ההודעה מסבירה כיצד לייצר מעגל ממיר מתח דחף לזרם מתח גבוה, שיעלה מגביר 12 וולט DC לכל רמה גבוהה יותר עד 30 וולט מקסימום, ובקצב זרם של 3 אמפר. ניתן לשפר עוד יותר את תפוקת הזרם הגבוהה הזו באמצעות שדרוג מתאים של מפרטי תיל המשרן.
מאפיין נהדר נוסף של ממיר זה הוא כי ניתן לגוון את הפלט באופן ליניארי באמצעות פוטנציומטר, מהטווח המינימלי האפשרי לטווח המרבי.
אינדוקציה
ממירי DC -DC המיועדים ל הגברת מתח המצבר לרכב מוגדרים לעיתים קרובות סביב סוג אספקת חשמל (SMPSU) או מצב רב-ויברטור, המניע שנאי.
ממיר ההספק שמוסבר במאמר זה מפעיל את המכשיר מעגל משולב TL 497A מטקסס אינסטרומנטס . ה- IC המסוים הזה מאפשר ויסות מתח מעולה עם רעש פלט מינימלי להתבצע בצורה די נוחה, וכמו כן מבטיח ביצועי המרה גבוהים.
איך עובד המעגל
הממיר המפורט כאן משתמש ב- טופולוגיית flyback . נראה כי תיאוריית ה- flyback היא הטכניקה המתאימה והפונקציונאלית ביותר להשגת מתח יציאה מיידי שמקורו במתח כניסה ישיר נמוך יותר.
רכיב המיתוג העיקרי בממיר הוא למעשה טרנזיסטור כוח SIPMOS T1 (ראה איור 1). במהלך תקופת ההולכה שלה, הזרם שעובר דרך L1 גדל באופן אקספוננציאלי עם הזמן.
בזמן ה- ON של מחזור המיתוג, המשרן אוגר את האנרגיה המגנטית המושרה.
ברגע שהטרנזיסטור מנותק, המשרן מחזיר את האנרגיה המגנטית המאוחסנת, וממיר אותה לזרם חשמלי על פני העומס המחובר דרך D1.
במהלך הליך זה, חיוני להבטיח שהטרנזיסטור ימשיך להיות כבוי למשך התקופה בזמן שהשדה המגנטי במשרן מתפורר לאפס.
במקרה שמצב זה לא מצליח ליישם, הזרם דרך המשרן מתנשא עד לרמת הרוויה. אפקט מפולת שלגים מביא לכך שהזרם יתמקסם די מהר.
אסור לאפשר למפעיל זמן הבקרה הטרנזיסטורי היחסי, או גורם חובה להגיע לרמת האחדות. מקדם החובה המרבי המותר נשען על היבטים שונים אחרים סביב מתח המוצא.
הסיבה לכך היא שהיא מחליטה על קצב הדעיכה של חוזק השדה המגנטי. הספק היציאה הגבוה ביותר שניתן להשיג מהממיר נקבע על ידי זרם השיא הגבוה ביותר המותר על ידי המשרן, ותדירות המיתוג של אות הנהיגה.
האלמנטים המגבילים כאן הם בעיקר רגע הרוויה והדירוג המקסימלי של המשרן להפסדי הנחושת, כמו גם זרם השיא באמצעות טרנזיסטור המיתוג (אל תשכח שזווית של רמת אנרגיה חשמלית ספציפית מגיעה לפלט במהלך כל מיתוג. דוֹפֶק).
שימוש ב- IC TL497A עבור ה- PWM
עבודתו של IC זה אינו מסורתי למדי, וניתן היה להבין אותו מהסבר קצר להלן. בניגוד ליישום תדרים קבועים קונבנציונליים, ICs בקרי SMPSU של גורם חובה משתנה, TL497A מוסמך כמכשיר תדרים מתכוונן בזמן קבוע.
לכן גורם החובה נשלט באמצעות כיוונון בתדר כדי להבטיח מתח יציאה עקבי.
