Universal auto pretvarač(konverter) "DC/DC".
Ovo je jednostavan, univerzalni DC/DC pretvarač (konverter jednog napona DC drugome). Njegov ulazni napon može biti od 9 do 18 V, sa izlaznim naponom od 5-28 volti, koji se po potrebi može mijenjati u rasponu od približno 3 do 50V. Izlazni napon ovog pretvarača može biti ili manji od ulaznog napona ili više.
Snaga koja se dovodi do opterećenja može doseći i do 100 W. Prosječna struja opterećenja pretvarača je 2,5-3 ampera (ovisno o izlaznom naponu, a s izlaznim naponom od, na primjer, 5 volti, struja opterećenja može biti 8 ampera ili više).
Ovaj pretvarač je pogodan za razne svrhe kao što su napajanje laptopa, pojačala, prijenosnih televizora i još mnogo toga. kućanskih aparata iz ugrađene 12V mreže automobila, također punjenje mobilnih telefona, USB uređaja, 24V opreme itd.
Pretvarač je otporan na preopterećenja i kratke spojeve na izlazu, budući da ulazni i izlazni krugovi nisu galvanski povezani jedan s drugim, a na primjer, kvar energetskog tranzistora neće dovesti do kvara priključenog opterećenja, već samo napona. će se izgubiti na izlazu (pa, pregorit će zaštitni osigurač).
Slika 1.
Konvertorski krug.
Konvertor je izgrađen na UC3843 čipu. Za razliku od konvencionalnih krugova takvih pretvarača, ovdje se kao element za proizvodnju energije koristi ne prigušnica, već transformator, s omjerom okretaja 1:1, te su stoga njegov ulaz i izlaz galvanski izolirani jedan od drugog.
Radna frekvencija pretvarača je oko 90-95 kHz.
Odaberite radni napon kondenzatora C8 i C9 u zavisnosti od izlaznog napona.
Vrijednost otpornika R9 određuje prag ograničenja struje pretvarača. Što je njegova vrijednost manja, to je granična struja veća.
Umjesto podešavanja otpornika R3, možete staviti varijabilni i koristiti ga za regulaciju izlazni napon, ili instalirajte niz konstantnih otpornika sa fiksnim vrijednostima izlaznog napona i odaberite ih prekidačem.
Za proširenje raspona izlaznih napona potrebno je ponovo izračunati djelitelj napona R2, R3, R4, tako da napon na pinu 2 mikrokola bude 2,5 volti na potrebnom izlaznom naponu.
Slika 2.
Transformer.
Jezgro transformatora se koristi iz računarskih izvora napajanja AT, ATX, na koje je namotana DGS (grupna stabilizacijska prigušnica). Jezgro za bojenje je žuto-bijelo, mogu se koristiti bilo koje odgovarajuće jezgre. Prikladne su i jezgre sličnih izvora napajanja i plavo-zelene boje.
Namotaji transformatora su namotani u dvije žice i sadrže 2x24 zavoja, žicu prečnika 1,0 mm. Počeci namotaja označeni su tačkama na dijagramu.
Kao vikend tranzistori snage Preporučljivo je koristiti one sa niskim otporom otvorenog kanala. Konkretno, SUP75N06-07L, SUP75N03-08, SMP60N03-10L, IRL1004, IRL3705N. Također ih je potrebno odabrati s maksimalnim radnim naponom, ovisno o maksimalnom izlaznom naponu. Maksimalni radni napon tranzistora ne bi trebao biti manji od 1,25 izlaznog napona.
Kao VD1 diodu, možete koristiti uparenu Schottky diodu, sa reverznim naponom od najmanje 40V i maksimalnom strujom od najmanje 15A, također poželjno u TO-220 paketu. Na primjer SLB1640, ili STPS1545, itd.
Kolo je sastavljeno i testirano na matičnoj ploči. Tranzistor sa efektom polja 09N03LA, istrgnut sa "mrtve matične ploče", korišten je kao tranzistor snage. Dioda je uparena Schottky dioda SBL2045CT.
Slika 3.
Test 15V-4A.
Testiranje pretvarača sa ulaznim naponom od 12 volti i izlaznim naponom od 15 volti. Struja opterećenja invertera je 4 ampera. Snaga opterećenja je 60 vati.
Slika 4.
Test 5V-8A.
Testiranje pretvarača sa ulaznim naponom od 12 volti, izlaznim naponom od 5V i strujom opterećenja od 8A. Snaga opterećenja je 40 vati. Snažni tranzistor koji se koristi u kolu = 09N03LA (SMD sa matične ploče), D1 = SBL2045CT (iz računarskog napajanja), R9 = 0R068 (0,068 Ohm), C8 = 2 x 4700 10V.
Štampana ploča razvijena za ovaj uređaj je veličine 100x38 mm, uzimajući u obzir ugradnju tranzistora i diode na radijator. Pečat u formatu Sprint-Layout 6.0, u prilogu.
Ispod na fotografijama je montažna verzija ovog kola koristeći SMD komponente. Pečat je dizajniran za SMD komponente, veličine 1206.
Slika 5.
Opcija montaže pretvarača.
Ako nema potrebe za regulacijom izlaznog napona na izlazu ovog pretvarača, onda varijabilni otpornik R3 se može eliminisati, a otpornik R2 se može odabrati tako da izlazni napon pretvarača odgovara traženom.
