TL494 v plnom napájaní
Prešiel viac ako rok, čo som sa vážne zaoberal témou napájacích zdrojov. Čítal som úžasné knihy od Martyho Browna „Power Supplies“ a Semenova „Power Electronics“. V dôsledku toho som si všimol veľa chýb v diagramoch z internetu a v v poslednej dobe a všetko, čo vidím, je krutý výsmech môjmu obľúbenému mikroobvodu TL494.
Milujem TL494 pre jeho všestrannosť, pravdepodobne neexistuje napájanie, ktoré by sa na ňom nedalo implementovať. V tomto prípade sa chcem pozrieť na implementáciu najzaujímavejšej topológie polovičného mosta. Riadenie polomostíkových tranzistorov je galvanicky oddelené, vyžaduje si to veľa prvkov, v princípe menič vo vnútri meniča. Napriek tomu, že existuje veľa ovládačov polovičného mostíka, je príliš skoro odpísať použitie transformátora (GDT) ako ovládača, táto metóda je najspoľahlivejšia. Bootstrap drivery vybuchli, ale explóziu GDT som ešte nevidel. Transformátor vodiča je bežný pulzný transformátor, sa vypočíta pomocou rovnakých vzorcov ako výkonový, berúc do úvahy schému nahromadenia. Často som videl použitie vysokovýkonných tranzistorov v pohonoch GDT. Výstupy mikroobvodu môžu produkovať prúd 200 miliampérov a v prípade dobre navrhnutého ovládača je to veľa, osobne som jazdil na IRF740 a dokonca aj na IRFP460 na frekvencii 100 kilohertzov. Pozrime sa na schému tohto ovládača:
T
Tento obvod je pripojený ku každému výstupnému vinutiu GDT. Faktom je, že v momente mŕtveho času je primárne vinutie transformátora otvorené a sekundárne vinutia nie sú zaťažené, takže vybíjanie brán cez samotné vinutie bude trvať extrémne dlho, zavedenie podporný vybíjací odpor zabráni rýchlemu nabíjaniu brány a plytvaniu množstvom energie. Diagram na obrázku neobsahuje tieto nedostatky. Hrany namerané na skutočnom prototype boli 160ns stúpajúce a 120ns klesajúce na hradle tranzistora IRF740.
Tranzistory dopĺňajúce mostík v pohone GDT sú konštruované podobne. Použitie mostíka je spôsobené tým, že pred spustením spúšte tl494 po dosiahnutí 7 voltov budú výstupné tranzistory mikroobvodu otvorené, ak je transformátor zapnutý, dôjde k push-pull skrat. Most funguje stabilne.
Diódový mostík VD6 usmerňuje napätie z primárneho vinutia a ak prekročí napájacie napätie, vráti ho späť do kondenzátora C2. Stáva sa to kvôli vzhľadu napätia obrátene Indukčnosť transformátora však nie je nekonečná.
Obvod môže byť napájaný cez zhášací kondenzátor, v súčasnosti pracuje 400 voltový K73-17 pri 1,6 uF. diódy KD522 alebo oveľa lepšie 1n4148, možná výmena za výkonnejšiu 1n4007. Vstupný most je možné postaviť na 1n4007 alebo použiť hotový kts407. Na doske bol omylom použitý Kts407 ako VD6, za žiadnych okolností sa tam nesmie umiestniť, tento mostík musí byť vyrobený s RF diódami. Tranzistor VT4 môže rozptýliť až 2 watty tepla, ale hrá čisto ochrannú úlohu, môžete použiť KT814. Zostávajúce tranzistory sú KT361 a nahradenie nízkofrekvenčným KT814 je vysoko nežiaduce. Hlavný oscilátor tl494 je tu nakonfigurovaný na frekvenciu 200 kilohertzov, čo znamená, že v režime push-pull dostaneme 100 kilohertzov. GDT navinieme na feritový krúžok s priemerom 1-2 centimetre. Drôt 0,2-0,3 mm. Malo by byť desaťkrát viac závitov ako vypočítaná hodnota, čo výrazne zlepšuje tvar výstupného signálu. Čím viac je navinutý, tým menej je potrebné zaťažiť GDT odporom R2. Na krúžok s vonkajším priemerom 18mm som navinul 3 vinutia po 70 závitov. Nadhodnotenie počtu závitov a povinné zaťaženie sú spojené s trojuholníkovou zložkou prúdu, ktorý sa znižuje so zvýšením počtu závitov a zaťaženie jednoducho znižuje jeho percentuálny vplyv. Plošný spoj je pribalený, ale celkom nezodpovedá schéme, ale hlavné bloky tam sú, plus pribudol bodykit pre jeden chybový zosilňovač a sériový stabilizátor pre napájanie z transformátora. Doska je určená na inštaláciu do sekcie dosky výkonovej časti.
