एक उच्च शक्ति, उच्च दक्षता बूस्टर कनवर्टर tl494 का उपयोग करके डिजाइन करना

इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ काम करते समय, हम अक्सर उन स्थितियों में खुद को पाते हैं जहां आउटपुट वोल्टेज को बढ़ाना आवश्यक हो जाता है जबकि इनपुट वोल्टेज कम रहता है, यह एक प्रकार की स्थिति है जहां हम एक सर्किट पर भरोसा कर सकते हैं जिसे आमतौर पर बूस्टर कनवर्टर के रूप में जाना जाता है (स्टेप-अप कनवर्टर) । एक बढ़ावा कनवर्टर एक डीसी-डीसी प्रकार स्विचिंग कनवर्टर है जो एक निरंतर शक्ति संतुलन बनाए रखते हुए वोल्टेज को बढ़ाता है। बूस्ट कनवर्टर की मुख्य विशेषता दक्षता है जिसका मतलब है कि हम लंबी बैटरी जीवन और कम गर्मी के मुद्दों की उम्मीद कर सकते हैं। हमने पहले एक साधारण बूस्टर कनवर्टर सर्किट बनाया और इसकी मूल डिजाइन दक्षता को समझाया।

इसलिए, इस लेख में, हम एक TL494 बूस्ट कनवर्टर डिजाइन करने जा रहे हैं , और लोकप्रिय TL494 IC के आधार पर एक उच्च-दक्षता बूस्ट कनवर्टर सर्किट की गणना और परीक्षण कर रहे हैं, जिसमें 7V की न्यूनतम आपूर्ति वोल्टेज और अधिकतम 40V, और के रूप में है हम एक स्विच के रूप में IRFP250 MOSFET का उपयोग कर रहे हैं, यह सर्किट 19Amps की अधिकतम धारा, सैद्धांतिक रूप से (Inductor Capacity द्वारा सीमित) को संभाल सकता है। अंत में, सर्किट के कामकाजी और परीक्षण भाग को दिखाने वाला एक विस्तृत वीडियो होगा, इसलिए आगे की हलचल के बिना, चलो शुरू करें।

बूस्ट कन्वर्टर के कार्य सिद्धांत को समझना

उपरोक्त आंकड़ा बूस्ट कनवर्टर सर्किट के बुनियादी योजनाबद्ध दिखाता है । इस सर्किट के कार्य सिद्धांत का विश्लेषण करने के लिए, हम इसे दो भागों में विभाजित करने जा रहे हैं, पहली स्थिति बताती है कि जब MOSFET ON होता है, तो दूसरी स्थिति बताती है कि MOSFET बंद होने पर क्या होता है।

MOSFET चालू होने पर क्या होता है:

जब MOSFET चालू है तो उपरोक्त छवि सर्किट की स्थिति को दिखाती है। जैसा कि आप पहचान सकते हैं, हमने एमओएसएफईटी चालू रहने पर, धराशायी लाइन की मदद से ओएन स्थिति को दिखाया है, प्रारंभ करनेवाला चार्ज करना शुरू कर देता है, प्रारंभ करनेवाला के माध्यम से चालू बढ़ता रहता है, जो चुंबकीय क्षेत्र के रूप में संग्रहीत हो जाता है।

MOSFET बंद होने पर क्या होता है:

अब, जैसा कि आप जानते हैं, एक प्रारंभ करनेवाला के माध्यम से वर्तमान तुरंत बदल नहीं सकता है! ऐसा इसलिए है क्योंकि यह एक चुंबकीय क्षेत्र के रूप में संग्रहीत है। इसलिए, पल, MOSFET बंद हो जाता है, चुंबकीय क्षेत्र गिरना शुरू हो जाता है, और चार्जिंग धारा के विपरीत दिशा में प्रवाह होता है। जैसा कि आप ऊपर दिए गए आरेख में देख सकते हैं, यह संधारित्र को चार्ज करना शुरू कर देता है।