Arhiva za članak
Na tranzistorima VT1 i VT2 (KT837K) montiran je push-pull generator impulsa, u kojem se, zbog proporcionalne strujne kontrole tranzistora, gubici pri prebacivanju značajno smanjuju i povećava efikasnost pretvarača. Struja pozitivne povratne sprege teče kroz namotaje III i IV transformatora T1 i opterećenje priključeno na kondenzator C2. Ulogu dioda koje ispravljaju izlazni napon obavljaju emiterski spojevi tranzistora.
Posebnost generatora je prekid oscilacija kada nema opterećenja, čime se automatski rješava problem upravljanja napajanjem. Jednostavno rečeno, takav pretvarač će se sam uključiti kada trebate nešto napajati iz njega i isključiti se kada se opterećenje isključi. Odnosno, baterija za napajanje može biti stalno povezana na strujni krug i praktički se ne troši kada je opterećenje isključeno!
Za dati ulaz UVx. i izlaz Ubix. naponi i broj zavoja namotaja I i II (w1), potreban broj zavoja namotaja III i IV (w2) može se izračunati sa dovoljnom preciznošću pomoću formule: w2=w1 (UOut. - UBx. + 0,9) /(UBx - 0,5). Kondenzatori imaju sljedeće karakteristike. C1: 10-100 µF, 6,3 V. C2: 10-100 µF, 16 V.
Tranzistore treba birati na osnovu prihvatljivih vrijednosti bazna struja (ne bi trebao biti manji od struje opterećenja!!!) I emiter obrnutog napona - baza (mora biti veća od dvostruke razlike između ulaznog i izlaznog napona!!!) .
Sastavio sam Chaplygin modul kako bih napravio uređaj za punjenje svog pametnog telefona dok putujem, kada se smartfon ne može puniti iz utičnice od 220 V, ali avaj... Maksimum koji sam uspio da iscijedim koristeći 8 paralelno povezanih baterija je oko 350-375 mA struja punjenja pri 4,75 V. izlazni napon! Iako se Nokia telefon moje žene može puniti ovim uređajem. Bez opterećenja, moj Chaplygin modul proizvodi 7 V sa ulaznim naponom od 1,5 V. Sastavljen je pomoću KT837K tranzistora.
Gornja fotografija prikazuje pseudo-Kronu koju koristim za napajanje nekih svojih uređaja koji zahtijevaju 9 V. Unutar kućišta od Krona baterije nalazi se AAA baterija, stereo konektor preko kojeg se puni, te Chaplygin konvertor. Sastavljen je pomoću tranzistora KT209.
Transformator T1 je namotan na prsten od 2000NM dimenzija K7x4x2, oba namotaja su namotana istovremeno u dvije žice. Kako biste izbjegli oštećenje izolacije na oštrim vanjskim i unutrašnjim rubovima prstena, zabušite ih tako što ćete oštre rubove zaokružiti brusnim papirom. Prvo se namotaju namotaji III i IV (vidi dijagram) koji sadrže 28 zavoja žice prečnika 0,16 mm, zatim, takođe u dve žice, namotaji I i II koji sadrže 4 zavoja žice prečnika 0,25 mm .
Sretno i uspjeh svima koji odluče replicirati konverter! :)
Uređaji na baterije više nikoga neće iznenaditi, u svakom domu postoje desetine svih vrsta igračaka i naprava koje se napajaju na baterije. U međuvremenu, malo ljudi je razmišljalo o broju različitih pretvarača koji se koriste za dobivanje potrebnih napona ili struja iz standardnih baterija. Ovi isti pretvarači su podijeljeni u nekoliko desetina različitih grupa, svaka sa svojim karakteristikama, ali u ovom trenutku govorimo o step-down i step-up 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 omogućavaju izgradnju pretvarača određene topologije s minimalnom količinom ožičenja, na sreću, na tržištu sada postoji veliki broj mikro krugova za napajanje.
Možete beskonačno dugo razmatrati karakteristike korištenja ovih mikro krugova, posebno uzimajući u obzir cijelu biblioteku tablica podataka i aplikacija proizvođača, kao i bezbroj uvjetno reklamnih recenzija predstavnika konkurentskih kompanija, od kojih svaka pokušava predstaviti njihov proizvod kao najkvalitetniji i najsvestraniji. Ovaj put ćemo koristiti diskretne elemente na kojima ćemo sastaviti nekoliko jednostavnih pojačanih DC/DC pretvarača koji služe za napajanje malog uređaja male snage, na primjer LED, od 1 baterije napona 1,5 volti. Ovi pretvarači napona se lako mogu smatrati vikend projektom i preporučuju ih za montažu onima koji prave prve korake u čudesnom svijetu elektronike.
Ovaj dijagram prikazuje relaksacioni oscilator, koji je blokirajući oscilator sa kontra-povezanim namotajima transformatora. Princip rada ovog pretvarača je sljedeći: kada je uključen, struja koja teče kroz jedan od namota transformatora i emiterski spoj tranzistora ga otvara, zbog čega se otvara i počinje teći više struje kroz drugi namotaj transformatora i otvoreni tranzistor. Kao rezultat, u namotu spojenom na bazu tranzistora inducira se EMF, koji isključuje tranzistor i struja kroz njega se prekida. U ovom trenutku, energija pohranjena u magnetskom polju transformatora, kao rezultat fenomena samoindukcije, oslobađa se i struja počinje da teče kroz LED, uzrokujući da svijetli. Zatim se proces ponavlja.