Ďalšia nabíjačka je zostavená podľa obvodu kľúčového stabilizátora prúdu s jednotkou na sledovanie dosiahnutého napätia na batérii, aby sa zabezpečilo jej vypnutie na konci nabíjania. Pre manažment kľúčový tranzistor Používa sa široko používaný špecializovaný mikroobvod TL494 (KIA491, K1114UE4). Zariadenie umožňuje reguláciu nabíjacieho prúdu v rozsahu 1 ... 6 A (10 A max) a výstupného napätia 2 ... 20 V.
Kľúčový tranzistor VT1, dióda VD5 a výkonové diódy VD1 - VD4 cez sľudové rozpery musia byť inštalované na spoločnom radiátore s plochou 200 ... 400 cm2. Väčšina dôležitý prvok v obvode je induktor L1. Účinnosť obvodu závisí od kvality jeho výroby. Ako jadro môžete použiť pulzný transformátor z TV zdroja 3USTST alebo podobného. Je veľmi dôležité, aby magnetické jadro malo štrbinovú medzeru približne 0,5 ... 1,5 mm, aby sa zabránilo saturácii pri vysokých prúdoch. Počet závitov závisí od konkrétneho magnetického obvodu a môže byť v rozmedzí 15 ... 100 závitov drôtu PEV-2 2,0 mm. Ak je počet otáčok nadmerný, pri prevádzke obvodu pri menovitej záťaži bude počuť jemné pískanie. Spravidla sa pískavý zvuk vyskytuje len pri stredných prúdoch a pri veľkom zaťažení indukčnosť tlmivky v dôsledku magnetizácie jadra klesá a pískanie sa zastaví. Ak sa pískanie zastaví pri nízkych prúdoch a s ďalším zvýšením záťažového prúdu sa výstupný tranzistor začne prudko zahrievať, potom oblasť magnetického jadra nestačí na prevádzku pri zvolenej generačnej frekvencii - je potrebné zvýšiť prevádzková frekvencia mikroobvodu výberom odporu R4 alebo kondenzátora C3 alebo inštaláciou väčšej tlmivky. Ak v obvode nie je výkonový tranzistor štruktúry p-n-p, môžete použiť výkonné tranzistory n-p-n štruktúr ako je znázornené na obrázku.
Ako diódu VD5 pred tlmivkou L1 je vhodné použiť akékoľvek dostupné diódy so Schottkyho bariérou, dimenzované na prúd minimálne 10A a napätie 50V, v extrémnych prípadoch možno použiť stredofrekvenčné diódy KD213, KD2997 alebo podobné dovážané. Pre usmerňovač môžete použiť akékoľvek výkonné diódy s prúdom 10A alebo diódový mostík, napríklad KBPC3506, MP3508 alebo podobne. Odpor bočníka v obvode je vhodné upraviť na požadovanú hodnotu. Rozsah nastavenia výstupného prúdu závisí od pomeru odporov rezistorov vo výstupnom obvode 15 mikroobvodu. V spodnej polohe posúvača premenlivého odporu na nastavenie prúdu v diagrame sa napätie na kolíku 15 mikroobvodu musí zhodovať s napätím na bočníku, keď ním preteká. maximálny prúd. Regulačný odpor R3 s premenlivým prúdom môže byť nastavený s akýmkoľvek menovitým odporom, ale budete musieť vybrať pevný odpor R2 vedľa neho, aby ste získali požadované napätie na kolíku 15 mikroobvodu.
