Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

TL494 step-up 15,6V/4A - Prośba o sprawdzenie schematu.

01 Kwi 2014 19:47 5073 13
  • Poziom 17  
    Witam.

    Konstruuję przetwornicę jak w temacie.
    Wybrałem TL494 ze względu na chęć bliższego zapoznania się z tym układem - jest tani, łatwo dostępny i daje potencjalnie bardzo duże możliwości.

    Układ ma służyć do ładowania akumulatora żelowego z baterii kondensatorów 0,47F służących jako bufor dla panelu słonecznego, gdy nasłonecznienie jest niewystarczające. Minimalne napięcie wejściowe przyjąłem na 8V, maksymalne około 35V. Wiąże się z tym problem zabezpieczenia bramki MOSFET-a, ale to prawdopodobnie zrealizuje przez stabilizator liniowy lub malutką przetwornicę SEPIC zasilającą układ scalony.
    Wysoka częstotliwość pracy wynika z chęci zastosowania dławika o jak najmniejszej rezystancji drutu.

    Rysując układ opierałem się na nocie katalogowej UTC TL494.

    TL494 step-up 15,6V/4A - Prośba o sprawdzenie schematu.
  • PCBway
  • Poziom 27  
    Czy ja dobrze zrozumiałem, że od 8V do 35V na wejściu i 15.6V na wyjściu? Jeśli tak, to to rozwiązanie jest do niczego, bo przetwornica Step-Up (Boost) nie potrafi obniżać napięcia i przy Uwe>Uwy prąd będzie płynął przez dławik i diodę choćby nawet MOSFET był przez cały czas zatkany. Nie ma nawet co dalej sprawdzać.
  • Użytkownik usunął konto  
  • Poziom 17  
    @kspro
    Wiem że ona nie obniża, 35V na wyjściu jest całkowicie dopuszczalne. Przetwornica ma pracować jeśli napięcie spadnie poniżej założonego poziomu 15,6V, celem lepszego wykorzystania energii zgromadzonej w kondensatorach.

    @heniuś
    Racja, dorzucę bufor na parze PNP+NPN.

    Dodano po 16 [minuty]:

    Wersja druga, ze stopniem poprawiającym sterowanie MOSFET-a.

    TL494 step-up 15,6V/4A - Prośba o sprawdzenie schematu.
  • PCBway
  • Poziom 27  
    Tego nie napisałeś, że 35V na wyjściu jest dopuszczalne. Ale i tak widzę mankament, bo w takich warunkach ograniczenie prądowe nie zadziała. A tak w ogóle to po co je dałeś? No chyba nie do kontroli prądu ładowania akumulatora, która jest zapewne robiona oddzielnym układem z drugą przetwornicą skoro aż 35V na wyjściu jest dopuszczalne.
    Co prawda nie mam praktycznego doświadczenia z bateriami słonecznymi, ale według mnie powinieneś przemyśleć sobie całość jeszcze raz. Po pierwsze, przy zasilaniu słonecznym wypadałoby zadbać o jak najwyższą sprawność energetyczną, więc nie ma mowy o oszczędzaniu na dławiku, bo koszt baterii słonecznej i tak jest o wiele większy. Obniż częstotliwość pracy do 40-50kHz i daj normalny duży nawijany dławik, taki jak trzeba. Po drugie, żaden duży kondensator nie jest potrzebny, bo przy prądach rzędu amperów on i tak niczego nie zbuforuje, co najwyżej umieść przetwornicę tuż przy baterii i dalej ciągnij już kabel z wyższym napięciem. Po trzecie, rozważ zastosowanie przy baterii zamiast Boost dławikowego FlyBack, który zarówno podwyższa jak i obniża napięcie, tyle że je odwraca. Mógłbyś z minusa zrobić plus o stałym napięciu i dalej byłoby już o wiele prościej, a przy dławikowym FlyBacku sprawność byłaby dużo większa niż przy transformatorowym ze względu na brak indukcyjności rozproszenia, ponad 90% spokojnie.
  • Poziom 17  
    Zasadniczo układ panelu działa tak, że gdy bateria kondensatorów osiągnie 35V, otwiera się zewnętrzny klucz łącząc bezpośrednio panel i kondensatory buforujące z akumulatorem. Pojemność akumulatora jest na tyle duża że prąd rośnie do kilkunastu amperów i napięcie siada do żądanych 15V. Nie jest to mój pomysł, lecz znajomego inżyniera z wieloletnim stażem.
    Moim wkładem jest jedynie przetwornica, bo sporo energii dałoby się jeszcze wyciągnąć z kondensatorów.
    Wtedy cały obwód będzie działał w dwóch fazach: 1. przepływ energii z kondensatorów do akumulatora przy Uwe>15,6V, 2. start przetwornicy i wypompowanie z kondensatorów dodatkowej energii po spadku Uwe poniżej 15,6V.