Komponente od kojih se može sastaviti ovaj jednostavan pretvornik napona mogu biti potpuno različite. Kolo sastavljeno bez grešaka je vrlo vjerovatno da će ispravno raditi. Pokušali smo čak i s tranzistorom MP37B - pretvarač radi savršeno! Najteže je napraviti transformator - mora se namotati dvostrukom žicom na feritni prsten, dok broj zavoja ne igra posebnu ulogu i kreće se od 15 do 30. Manje ne radi uvijek, više ne ima smisla. Ferit - bilo koji, nema previše smisla uzimati N87 od Epcos-a, baš kao što tražite domaći M6000NN. Struje koje teku u kolu su zanemarive, tako da veličina prstena može biti vrlo mala, vanjski promjer od 10 mm će biti više nego dovoljan. Otpornik sa otporom od oko 1 kg oma (nije pronađena razlika između otpornika nominalne vrijednosti od 750 oma i 1,5 kohma). Preporučljivo je odabrati tranzistor s minimalnim naponom zasićenja, što je niži, to se baterija može koristiti više. Eksperimentalno su ispitani: MP 37B, BC337, 2N3904, MPSH10. LED - bilo koji dostupan, uz upozorenje da moćni multi-chip neće svijetliti punom snagom.
Sastavljeni uređaj izgleda ovako:
Veličina ploče je 15 x 30 mm, a može se smanjiti na manje od 1 kvadratni centimetar korištenjem SMD komponenti i dovoljno malog transformatora. Nema opterećenja ovu šemu ne radi.
Drugi krug je tipičan pojačani pretvarač napravljen sa dva tranzistora. Prednost ovog kruga je u tome što prilikom njegove proizvodnje nema potrebe za namotavanjem transformatora, već samo uzmite gotov induktor, ali sadrži više dijelova od prethodnog.
Princip rada se svodi na činjenicu da se struja kroz induktor periodično prekida tranzistorom VT2, a energija samoindukcije se usmjerava kroz diodu na kondenzator C1 i prenosi na opterećenje. Opet, krug je izvodljiv 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 isporučiti i moćne žičane namotane, oko 10 vati, ali ovo je rasipničkije nego što je potrebno) sljedećih ocjena: R1 - 750 Ohm, R2 - 220 KOhm, R3 - 100 KOhm. U isto vrijeme, sve vrijednosti otpornika mogu se potpuno slobodno zamijeniti onima koje su dostupne unutar 10-15% od navedenih, to ne utječe na performanse ispravno sastavljenog kruga, ali utječe na minimalni napon na kojem je naš pretvarač može da radi.
Najvažniji dio je induktor L1, njegova vrijednost se također može razlikovati od 100 do 470 μH (eksperimentalno su ispitane vrijednosti do 1 mH - krug radi stabilno), a struja za koju treba biti dizajniran ne prelazi 100 mA. Bilo koja LED, opet uzimajući u obzir da je izlazna snaga kola vrlo mala sastavljen uređaj počinje s radom odmah i ne zahtijeva konfiguraciju.
Izlazni napon se može stabilizirati ugradnjom zener diode potrebne vrijednosti paralelno s kondenzatorom C1, međutim, treba imati na umu da pri spajanju potrošača napon može opasti i postati nedovoljan.PAŽNJA! Bez opterećenja, ovaj krug može proizvesti napone od desetina ili čak stotina volti! Ako se koristi bez stabilizacionog elementa na izlazu, kondenzator C1 će se napuniti do maksimalnog napona, što, ako se opterećenje naknadno priključi, može dovesti do njegovog kvara!
Konvertor je takođe napravljen na ploči dimenzija 30 x 15 mm, što omogućava pričvršćivanje na pretinac za baterije veličine AA. Raspored PCB-a izgleda ovako:
Oba jednostavna kola pojačivači se mogu napraviti vlastitim rukama i može se uspješno koristiti u uvjetima kampiranja, na primjer u lampionu ili lampi za rasvjetu šatora, kao iu raznim elektronskim domaćim proizvodima, za koje je kritična upotreba minimalnog broja baterija.
!
U ovom domaćem proizvodu, AKA KASYAN će napraviti univerzalni step-down i step-up pretvarač napona.
Nedavno je autor sakupio litijumska baterija. A danas će otkriti tajnu u koju svrhu ga je napravio.
Evo novog pretvarača napona, njegov način rada je jednociklični.
Pretvarač ima male dimenzije i prilično veliku snagu.
Konvencionalni pretvarači rade jednu od dvije stvari. Oni samo povećavaju ili samo smanjuju napon koji se dovodi na ulaz.
Verzija koju je napravio autor može se povećati,
i snizite ulazni napon na traženu vrijednost.
Autor posjeduje različite regulirane izvore napajanja kojima testira sastavljene domaće proizvode.
Puni baterije i koristi ih za razne druge zadatke.
Ne tako davno pojavila se ideja o stvaranju prijenosnog izvora napajanja.
Izjava o problemu je bila sljedeća: uređaj bi trebao moći puniti sve vrste prijenosnih uređaja.
Od običnih pametnih telefona i tableta do prijenosnih računala i video kamera, pa se čak i nosio s napajanjem autorovog omiljenog lemilice TS-100.
Naravno, možete jednostavno koristiti univerzalni punjači sa strujnim adapterima.
Ali svi su napajani od 220V
U autorovom slučaju potreban je bio prijenosni izvor različitih izlaznih napona.
Ali autor nije našao ništa od toga na prodaju.
Naponi napajanja za ove gadgete imaju vrlo širok raspon.
