Kako rade pretvarači impulsnog napona (27 shema). Jednostavan podesivi DC-DC pretvarač ili "uradi sam" laboratorijsko napajanje V2 DC pojačivač, podesiv

Ponekad trebate dobiti visoki napon iz niskog napona. Na primjer, za visokonaponski programator koji se napaja USB-om od 5 volti, potrebno vam je negdje oko 12 volti.

Što da napravim? Za to postoje DC-DC pretvorbeni krugovi. Kao i specijalizirani mikro krugovi koji vam omogućuju rješavanje ovog problema u desetak dijelova.

Princip rada
Dakle, kako napraviti, na primjer, pet volti nešto više od pet? Možete smisliti mnogo načina - na primjer, napunite kondenzatore paralelno, a zatim ih prebacite u seriju. I tako mnogo puta u sekundi. Ali postoji jednostavniji način, koristeći svojstva induktiviteta, za održavanje struje struje.

Kako bi bilo jasno, prvo ću pokazati primjer za vodoinstalatere.

Faza 1

Zaklopka se naglo zatvara. Protok nema kamo ići, a turbina, ubrzana, nastavlja gurati tekućinu naprijed, jer ne može odmah ustati. Štoviše, pritišće ga silom većom od one koju izvor može razviti. Goni gnojnicu kroz ventil u akumulator tlaka. Gdje dio (već s povećanim pritiskom) odlazi do potrošača? Odakle se, zahvaljujući ventilu, više ne vraća.

Faza 3

I opet se zaklopka zatvara, a turbina počinje nasilno gurati tekućinu u bateriju. Nadoknađivanje gubitaka koji su se tamo dogodili u fazi 3.

Povratak na dijagrame
Izlazimo iz podruma, skidamo vodoinstalaterovu majicu, bacamo plinski ključ u kut i s novim saznanjima počinjemo konstruirati dijagram.

Umjesto turbine sasvim nam odgovara induktivitet u obliku prigušnice. Kao prigušnica koristi se obični ključ (u praksi tranzistor), dioda se prirodno koristi kao ventil, a kondenzator preuzima ulogu akumulatora tlaka. Tko je drugi nego on sposoban akumulirati potencijal. To je to, pretvarač je spreman!

Faza 1

Ključ se otvara, ali se zavojnica ne može zaustaviti. Energija pohranjena u magnetskom polju izlazi van, struja se nastoji održati na istoj razini na kojoj je bila u trenutku otvaranja ključa. Kao rezultat toga, napon na izlazu iz zavojnice naglo skače (kako bi napravio put za struju) i, probijajući se kroz diodu, pakira se u kondenzator. Pa, dio energije ide u opterećenje.

Faza 3

Ključ se otvara i energija iz zavojnice ponovno prolazi kroz diodu u kondenzator, povećavajući napon koji je pao tijekom faze 3. Ciklus je završen.

Kao što je vidljivo iz procesa, jasno je da zbog veće struje iz izvora povećavamo napon na potrošaču. Dakle, ravnopravnost snaga ovdje se mora strogo poštovati. Idealno, s učinkovitošću pretvarača od 100%:

U izvor *I izvor = U potrošnja *I potrošnja

Dakle, ako našem potrošaču treba 12 volti i troši 1 A, onda iz izvora od 5 volti u pretvarač trebate unijeti čak 2,4 A. Pritom nisam uzeo u obzir gubitke izvora, iako obično nisu jako velike (učinkovitost je obično oko 80-90%).

Ako je izvor slab i ne može dati 2,4 ampera, tada će na 12 volti doći do divljih valova i pada napona - potrošač će pojesti sadržaj kondenzatora brže nego što će ga izvor tamo baciti.

Projektiranje sklopova
Postoji puno gotovih DC-DC rješenja. I u obliku mikroblokova i specijaliziranih mikro krugova. Neću cjepidlačiti i, kako bih pokazao svoje iskustvo, dat ću primjer kruga na MC34063A koji sam već koristio u primjeru.