Variabilný rezistor na nastavenie výstupného napätia R9 môže mať tiež široký rozsah menovitého odporu 2 ... 100 kOhm. Voľbou odporu rezistora R10 sa nastaví horná hranica výstupného napätia. Spodná hranica je určená pomerom odporov rezistorov R6 a R7, ale je nežiaduce nastaviť ju pod 1 V.
Mikroobvod je inštalovaný na malej doske s plošnými spojmi 45 x 40 mm, zvyšné prvky obvodu sú inštalované na základni zariadenia a radiátora.
Schéma zapojenia pre pripojenie dosky plošných spojov je znázornená na obrázku nižšie.
Možnosti dosky plošných spojov laicky 6
Ďakujeme za pečate v komentároch Demo
V obvode bol použitý previnutý výkonový transformátor TS180, ale v závislosti od veľkosti požadovaných výstupných napätí a prúdu je možné výkon transformátora meniť. Ak postačuje výstupné napätie 15 V a prúd 6 A, potom výkonový transformátor výkon 100W. Plochu radiátora je možné zmenšiť aj na 100...200 cm2. Zariadenie je možné použiť ako laboratórny zdroj s nastaviteľným obmedzením výstupného prúdu. Ak sú prvky v dobrom prevádzkovom stave, obvod začne pracovať okamžite a vyžaduje len nastavenie.
Zdroj: http://shemotechnik.ru
Takže. Už sme sa pozreli na riadiacu dosku meniča polovičného mostíka, je čas ju uviesť do praxe. Vezmime si štandardný diagram polovičný most, nespôsobuje žiadne zvláštne ťažkosti pri montáži. Tranzistory sú pripojené k príslušným svorkám dosky, je dodávaný pohotovostný zdroj 12-18 voltov. Ak sú zapojené 3 diódy do série, napätie na bránach klesne o 2 volty a dostaneme presne požadovaných 10-15 voltov.
Pozrime sa na diagram:
Transformátor je vypočítaný programom alebo zjednodušený pomocou vzorca N=U/(4*pi*F*B*S). U=155V, F=100000 hertzov s RC hodnotením 1nf a 4,7kOhm, B=0,22T pre priemerný ferit, bez ohľadu na priepustnosť, od variabilný parameter Zostáva len S - plocha prierezu strany krúžku alebo strednej tyče Ш magnetického obvodu v metroch štvorcových.
Škrtiaca klapka sa vypočíta pomocou vzorca L=(Uppeak-Ustab)*Тdead/Imin. Vzorec však nie je príliš vhodný - mŕtvy čas závisí od rozdielu medzi špičkovým a stabilizovaným napätím. Stabilizované napätie je aritmetický priemer vzorky z výstupných impulzov (nezamieňať s odmocninou). Pre napájanie, ktoré je regulované v celom rozsahu, je možné vzorec prepísať ako L= (Upeak*1/(2*F))/Imin. Je jasné, že v prípade úplná úprava napätie, čím väčšia je potrebná indukčnosť, tým nižšia je minimálna hodnota prúdu. Čo sa stane, ak je napájací zdroj zaťažený menej ako prúdom Imin A všetko je veľmi jednoduché - napätie bude mať tendenciu k špičkovej hodnote, zdá sa, že ignoruje induktor. V prípade spätnoväzbovej regulácie sa napätie nebude môcť zvýšiť, impulzy budú potlačené tak, že zostanú v podstate len ich predné časti lineárny stabilizátor. Myslím, že je správne brať Imin tak, že straty v lineárnom režime sa rovnajú stratám pri maximálne zaťaženie. Nastavenie teda zostáva v plnom rozsahu a nie je nebezpečné pre napájanie.
Výstupný usmerňovač je zostavený pomocou celovlnného obvodu so stredným bodom. Tento prístup vám umožňuje znížiť pokles napätia na usmerňovači na polovicu a umožňuje vám použiť hotové diódové zostavy so spoločnou katódou, ktoré nie sú drahšie ako jedna dióda, napríklad MBR20100CT alebo 30CTQ100. Prvé číslice označenia znamenajú prúd 20 a 30 ampérov a druhé číslice znamenajú napätie 100 voltov. Stojí za zváženie, že diódy budú mať dvojnásobné napätie. Tie. na výstupe dostaneme 12 voltov a zároveň na diódach bude 24.