Na primjer, pametnim telefonima je potrebno samo 5 V, laptopima 18, nekima čak 24 V.
Baterija koju je proizveo autor dizajnirana je za izlazni napon od 14,8 V.
Stoga je potreban pretvarač koji može povećati i smanjiti početni napon.
Imajte na umu da se neke od vrijednosti komponenti navedenih na dijagramu razlikuju od onih instaliranih na ploči.
Ovo su kondenzatori.
Dijagram prikazuje referentne vrijednosti, a autor je napravio ploču za rješavanje vlastitih problema.
Prvo, zanimala me je kompaktnost.
Drugo, autorov pretvarač snage vam omogućava da lako kreirate izlaznu struju od 3 ampera.
AKA KASYAN ništa više nije potrebno.
To je zbog činjenice da je kapacitet korištenih kondenzatora za pohranu mali, ali krug može isporučiti izlaznu struju do 5 A.
Stoga je shema univerzalna. Parametri zavise od kapacitivnosti kondenzatora, parametara induktora, diodnog ispravljača i karakteristika poljske sklopke.
Recimo nekoliko riječi o šemi. To je jednociklični pretvarač baziran na UC3843 PWM kontroleru.
Budući da je napon iz baterije nešto veći od standardnog napajanja mikrokola, u krug je dodan stabilizator od 12V 7812 za napajanje PWM kontrolera.
Ovaj stabilizator nije prikazan na dijagramu iznad.
Skupština. O kratkospojnicima instaliranim na montažnoj strani ploče.
Postoje četiri ova skakača, a dva su moćna. Njihov prečnik mora biti najmanje milimetar!
Transformator, odnosno prigušnica, namotan je na žuti prsten od gvožđa u prahu.
Takvi prstenovi se mogu naći u izlaznim filterima računarskih napajanja.
Dimenzije korišćenog jezgra.
Vanjski promjer 23,29 mm.
Unutrašnji prečnik 13,59 mm.
Debljina 10,33 mm.
Najvjerovatnije je debljina izolacijskog namota 0,3 mm.
Prigušnica se sastoji od dva jednaka namotaja.
Oba namotaja su namotana bakarna žica prečnik 1,2 mm.
Autor preporučuje korištenje žice nešto većeg promjera, 1,5-2,0 mm.
U namotu je deset zavoja, obje žice su namotane odjednom, u istom smjeru.
Prije ugradnje leptira za gas, zalijepite kratkospojnike najlonskom trakom.
Efikasnost šeme leži u ispravna instalacija gas.
Potrebno je pravilno zalemiti terminale za namotaje.
Jednostavno ugradite gas kao što je prikazano na fotografiji.
Snažni N-kanalni tranzistor sa efektom polja, gotovo svaki niskonaponski će poslužiti.
Struja tranzistora nije niža od 30A.
Autor je koristio tranzistor IRFZ44N.
Izlazni ispravljač je YG805C dvostruka dioda u TO220 kućištu.
Važno je koristiti Schottky diode, jer one daju minimalan pad napona (0,3V naspram 0,7) na spoju, što utiče na gubitke i zagrijavanje. Lako ih je pronaći i u notornim računarske jedinice ishrana.
U blokovima se nalaze u izlaznom ispravljaču.
U jednom slučaju postoje dvije diode, koje su u autorskom kolu paralelne kako bi se povećala prolazna struja.
Konverter je stabilizovan i postoji povratna sprega.
Izlazni napon je postavljen otpornikom R3
Može se zamijeniti vanjskim varijabilnim otpornikom radi lakšeg rada.
Pretvarač je također opremljen zaštitom od kratkog spoja. Kao strujni senzor koristi se otpornik R10.
Ovo je šant niskog otpora, a što je veći njegov otpor, to je struja zaštitnog odziva niža. SMD opcija je instalirana sa strane šina.
Ako zaštita od kratkog spoja nije potrebna, jednostavno isključimo ovu jedinicu.
Više zaštite. Na ulazu strujnog kola nalazi se osigurač od 10A.
Inače, kontrolna ploča baterije već ima ugrađenu zaštitu od kratkog spoja.
Veoma je poželjno uzeti kondenzatore koji se koriste u kolu sa malim unutrašnjim otporom.
Stabilizator, tranzistor sa efektom polja i diodni ispravljač pričvršćeni su na aluminijski radijator u obliku savijene ploče.
Obavezno izolujte podloge tranzistora i stabilizatora od radijatora pomoću plastičnih čaura i izolacionih jastučića koji provode toplotu. Ne zaboravite na termalnu pastu. A dioda ugrađena u krug već ima izolirano kućište.
LM2596 smanjuje ulazni napon (na 40 V) - izlaz je regulisan, struja je 3 A. Idealno za LED diode u automobilu. Vrlo jeftini moduli - oko 40 rubalja u Kini.
Texas Instruments proizvodi visokokvalitetne, pouzdane, pristupačne i jeftine, jednostavne za korištenje DC-DC kontrolere LM2596. Kineske tvornice proizvode ultra jeftine impulsne stepdown pretvarače na temelju toga: cijena modula za LM2596 je približno 35 rubalja (uključujući isporuku). Savjetujem vam da kupite seriju od 10 komada odjednom - uvijek će biti koristi od njih, a cijena će pasti na 32 rublje, a manje od 30 rubalja kada naručite 50 komada. Pročitajte više o proračunu sklopa mikrokola, podešavanju struje i napona, njegovoj primjeni i nekim nedostacima pretvarača.