SWC/SWE pinovi tranzistorske sklopke čipa SWC je njegov kolektor, a SWE njegov emiter. Maksimalna struja koju može povući je 1,5 A ulazne struje, ali također možete spojiti vanjski tranzistor za bilo koju željenu struju (za više detalja pogledajte podatkovnu tablicu za čip).
DRC - kolektor složenog tranzistora
Ipk - strujni zaštitni ulaz. Tamo se napon uklanja iz shunta Rsc; ako je struja prekoračena i napon na shuntu (Upk = I*Rsc) postane viši od 0,3 volta, pretvarač će stati. Oni. Da biste ograničili dolaznu struju na 1 A, trebate instalirati otpornik od 0,3 Ohma. Nisam imao otpornik od 0,3 ohma, pa sam tamo stavio kratkospojnik. Radit će, ali bez zaštite. Ako išta, uništit će moj mikro krug.
TC je ulaz kondenzatora koji postavlja radnu frekvenciju.
CII je ulaz komparatora. Kada je napon na ovom ulazu ispod 1,25 volta, ključ generira impulse i pretvarač radi. Čim postane veći, gasi se. Ovdje se kroz razdjelnik na R1 i R2 primjenjuje povratni napon s izlaza. Štoviše, razdjelnik je odabran na takav način da kada se napon koji nam je potreban pojavi na izlazu, na ulazu komparatora će biti točno 1,25 volta. Onda je sve jednostavno - je li izlazni napon manji od potrebnog? Vršimo. Jeste li dobili što ste trebali? Isključimo se.
Vcc - snaga kruga
GND - Uzemljenje

Sve formule za izračun apoena dane su u podatkovnoj tablici. Ovdje ću iz nje kopirati za nas najvažniju tablicu:

Gravirano, lemljeno...

Samo tako. Jednostavna shema, ali vam omogućuje rješavanje brojnih problema.

Kao što znate, da biste zapalili bijele i plave LED diode potrebno vam je najmanje 3V, za razliku od crvenih koje mogu svijetliti od 1,2 do 1,5 volti ovisno o vrsti.

Da bi bijela LED dioda počela svijetliti iz jedne baterije od 1,5 volti potrebno je izgraditi elektronički sklop tzv. Ovi se uređaji obično koriste za proizvodnju većeg izlaznog napona u usporedbi s istosmjernom strujom (DC).

U krugovima s izmjeničnom strujom ova funkcija. Za dobivanje većeg izlaznog napona dovoljno je da omjer broja zavoja sekundarnog namota prema broju primarnog namota bude veći od 1 (omjer transformacije > 1).

Opis rada LED pretvarača

Vraćajući se na naš DC-DC pretvarač, postoji mnogo različitih opcija za implementaciju DC-DC pretvorbe, od kojih su mnoge prilično složene. U našem slučaju, cilj je stvoriti jednostavan i učinkovit krug pretvarača za povećanje napona s 1,5 V na 3,5 V. Ispod je dijagram strujnog kruga sličnog DC-DC pretvarača za LED diode.

Za namatanje induktora potreban vam je ferit, čiji oblik i veličina mogu biti bilo koji, ali je bolje koristiti jezgru tipa "prsten" (ili torus) promjera 1 ... 1,5 cm. Obično se koristi kao filtar na žicama napajanja (crni blok pored konektora), a može se naći i u prekidačkim izvorima napajanja, videorekorderima, skenerima itd. Namot je izrađen od žice PEV-2 promjera 0,4 mm i sadrži 30 zavoja.

Elektronički sklop je vrlo jednostavan: sastoji se od zavojnice, dva tranzistora, jednog kondenzatora i dva otpornika. Set nije impresivan, ali obavlja posao. Potrošnja struje je 25 mA, što je ekvivalentno približno 50 sati neprekidnog rada AA baterije. Krug radi prilično dobro, pružajući prosječnu razinu LED sjaja.

Ovo je DC-DC pretvarač napona s 5-13 V ulaza, na 12 V izlaz DC 1,5 A. Pretvarač prima niži napon i daje viši izlaz koji se koristi tamo gdje je napon manji od potrebnih 12 volti. Često se koristi za povećanje napona postojećih baterija. Ovo je u biti integrirani DC-DC pretvarač. Na primjer, postoji litij-ionska baterija od 3,7 V, a njen napon se može promijeniti pomoću ovog kruga kako bi se osiguralo potrebnih 12 V pri 1,5 A.

Pretvarač je lako izgraditi sami. Glavna komponenta je MC34063, koja se sastoji od referentnog napona (temperaturno kompenziranog), komparatora, oscilatora s aktivnim krugom za ograničavanje vršne struje, AND vrata, flip-flopa i izlazne sklopke velike snage s drajverom i samo potrebno je nekoliko dodatnih elektroničkih komponenti u pojas kako bi bio spreman. Ova serija čipova je posebno dizajnirana za uključivanje u razne pretvarače.