    Ograniczenie prądowe jest po to, by nie zabić klucza i znaczenia nabiera dopiero w drugiej fazie działania obwodu.

    Panel słoneczny jest zdobyczny, za grosze, a mój wkład właściwie hobbystyczny.
    Częstotliwości rzędu dziesiątków kiloherców wydają mi się nieco zbyt niskie, biorąc pod uwagę to, że ostatnio budowałem z dobrymi skutkami przetwornice na SC2608 przy 200 kHz czy LM3478 przy 350 kHz.

    Zastanawiałem się nad SEPIC RoMana, ale układ z bezpośrednim połączeniem kondensatorów z akumulatorem ma teoretycznie sprawność 100%, czego żadną prostą przetwornicą się nie osiągnie.

    Pamiętaj, mówimy o baterii prawie pół farada ładowanej do 35V. Trochę energii tam się gromadzi, szkoda ją tracić.
  • Poziom 27  
    Przykro mi, ale pomysł z tym kluczem otwierającym się dopiero przy napięciu 35V żeby rozładować gwałtownie kondensator do akumulatora jest piramidalną bzdurą. Mylisz się uważając, że coś takiego ma 100% sprawności, będą straty na opornościach klucza, doprowadzeń, baterii i samego kondensatora, i to na poziomie sięgającym 50% czy nieco mniej, zależnie od różnicy napięć. Nie chce mi się teraz tego liczyć, ale kiedyś zastanawiałem się co się dzieje kiedy ładuje się od zera kondensator ze źródła napięcia stałego poprzez oporność, a konkretnie ile energii wydzieli się na tej oporności w stosunku do energii zgromadzonej w kondensatorze po naładowaniu. Co do energii kondensatora to sprawa jest prosta: Ec = C•U²/2 , a co do energii wydzielonej na oporności to wiadomo, że napięcie w chwili t=0 rośnie skokowo do U i potem opada wykładniczo do zera ze stałą czasową T=RC. Wszystko co musiałem zrobić to całkę sobie obliczyć od zera do nieskończoności z mocy chwilowej i wyszło mi, że na oporności wydzieli się dokładnie tyle samo energii co się zgromadzi w kondensatorze, a więc sprawność takiego transferu z baterii wynosi równiutko 50% niezależnie od wartości R, C czy też U. W przypadku rozładowywania kondensatora do akumulatora czy też drugiego kondensatora o jakimś tam napięciu spodziewam się, że straty będą kształtować się na podobnym poziomie, bo oporności szeregowych się nie oszuka a obwody zdegenerowane oraz prądy w kształcie delty Diraca istnieją tylko na papierze i w wyobraźni.
    Tak więc jeżeli inżynier z wieloletnim stażem proponuje coś takiego, to lepiej daj sobie spokój z tą robotą i z tym gościem też, bo on do tego stażu chyba pobyt w poprawczaku wlicza, gamoń jeden.