Tipičan način upotrebe je stabilizirani izvor napona. Na osnovu ovog stabilizatora je lako napraviti pulsni blok napajanje, koristim ga kao jednostavno i pouzdano laboratorijsko napajanje koje može izdržati kratke spojeve. Privlačne su zbog postojanosti kvaliteta (svi izgledaju kao da se proizvode u istoj fabrici - i teško je pogrešiti u pet delova), kao i potpune usklađenosti sa podacima i deklarisanim karakteristikama.
Još jedno područje primjene - stabilizator pulsa struja za ishrana moćne LED diode . Modul na ovom čipu će vam omogućiti da povežete 10-vatnu automobilsku LED matricu, dodatno pružajući zaštitu od kratkog spoja.
Toplo preporučujem da ih kupite desetak - sigurno će vam dobro doći. Jedinstveni su na svoj način - ulazni napon je do 40 volti, a potrebno je samo 5 vanjskih komponenti. Ovo je zgodno - možete povećati napon na sabirnici pametne kuće na 36 volti smanjenjem poprečnog presjeka kablova. Takav modul ugrađujemo na mjesta potrošnje i konfiguriramo ga na potrebnih 12, 9, 5 volti ili po potrebi.
Pogledajmo ih pobliže.
Karakteristike čipa:
- Ulazni napon - od 2,4 do 40 volti (do 60 volti u HV verziji)
- Izlazni napon - fiksni ili podesivi (od 1,2 do 37 volti)
- Izlazna struja - do 3 ampera (uz dobro hlađenje - do 4,5A)
- Frekvencija konverzije - 150 kHz
- Kućište - TO220-5 (montaža kroz rupu) ili D2PAK-5 (površinska montaža)
- Efikasnost - 70-75% na niskim naponima, do 95% na visokim naponima
- Stabilizirani izvor napona
- Konvertorski krug
- Datasheet
- USB punjač baziran na LM2596
- Strujni stabilizator
- Koristi se u kućnim uređajima
- Podešavanje izlazne struje i napona
- Poboljšani analozi LM2596
Istorijat - linearni stabilizatori
Za početak, objasnit ću zašto su standardni linearni pretvarači napona poput LM78XX (na primjer 7805) ili LM317 loši. Evo njegovog pojednostavljenog dijagrama.
Glavni element takvog pretvarača je moćan bipolarni tranzistor, uključeno u njegovo "izvorno" značenje - poput kontroliranog otpornika. Ovaj tranzistor je dio Darlington para (da bi se povećao koeficijent prijenosa struje i smanjila snaga potrebna za rad kola). Baza struje je podešena operacioni pojačivač, koji pojačava razliku između izlaznog napona i napona postavljenog pomoću ION (izvor referentni napon), tj. spojen je prema klasičnom krugu pojačala greške.
Dakle, pretvarač jednostavno uključuje otpornik u seriji s opterećenjem i kontrolira njegov otpor tako da se, na primjer, ugasi tačno 5 volti preko opterećenja. Lako je izračunati da kada se napon smanji sa 12 volti na 5 (veoma čest slučaj korištenja čipa 7805), ulaznih 12 volti se raspoređuje između stabilizatora i opterećenja u omjeru „7 volti na stabilizatoru + 5 volti na opterećenju.” Pri struji od pola ampera na opterećenju se oslobađa 2,5 vata, a kod 7805 - čak 3,5 vata.
Ispada da se "dodatnih" 7 volti jednostavno gase na stabilizatoru, pretvarajući se u toplinu. Prvo, to uzrokuje probleme sa hlađenjem, a drugo, potrebno je puno energije iz izvora napajanja. Kada se napaja iz utičnice, to nije strašno (iako i dalje nanosi štetu okolišu), ali kada se napaja baterijama ili punjivim baterijama, to se ne može zanemariti.
Drugi problem je što je generalno nemoguće napraviti pojačani konvertor koristeći ovu metodu. Često se javlja takva potreba, a pokušaji da se ovo pitanje riješi prije dvadeset ili trideset godina su nevjerojatni - koliko je bila složena sinteza i proračun takvih kola. Jedno od najjednostavnijih kola ove vrste je push-pull 5V->15V pretvarač.
Mora se priznati da obezbeđuje galvansku izolaciju, ali ne koristi efikasno transformator - u svakom trenutku se koristi samo polovina primarnog namotaja.
Zaboravimo ovo kao ružan san i pređimo na moderna kola.
Izvor napona
Šema
Mikrokrug je pogodan za korištenje kao step-down pretvarač: unutra se nalazi snažan bipolarni prekidač, ostaje samo dodati preostale komponente regulatora - brzu diodu, induktivitet i izlazni kondenzator, također je moguće instalirajte ulazni kondenzator - samo 5 dijelova.
Verzija LM2596ADJ će također zahtijevati krug za podešavanje izlaznog napona, to su dva otpornika ili jedan varijabilni otpornik.
Krug pretvarača naponskog napona na bazi LM2596:
Cela šema zajedno:
Ovdje možete preuzmite tablicu sa podacima za LM2596.
Princip rada: snažan prekidač unutar uređaja, kontrolisan PWM signalom, šalje impulse napona na induktivitet. U tački A, x% vremena je pun napon, a (1-x)% vremena napon je nula. LC filter izglađuje ove oscilacije naglašavajući konstantnu komponentu jednaku x * naponu napajanja. Dioda završava krug kada se tranzistor isključi.
