۰
    هیچ محصولی در سبد خرید وجود ندارد.

    • مبدل باک بوست معکوس توان بالا با آی سی TL494

    • ۲۸۳ بازدید

    مبدل باک بوست یک مبدل DC-DC است که از همان مفهوم مبدل باک و بوست استفاده می کند اما در یک مدار ترکیبی ساده شده. همانطور که از نام آن پیداست، ویژگی اصلی یک مبدل باک بوست توانایی آن در ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی است، حتی اگر ولتاژ ورودی کمتر از ولتاژ خروجی باشد، به این معنی که این مدار بسته به ولتاژ ورودی می تواند هم در حالت باک (کاهنده) و هم در حالت بوست (افزاینده) کار کند.

    در این مقاله قصد داریم یک مدار مبدل باک-بوست معکوس توان بالا بر اساس آی سی محبوب TL494 را درک، طراحی، محاسبه و آزمایش کنیم. بنابراین، بدون بحث بیشتر، بیایید مستقیماً به آن بپردازیم.

    یک مبدل باک-بوست معکوس چگونه کار می کند؟

    مبدل باک بوست نوعی مبدل DC-DC است و مقدار ولتاژ خروجی آن متفاوت است. ولتاژ خروجی بسته به شرایط پالس و بار PWM می تواند بیش از, کمتر یا مساوی ولتاژ ورودی باشد. مبدل های باک بوست بسیار شبیه به مبدل فلای بک هستند اما مبدل باک بوست به جای ترانسفورماتور از یک سلف واحد استفاده می کند. آنها دو توپولوژی متفاوت دارند: مبدل Buck-Boost معکوس و مبدل Buck-Boost غیر معکوس . در این پروژه فقط در مورد مبدل باک بوست غیر معکوس صحبت خواهیم کرد . شماتیک اصلی مبدل باک بوست غیر معکوس در زیر نشان داده شده است.

    همانطور که در تصویر بالا می بینید، خروجی نوع معکوس دقیقاً برعکس ورودی است. به جای VCC، Ground و به جای Ground، VCC می گیریم، ولی چگونه ولتاژ معکوس می شود؟ برای پاسخ به این سوال باید اصل کار این مدار را بدانیم.

    همانطور که در نمودار بالا مشاهده می کنید، مدار از یک سلف، یک دیود، یک ماسفت به عنوان کلید و یک خازن تشکیل شده است. ما این مدار را با یک سیگنال سوئیچینگ کار می کنیم. از آنجایی که ماسفت مورد استفاده یک ماسفت کانال P است، هنگامی که پالس پایین است روشن می شود و زمانی که پالس بالا است خاموش می شود. اکنون وقتی ماسفت روشن است، سلف شارژ می شود و انرژی خود را افزایش می دهد. در حالی که این اتفاق می افتد، دیود از شارژ شدن خازن جلوگیری می کند.

    اکنون وقتی ماسفت خاموش می شود، انرژی سیم پیچ به خازن منتقل می شود و از خازن به سمت بار جریان می یابد، اما چون دیود در جهت معکوس وصل شده است، قطبیت ولتاژ اکنون مخالف است. ورودی به همین دلیل است که آن را به عنوان مبدل باک-بوست معکوس می شناسند. 

    اجزای مورد نیاز برای ساخت مبدل باک بوست مبتنی بر TL494

    اجزای مورد نیاز برای ساخت  مبدل باک-بوست مبتنی بر TL494 در زیر فهرست شده است. اجزای مورد استفاده در این پروژه بسیار عمومی هستند و می توانید بیشتر آنها را در فروشگاههای اینترنتی پیدا کنید.

    قطعات

    • آی سی کنترلر TL494 PWM
    • ماسفت IRFZ44N
    • سلف 220 uH – 1
    • LM358 Op-amp
    • دیود MBR20100CT
    • ترمینال پیچ 5.08 میلی متری
    • خازن 1000uF،25V
    • خازن 1000uF،63V
    • خازن 2.2nF
    • مقاومت R560
    • مقاومت 2.2K، 1٪
    • 4.7K، 1% مقاومت
    • 10K، 1% مقاومت
    • مقاومت 50K
    • 10K Trim-Pot
    • برد بورد برای PCB 

    نمودار شماتیک مبدل باک-بوست مبتنی بر TL494

    نمودار مدار کامل مبدل باک-بوست معکوس مبتنی بر TL494 در زیر نشان داده شده است.

    اصل کار این مدار بسیار ساده است. مدار به سه قسمت تقسیم می شود که قسمت اول کنترل کننده PWM TL494 است . ما از کنترلر PWM TL494 برای راه اندازی MOSFET استفاده می کنیم. این آی سی برای سوئیچ در فرکانس سوئیچینگ 100 کیلوهرتز پیکربندی شده است که برای این نوع کاربردها مناسب است. در مرحله بعد، مداری را داریم که مسئول عملیات باک بوست است.

