea posible. Además, hemos reforzado las trazas de PCB con una capa gruesa de soldadura para reducir la resistencia de las trazas.
Para calcular correctamente los valores del inductor y el condensador, he utilizado un documento de Texas Instruments.
Después de eso, hice una hoja de cálculo de Google para facilitar el cálculo.
Prueba de este circuito convertidor elevador de alto voltaje
Para probar el circuito, se utiliza la siguiente configuración. Como puede ver, hemos utilizado la fuente de alimentación PC ATX como entrada, por lo que la entrada es de 12V. Hemos conectado un voltímetro y un amperímetro a la salida del circuito que muestra el voltaje de salida y la corriente de salida. A partir de la cual podemos calcular fácilmente la potencia de salida para este circuito. Finalmente, hemos utilizado ocho resistencias de potencia 4.7R 10W en serie como carga para probar el consumo de corriente.
Herramientas utilizadas para probar el circuito:
- Fuente de alimentación ATX de 12V PC
- Un transformador que tiene un tap 6-0-6 y un tap 12-0-12
- Ocho resistencias de 10 W 4.7R en serie: actúan como carga
- Multímetro Meco 108B + TRMS
- Multímetro Meco 450B + TRMS
- Un destornillador
Consumo de potencia de salida del circuito convertidor de refuerzo de alta potencia:
Como se puede ver en la imagen superior, la tensión de salida es 44.53V y la corriente de salida es 2.839A, por lo que la potencia de salida total se convierte en 126.42W, así como se puede ver, este circuito puede manejar fácilmente la potencia de más de 100 vatios.
Más mejoras
Este circuito convertidor elevador TL494 es solo para fines de demostración, por lo que no se agrega ningún circuito de protección en la sección de entrada o salida del circuito. Entonces, para mejorar la función de protección, también puede agregar, también como estoy usando el MOSFET IRFP250, la potencia de salida se puede mejorar aún más, el factor limitante en nuestro circuito es el inductor. Un núcleo más grande para el inductor aumentará su capacidad de salida.
Espero que les haya gustado este artículo y hayan aprendido algo nuevo de él. Si tiene alguna duda, puede preguntar en los comentarios a continuación o puede utilizar nuestros foros para una discusión detallada.