Detaljan opis posla
Induktivnost se odupire promjeni struje kroz nju. Kada se napon pojavi u tački A, induktor stvara veliki negativni napon samoindukcije, a napon na opterećenju postaje jednak razlici između napona napajanja i napona samoindukcije. Induktivna struja i napon na opterećenju se postepeno povećavaju.
Nakon što napon nestane u tački A, induktor nastoji održati prethodnu struju koja teče iz opterećenja i kondenzatora, te je kratko spaja kroz diodu na masu - ona postepeno opada. Stoga je napon opterećenja uvijek manji ulazni napon i zavisi od radnog ciklusa impulsa.
Izlazni napon
Modul je dostupan u četiri verzije: sa naponom od 3,3V (indeks –3,3), 5V (indeks –5,0), 12V (indeks –12) i podesivom verzijom LM2596ADJ. Prilagođenu verziju ima smisla koristiti svuda, jer je dostupna u velikim količinama u skladištima elektronskih kompanija i malo je vjerovatno da ćete naići na nedostatak - a potrebna su joj samo dodatna dva peni otpornika. I naravno, verzija od 5 volti je također popularna.
Količina na zalihama je u zadnjoj koloni.
Izlazni napon možete podesiti u obliku DIP prekidača, dobar primjer za to je dat ovdje, ili u obliku okretnog prekidača. U oba slučaja trebat će vam baterija preciznih otpornika - ali možete podesiti napon bez voltmetra.
Okvir
Postoje dvije opcije kućišta: TO-263 kućište za planarnu montažu (model LM2596S) i TO-220 kućište kroz otvor (model LM2596T). Više volim da koristim planarnu verziju LM2596S, pošto je u ovom slučaju hladnjak sama ploča i nema potrebe za kupovinom dodatnog eksternog hladnjaka. Osim toga, njegova mehanička otpornost je mnogo veća, za razliku od TO-220, koji mora biti pričvršćen na nešto, čak i na ploču - ali tada je lakše instalirati planarnu verziju. Preporučujem korištenje čipa LM2596T-ADJ u izvorima napajanja jer je lakše ukloniti veliku količinu topline iz njegovog kućišta.
Izglađivanje valovitosti ulaznog napona
Može se koristiti kao efikasan “pametni” stabilizator nakon strujnog ispravljanja. Budući da mikrokolo direktno prati izlazni napon, fluktuacije ulaznog napona će uzrokovati obrnuto proporcionalnu promjenu koeficijenta konverzije mikrokola, a izlazni napon će ostati normalan.
Iz ovoga slijedi da kada se LM2596 koristi kao opadajući pretvarač nakon transformatora i ispravljača, ulazni kondenzator (tj. onaj koji se nalazi odmah iza diodnog mosta) može imati mali kapacitet (oko 50-100 μF).
Izlazni kondenzator
Zbog visoke frekvencije konverzije, izlazni kondenzator također ne mora imati veliki kapacitet. Čak i moćni potrošač neće imati vremena da značajno smanji ovaj kondenzator u jednom ciklusu. Napravimo proračun: uzmimo kondenzator od 100 µF, izlazni napon od 5 V i opterećenje od 3 ampera. Puno punjenje kondenzatora q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.
U jednom ciklusu konverzije, opterećenje će uzeti dq = I*t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC od kondenzatora (ovo je samo 4% ukupnog naboja kondenzatora), a odmah će započeti novi ciklus i pretvarač će staviti novi dio energije u kondenzator.
Najvažnije je ne koristiti tantalske kondenzatore kao ulazne i izlazne kondenzatore. Oni pišu pravo u tablicama podataka - "ne koristiti u strujnim krugovima", jer vrlo slabo tolerišu čak i kratkotrajne prenapone i ne vole visoke impulsne struje. Koristite obične aluminijske elektrolitičke kondenzatore.
Efikasnost, efikasnost i gubitak toplote
Efikasnost nije tako visoka, jer se bipolarni tranzistor koristi kao moćan prekidač - i ima pad napona različit od nule, oko 1,2V. Otuda i pad efikasnosti pri niskim naponima.
Kao što vidite, maksimalna efikasnost se postiže kada je razlika između ulaznog i izlaznog napona oko 12 volti. Odnosno, ako trebate smanjiti napon za 12 volti, minimalna količina energije će ići u toplinu.
Šta je efikasnost pretvarača? Ovo je vrijednost koja karakterizira strujne gubitke - zbog stvaranja topline na potpuno otvorenom snažnom prekidaču prema Joule-Lenzovom zakonu i sličnih gubitaka tokom prolaznih procesa - kada je prekidač, recimo, samo napola otvoren. Efekti oba mehanizma mogu biti uporedivi po veličini, tako da ne treba zaboraviti na oba puta gubitka. Mala količina energije se također koristi za napajanje "mozga" samog pretvarača.
U idealnom slučaju, kada pretvarate napon iz U1 u U2 i izlaznu struju I2, izlazna snaga je jednaka P2 = U2*I2, ulazna snaga je jednaka njoj (idealan slučaj). To znači da će ulazna struja biti I1 = U2/U1*I2.
U našem slučaju, konverzija ima efikasnost ispod jedinice, tako da će dio energije ostati unutar uređaja. Na primjer, sa efikasnošću η, izlazna snaga će biti P_out = η*P_in, a gubici P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Naravno, pretvarač će morati povećati ulaznu struju kako bi održao specificiranu izlaznu struju i napon.
