Cum funcționează convertoarele de tensiune în impuls (27 de scheme). Un simplu convertor DC-DC reglabil sau o sursă de alimentare de laborator DIY V2 DC convertizor boost reglabil

Uneori trebuie să primești înaltă tensiune din jos. De exemplu, pentru un programator de înaltă tensiune alimentat de un USB de 5 volți, aveți nevoie de undeva în jur de 12 volți.

Ce ar trebuii să fac? Pentru asta există Circuite DC-DC transformări. Și, de asemenea, microcircuite specializate care vă permit să rezolvați această problemă într-o duzină de părți.

Principiul de funcționare
Deci, cum faci, de exemplu, cinci volți ceva mai mult decât cinci? Puteți găsi mai multe moduri - de exemplu, încărcați condensatorii în paralel și apoi comutați-i în serie. Și de atâtea ori pe secundă. Dar există o modalitate mai simplă, folosind proprietățile inductanței, de a menține puterea curentului.

Pentru a fi foarte clar, voi arăta mai întâi un exemplu pentru instalatori.

Faza 1

Amortizorul se închide brusc. Fluxul nu are încotro, iar turbina, fiind accelerată, continuă să împingă lichidul înainte, deoarece nu se poate ridica instantaneu. Mai mult, îl apasă cu o forță mai mare decât poate dezvolta sursa. Conduce lichidul prin supapă în acumulatorul de presiune. Unde ajunge o parte din ea (deja cu presiune crescută) către consumator? De unde, gratie supapei, nu se mai intoarce.

Faza 3

Și din nou amortizorul se închide, iar turbina începe să împingă violent lichid în baterie. Compensarea pierderilor care au avut loc acolo în faza 3.

Înapoi la diagrame
Ieșim din subsol, scoatem hanoracul instalatorului, aruncăm cheia de gaz în colț și, cu cunoștințe noi, începem să construim diagrama.

În locul unei turbine, inductanța sub formă de șoc este destul de potrivită. O cheie obișnuită (în practică, un tranzistor) este folosită ca amortizor, o diodă este folosită în mod natural ca supapă, iar un condensator preia rolul unui acumulator de presiune. Cine altcineva decât el este capabil să acumuleze potențial. Gata, convertizorul este gata!

Faza 1

Cheia se deschide, dar bobina nu poate fi oprită. Energia stocată în câmpul magnetic se repedează, curentul tinde să se mențină la același nivel ca în momentul în care a fost deschisă cheia. Ca urmare, tensiunea de la ieșirea din bobină sare brusc (pentru a face loc curentului) și, rupând dioda, este împachetată în condensator. Ei bine, o parte din energie merge în sarcină.

Faza 3

Cheia se deschide și energia din bobină sparge din nou prin diodă în condensator, crescând tensiunea care a scăzut în timpul fazei 3. Ciclul este finalizat.

După cum se poate observa din proces, este clar că datorită curentului mai mare de la sursă, creștem tensiunea la consumator. Deci, egalitatea de putere aici trebuie respectată cu strictețe. În mod ideal, cu o eficiență a convertorului de 100%:

U sursă *I sursă = U consumption *I consumption

Deci, dacă consumatorul nostru necesită 12 volți și consumă 1A, atunci de la o sursă de 5 volți în convertor trebuie să alimentați până la 2,4A. În același timp, nu am ținut cont de pierderile sursei, deși sunt de obicei nu foarte mare (eficiența este de obicei de aproximativ 80-90%).

Dacă sursa este slabă și nu poate furniza 2,4 amperi, atunci la 12 volți vor exista ondulații sălbatice și o scădere a tensiunii - consumatorul va mânca conținutul condensatorului mai repede decât îl va arunca sursa acolo.

Proiectarea circuitelor
Există o mulțime de soluții DC-DC gata făcute. Atât sub formă de microblocuri, cât și de microcircuite specializate. Nu voi despica firele de păr și, pentru a-mi demonstra experiența, voi da un exemplu de circuit pe MC34063A pe care l-am folosit deja în exemplu.

