Universell bilomvandlare(omvandlare) "DC/DC".

Detta är en enkel, universell DC/DC-omvandlare (enkelspänningsomvandlare likström till en annan). Dess inspänning kan vara från 9 till 18 V, med en utspänning på 5-28 volt, som vid behov kan ändras inom intervallet cirka 3 till 50V. Utspänningen från denna omvandlare kan antingen vara lägre än inspänningen eller mer.
Effekten som tillförs lasten kan nå upp till 100 W. Den genomsnittliga belastningsströmmen för omvandlaren är 2,5-3 ampere (beroende på utspänningen, och med en utspänning på till exempel 5 volt kan lastströmmen vara 8 ampere eller mer).
Denna omvandlare är lämplig för olika ändamål som att driva bärbara datorer, förstärkare, bärbara TV-apparater och mer. hushållsprodukter från bilens inbyggda 12V-nätverk, även laddning av mobiltelefoner, USB-enheter, 24V-utrustning m.m.
Omvandlaren är resistent mot överbelastningar och kortslutningar vid utgången, eftersom ingångs- och utgångskretsarna inte är galvaniskt anslutna till varandra, och till exempel kommer ett fel på en krafttransistor inte att leda till fel på den anslutna lasten, och bara spänningen kommer att gå förlorad vid utgången (ja, skyddssäkringen går).

Bild 1.
Omvandlarkrets.

Omvandlaren är byggd på UC3843-chippet. Till skillnad från konventionella kretsar av sådana omvandlare används här inte en choke, utan en transformator som ett energiproducerande element, med ett varvförhållande på 1:1, och därför är dess ingång och utgång galvaniskt isolerade från varandra.
Omvandlarens arbetsfrekvens är cirka 90-95 kHz.
Välj driftsspänning för kondensatorerna C8 och C9 beroende på utspänningen.
Värdet på motståndet R9 bestämmer omvandlarens strömbegränsningströskel. Ju mindre dess värde, desto större begränsningsström.
Istället för att trimma motståndet R3 kan du sätta ett variabelt och använda det för att reglera utspänning, eller installera en serie konstanta motstånd med fasta utspänningsvärden, och välj dem med en omkopplare.
För att utöka området för utspänningar är det nödvändigt att räkna om spänningsdelaren R2, R3, R4, så att spänningen vid stift 2 på mikrokretsen är 2,5 volt vid den erforderliga utspänningen.

Figur 2.
Transformator.

Transformatorkärnan används från datorströmförsörjning AT, ATX, på vilken DGS (gruppstabiliseringsdrossel) är lindad. Den färgande kärnan är gul-vit, alla lämpliga kärnor kan användas. Kärnor från liknande nätaggregat och blågröna färger är också lämpliga.
Transformatorlindningarna är lindade i två trådar och innehåller 2x24 varv, tråd med en diameter på 1,0 mm. Början av lindningarna indikeras med punkter i diagrammet.

Som en helg krafttransistorer Det är lämpligt att använda de med lågt motstånd mot öppen kanal. I synnerhet SUP75N06-07L, SUP75N03-08, SMP60N03-10L, IRL1004, IRL3705N. Och de måste också väljas med maximal driftspänning, beroende på maximal utspänning. Transistorns maximala driftspänning bör inte vara mindre än 1,25 av utspänningen.
Som VD1-diod kan du använda en parad Schottky-diod, med en backspänning på minst 40V och en maxström på minst 15A, även gärna i ett TO-220-paket. Till exempel SLB1640, eller STPS1545, etc.

Kretsen monterades och testades på en brödbräda. Fälteffekttransistorn 09N03LA, riven från ett "dött moderkort", användes som krafttransistor. Dioden är en parad Schottky-diod SBL2045CT.

Figur 3.
Testa 15V-4A.

Testa växelriktaren med en inspänning på 12 volt och en utspänning på 15 volt. Inverterns belastningsström är 4 ampere. Lasteffekten är 60 watt.

Figur 4.
Testa 5V-8A.