    DODANE:
    Poprostujakub napisał:
    Pamiętaj, mówimy o baterii prawie pół farada ładowanej do 35V. Trochę energii tam się gromadzi, szkoda ją tracić.
    Pamiętam! Ale co to jest pół farada przy prądach rzędu amperów? Nic! 1F = 1A•1s/1V - to znaczy, że pobierając 1A po upływie 1s napięcie spadnie o 1V, to na ile starczy taki kondensator kiedy nie ma słońca? Albo inaczej: Ec=0.47•35²/2=288J - taką energię posiada kondensator 0.47F naładowany do 35V. Gdybyśmy przepompowali tą energię do akumulatora 12V aż do całkowitego rozładowania kondensatora, niech będzie 12.5V•4A=50W ze sprawnością 100%, to zajęłoby to raptem niecałe 6 sekund i dałoby zaledwie 6mAh. Może ten przykład liczbowy pozwoli Ci pożegnać się z mitem, że kondensator cokolwiek załatwia. A biorąc pod uwagę to co pisałem o sprawności takiego przeładowywania, to jest to całkiem chory pomysł.
    Widzę, że napięcie przetwornicy ustawione jest na 15.6V (R4, R5), i teraz dopiero zaczęło mi świtać, że kondensator 0.47F z kluczem ma być nie za a przed przetwornicą i że z tego powodu tak dbasz o małą oporność dławika, ale to niczego nie zmienia w moich zastrzeżeniach co do sensowności takiego rozwiązania. Jak klucz się włączy przy 35V to i tak bez względu na oporność dławika i reszty obwodu sprawność rozładowania kondensatora do akumulatora będzie niewielka. Ponadto dopóki napięcie nie spadnie do 15.6V przetwornica teoretycznie powinna być wyłączona, ale czy na pewno? Mogą pojawić się jakieś stany nieustalone (a choćby ze względu na obecność rozładowanego C9), które spowodują, że MOSFET jednak zostanie wysterowany na kilka taktów, kiedy klucz się włączy i na wejściu przetwornicy pojawi się napięcie. Ponadto dopóki klucz jest wyłączony będzie ona rozładowywała akumulator prądem 2mA poprzez R4 i R5, więc może trzeba je zwiększyć. Ograniczenie prądowe jest ustawione na około 15A (R1, R2) "żeby nie zabić klucza", rozumiem, że chodzi o MOSFET. No i dobrze, bo jak napięcie na kondensatorze spadnie poniżej 15.6V to przypuszczam, że w warunkach non-stop malejącego napięcia na wejściu przetwornica będzie pracowała tylko z ograniczeniem prądowym ładując akumulator jak popadnie, przez większość czasu najprawdopodobniej z ciągłym prądem dławika, a praca w trybie stabilizacji napięcia nigdy nie będzie miała miejsca. Akumulator w końcu też mocno stabilizuje napięcie na swoich zaciskach podczas ładowania.
    Częstotliwość pracy przetwornicy wynosi około 250kHz (tak na oko, bo wykres w katalogu obejmuje tylko wartości do 100kHz), no a co ze sprzężeniem zwrotnym? Tu nie mam gotowej odpowiedzi, bo na TL494 robiłem Step-Down (Buck), a to jest Boost, czyli de facto FlyBack tyle że z dławikiem podpartym o VCC zamiast GND. Flybacki robiłem na UC3842, czyli Current Mode a nie Voltage Mode tak jak w tym przypadku, a tam stabilizacja pętli sprzężenia zwrotnego jest prosta ale tylko pod warunkiem pracy z przerywanym prądem dławika. Tu mamy zupełnie inną sytuację (Boost, Voltage Mode, Continuous Current) a w dodatku napięcie na wejściu przetwornicy będzie cały czas malało w miarę rozładowywania się kondensatora, więc przypuszczam, że to jakoś zadziała ale nie dojdzie do żadnej stabilizacji w pętli sprzężenia zwrotnego. Przy tych wartościach elementów R3, R10, R11, C9 masz duże wzmocnienie 210V/V dla DC, biegun 150Hz i zero 3.3kHz, co oznacza, że gdyby nie fg=1MHz wzmacniacza to przy 250kHz wzmocnienie nadal wynosiłoby 10V/V i wzmacniacz łapałby swój własny takt, a to jest źle, tak więc na pewno brakuje kondensatora równolegle do R10. Ponadto obawiam się, że z uwagi na ciągły prąd dławika trzeba będzie wszystkie częstotliwości przesunąć mocno w dół, jak to przy Flybacku. Do tego jeszcze całe sprzężenie zwrotne zapięte jest na wzmacniaczu napięciowym, który nie będzie w ogóle działał przy stabilizacji prądu, tak więc jak tylko prąd osiągnie maximum to cykl się zakończy, oczywiście tylko teoretycznie, bo częstotliwość graniczna wzmacniaczy w TL494 wynosi 1MHz a to nie jest dużo w porównaniu z 250kHz. Przypuszczam, że wzmacniacz nie będzie nadążał i praca przez cały czas będzie się odbywała blisko max. Duty Cycle, czyli niecałe 90% przy tej częstotliwości. To jeszcze jeden powód, dla którego uważam, że dojdzie do pracy z ciągłym prądem dławika.
    Podsumowując, jeżeli dławik jest na 20A to powinno być bezpiecznie, ale w tych warunkach wszelkie dalsze dywagacje na temat pracy pętli sprzężenia zwrotnego (nawet poprawionej) i jak to będzie stabilizować prąd i ładować akumulator, czy w ogóle coś będzie stabilizowane, to już sobie daruję. Może znajdzie się ktoś inny, kto robił i obliczał akurat taką przetwornicę i będzie dysponował "gotowcem", ja nie mam czasu na to, żeby studiować to wszystko aż tak szczegółowo.
  • Poziom 17  
    Zostawmy impulsowe ładowanie akumulatora, to nie jest mój pomysł i nie moja broszka jak to działa i dlaczego.
    Interesuje mnie czy przetwornica jest poprawnie zaprojektowana, bo to praktycznie początek mojej znajomości z TL494 a chciałbym układ wykorzystać jako naukę jego działania. Można przyjąć założenie że Uwe zawsze poniżej Uwy.