Pinii SWC/SWE ai comutatorului tranzistorului cipul SWC sunt colectorul său, iar SWE este emițătorul acestuia. Curentul maxim pe care îl poate consuma este de 1,5 A de curent de intrare, dar puteți conecta și un tranzistor extern pentru orice curent dorit (pentru mai multe detalii, consultați fișa tehnică a cipului).
DRC - colector de tranzistori compus
Ipk - intrare de protecție curentă. Acolo tensiunea este eliminată de la șunt Rsc dacă curentul este depășit și tensiunea de pe șunt (Upk = I*Rsc) devine mai mare de 0,3 volți, convertizorul se va opri. Aceste. Pentru a limita curentul de intrare la 1A, trebuie să instalați un rezistor de 0,3 Ohm. Nu am avut o rezistență de 0,3 ohmi, așa că am pus un jumper acolo. Va funcționa, dar fără protecție. Dacă ceva, îmi va ucide microcircuitul.
TC este intrarea condensatorului care stabilește frecvența de funcționare.
CII este intrarea comparatorului. Când tensiunea la această intrare este sub 1,25 volți, cheia generează impulsuri și convertorul funcționează. De îndată ce devine mai mare, se oprește. Aici, printr-un divizor pe R1 și R2, se aplică tensiunea de feedback de la ieșire. Mai mult, divizorul este selectat în așa fel încât atunci când la ieșire apare tensiunea de care avem nevoie, atunci la intrarea comparatorului să fie 1,25 volți. Atunci totul este simplu - tensiunea de ieșire este mai mică decât este necesar? Treieram. Ai primit ceea ce aveai nevoie? Să oprim.
Vcc - Puterea circuitului
GND - Pământ

Toate formulele pentru calcularea valorii nominale sunt date în fișa de date. Voi copia de aici cel mai important tabel pentru noi:

Gravat, lipit...

Doar așa. O schemă simplă, dar vă permite să rezolvați o serie de probleme.

După cum știți, pentru a aprinde LED-urile albe și albastre aveți nevoie de cel puțin 3V, spre deosebire de cele roșii care pot străluci de la 1,2 la 1,5 volți în funcție de tip.

Pentru ca LED-ul alb să înceapă să strălucească de la o baterie de 1,5 volți, trebuie să construiți circuit electronic numit . Aceste dispozitive sunt de obicei utilizate pentru a produce o tensiune de ieșire mai mare în comparație cu intrarea în curent continuu (DC).

În lanțuri cu curent alternativ această funcție. Pentru a ajunge mai sus tensiune de ieșire este suficient ca raportul dintre numărul de spire înfăşurare secundară la numărul primar a fost mai mare decât 1 (coeficientul de transformare > 1).

Descrierea funcționării convertorului LED

Revenind la convertorul nostru DC, există multe diverse opțiuni implementări ale conversiei DC-DC, dintre care multe sunt destul de complexe. În cazul nostru, scopul este de a crea un circuit convertor simplu și eficient pentru a crește tensiunea de la 1,5 V la 3,5 V. Mai jos este o schemă de circuit a unui convertor DC-DC similar pentru LED-uri.

Pentru a înfășura inductor, aveți nevoie de ferită, a cărei formă și dimensiune poate fi oricare, dar este mai bine să folosiți un miez de tip „inel” (sau torus) cu diametrul de 1...1,5 cm. Acesta este de obicei folosit ca filtru pe firele de alimentare (blocul negru de lângă conector) și poate fi găsit și în surse pulsate surse de alimentare, aparate video, scanere etc. Înfășurarea este realizată din sârmă PEV-2 cu diametrul de 0,4 mm și conține 30 de spire.