Tranzistory s polovičným mostíkom .. A tu stojí za to premýšľať o tom, čo potrebujeme. Tranzistory s relatívne nízkym výkonom ako IRF730 alebo IRF740 môžu pracovať pri veľmi vysoké frekvencie, 100 kilohertzov pre nich nie je limit a okrem toho neriskujeme riadiaci obvod postavený na nie príliš výkonných častiach. Pre porovnanie, hradlová kapacita tranzistora 740 je iba 1,8 nf a IRFP460 je až 10 nf, čo znamená, že na prenos kapacity sa v každom polcykle použije 6-krát viac energie. Navyše sa tým utiahnu predné časti. Pre statické straty môžete pre každý tranzistor napísať P=0,5*Ropen *Itr^2. Slovami - odpor otvoreného tranzistora vynásobený druhou mocninou prúdu cez neho, delený dvoma. A tieto straty sú zvyčajne niekoľko wattov. Ďalšia vec sú dynamické straty, to sú straty na frontoch, kedy tranzistor prechádza cez režim A všetkými nenávidený a tento zlý režim spôsobuje straty, zhruba popísané ako maximálny výkon vynásobené pomerom trvania oboch frontov k trvaniu polcyklu, delené 2. Pre každý tranzistor. A tieto straty sú oveľa viac ako statické. Preto, ak vezmete výkonnejší tranzistor, keď
môžete si vystačiť s jednoduchšou možnosťou, dokonca môžete stratiť efektivitu, takže ju nepreháňajte.
Pri pohľade na vstupné a výstupné kapacity možno budete chcieť, aby boli príliš veľké a je to celkom logické, pretože napriek prevádzkovej frekvencii napájacieho zdroja 100 kHz stále usmerňujeme sieťové napätie 50 hertzov a v prípade nedostatočná kapacita dostaneme rovnakú výstupnú usmernenú sínusovú vlnu, je pozoruhodne modulovaná a demodulovaná späť. Mali by ste teda hľadať pulzácie s frekvenciou 100 hertzov. Pre tých, ktorí sa obávajú „HF šumu“, uisťujem vás, že tam nie je ani kvapka, bolo to skontrolované osciloskopom. Ale zvýšenie kapacity môže viesť k obrovskému štartovacie prúdy a určite spôsobia poškodenie vstupného mostíka a nafúknuté výstupné kapacity povedú aj k výbuchu celého obvodu. Aby som situáciu napravil, urobil som niekoľko doplnkov k obvodu - relé na monitorovanie nabíjania vstupnej kapacity a mäkký štart na rovnakom relé a kondenzátore C5. Nie som zodpovedný za hodnotenie, môžem len povedať, že C5 sa bude nabíjať cez rezistor R7 a čas nabíjania možno odhadnúť pomocou vzorca T=2pRC, výstupná kapacita sa bude nabíjať rovnakou rýchlosťou, nabíjať sa bude stabilný prúd je popísaný pomocou U=I*t/C, aj keď nie presne, ale je možné odhadnúť prúdový ráz v závislosti od času. Mimochodom, bez plynu to nemá zmysel.
Pozrime sa, čo vyšlo po úprave:
Predstavme si, že zdroj je silne zaťažený a zároveň vypnutý. Zapneme, ale kondenzátory sa nenabíjajú, nabíjací odpor sa len rozsvieti a je to. Je to problém, ale existuje riešenie. Druhá kontaktná skupina relé je normálne zatvorená a ak je 4. vstup mikroobvodu zatvorený pomocou vstavaného 5 voltového stabilizátora na 14. vetve, trvanie impulzov klesne na nulu. Mikroobvod sa vypne, napájacie spínače sa zablokujú, vstupná kapacita sa nabije, prepínač cvakne, kondenzátor C5 sa začne nabíjať, šírka impulzu sa pomaly zvýši na prevádzkovú úroveň, napájanie je úplne pripravené na prevádzku. Ak sa napätie v sieti zníži, relé sa vypne, čo povedie k vypnutiu riadiaceho obvodu. Po obnovení napätia sa štartovací proces znova zopakuje. Zdá sa, že som to urobil správne, ak mi niečo ušlo, budem rád za každý komentár.