    -------------EDYCJA-----------------------------------

    Przetwornicę uruchomiłem, z badań organoleptycznych przy Uwe=10V i Uwy=15,6V, 3A radiator MOSFETa lekko ciepły. Częstotliwość zmierzona oscyloskopem wyniosła 110 kHz - czyżbym czegoś nie doczytał w nocie katalogowej? Wygląda to jakby w trybie pracy równoległej kluczy układu scalonego częstotliwość wyznaczana przez wzór w nocie była dzielona przez dwa.

    Pojawił się za to jeden poważniejszy problem - napięcie referencyjne pływa. W dwie minuty od uruchomienia rośnie do 5,34V, co rozjeżdża mi pomiar prądu i napięcia.
  • Użytkownik usunął konto  
  • Poziom 17  
    Mam w układzie konkretnie DBL494, który powinien pracować do 300 kHz. Kontroler się nie grzeje, a napięcie referencyjne stabilizuje się w okolicach 5,3V, więc chyba po prostu zmienię dzielniki, zwłaszcza że istotne jest głównie to, żeby napięcie wyjściowe nie przekroczyło górnej granicy ustalonej na 15,6V.

    ---------EDYCJA----------------------

    Wygląda na to że częstotliwość też pływa i rośnie wraz z wypełnieniem. Dla wypełnienia rzędu 65% osiąga ok. 180 kHz.
  • Użytkownik usunął konto  
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Pojawił się za to jeden poważniejszy problem - napięcie referencyjne pływa. W dwie minuty od uruchomienia rośnie do 5,34V, co rozjeżdża mi pomiar prądu i napięcia.
    Mierzysz na oscyloskopie?, zobacz czy nie ma tam jakichś szybkich zmian, zakłóceń, czy wzbudzania się.

    TL494 ma wewnątrz źródło napięcia odniesienia band-gap, raczej samo się nie rozjechało, dawanie wewnętrznego napięcia odniesienia jest bez sensu bo układy wewnątrz TL494 używają tego napięcia, to może być przyczyna niestabilnej częstotliwości, trzeba poszukać przyczyny niewłaściwego napięcia referencyjnego.

    Ciekaw jestem projektu płytki tej przetwornicy, czy jest porządnie zaprojektowana?
  • Poziom 17  
    heniuś napisał:
    Jak mierzysz częstotliwość, funkcją "measure"? Jeżeli tak to zrób to na piechotę, zmierz kursorami czas miedzy zboczami opadającymi i wylicz z tego częstotliwość. Możliwe że oscyloskop fałszuje pomiar jak są jakieś zakłócenia, szpilki czy inne śmieci.


    Mam staruteńki, zupełnie analogowy oscyloskop RFT. "Mierzę" czas pomiędzy zboczami opadającymi a potem f=1/T. Żadnych śmieci nie wypatrzyłem a prostokąt oglądany na drenie tranzystora wygląda bardzo ładnie. Mogę wrzucić zdjęcia.

    jarek_lnx napisał:
    Ciekaw jestem projektu płytki tej przetwornicy, czy jest porządnie zaprojektowana?

    Zbudowałem parę przetwornic pracujących przy częstotliwościach 500-1300 kHz i wydaje mi się że orientuję się nieco w prawidłach sztuki.
    Ale załączę pliki z Eagle:
  • Poziom 17  
    Post pod postem, bo nie umiem edytować tak aby załącznik z poprzedniego postu mi nie umknął.

    Przetwornicę uruchomiłem, sprawność ma zacną, 92% przy Pwy = 40 W i 86% przy 75 W. Teraz muszę rozwiązać problem świergoczącego dławika przy prądach powyżej 3 A. Podejrzewam że na pomiarze prądu dzwoni.