Circuitul electronic este foarte simplu: este format dintr-o bobină, două tranzistoare, un condensator și două rezistențe. Setul nu este impresionant, dar își face treaba. Consumul de curent este de 25 mA, ceea ce este echivalent cu aproximativ 50 de ore de funcționare continuă a unei baterii AA. Circuitul funcționează destul de bine, oferind un nivel mediu de strălucire a LED-urilor.

Acest Convertor DC-DC tensiune de la 5-13 V la intrare, la 12 V ieșire DC 1,5 A. Convertorul primește o tensiune mai mică și oferă o ieșire mai mare pentru a fi utilizat acolo unde există o tensiune mai mică decât cei 12 volți necesari. Este adesea folosit pentru a crește tensiunea bateriilor existente. Acesta este în esență un convertor DC-DC integrat. De exemplu, există o baterie litiu-ion de 3,7 V, iar tensiunea acesteia poate fi schimbată folosind acest circuit pentru a furniza 12 V necesar la 1,5 A.

Convertorul este ușor de construit singur. Componenta principală este MC34063, care constă dintr-o referință de tensiune (compensată cu temperatură), un comparator, un oscilator cu un circuit activ de limitare a curentului de vârf, o poartă AND, un flip-flop și un comutator de ieșire de mare putere cu driver și numai sunt necesare câteva componente electronice suplimentare în cablaj, astfel încât acesta să fie gata. Această serie de cipuri a fost special concepută pentru a fi inclusă în diverse convertoare.

Avantajele cipului MC34063A

Funcționare de la intrare de la 3 la 40 V
Curent de așteptare scăzut
Limita curentului
Curent de ieșire de până la 1,5 A
Tensiune de ieșire reglabilă
Funcționare în intervalul de frecvență de până la 100 kHz
Precizie 2%

Descrierea radioelementelor

R- Toate rezistențele sunt de 0,25 W.
T- tranzistor de putere TIP31-NPN. Tot curentul de ieșire trece prin el.
L1- bobine de ferită de 100 µH. Dacă trebuie să o faceți singur, trebuie să achiziționați inele de ferită toroidală cu un diametru exterior de 20 mm și un diametru interior de 10 mm, de asemenea 10 mm înălțime și sârmă de 1 - 1,5 mm grosime pe 0,5 metri și să faceți 5 spire la distanțe egale. Dimensiunile inelului de ferită nu sunt prea critice. O diferență de câteva (1-3 mm) este acceptabilă.
D- trebuie folosită o diodă Schottky
TR- rezistor variabil cu mai multe ture, care este folosit aici pentru reglarea fină a tensiunii de ieșire de 12 V.
C- C1 și C3 sunt condensatori polari, așa că acordați atenție acestui lucru atunci când le plasați pe PCB.

Lista pieselor pentru asamblare

Rezistoare: R1 = 0,22 ohmi x1, R2 = 180 ohmi x1, R3 = 1,5K x1, R4 = 12K x1
Regulator: TR1 = 1 kOhm, multi-turn
Tranzistor: T1 = TIP31A sau TIP31C
Choke: L1 = 100 µH pe inelul de ferită
Dioda: D1 - Schottky 1N5821 (21V - 3A), 1N5822 (28V - 3A) sau MBR340 (40V - 3A)
Condensatori: C1 = 100 uF / 25V, C2 = 0,001 uF, C3 = 2200 uF / 25V
Chip: MC34063
PCB 55 x 40 mm

Rețineți că trebuie să instalați un mic calorifer din aluminiu la tranzistorul T1 - TIP31, altfel acest tranzistor poate fi deteriorat din cauza încălzirii crescute, mai ales la curenți de sarcină mari. Fișă tehnică și desen placa de circuit imprimat

Potrivit, de exemplu, pentru alimentarea unui laptop într-o mașină, pentru conversia 12-24, pentru reîncărcarea bateriei unei mașini de la o sursă de alimentare de 12V etc.