Testa växelriktaren med en inspänning på 12 volt, en utspänning på 5V och en belastningsström på 8A. Lasteffekten är 40 watt. Effekttransistor som används i kretsen = 09N03LA (SMD från moderkortet), D1 = SBL2045CT (från datorströmförsörjning), R9 = 0R068 (0,068 Ohm), C8 = 2 x 4700 10V.

Det tryckta kretskortet som utvecklats för denna enhet är 100x38 mm stort, med hänsyn till installationen av en transistor och diod på en radiator. Signet i Sprint-Layout 6.0-format, bifogat.

Nedan på bilderna är en monteringsversion av denna krets med SMD-komponenter. Signet är designat för SMD-komponenter, storlek 1206.

Bild 5.
Alternativ för omvandlarmontering.

Om det inte finns något behov av att reglera utspänningen vid utgången av denna omvandlare, då variabelt motstånd R3 kan elimineras och motstånd R2 kan väljas så att utgångsspänningen från omvandlaren matchar den önskade.

Arkiv för artikeln

En push-pull pulsgenerator, i vilken, på grund av proportionell strömstyrning av transistorer, omkopplingsförluster reduceras avsevärt och omvandlarens effektivitet ökas, är monterad på transistorerna VT1 och VT2 (KT837K). Den positiva återkopplingsströmmen flyter genom lindningarna III och IV hos transformatorn T1 och belastningen ansluten till kondensatorn C2. Rollen för dioder som likriktar utspänningen utförs av transistorernas emitterövergångar.

En speciell egenskap hos generatorn är avbrottet av oscillationer när det inte finns någon belastning, vilket automatiskt löser problemet med energihantering. Enkelt uttryckt kommer en sådan omvandlare att slå på sig själv när du behöver driva något från den och stängas av när belastningen kopplas bort. Det vill säga, strömbatteriet kan ständigt anslutas till kretsen och praktiskt taget inte förbrukas när belastningen är frånkopplad!

För given ingång UВx. och utgång UBix. spänningar och antalet varv av lindningar I och II (w1), det erforderliga antalet varv av lindningar III och IV (w2) kan beräknas med tillräcklig noggrannhet med hjälp av formeln: w2=w1 (UOut. - UBx. + 0,9) /(UBx - 0,5). Kondensatorer har följande klassificeringar. C1: 10-100 µF, 6,3 V. C2: 10-100 µF, 16 V.

Transistorer bör väljas baserat på acceptabla värden basström (den ska inte vara mindre än belastningsströmmen!!!) Och omvänd spänningssändare - bas (det måste vara större än två gånger skillnaden mellan ingångs- och utspänningen!!!) .

Jag monterade Chaplygin-modulen för att göra en enhet för att ladda min smartphone under resan, när smarttelefonen inte kan laddas från ett 220 V-uttag är ca 350-375 mA laddström vid 4,75 V. utspänning! Även om min frus Nokia-telefon kan laddas med den här enheten. Utan belastning producerar min Chaplygin-modul 7 V med en inspänning på 1,5 V. Den är sammansatt med KT837K-transistorer.

Bilden ovan visar pseudo-Krona, som jag använder för att driva några av mina enheter som kräver 9 V. Inuti fodralet från Krona-batteriet finns ett AAA-batteri, en stereokontakt genom vilken den laddas och en Chaplygin-omvandlare. Den är sammansatt med KT209-transistorer.

Transformator T1 är lindad på en 2000NM ring med måtten K7x4x2, båda lindningarna är lindade samtidigt i två trådar. För att undvika att skada isoleringen på de vassa ytter- och innerkanterna av ringen, matta dem genom att runda av de vassa kanterna med sandpapper. Först lindas lindningarna III och IV (se diagram), som innehåller 28 varv tråd med en diameter på 0,16 mm, sedan, även i två trådar, lindningar I och II, som innehåller 4 varv tråd med en diameter på 0,25 mm .