अब, स्विच (MOSFET) को लगातार और बंद करके, हमने एक आउटपुट वोल्टेज बनाया है जो इनपुट वोल्टेज से अधिक है। अब, हम स्विच के चालू और बंद समय को नियंत्रित करके आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित कर सकते हैं, और यही हम मुख्य सर्किट में कर रहे हैं।

TL494 के कामकाज को समझें

अब इससे पहले कि हम जाने और TL494 PWM नियंत्रक पर आधारित सर्किट का निर्माण करें, आइए जानें कि PWM नियंत्रक TL494 कैसे काम करता है। TL494 IC में 8 कार्यात्मक ब्लॉक हैं, जिन्हें नीचे दिखाया और वर्णित किया गया है।

5-वी ​​संदर्भ नियामक:

5 वी आंतरिक संदर्भ नियामक आउटपुट आरईएफ पिन है, जो आईसी का पिन -14 है। संदर्भ नियामक आंतरिक ऊर्जा के लिए पल्स-स्टीयरिंग फ्लिप-फ्लॉप, थरथरानवाला, डेड-टाइम कंट्रोल तुलनित्र और पीडब्लूएम तुलनित्र जैसी स्थिर आपूर्ति प्रदान करने के लिए है। नियामक का उपयोग त्रुटि एम्पलीफायरों को चलाने के लिए भी किया जाता है जो आउटपुट को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार हैं।

नोट: संदर्भ आंतरिक रूप से and 5% की प्रारंभिक सटीकता के लिए प्रोग्राम किया गया है और 7 वी से 40 वी के इनपुट वोल्टेज रेंज पर स्थिरता बनाए रखता है। 7 वोल्ट से कम इनपुट वोल्टेज के लिए, नियामक 1 वी इनपुट के भीतर संतृप्त होता है और इसे ट्रैक करता है।

थरथरानवाला:

थरथरानवाला उत्पन्न करता है और विभिन्न नियंत्रण संकेतों के लिए डेड टाइम कंट्रोलर और पीडब्लूएम तुलनित्र को एक सायोटोथ तरंग प्रदान करता है।

थरथरानवाला की आवृत्ति समय घटकों आर टी और सी टी का चयन करके निर्धारित की जा सकती है ।

थरथरानवाला की आवृत्ति की गणना नीचे दिए गए सूत्र द्वारा की जा सकती है-

फोक = 1 / (आरटी * सीटी)

सादगी के लिए, मैंने एक स्प्रेडशीट बनाई है, जिसके द्वारा आप आवृत्ति की गणना बहुत आसानी से कर सकते हैं। जिसे आप नीचे दिए गए लिंक में पा सकते हैं।

नोट: थरथरानवाला आवृत्ति केवल एकल-समाप्त अनुप्रयोगों के लिए आउटपुट आवृत्ति के बराबर है। पुश-पुल अनुप्रयोगों के लिए, आउटपुट आवृत्ति ऑसिलेटर आवृत्ति का एक आधा है।

मृत-समय नियंत्रण तुलनित्र:

मृत समय या बस ऑफ-टाइम नियंत्रण को न्यूनतम मृत समय या ऑफ-टाइम प्रदान करने का कहना है। जब इनपुट पर वोल्टेज ऑसिलेटर के रैंप वोल्टेज से अधिक होता है, तो मृत समय तुलनित्र ब्लॉकिंग ट्रांजिस्टर को आउटपुट करता है। DTC पिन पर वोल्टेज लागू करने से अतिरिक्त डेड टाइम लगाया जा सकता है, इस प्रकार यह अतिरिक्त डेड टाइम को न्यूनतम 3% से 100% प्रदान करता है क्योंकि इनपुट वोल्टेज 0 से 3V तक भिन्न होता है। सरल शब्दों में, हम त्रुटि एम्पलीफायरों को बिना घुमाए आउटपुट आउटपुट तरंग के कर्तव्य चक्र को बदल सकते हैं।

नोट: 110 mV की एक आंतरिक ऑफसेट समय-सीमा नियंत्रण इनपुट के साथ 3% की न्यूनतम मृत समय सुनिश्चित करता है।