Prednosti čipa MC34063A

Rad od 3 do 40 V ulaza
Niska struja pripravnosti
Ograničenje struje
Izlazna struja do 1,5 A
Izlazni napon podesiv
Rad u frekvencijskom području do 100 kHz
Točnost 2%

Opis radioelemenata

R- Svi otpornici su 0,25 W.
T- TIP31-NPN tranzistor snage. Sva izlazna struja prolazi kroz njega.
L1- 100 µH feritne zavojnice. Ako to morate učiniti sami, trebate kupiti toroidalne feritne prstenove vanjskog promjera 20 mm i unutarnjeg promjera 10 mm, također visine 10 mm i žice debljine 1 - 1,5 mm na 0,5 metara, te napraviti 5 zavoja na jednake udaljenosti. Dimenzije feritnog prstena nisu previše kritične. Razlika od nekoliko (1-3 mm) je prihvatljiva.
D- mora se koristiti Schottky dioda
TR- višestruki promjenjivi otpornik, koji se ovdje koristi za fino podešavanje izlaznog napona od 12 V.
C- C1 i C3 su polarni kondenzatori, pa obratite pozornost na to kada ih postavljate na PCB.

Popis dijelova za montažu

Otpornici: R1 = 0,22 ohma x1, R2 = 180 ohma x1, R3 = 1,5K x1, R4 = 12K x1
Regulator: TR1 = 1 kOhm, višestruki
Tranzistor: T1 = TIP31A ili TIP31C
Prigušnica: L1 = 100 µH na feritnom prstenu
Dioda: D1 - Schottky 1N5821 (21V - 3A), 1N5822 (28V - 3A) ili MBR340 (40V - 3A)
Kondenzatori: C1 = 100 uF / 25V, C2 = 0,001 uF, C3 = 2200 uF / 25V
Čip: MC34063
PCB 55 x 40 mm

Imajte na umu da je potrebno ugraditi mali aluminijski hladnjak na tranzistor T1 - TIP31, inače se ovaj tranzistor može oštetiti zbog povećanog zagrijavanja, posebno pri velikim strujama opterećenja. Podatkovna tablica i crtež PCB-a

Pogodno, na primjer, za napajanje prijenosnog računala u automobilu, za pretvaranje 12-24, za punjenje akumulatora automobila iz napajanja od 12V itd.

Pretvarač je stigao s lijevom stazom tipa UAhhhhYP i jako dugo, 3 mjeseca, skoro sam otvorio spor.
Prodavač je dobro zamotao uređaj.

U kompletu su bili mesingani stalci s maticama i podloškama, koje sam odmah zavrnuo da se ne izgube.

Montaža dosta kvalitetna, ploča očišćena.
Radijatori su sasvim pristojni, dobro osigurani i izolirani od kruga.
Prigušnica je namotana u 3 žice - pravo rješenje pri takvim frekvencijama i strujama.
Jedino što induktor nije osiguran i visi na samim žicama.

Stvarni dijagram uređaja:

Bio sam zadovoljan prisutnošću stabilizatora napajanja za mikro krug - značajno proširuje raspon ulaznog radnog napona odozgo (do 32 V).
Izlazni napon naravno ne može biti manji od ulaznog napona.
Koristeći višestruki otpornik za podešavanje, možete podesiti stabilizirani izlazni napon u rasponu od ulaza do 35V
Crveni LED indikator svijetli kada postoji napon na izlazu.
Pretvarač je sastavljen na temelju široko korištenog PWM kontrolera UC3843AN

Dijagram spajanja je standardan; dodan je emiterski pratilac na tranzistoru za kompenzaciju signala iz strujnog senzora. To vam omogućuje povećanje osjetljivosti strujne zaštite i smanjenje gubitaka napona na strujnom senzoru.
Radna frekvencija 120kHz

Da se i tu Kinezi nisu zeznuli bio bih jako iznenađen :)
- Pri malom opterećenju, generacija se javlja u naletima, a čuje se šištanje gasa. Također je primjetno kašnjenje u regulaciji pri promjeni opterećenja.
To se događa zbog pogrešno odabranog kompenzacijskog kruga povratne veze (kondenzator od 100nF između krakova 1 i 2). Značajno je smanjio kapacitet kondenzatora (na 200pF) i zalemio otpornik od 47kOhm na vrh.
Šuštanje je nestalo i stabilnost rada je povećana.

Zaboravili su ugraditi kondenzator za filtriranje impulsnog šuma na ulaz strujne zaštite. Postavio sam kondenzator od 200pF između treće noge i zajedničkog vodiča.