גישה זו מביאה למציאות מעגל די פשוט, אך עם זאת מספק את החיסרון של תדר המיתוג שמגיע לטווח נמוך יותר שעשוי להיות נשמע לאוזן האנושית בעומסים העובדים עם זרם נמוך יותר.
במציאות, תדר המיתוג נמוך מ -1 הרץ לאחר הסרת העומס מהממיר. הקליקים האיטיים נשמעים בגלל פעימות הטעינה המחוברות לקבלים המוצא כדי להחזיק מתח מוצא קבוע.
כשאין עומס מחובר, קבלים המוצא נוטים להשתחרר, כמובן, דרך הנגד לחישה מתח.
המתנד הפנימי בזמן של IC TL497A הוא קבוע, והוחלט על ידי C1. ניתן להשבית את המתנד בשלוש שיטות:
- 1, כאשר המתח בסיכה 1 עולה מעבר למתח הייחוס (1.2 וולט)
- 2, כאשר זרם המשרן עולה על הערך הספציפי הגבוה ביותר
- ושלישית, באמצעות קלט המעכב (אם כי אינו מנוצל במעגל זה).
בעודו בתהליך עבודה סטנדרטי, המתנד הפנימי מאפשר החלפה של T1 בצורה כזו שזרם המשרן עולה ליניארית.
כאשר מכבים את T1, האנרגיה המגנטית המצטברת בתוך המשרן מועברת לאחור על פני הקבל אשר נטענים באמצעות אנרגיית EMF אחורית זו.
מתח המוצא, יחד עם מתח סיכה 1 של IC TL497A, עולה מעט, מה שגורם למתנד להיפסק. זה נמשך עד שמתח המוצא ירד לרמה נמוכה משמעותית טכניקה זו מבוצעת בצורה מחזורית, בכל הנוגע להנחה תיאורטית.
עם זאת, בהסדר המשתמש ברכיבים ממשיים, עליית המתח הנגרמת עם טעינת הקבלים במרווח מתנד יחיד היא למעשה כה זעירה עד כי המתנד נשאר פעיל עד שזרם המשרן יגיע לערך הגבוה ביותר, כפי שנקבע על ידי הרכיבים R2 ו- R3 (ירידת המתח סביב R1 ו- R3 היא בדרך כלל 0.7 וולט בשלב זה).
הגידול החכם בזרם כפי שמצוין באיור 2 ב הוא בגלל גורם חובת האות של המתנד שבמקרה גבוה מ 0.5.
ברגע שמגיעים לזרם האופטימלי שהושג, המתנד מנותק ומאפשר למשרן להעביר את האנרגיה שלו על פני הקבלים.
במצב מסוים זה, מתח המוצא מתנשא לגובה שהוא פשוט גבוה בכדי להבטיח שהמתנד כובה באמצעות סיכה IC 1. מתח המוצא נופל במהירות, כך שמחזור טעינה חדש מסוגל להתחיל ולחזור. התהליך.
עם זאת, למרבה הצער, הליכי המעבר שנדונו לעיל ישולבו עם הפסדים גדולים יחסית.
ביישום של החיים האמיתיים, ניתן לתקן בעיה זו על ידי הגדרת הזמן בזמן (באמצעות C1) מספיק גבוה כדי לוודא שהזרם דרך המשרן לעולם לא ישתרע לרמה הגבוהה ביותר במרווח מתנד אחד (ראה איור 3).
התרופה במקרים כאלה עשויה להיות שילוב של משרן עם ליבת אוויר, שכולל השראות עצמית מינימלית למדי.
תכונות צורת גל
תרשימי התזמון באיור 3 מדגימים צורות גל של אות על גורמי המפתח מהמעגל. המתנד הראשי בתוך TL497A עובד בתדירות מופחתת (מתחת ל- IHz כשאין עומס ביציאת הממיר).
הזמן המיידי במהלך ההפעלה, המצוין כדופק המלבני באיור 3 א, תלוי בערך הקבל C1. זמן הכיבוי נקבע על ידי זרם העומס. במהלך המיתוג בזמן, הטרנזיסטור T1 מתגבר פועל וגורם לזרם המשרן לעלות (איור 3 ב).