    همانطور که در شماتیک بالا در سمت چپ مشاهده می کنید، ما مبدل باک بوست معکوس خود را داریم که از MOSFET کانال P به عنوان سوئیچ استفاده می کند، اما یکی از معایب بزرگ ماسفت کانال P مقاومت داخلی آن است. اگر یک ماسفت عمومی IRF9540 P-Channel را در نظر بگیریم، مقاومت داخلی آن 0.22R یا 220ms است اما اگر کانال N مکمل آن را که IRF540 است در نظر بگیریم، مقاومت داخلی آن 0.077R یا 77ms است که 3 برابر کمتر از آن است. کانال P این دلیلی است که ما تصمیم گرفته ایم مدار را اصلاح کنیم. ما این کار را انجام دادیم تا بتوانیم از یک ماسفت کانال N برای راه اندازی مدار استفاده کنیم و مدار ساده شده در سمت چپ دقیقاً این را نشان می دهد. از ماسفت N-Channel به جای P-Channel One استفاده می کند.

    قسمت پایانی مدار یک تقویت کننده دیفرانسیل است . تقویت کننده دیفرانسیل دو مقدار ولتاژ می گیرد، تفاوت بین این دو مقدار را پیدا می کند و آن را تقویت می کند. ولتاژ حاصل را می توان از پایه خروجی بدست آورد.

    در نهایت، مقاومت‌ها، R19 و R20 یک تقسیم‌کننده ولتاژ تشکیل می‌دهند که ولتاژ را به پایه 1 آی سی TL494 برمی‌گرداند که پالس PWM را بسته به شرایط بار تنظیم می‌کند.

    طراحی PCB برای مدار مبدل باک-بوست مبتنی بر TL494

    PCB مدار مبدل Buck-Boost ما روی یک برد یک طرفه طراحی شده است. من از Eagle برای طراحی PCB خود استفاده کرده ام، اما شما می توانید از هر نرم افزار طراحی PCB مورد نظر خود استفاده کنید، تصویر دو بعدی تولید شده توسط Eagle در زیر نشان داده شده است.

    همانطور که در سمت پایین تخته می بینید، من از یک صفحه زمین ضخیم برای اطمینان از عبور جریان کافی از آن استفاده کرده ام. ورودی برق در سمت چپ برد و خروجی در سمت راست برد است.

    PCB دست ساز: 

    برای راحتی، نسخه دست ساز PCB را ساختم و در زیر نشان داده شده است. من هنگام ساخت این PCB اشتباهاتی مرتکب شدم، بنابراین مجبور شدم از چند سیم مسی به عنوان جامپر برای رفع آن استفاده کنم.

    تست مدار مبدل باک-بوست مبتنی بر TL494

    توجه

    در هنگام برق رسانی به این مدار برای اولین بار، از منبع تغذیه جریان ثابت برای محدود کردن جریان استفاده کنید یا می توانید از یک دسته مقاومت برق برای محدود کردن جریان استفاده کنید. اگر خروجی کنترلر PWM زیاد باشد، ماسفت در حالت ON است و تمام جریان از سلف عبور می کند و از طریق ماسفت به زمین متصل می شود و ماسفت می سوزد.

    همانطور که می بینید، تنظیمات تست بالا برای تست مدار استفاده می شود. منبع تغذیه PC ATX برای تغذیه مدار استفاده می شود به همین دلیل ولتاژ ورودی در 12 ولت باقی می ماند. همچنین می توانید ببینید که مدار در حال حاضر در حالت بوست کار می کند بنابراین خروجی در این شرایط 18 ولت می ماند و من حداقل بار را به مدار متصل کرده ام و در این شرایط حدود 100 میلی آمپر می کشید.

    تصویر بالا نشان می دهد که این مدار می تواند در شرایط حداقل بار به حداقل ولتاژ 2.12 ولت برسد.

    تصویر بالا مدار آزمایشی را نشان می دهد که برای تعیین بازده منبع تغذیه استفاده می شود. همانطور که می بینید ولتاژ خروجی 37.22 ولت و جریان خروجی 1.582 آمپر است.  من از سه مقاومت سری به عنوان بار استفاده کرده ام و توان خروجی کل 58.8 وات بوده است.

    در حالی که مقاومت های بار وصل هستند، من مولتی متر را به سمت ورودی مدار وصل کرده ام تا جریان ورودی را اندازه گیری کنم و جریان ورودی 5.5 آمپر بود و اگر ولتاژ خروجی منبع تغذیه ATX خود را در 12 ولت بگیریم و آن را ضرب کنیم. مقدار فعلی، ما یک توان ورودی 66.2W دریافت می کنیم. بنابراین، بازده مدار (58.8/66.2)x100 = 88.8٪ است.

    کارهای بیشتر

    این مدار مبدل باک بوست TL494 فقط برای اهداف نمایشی است، بنابراین هیچ مدار حفاظتی در بخش خروجی مدار اضافه نشده است.

    1. یک مدار حفاظتی خروجی باید برای محافظت از مدار بار اضافه شود.
    2. سلف باید در لاک فرو شود در غیر این صورت صدای قابل شنیدن ایجاد می کند.
    3. یک PCB با کیفیت خوب با طراحی مناسب الزامی است
    4. ترانزیستور سوئیچینگ را می توان برای افزایش جریان بار تغییر داد