Ne postoji šant keramika paralelna s elektrolitima. Ako je potrebno, možete lemiti SMD keramiku.

Postoji zaštita od preopterećenja, ali nema zaštite od kratkog spoja.
Nema filtara, a ulazni i izlazni kondenzatori ne uglađuju dobro napon pod velikim opterećenjima.

Ako je ulazni napon blizu donje granice tolerancije (10-12V), ima smisla prebaciti napajanje regulatora s ulaznog kruga na izlazni krug ponovnim lemljenjem kratkospojnika koji se nalazi na pločici

Oscilogram na sklopki pri ulaznom naponu od 12V

Pri malom opterećenju uočava se oscilatorni proces leptira za gas

To je ono što smo uspjeli iscijediti do maksimuma s ulaznim naponom od 12V
Ulaz 12V / 9A Izlaz 20V / 4.5A (90 W)
Pritom su se oba radijatora pristojno zagrijala, ali nije bilo pregrijavanja
Oscilogrami na sklopki i izlazu. Kao što vidite, pulsacije su vrlo velike zbog malih kondenzatora i odsutnosti shunt keramike

Ako ulazna struja dosegne 10A, pretvarač počinje neugodno zviždati (strujna zaštita se aktivira) i izlazni napon se smanjuje

Zapravo, najveća snaga pretvarača jako ovisi o ulaznom naponu. Proizvođač navodi 150W, maksimalnu ulaznu struju 10A, maksimalnu izlaznu struju 6A. Ako pretvorite 24V u 30V, onda će, naravno, proizvesti deklariranih 150W, pa čak i malo više, ali malo je vjerojatno da to ikome treba. S ulaznim naponom od 12V možete računati samo na 90W

Sami izvucite zaključke :)

Planiram kupiti +94 Dodaj u favorite Svidjela mi se recenzija +68 +149

Uređaji na baterije više nikoga neće iznenaditi, u svakom domu postoje deseci svih vrsta igračaka i gadgeta koji se napajaju baterijama. U međuvremenu, malo je ljudi razmišljalo o broju različitih pretvarača koji se koriste za dobivanje potrebnih napona ili struja iz standardnih baterija. Isti ti pretvarači podijeljeni su u nekoliko desetaka različitih skupina, od kojih svaka ima svoje karakteristike, no u ovom trenutku govorimo o silaznim i pojačanim pretvaračima napona, koji se najčešće nazivaju AC/DC i DC/DC pretvarači. . U većini slučajeva, za izgradnju takvih pretvarača koriste se specijalizirani mikro krugovi koji omogućuju izgradnju pretvarača određene topologije s minimalnom količinom ožičenja; srećom, sada na tržištu postoji veliki broj mikro krugova za napajanje.

Značajke korištenja ovih mikro krugova možete razmatrati beskrajno dugo, posebno uzimajući u obzir čitavu biblioteku podatkovnih tablica i bilješki proizvođača, kao i bezbroj uvjetno reklamnih recenzija predstavnika konkurentskih tvrtki, od kojih svaka pokušava predstaviti njihov proizvod kao najkvalitetniji i najsvestraniji. Ovaj put koristit ćemo diskretne elemente na koje ćemo sastaviti nekoliko jednostavnih DC/DC pretvarača koji služe za napajanje malog uređaja male snage, npr. LED diode, iz 1 baterije napona 1,5 volti. Ovi pretvarači napona lako se mogu smatrati vikend projektom i preporučuju se za sastavljanje onima koji čine prve korake u čudesan svijet elektronike.

Ovaj dijagram prikazuje relaksacijski autooscilator, koji je blokirajući oscilator sa suprotnim spojem namota transformatora. Načelo rada ovog pretvarača je sljedeće: kada se uključi, struja koja teče kroz jedan od namota transformatora i emiterski spoj tranzistora otvara ga, zbog čega se otvara i više struje počinje teći kroz drugi namot transformatora i otvoreni tranzistor. Zbog toga se u namotu spojenom na bazu tranzistora inducira EMF koji isključuje tranzistor i struja kroz njega se prekida. U tom trenutku se energija pohranjena u magnetskom polju transformatora, kao rezultat fenomena samoindukcije, oslobađa i kroz LED diodu počinje teći struja, uzrokujući njeno svijetljenje. Zatim se postupak ponavlja.