במהלך פרק הזמן המכבה לאחר הדופק הנוכחי, המשרן פועל כמקור זרם.
TL497A מנתח את מתח המוצא המוחלש בסיכה 1 עם מתח הייחוס הפנימי של 1.2 V. במקרה שהמתח המוערך נמוך ממתח הייחוס, T1 מוטה חזק יותר כך שהמשרן אוגר כראוי את האנרגיה.
מחזורי טעינה ופריקה חוזרים ונשנים אלה מפעילים רמה מסוימת של מתח אדווה על פני קבלים המוצא (איור 3 ג). אפשרות המשוב מאפשרת התאמה של תדר המתנד על מנת להבטיח את הפיצוי הטוב ביותר האפשרי של גירעונות מתח הנגרמים על ידי זרם העומס.
תרשים הדופק בתזמון באיור 3d מגלה תנועה משמעותית של מתח הניקוז בגלל גורם Q (איכות) הגבוה יחסית של המשרן.
אף על פי שתנודות אדוות תועה בדרך כלל אינן משפיעות על תפקודו הסדיר של ממיר מתח זרם זרם זה לזה, ניתן לדכא זאת באמצעות נגד מקביל של 1 k לרוחב המשרן.
שיקולים מעשיים
בדרך כלל, מפותח מעגל SMPS להשגת זרם יציאה מקסימלי במקום זרם יציאה שקט.
יעילות גבוהה יחד עם מתח יציאה יציב יחד עם אדווה מינימלית הופכים בנוסף ליעדי התכנון העיקריים. בסך הכל, תכונות ויסות העומס של SMPS מבוסס flyback מספקות כמעט שום סיבה לדאגות.
לאורך כל מחזור מיתוג, יחס ההפעלה / כיבוי או מחזור החובה משופצים ביחס לזרם העומס, על מנת שמתח המוצא ימשיך להיות יציב יחסית למרות תנודות עומס משמעותיות.
התרחיש נראה שונה במקצת מבחינת היעילות הכללית. ממיר עליית מדרגה המבוסס על טופולוגיית ה- flyback מייצר בדרך כלל דוקרני זרם משמעותיים למדי, מה שעשוי לגרום לאובדן אנרגיה משמעותי (אל תשכח שהספק גדל באופן אקספוננציאלי עם עליית הזרם).
אולם בפעולה בחיים האמיתיים, המעגל הממיר ממיר DC ל DC המומלץ מספק יעילות כוללת טובה יותר מ- 70% עם זרם פלט אופטימלי, וזה נראה די מרשים ביחס לפשטות הפריסה.
כתוצאה מכך, זה דורש ממנה להפעיל רוויה, מה שמוביל לזמן כיבוי ממושך באופן סביר. באופן טבעי, ככל שיידרש זמן רב יותר לטרנזיסטור לנתק את זרם המשרן, כך יעילות התכנון תהיה פחותה.
באופן לא שגרתי למדי, ה- MOSFET BUZ10 מועבר דרך הסיכה 11 של פלט בדיקת המתנד, במקום טרנזיסטור הפלט הפנימי.
דיודה D1 היא רכיב מכריע נוסף במעגל. הצרכים ליחידה זו הם פוטנציאל לסבול קוצים של זרם גבוה, וצניחה איטית קדימה. סוג B5V79 ממלא את כל הדרישות הללו, ואין להחליף אותו עם גרסה אחרת.
אם נחזור לתרשים המעגל הראשי באיור 1, יש לשים לב בזהירות שגבהים הנוכחיים של 15-20 A אינם בדרך כלל חריגים במעגל. על מנת להימנע מבעיות המתפתחות עם סוללות בעלות עמידות פנימית גבוהה יחסית, מכניסים את הקבל C4 כמאגר בקלט הממיר.
בהתחשב בכך שקבלים המוצא טעונים על ידי הממיר באמצעות פולסים מהירים כמו קוצים שוטפים, כמה קבלים מחוברים במקביל כדי לוודא שקיבולת ההפעלה נשארת מינימלית ככל שהיא יכולה להיות.