त्रुटि एम्पलीफायरों:

दोनों उच्च लाभ त्रुटि एम्पलीफायर VI आपूर्ति रेल से अपने पूर्वाग्रह प्राप्त करते हैं। यह एक सामान्य-मोड इनपुट वोल्टेज सीमा -0.3 V से 2 V से कम VI की अनुमति देता है। दोनों एम्पलीफायरों ने एकल-समाप्त एकल-आपूर्ति एम्पलीफायर के चरित्रगत रूप से व्यवहार किया, उस में, प्रत्येक आउटपुट केवल उच्च सक्रिय है।

आउटपुट-कंट्रोल इनपुट:

आउटपुट-कंट्रोल इनपुट निर्धारित करता है कि आउटपुट ट्रांजिस्टर समानांतर या पुश-पुल मोड में संचालित होता है या नहीं। आउटपुट कंट्रोल पिन को कनेक्ट करके जो कि पिन -13 है जमीन पर आउटपुट ट्रांजिस्टर को समानांतर ऑपरेशन मोड में सेट करता है। लेकिन इस पिन को 5V-REF पिन से जोड़कर आउटपुट ट्रांजिस्टर को पुश-पुल मोड में सेट करता है।

आउटपुट ट्रांजिस्टर:

आईसी में दो आंतरिक आउटपुट ट्रांजिस्टर होते हैं जो ओपन-कलेक्टर और ओपन-एमिटर कॉन्फ़िगरेशन में होते हैं, जिसके द्वारा यह अधिकतम 200mA तक स्रोत या सिंक कर सकता है।

नोट: ट्रांजिस्टर में सामान्य एमिटर कॉन्फ़िगरेशन में 1.3 वी से कम और उत्सर्जक-अनुयायी कॉन्फ़िगरेशन में 2.5 वी से कम की संतृप्ति वोल्टेज है।

TL494 आधारित बूस्ट कन्वर्टर सर्किट के निर्माण के लिए आवश्यक घटक

एक तालिका जिसमें नीचे दिखाए गए सभी भाग हैं। इससे पहले, हमने एक छवि जोड़ी है जो इस सर्किट में उपयोग किए जाने वाले सभी घटकों को दिखाती है। जैसा कि यह सर्किट सरल है, आप अपने स्थानीय शौक स्टोर पर सभी आवश्यक भागों को पा सकते हैं।

भागों की सूची:

1. TL494 आईसी - 1
2. IRFP250 MOSFET - 1
3. पेंच टर्मिनल 5X2 मिमी - 2
4. 1000uF, 35V कैपेसिटर - 1
5. 1000uF, 63V कैपेसिटर - 1
6. 50K, 1% रेसिस्टर - 1
7. 560 आर रेसिस्टर - 1
8. 10K, 1% रेसिस्टर - 4
9. 3.3K, 1% रेसिस्टर - 1
10. 330R रेसिस्टर - 1
11. 0.1uF संधारित्र - 1
12. MBR20100CT Schottky डायोड - 1
13. 150uH (27 x 11 x 14) मिमी इंडक्टर - 1
14. पोटेंशियोमीटर (10K) ट्रिम पॉट - 1
15. 0.22R वर्तमान सेंस रेसिस्टर - 2
16. क्लैड बोर्ड जेनेरिक 50x 50 मिमी - 1
17. पीएसयू हीट सिंक जेनेरिक - 1
18. जम्पर तारों जेनेरिक - 15

TL494 बूस्ट कन्वर्टर आधारित - योजनाबद्ध आरेख

उच्च दक्षता बूस्टर कनवर्टर के लिए सर्किट आरेख नीचे दिया गया है।

TL494 बूस्ट कन्वर्टर सर्किट - कार्य करना

यह TL494 बूस्ट कन्वर्टर सर्किट उन घटकों से बना है जो बहुत आसानी से प्राप्य हैं, और इस खंड में, हम सर्किट के प्रत्येक प्रमुख ब्लॉक से गुजरेंगे और प्रत्येक ब्लॉक को समझाएंगे।

इनपुट संधारित्र:

इनपुट संधारित्र उच्च वर्तमान मांग को पूरा करने के लिए है जो कि आवश्यक है जब MOSFET स्विच बंद हो जाता है और प्रारंभ करनेवाला चार्ज करना शुरू कर देता है।

प्रतिक्रिया और नियंत्रण पाश:

प्रतिरोधों R2 और R8 ने प्रतिक्रिया लूप के लिए नियंत्रण वोल्टेज सेट किया, सेट वोल्टेज TL494 IC के 2 पिन से जुड़ा है, और प्रतिक्रिया वोल्टेज VOLTAGE_FEEDBACK के रूप में लेबल IC में से एक को पिन करने के लिए जुड़ा हुआ है । प्रतिरोधों R10 और R15 ने सर्किट में वर्तमान सीमा निर्धारित की है।

प्रतिरोधों R7 और R1 नियंत्रण लूप बनाते हैं, इस फीडबैक की मदद से, आउटपुट PWM सिग्नल रैखिक रूप से बदलता है, इन फीडबैक रेसिस्टर्स के बिना, तुलनित्र एक जेनेरिक तुलनित्र सर्किट की तरह काम करेगा, जो सेट वोल्टेज पर केवल सर्किट को चालू / बंद करेगा। ।

स्विचिंग फ़्रिक्वेंसी चयन:

5 और 6 पिनों के लिए उचित मान सेट करके, हम इस IC की स्विचिंग आवृत्ति सेट कर सकते हैं, इस परियोजना के लिए, हमने 1nF के संधारित्र मान और 10K के एक प्रतिरोधक मूल्य का उपयोग किया है जो हमें लगभग 100KHz की आवृत्ति देता है, उपयोग करके सूत्र Fosc = 1 / (RT * CT) , हम ऑसिलेटर आवृत्ति की गणना कर सकते हैं। इसके अलावा, हमने लेख में पहले अन्य खंडों को विस्तार से कवर किया है।

पीसीबी डिजाइन TL494 आधारित बूस्टर कनवर्टर सर्किट के लिए

हमारे फेज एंगल कंट्रोल सर्किट के लिए पीसीबी एक तरफा बोर्ड में बनाया गया है। मैंने अपने PCB को डिजाइन करने के लिए ईगल का उपयोग किया है लेकिन आप अपनी पसंद के किसी भी डिजाइन सॉफ्टवेयर का उपयोग कर सकते हैं। मेरे बोर्ड डिज़ाइन की 2D छवि नीचे दिखाई गई है।

जैसा कि आप बोर्ड के नीचे की तरफ देख सकते हैं, मैंने यह सुनिश्चित करने के लिए एक मोटे जमीन के विमान का उपयोग किया है ताकि पर्याप्त प्रवाह हो सके। पावर इनपुट बोर्ड के बाईं ओर है और आउटपुट बोर्ड के दाईं ओर है। TL494 बूस्ट कनवर्टर स्कीमैटिक्स के साथ पूरी डिजाइन फ़ाइल नीचे दिए गए लिंक से डाउनलोड की जा सकती है।

• TL494 आधारित बूस्ट कन्वर्टर सर्किट के लिए PCB डिज़ाइन गेरबर फ़ाइल डाउनलोड करें

हस्तनिर्मित पीसीबी:

सुविधा के लिए, मैंने पीसीबी का अपना हस्तनिर्मित संस्करण बनाया और इसे नीचे दिखाया गया है। मैंने इस PCB को बनाते समय कुछ गलतियाँ की थी इसलिए मुझे इसे ठीक करने के लिए कुछ जम्पर तारों को पुराना करना पड़ा।