Convertorul a sosit cu calea stângă tip UAххххYP și de foarte mult timp, 3 luni, aproape că am deschis o dispută.
Vânzătorul a împachetat bine dispozitivul.

Setul includea suporturi din alamă cu piulițe și șaibe, pe care le-am înșurubat imediat pentru a nu se pierde.

Instalarea este destul de de înaltă calitate, placa a fost curățată.
Caloriferele sunt destul de decente, bine securizate și izolate de circuit.
Choke-ul este înfășurat în 3 fire - soluția potrivită la astfel de frecvențe și curenți.
Singurul lucru este că inductorul nu este asigurat și atârnă de firele în sine.

Diagrama dispozitivului real:

Am fost mulțumit de prezența unui stabilizator de alimentare pentru microcircuit - extinde semnificativ gama tensiunii de funcționare de intrare de sus (până la 32V).
Desigur, tensiunea de ieșire nu poate fi mai mică decât tensiunea de intrare.
Folosind un rezistor de reglare cu mai multe ture, puteți regla tensiunea de ieșire stabilizată în intervalul de la intrare la 35V
Roşu Indicator LED se aprinde când există tensiune la ieșire.
Convertorul este asamblat pe baza controlerului PWM utilizat pe scară largă UC3843AN

Diagrama de conectare este standard; se adaugă un emițător pe un tranzistor pentru a compensa semnalul de la senzorul de curent. Acest lucru vă permite să creșteți sensibilitatea protecției curentului și să reduceți pierderile de tensiune la senzorul de curent.
Frecventa de operare 120kHz

Dacă chinezii nu ar fi dat greș și aici, aș fi fost foarte surprins :)
- La o sarcină ușoară, generarea are loc în rafale și se aude șuieratul clapetei de accelerație. Există, de asemenea, o întârziere vizibilă în reglare atunci când sarcina se modifică.
Acest lucru se întâmplă din cauza unui circuit de compensare a feedback-ului selectat incorect (condensator de 100 nF între picioarele 1 și 2). A redus semnificativ capacitatea condensatorului (la 200pF) și a lipit un rezistor de 47kOhm deasupra.
Sâsâitul a dispărut și stabilitatea funcționării a crescut.

Au uitat să instaleze un condensator pentru filtrarea zgomotului de impuls la intrarea de protecție a curentului. Am plasat un condensator de 200pF între al treilea picior și conductorul comun.

Nu există ceramică de șunt paralelă cu electroliții. Dacă este necesar, puteți lipi ceramica SMD.

Există protecție la suprasarcină, dar nu există protecție la scurtcircuit.
Nu există filtre furnizate, iar condensatorii de intrare și de ieșire nu netezesc foarte bine tensiunea la sarcini mari.

Dacă tensiunea de intrare este aproape de limita inferioară de toleranță (10-12V), este logic să comutați puterea controlerului de la circuitul de intrare la circuitul de ieșire prin re-lipirea jumper-ului furnizat pe placă.

Oscilogramă pe comutator la o tensiune de intrare de 12V

La sarcini mici, se observă un proces oscilator al clapetei de accelerație

Aceasta este ceea ce am reușit să strângem la maximum cu o tensiune de intrare de 12V
Intrare 12 V / 9 A Ieșire 20 V / 4,5 A (90 W)
În același timp, ambele calorifere s-au încălzit decent, dar nu a existat supraîncălzire
Oscilograme la comutator și la ieșire. După cum puteți vedea, pulsațiile sunt foarte mari din cauza condensatoarelor mici și a absenței ceramicii de șunt

Dacă curentul de intrare ajunge la 10A, convertorul începe să fluieră în mod neplăcut (protecția curentului este declanșată) și tensiunea de ieșire scade

De fapt, puterea maximă a invertorului depinde foarte mult de tensiunea de intrare. Producătorul susține 150 W, curent maxim de intrare 10 A, curent maxim de ieșire 6 A. Dacă convertiți 24V în 30V, atunci, desigur, va produce cei 150W declarati și chiar puțin mai mult, dar este puțin probabil ca cineva să aibă nevoie de el. Cu o tensiune de intrare de 12V, poți conta doar pe 90W