Stabilizácia prúdu tu hrá skôr ochrannú úlohu, aj keď nastavenie je možné pomocou premenlivého odporu. Bol implementovaný cez prúdový transformátor, pretože bol prispôsobený na napájanie s bipolárnym výstupom, ale nie je to také jednoduché. Výpočet tohto transformátora je veľmi jednoduchý - na sekundárne vinutie sa prenesie bočník s odporom R Ohm s počtom závitov N ako odpor Rнт=R*N^2, napätie môžete vyjadriť z pomeru čísla závitov a pokles na ekvivalentnom bočníku by mal byť väčší ako pokles napätia diódy. Aktuálny režim stabilizácie sa spustí, keď sa napätie na vstupe + operačného zosilňovača pokúsi prekročiť napätie na vstupe -. Na základe tohto výpočtu. Primárne vinutie je drôt pretiahnutý cez krúžok. Stojí za zváženie, že prerušenie záťaže prúdového transformátora môže viesť k vzniku obrovského napätia na jeho výstupe, ktoré je aspoň dostatočné na rozbitie chybového zosilňovača.
Kondenzátory C4 C6 a odpory R10 R3 tvoria diferenciálny zosilňovač. Vďaka reťazi R10 C6 a zrkadlovému R3 C4 získame trojuholníkový pokles amplitúdy frekvenčná odozva chybový zosilňovač. Vyzerá to ako pomalá zmena šírky impulzu v závislosti od prúdu. Na jednej strane to znižuje rýchlosť spätná väzba, na druhej strane robí systém stabilným. Hlavná vec je zabezpečiť, aby frekvenčná odozva klesla pod 0 decibelov pri frekvencii maximálne 1/5 spínacej frekvencie, na rozdiel od spätnej väzby z výstupu LC filtra je takáto spätná väzba pomerne rýchla. Počiatočná frekvencia medznej hodnoty pri -3dB sa vypočíta ako F=1/2pRC, kde R=R10=R3; C=C6=C4, nezodpovedám za hodnoty v diagrame, nepočítal som to. Vlastný zisk
Obvod je vypočítaný ako pomer maximálneho možného napätia (mŕtvy čas má tendenciu k nule) na kondenzátore C4 k napätiu pílového generátora zabudovaného v čipe a prevedeného na decibely. Zvyšuje frekvenčnú odozvu uzavretý systém hore. Ak vezmeme do úvahy, že naše kompenzačné reťazce dávajú pokles o 20 dB za desaťročie počnúc frekvenciou 1/2pRC a s vedomím tohto nárastu, nie je ťažké nájsť priesečník s 0 dB, ktorý by nemal byť väčší ako pri frekvencii 1/5 pracovnej frekvencie, t.j. 20 kilohertzov Za zmienku stojí, že transformátor by nemal byť navinutý s obrovskou výkonovou rezervou, naopak, skratový prúd by nemal byť obzvlášť veľký, inak ani taká vysokofrekvenčná ochrana nebude fungovať. čas a čo ak tam vyskočí kiloampér .. Tak toto nezneužívame ani my .
To je na dnes všetko, dúfam, že diagram bude užitočný. Môže byť prispôsobený pre elektrický skrutkovač, alebo môže byť vyrobený bipolárny výstup na napájanie zosilňovača, je tiež možné nabíjať batérie stabilným prúdom. Pre kompletné zapojenie tl494 odkazujeme na poslednú časť, jedinými doplnkami je kondenzátor C5 a kontakty relé na ňom. No a dôležitá poznámka - sledovanie napätia na polomostíkových kondenzátoroch nás prinútilo zapojiť riadiaci obvod s napájaním tak, že to neumožní použitie pohotovostného výkonu so zhášacím kondenzátorom, aspoň s mostíkovým usmernením. Možné riešenie- polovičný vlnový usmerňovač, ako je diódový polovičný mostík alebo transformátor v pracovnej miestnosti.
ID: 1548
|
Čo si myslíte o tomto článku? |