बिल्ड पूरा होने के बाद मेरा बोर्ड ऐसा दिखता है।

TL494 बूस्ट कन्वर्टर डिजाइन गणना और निर्माण

इस उच्च वर्तमान बूस्टर कनवर्टर के प्रदर्शन के लिए, हस्तनिर्मित पीसीबी में सर्किट का निर्माण योजनाबद्ध और पीसीबी डिजाइन फ़ाइलों की मदद से किया जाता है; कृपया ध्यान दें कि यदि आप इस बूस्ट कनवर्टर सर्किट के आउटपुट में एक बड़ा लोड कनेक्ट कर रहे हैं, तो भारी मात्रा में करंट पीसीबी के निशान से बह जाएगा, और एक मौका है कि निशान बाहर जल जाएगा। इसलिए, पीसीबी के निशान को बाहर जलने से रोकने के लिए, हमने ट्रेस की मोटाई को यथासंभव बढ़ा दिया है। इसके अलावा, हमने ट्रेस प्रतिरोध को कम करने के लिए मिलाप की मोटी परत के साथ पीसीबी के निशान को मजबूत किया है।

प्रारंभ करनेवाला और संधारित्र के मूल्यों की सही गणना करने के लिए, मैंने टेक्सास के उपकरणों से एक दस्तावेज का उपयोग किया है।

उसके बाद, मैंने गणना को आसान बनाने के लिए एक Google स्प्रेडशीट बनाई है।

इस हाई वोल्टेज बूस्ट कन्वर्टर सर्किट का परीक्षण

सर्किट का परीक्षण करने के लिए, निम्नलिखित सेटअप का उपयोग किया जाता है। जैसा कि आप देख सकते हैं, हमने इनपुट के रूप में पीसी एटीएक्स बिजली आपूर्ति का उपयोग किया है, इसलिए इनपुट 12 वी है। हमने एक वोल्टमीटर और एक एमीटर को सर्किट के आउटपुट से जोड़ा है जो आउटपुट वोल्टेज और आउटपुट करंट दिखाता है। जिससे हम इस सर्किट के लिए आउटपुट पावर की गणना आसानी से कर सकते हैं। अंत में, हमने वर्तमान खपत का परीक्षण करने के लिए लोड के रूप में श्रृंखला में आठ 4.7R 10W पावर रेसिस्टर्स का उपयोग किया है।

सर्किट का परीक्षण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण:

1. 12V PC ATX पावर सप्लाई
2. एक ट्रांसफार्मर जिसमें 6-0-6 टैप और 12-0-12 टैप होता है
3. आठ, श्रृंखला में 10W 4.7R प्रतिरोध - भार के रूप में अभिनय
4. मेको 108 बी + टीआरएमएस मल्टीमीटर
5. मेको 450B + TRMS मल्टीमीटर
6. एक स्क्रूड्राइवर

हाई-पावर बूस्ट कन्वर्टर सर्किट का आउटपुट पावर खपत:

जैसा कि आप ऊपर की छवि में देख सकते हैं, आउटपुट वोल्टेज 44.53V है और आउटपुट करंट 2.839A है, इसलिए कुल आउटपुट पावर 126.42W हो जाती है, इसलिए जैसा कि आप देख सकते हैं, यह सर्किट 100Watts से अधिक आसानी से पावर को संभाल सकता है ।

इसके अलावा संवर्द्धन

यह TL494 बूस्ट कन्वर्टर सर्किट केवल प्रदर्शन उद्देश्यों के लिए है, इसलिए सर्किट के इनपुट या आउटपुट खंड में कोई सुरक्षा सर्किट नहीं जोड़ा गया है। तो, सुरक्षा सुविधा को बढ़ाने के लिए, आप यह भी जोड़ सकते हैं, जैसे कि मैं IRFP250 MOSFET का उपयोग कर रहा हूं, आउटपुट पावर को और बढ़ाया जा सकता है, हमारे सर्किट में सीमित कारक प्रारंभ करनेवाला है। प्रारंभ करनेवाला के लिए एक बड़ा कोर इसकी उत्पादन क्षमता में वृद्धि करेगा।

मुझे उम्मीद है कि आपको यह लेख पसंद आया होगा और इसमें से कुछ नया सीखा जाएगा। यदि आपको कोई संदेह है, तो आप नीचे टिप्पणी में पूछ सकते हैं या विस्तृत चर्चा के लिए हमारे मंचों का उपयोग कर सकते हैं।