ממיר מתח ה- DC ל- DC למעשה אינו כולל הגנה מפני קצר חשמלי. קיצור של מסופי הפלט יהיה בדיוק כמו קיצור של הסוללה דרך D1 ו- L1. ההשראה העצמית של L1 עשויה שלא להיות גבוהה מספיק בכדי להגביל את הזרם לתקופה הדרושה כדי לאפשר נתיך נשיפה.
פרטי בנייה של משרנים
L1 נוצר על ידי סלילה של 33 וחצי סיבובים של חוט נחושת אמייל. איור 5 מציג את הפרופורציות. רוב החברות מספקות חוט נחושת אמייל מעל גליל ABS, אשר בדרך כלל עובד כמו לשעבר לבניית המשרן.
קדח כמה חורים של 2 מ'מ בקצה התחתון כדי להחליק את חוטי המשרן. אחד החורים יהיה ליד הגליל ואילו השני על ההיקף החיצוני של הראשון.
לא יכול להיות שימושי לשקול חוט עבה לבניית המשרן, בגלל תופעת אפקט העור, הגורמת להעברת נושאות מטען לאורך המשטח החיצוני של החוט או לעור החוט. יש להעריך זאת בהתייחס לגודל התדרים המועסקים בממיר.
כדי להבטיח עמידות מינימלית בהשראות הדרושות, מומלץ לעבוד עם כמה חוטים בקוטר 1 מ'מ, או אפילו 3 או 4 חוטים שקוטרם 0.8 מ'מ.
כשלושה חוטים של 0.8 דקות יאפשרו לנו לקבל מימד כולל שעשוי להיות זהה לשני חוטי 1 מ'מ, אך עם זאת, השטח יעיל יותר ב -20%.
המשרן פצוע היטב וניתן לאטום אותו באמצעות תרכובת מתאימה על בסיס שרף או אפוקסי כדי לשלוט או לדכא את דליפת הרעש הנשמעת (זכרו שתדירות הפעולה נמצאת בתחום הנשמע).
בנייה ויישור
המעגל המודפס או עיצוב ה- PCB המיועד למעגל הממיר DC DC בעל הספק גבוה מוצגים להלן.
למספר גורמים קונסטרוקטיביים צריך להיות שיקול כלשהו. הנגדים R2 ו- R3 עשויים להתחמם למדי ולכן עליהם להיות מותקנים בכמה מ'מ המוגבהים מעל פני ה- PCB.
הזרם המרבי הנע באמצעות נגדים אלה יכול להגיע לגודל של 15 A.
כוח ה- FET יהפוך גם לחם מהותי וידרוש גוף קירור בגודל סביר וערכת הבידוד הסטנדרטית של נציצים.
ייתכן שהדיודה תעבוד ללא התקררות, אם כי היא עשויה להיות מהודקת באופן אידיאלי מעל גוף קירור משותף המשמש עבור FET הכוח (זכור לבודד את המכשירים באופן חשמלי). בזמן התפקוד הרגיל, המשרן עשוי להראות חימום בכמות נאותה.
יש לשלב מחברים וכבלים כבדים בכניסה ובפלט של ממיר זה. הסוללה מוגנת עם נתיך פעולה מושהה של 16 A שהוצג בתוך קו אספקת הקלט.
היזהר מהעובדה שהנתיך לא יספק שום סוג של הגנה לממיר במהלך קצר במוצרי פלט! המעגל קל למדי להתקנה, וניתן לעשות זאת באופן הבא:
כוונן את R1 כדי להשיג את מתח היציאה המיועד אשר לא נע בין 20 ל -30 V. מתח המוצא יכול להיות מופחת מתחת לזה, אם כי אסור לו להיות פחות ממתח הכניסה.
זה יכול להיעשות על ידי הכנסת נגד קטן יותר במקום R4. ניתן לצפות שזרם היציאה הגבוה ביותר יהיה כ -3 A.
רשימת חלקים
קודם: מעגל מטר טבילה רשת הבא: כיצד ליצור תא סולארי מטרנזיסטור