Možemo pretpostaviti da će pri pretvaranju 12V -> 5V i izlaznoj struji od 1A gubici u mikrokrugu biti 1,3 vata, a ulazna struja 0,52A. U svakom slučaju, ovo je bolje od bilo kojeg linearnog pretvarača, koji će dati najmanje 7 vati gubitaka, a trošit će 1 amper iz ulazne mreže (uključujući i za ovaj beskorisni zadatak) - dvostruko više.
Inače, mikrokolo LM2577 ima tri puta nižu radnu frekvenciju, a efikasnost mu je nešto veća, jer ima manje gubitaka u prijelaznim procesima. Međutim, potrebne su mu tri puta veće snage induktora i izlaznog kondenzatora, što znači dodatni novac i veličinu ploče.
Povećanje izlazne struje
Unatoč već prilično velikoj izlaznoj struji mikrokola, ponekad je potrebna i veća struja. Kako izaći iz ove situacije?
- Nekoliko pretvarača može biti paralelno. Naravno, moraju biti podešeni na potpuno isti izlazni napon. U ovom slučaju, ne možete proći sa jednostavnim SMD otpornicima u krugu za podešavanje napona za povratnu spregu, potrebno je koristiti ili otpornike s točnošću od 1%, ili ručno podesiti napon s promjenjivim otpornikom.
USB punjač za LM2596
Možete napraviti vrlo praktičan putni USB punjač. Da biste to učinili, potrebno je postaviti regulator na napon od 5V, osigurati mu USB priključak i napajati punjač. Koristim radio model litijum-polimersku bateriju kupljenu u Kini koja obezbeđuje 5 amper sati na 11,1 volti. Ovo je mnogo - dovoljno za 8 puta punite običan pametni telefon (ne uzimajući u obzir efikasnost). Uzimajući u obzir efikasnost, to će biti najmanje 6 puta.
Ne zaboravite kratko spojiti D+ i D- pinove USB utičnice kako biste rekli telefonu da je povezan na punjač i da je struja koja se prenosi neograničena. Bez ovog događaja, telefon će misliti da je povezan sa računarom i da će se puniti strujom od 500 mA – veoma dugo. Štoviše, takva struja možda neće ni nadoknaditi trenutnu potrošnju telefona, a baterija se uopće neće puniti.
Također možete obezbijediti odvojeni 12V ulaz iz akumulatora automobila sa konektorom za upaljač - i prebaciti izvore nekom vrstom prekidača. Savjetujem vam da instalirate LED koji će signalizirati da je uređaj uključen, kako ne biste zaboravili isključiti bateriju nakon potpunog punjenja - inače će gubici u pretvaraču potpuno isprazniti rezervnu bateriju za nekoliko dana.
Ova vrsta baterije nije baš prikladna jer je dizajnirana za velike struje - možete pokušati pronaći bateriju sa nižom strujom, a bit će manja i lakša.
Strujni stabilizator
Podešavanje izlazne struje
Dostupno samo sa verzijom podesivog izlaznog napona (LM2596ADJ). Inače, Kinezi prave i ovu verziju ploče, sa regulacijom napona i struje i svim vrstama indikacija - gotov modul za stabilizaciju struje na LM2596 sa zaštitom od kratkog spoja može se kupiti pod imenom xw026fr4.
Ako ne želite koristiti gotov modul, a želite sami napraviti ovaj krug, nema ništa komplicirano, s jednim izuzetkom: mikro krug nema mogućnost kontrole struje, ali ga možete dodati. Objasnit ću kako to učiniti i razjasniti teške tačke na tom putu.
Aplikacija
Stabilizator struje je stvar potrebna za napajanje moćnih LED dioda (usput - moj projekat mikrokontrolera LED drajveri velike snage), laserske diode, galvanizacija, punjenje baterije. Kao i kod stabilizatora napona, postoje dvije vrste takvih uređaja - linearni i impulsni.
Klasični linearni stabilizator struje je LM317 i prilično je dobar u svojoj klasi - ali njegova maksimalna struja je 1,5 A, što nije dovoljno za mnoge LED diode velike snage. Čak i ako napajate ovaj stabilizator vanjskim tranzistorom, gubici na njemu su jednostavno neprihvatljivi. Cijeli svijet diže galamu oko potrošnje energije sijalica u stanju pripravnosti, ali ovdje LM317 radi sa efikasnošću od 30% Ovo nije naš metod.
Ali naš čip je zgodan pokretač impulsni pretvarač napon, koji ima mnogo načina rada. Gubici su minimalni, jer se ne koriste linearni načini rada tranzistora, već samo ključni.
Prvobitno je bio namijenjen krugovima za stabilizaciju napona, ali ga nekoliko elemenata pretvara u strujni stabilizator. Činjenica je da se mikrokolo u potpunosti oslanja na "Feedback" signal kao povratnu informaciju, ali na nama je čime ćemo ga hraniti.
U standardnom sklopnom krugu, napon se dovodi na ovu nogu iz otpornog djelitelja izlaznog napona. 1.2V je ravnoteža, ako je povratna informacija manja, drajver povećava radni ciklus impulsa, ako je više, smanjuje ga. Ali možete primijeniti napon na ovaj ulaz iz strujnog šanta!
Shunt
Na primjer, pri struji od 3A trebate uzeti šant s nominalnom vrijednošću ne većom od 0,1 Ohm. Pri takvom otporu ova struja će osloboditi oko 1 W, tako da je to puno. Bolje je paralelno usporediti tri takva šanta, dobivajući otpor od 0,033 Ohma, pad napona od 0,1 V i oslobađanje topline od 0,3 W.