Trage-ti propriile concluzii :)

Plănuiesc să cumpăr +94 Adaugă la favorite Mi-a placut recenzia +68 +149

Dispozitivele alimentate cu baterii nu vor mai surprinde pe nimeni, există zeci de tot felul de jucării și gadgeturi alimentate cu baterii în fiecare casă. Între timp, puțini oameni s-au gândit la numărul de convertoare diferite care sunt folosite pentru a obține tensiunile sau curenții necesari din bateriile standard. Aceste aceleași convertoare sunt împărțite în câteva zeci de grupuri diferite, fiecare având propriile caracteristici, dar în acest moment vorbim despre convertoare de tensiune descendente și de creștere, care sunt cel mai adesea numite convertoare AC/DC și DC/DC. . În majoritatea cazurilor, pentru a construi astfel de convertoare, se folosesc microcircuite specializate, care fac posibilă construirea unui convertor cu o anumită topologie cu o cantitate minimă de cablare, din fericire, există o mulțime de microcircuite de alimentare acum pe piață.

Puteți lua în considerare caracteristicile utilizării acestor microcircuite pentru o perioadă de timp infinit de lungă, mai ales ținând cont de întreaga bibliotecă de fișe de date și note de aplicații de la producători, precum și de un număr nenumărat de recenzii publicitare condiționate de la reprezentanții companiilor concurente, fiecare dintre ele încearcă să prezinte produsul lor ca fiind de cea mai înaltă calitate și cel mai versatil. De data aceasta vom folosi elemente discrete pe care vom asambla mai multe convertoare simple step-up DC/DC care servesc la alimentarea unui dispozitiv mic de putere redusa, de exemplu, un LED, de la 1 baterie cu o tensiune de 1,5 volti. Aceste convertoare de tensiune pot fi considerate cu ușurință un proiect de weekend și sunt recomandate pentru asamblare de către cei care fac primii pași în lume uimitoare electronice.

Această diagramă prezintă un oscilator de relaxare, care este un oscilator de blocare cu înfășurări de transformator contraconectate. Principiul de funcționare al acestui convertor este următorul: atunci când este pornit, curentul care trece printr-una dintre înfășurările transformatorului și joncțiunea emițătorului tranzistorului îl deschide, drept urmare se deschide și începe să circule mai mult curent. a doua înfăşurare a transformatorului şi tranzistorul deschis. Ca urmare, în înfășurarea conectată la baza tranzistorului este indus un EMF, care oprește tranzistorul și curentul prin acesta este întrerupt. În acest moment, energia stocată în câmpul magnetic al transformatorului, ca urmare a fenomenului de auto-inducție, este eliberată și un curent începe să curgă prin LED, determinându-l să strălucească. Apoi procesul se repetă.

Componentele din care poate fi asamblat acest simplu convertor de tensiune crescător pot fi complet diferite. Un circuit asamblat fără erori este foarte probabil să funcționeze corect. Am încercat chiar să folosim tranzistorul MP37B - convertorul funcționează perfect! Cel mai dificil lucru este să faci un transformator - trebuie înfășurat cu un fir dublu pe un inel de ferită, în timp ce numărul de spire nu joacă un rol special și variază de la 15 la 30. Mai puțin nu funcționează întotdeauna, mai mult nu funcționează. să aibă sens. Ferită - orice, nu are prea mult sens să iei un N87 de la Epcos, la fel ca în căutarea unui M6000NN produs intern. Curenții care curg în circuit sunt neglijabili, astfel încât dimensiunea inelului poate fi foarte mică, un diametru exterior de 10 mm va fi mai mult decât suficient. Un rezistor cu o rezistență de aproximativ 1 kilo ohm (nu a fost găsită nicio diferență între rezistențele cu o valoare nominală de 750 ohmi și 1,5 kohmi). Este recomandabil să alegeți un tranzistor cu o tensiune de saturație minimă cu cât este mai scăzută, cu atât bateria poate fi mai descărcată. Au fost testate experimental următoarele: MP 37B, BC337, 2N3904, MPSH10. LED - orice unul disponibil, cu avertismentul că unul puternic multi-cip nu va străluci la putere maximă.