Komponente od kojih se može sastaviti ovaj jednostavni pretvarač napona mogu biti potpuno različite. Vrlo je vjerojatno da će strujni krug sastavljen bez grešaka ispravno raditi. Čak smo pokušali koristiti tranzistor MP37B - pretvarač radi savršeno! Najteže je napraviti transformator - mora se namotati dvostrukom žicom na feritni prsten, pri čemu broj zavoja ne igra posebnu ulogu i kreće se od 15 do 30. Manje ne valja uvijek, više ne valja. ima smisla. Ferit - bilo koji, nema smisla uzimati N87 od Epcos-a, baš kao da tražimo domaći M6000NN. Struje koje teku u krugu su zanemarive, tako da veličina prstena može biti vrlo mala; vanjski promjer od 10 mm bit će više nego dovoljan. Otpornik s otporom od oko 1 kilo ohma (nije pronađena razlika između otpornika s nazivnom vrijednošću od 750 ohma i 1,5 kohma). Preporučljivo je odabrati tranzistor s minimalnim naponom zasićenja; što je niži, to se više ispražnjena baterija može koristiti. Eksperimentalno su ispitani: MP 37B, BC337, 2N3904, MPSH10. LED - bilo koja dostupna, uz napomenu da moćna s više čipova neće svijetliti punom snagom.

Sastavljeni uređaj izgleda ovako:

Veličina ploče je 15 x 30 mm, a može se smanjiti na manje od 1 kvadratnog centimetra pomoću SMD komponenti i dovoljno malog transformatora. Bez opterećenja, ovaj krug ne radi.

Drugi krug je tipični pojačani pretvarač napravljen s dva tranzistora. Prednost ovog kruga je u tome što tijekom njegove proizvodnje nema potrebe za namotavanjem transformatora, već samo uzeti gotov induktor, ali sadrži više dijelova od prethodnog.

Načelo rada svodi se na činjenicu da se struja kroz induktor povremeno prekida tranzistorom VT2, a energija samoindukcije usmjerava se kroz diodu na kondenzator C1 i prenosi na opterećenje. Opet, krug je izvediv s potpuno različitim komponentama i vrijednostima elemenata. Tranzistor VT1 može biti BC556 ili BC327, a VT2 BC546 ili BC337, dioda VD1 može biti bilo koja Schottky dioda, na primjer, 1N5818. Kondenzator C1 - bilo koji tip, kapaciteta od 1 do 33 μF, više nema smisla, pogotovo jer možete bez njega. Otpornici - snage 0,125 ili 0,25 W (iako možete nabaviti i snažne žičane, oko 10 vata, ali to je više nego što je potrebno) sljedećih vrijednosti: R1 - 750 Ohm, R2 - 220 KOhm, R3 - 100 KOhm. Istodobno, sve vrijednosti otpornika mogu se potpuno slobodno zamijeniti onima dostupnima unutar 10-15% od navedenih; to ne utječe na izvedbu ispravno sastavljenog kruga, ali utječe na minimalni napon na kojem naš pretvarač može djelovati.

Najvažniji dio je induktor L1, njegova vrijednost također može varirati od 100 do 470 μH (vrijednosti do 1 mH su eksperimentalno ispitane - krug radi stabilno), a struja za koju bi trebao biti projektiran ne prelazi 100 mA. Bilo koji LED, opet uzimajući u obzir činjenicu da je izlazna snaga kruga vrlo mala. Ispravno sastavljen uređaj počinje raditi odmah i ne treba ga konfigurirati.

Izlazni napon se može stabilizirati ugradnjom zener diode potrebne vrijednosti paralelno s kondenzatorom C1, ali treba imati na umu da pri spajanju potrošača napon može pasti i postati nedovoljan.PAŽNJA! Bez opterećenja, ovaj krug može proizvesti napone od desetaka ili čak stotina volti! Ako se koristi bez stabilizirajućeg elementa na izlazu, kondenzator C1 će se napuniti do maksimalnog napona, što, ako se opterećenje naknadno priključi, može dovesti do njegovog kvara!

Konverter je također izrađen na pločici dimenzija 30 x 15 mm, što mu omogućuje pričvršćivanje na pretinac za baterije veličine AA. Izgled PCB-a izgleda ovako:

Oba jednostavna kruga pretvarača pojačanja mogu se napraviti vlastitim rukama i može se uspješno koristiti u uvjetima kampiranja, primjerice u lampionu ili lampi za osvjetljavanje šatora, kao iu raznim elektroničkim kućnim proizvodima, za koje je ključna upotreba minimalnog broja baterija.

Svidio vam se članak? Podijeli

Ispiši ovaj članak