Međutim, za Feedback ulaz je potreban napon od 1,2V - a mi imamo samo 0,1V. Neracionalno je instalirati veći otpor (toplina će se oslobađati 150 puta više), tako da ostaje samo da se nekako poveća ovaj napon. Ovo se radi pomoću operativnog pojačala.
Neinvertujuće op-amp pojačalo
Klasična shema, što može biti jednostavnije?
Ujedinimo se
Sada kombiniramo konvencionalni krug pretvarača napona i pojačalo koristeći op-amp LM358, na čiji ulaz povezujemo strujni šant.
Snažan otpornik od 0,033 Ohma je šant. Može se napraviti od tri paralelno spojena otpornika od 0,1 Ohma, a da biste povećali dozvoljenu disipaciju snage, koristite SMD otpornike u paketu 1206, postavite ih sa malim razmakom (ne blizu jedan) i pokušajte ostaviti što više bakrenog sloja oko otpornici i ispod njih koliko god je to moguće. Mali kondenzator je povezan na izlaz povratne sprege kako bi se eliminisao mogući prijelaz u oscilatorski mod.
Regulišemo i struju i napon
Povežimo oba signala na Feedback ulaz - i strujni i napon. Za kombiniranje ovih signala koristit ćemo uobičajeni dijagram ožičenja "AND" na diodama. Ako je strujni signal veći od naponskog signala, on će dominirati i obrnuto.
Nekoliko riječi o primjenjivosti sheme
Ne možete podesiti izlazni napon. Iako je nemoguće istovremeno regulirati i izlaznu struju i napon - oni su proporcionalni jedni drugima, s koeficijentom "otpornosti opterećenja". A ako napajanje implementira scenario kao što je "konstantan izlazni napon, ali kada struja premaši, počinjemo da smanjujemo napon", tj. CC/CV je već punjač.
Maksimalni napon napajanja za krug je 30V, jer je to granica za LM358. Ovu granicu možete proširiti na 40V (ili 60V sa verzijom LM2596-HV) ako napajate op-amp iz zener diode.
U potonjoj opciji potrebno je koristiti diode za sumiranje sklop dioda, budući da su obje diode u njemu napravljene unutar jedne tehnološki proces i na jednoj silikonskoj pločici. Širenje njihovih parametara bit će mnogo manje od širenja parametara pojedinačnih diskretnih dioda - zahvaljujući tome ćemo dobiti visoku točnost vrijednosti praćenja.
Također morate pažljivo osigurati da se krug op-pojačala ne uzbuđuje i ne pređe u način rada lasera. Da biste to učinili, pokušajte smanjiti duljinu svih vodiča, a posebno staze spojene na pin 2 LM2596. Ne postavljajte operacijsko pojačalo blizu ove staze, već SS36 diodu i filter kondenzator postavite bliže kućištu LM2596 i osigurajte minimalnu površinu petlje uzemljenja spojene na ove elemente - potrebno je osigurati minimalnu dužinu povratna strujna putanja “LM2596 -> VD/C -> LM2596”.
Primjena LM2596 u uređajima i nezavisnom rasporedu ploča
Detaljno sam govorio o upotrebi mikrokola u mojim uređajima, a ne u obliku gotovog modula u drugi članak, koji pokriva: izbor diode, kondenzatora, parametara induktora, a govori se i o ispravnom ožičenju i nekoliko dodatnih trikova.
Mogućnosti za dalji razvoj
Poboljšani analozi LM2596
Najlakši način nakon ovog čipa je prebaciti se na LM2678. U suštini, ovo je isti stepdown pretvarač, samo sa tranzistor sa efektom polja, zahvaljujući čemu se efikasnost penje na 92%. Istina, ima 7 krakova umjesto 5 i nije kompatibilan sa pin-to-pin. Međutim, ovaj čip je vrlo sličan i bit će jednostavna i zgodna opcija sa poboljšanom efikasnošću.
L5973D– prilično star čip, koji pruža do 2,5 A, i nešto veću efikasnost. Takođe ima skoro duplo veću frekvenciju konverzije (250 kHz) - stoga su potrebne niže vrednosti induktora i kondenzatora. Međutim, vidio sam što se događa s njim ako ga stavite direktno u mrežu automobila - prilično često otklanja smetnje.
ST1S10- visoko efikasan (90% efikasnosti) DC-DC stepdown pretvarač.
- Zahtijeva 5–6 vanjskih komponenti;
ST1S14- visokonaponski (do 48 volti) kontroler. Visoka radna frekvencija (850 kHz), izlazna struja do 4A, snaga Dobar izlaz, visoka efikasnost (ne gora od 85%) i zaštitni krug od viška struje opterećenja čine ga vjerovatno najboljim pretvaračem za napajanje servera od 36 volti izvor.
Ako je potrebno maksimalna efikasnost- morat ćete se obratiti neintegriranim stepdown DC-DC kontrolerima. Problem sa integrisanim kontrolerima je što oni nikada nemaju tranzistore hladne snage - tipični otpor kanala nije veći od 200 mOhm. Međutim, ako uzmete kontroler bez ugrađenog tranzistora, možete odabrati bilo koji tranzistor, čak i AUIRFS8409–7P s otporom kanala od pola miljoma
DC-DC pretvarači sa eksternim tranzistorom
Sledeći deo