Dispozitivul asamblat arată astfel:

Dimensiunea plăcii este de 15 x 30 mm și poate fi redusă la mai puțin de 1 centimetru pătrat folosind componente SMD și un transformator suficient de mic. Fără sarcină, acest circuit nu funcționează.

Al doilea circuit este un convertor tip step-up realizat cu doi tranzistori. Avantajul acestui circuit este că în timpul fabricării sale nu este nevoie să înfășurați transformatorul, ci doar să luați un inductor gata făcut, dar conține mai multe piese decât precedentul.

Principiul de funcționare se rezumă la faptul că curentul prin inductor este întrerupt periodic de tranzistorul VT2, iar energia de auto-inducție este direcționată prin diodă către condensatorul C1 și transferată la sarcină. Din nou, circuitul este funcțional cu componente și valori ale elementelor complet diferite. Tranzistorul VT1 poate fi BC556 sau BC327 și VT2 BC546 sau BC337, dioda VD1 poate fi orice diodă Schottky, de exemplu, 1N5818. Condensatorul C1 - orice tip, cu o capacitate de la 1 la 33 μF, nu mai are sens, mai ales că te poți descurca cu totul fără el. Rezistoare - cu o putere de 0,125 sau 0,25 W (deși puteți furniza și cele puternice cu fir bobinat, aproximativ 10 wați, dar acest lucru este mai risipitor decât este necesar) de următoarele valori nominale: R1 - 750 Ohm, R2 - 220 KOhm, R3 - 100 KOhm. În același timp, toate valorile rezistoarelor pot fi înlocuite complet liber cu cele disponibile în 10-15% din cele indicate, atâta timp cât funcționează corect circuit asamblat acest lucru nu are niciun efect, dar afectează tensiunea minimă la care poate funcționa convertorul nostru.

Cea mai importantă parte este inductorul L1, ratingul său poate diferi și de la 100 la 470 μH (au fost testate experimental valori de până la 1 mH - circuitul funcționează stabil), iar curentul pentru care ar trebui să fie proiectat nu depășește 100 mA. LED - orice, ținând cont din nou de faptul că putere de ieșire Schema circuitului este foarte mică Un dispozitiv asamblat corect începe să funcționeze imediat și nu necesită configurare.

Tensiunea de ieșire poate fi stabilizată prin instalarea unei diode Zener cu valoarea necesară în paralel cu condensatorul C1, cu toate acestea, trebuie reținut că atunci când conectați un consumator, tensiunea poate scădea și deveni insuficientă.ATENŢIE! Fără sarcină, acest circuit poate produce tensiuni de zeci sau chiar sute de volți! Dacă este utilizat fără un element stabilizator la ieșire, condensatorul C1 va fi încărcat la tensiunea maximă, care, dacă sarcina este conectată ulterior, poate duce la defectarea acestuia!

Convertorul este realizat și pe o placă de 30 x 15 mm, ceea ce îi permite să fie atașat la un compartiment pentru baterii de dimensiune AA. Dispunerea PCB-ului arată astfel:

ambele circuite simple convertizoarele boost pot fi realizate cu propriile mâini și utilizat cu succes în condiții de camping, de exemplu într-un felinar sau lampă pentru aprinderea unui cort, precum și în diverse produse electronice de casă, pentru care utilizarea unui număr minim de baterii este critică.

Ți-a plăcut articolul? Împărtășește-l

Imprimați acest articol