Lycka till och framgång till alla som bestämmer sig för att replikera omvandlaren! :)

Batteridrivna enheter kommer inte längre att överraska någon det finns dussintals alla typer av leksaker och prylar som drivs av batterier i varje hem. Under tiden har få människor tänkt på antalet olika omvandlare som används för att få de nödvändiga spänningarna eller strömmarna från standardbatterier. Dessa samma omvandlare är indelade i flera dussin olika grupper, var och en med sina egna egenskaper, men vid denna tidpunkt talar vi om steg-down och step-up spänningsomvandlare, som oftast kallas AC/DC och DC/DC omvandlare . I de flesta fall, för att bygga sådana omvandlare, används specialiserade mikrokretsar, som gör det möjligt att bygga en omvandlare av en viss topologi med en minimal mängd ledningar, lyckligtvis finns det många strömförsörjningsmikrokretsar på marknaden nu.

Du kan överväga funktionerna i att använda dessa mikrokretsar under oändligt lång tid, särskilt med hänsyn till hela biblioteket med datablad och appnotes från tillverkare, såväl som ett oräkneligt antal villkorliga reklamrecensioner från representanter för konkurrerande företag, som var och en försöker presentera deras produkt som högsta kvalitet och mest mångsidig. Den här gången kommer vi att använda diskreta element på vilka vi kommer att montera flera enkla step-up DC/DC-omvandlare som tjänar till att driva en liten lågeffektsenhet, till exempel en LED, från 1 batteri med en spänning på 1,5 volt. Dessa spänningsomvandlare kan lätt betraktas som ett helgprojekt och rekommenderas för montering av dem som tar sina första steg in i elektronikens underbara värld.

Detta diagram visar en avslappningssjälvoscillator, som är en blockerande oscillator med motkoppling av transformatorlindningarna. Funktionsprincipen för denna omvandlare är som följer: när den är påslagen öppnar strömmen som flyter genom en av transformatorns lindningar och transistorns emitterövergång den, som ett resultat av vilken den öppnar och mer ström börjar strömma igenom den andra lindningen av transformatorn och den öppna transistorn. Som ett resultat induceras en EMF i lindningen som är ansluten till transistorns bas, vilket stänger av transistorn och strömmen genom den avbryts. I detta ögonblick släpps energin som lagras i transformatorns magnetfält, som ett resultat av fenomenet självinduktion, och en ström börjar flyta genom lysdioden, vilket får den att glöda. Därefter upprepas processen.

Komponenterna från vilka denna enkla step-up spänningsomvandlare kan monteras kan vara helt olika. En krets monterad utan fel är mycket sannolikt att fungera korrekt. Vi försökte till och med använda transistorn MP37B - omvandlaren fungerar perfekt! Det svåraste är att göra en transformator - den måste lindas med en dubbeltråd på en ferritring, medan antalet varv inte spelar någon speciell roll och sträcker sig från 15 till 30. Mindre fungerar inte alltid, mer fungerar inte Vettigt. Ferrit - något, det är inte så meningsfullt att ta en N87 från Epcos, precis som att leta efter en inhemskt producerad M6000NN. Strömmarna som flyter i kretsen är försumbara, så ringens storlek kan vara mycket liten en ytterdiameter på 10 mm kommer att vara mer än tillräckligt. Ett motstånd med ett motstånd på cirka 1 kilo ohm (ingen skillnad hittades mellan motstånd med ett nominellt värde på 750 ohm och 1,5 kohm). Det är lämpligt att välja en transistor med en lägsta mättnadsspänning, ju lägre den är, desto mer urladdat kan batteriet användas. Följande testades experimentellt: MP 37B, BC337, 2N3904, MPSH10. LED - vilken som helst tillgänglig, med varningen att en kraftfull multi-chip inte kommer att lysa med full styrka.

Den sammansatta enheten ser ut så här:

Kortstorleken är 15 x 30 mm och kan reduceras till mindre än 1 kvadratcentimeter med hjälp av SMD-komponenter och en tillräckligt liten transformator. Utan belastning detta schema fungerar inte.

Den andra kretsen är en typisk step-up-omvandlare gjord med två transistorer. Fördelen med denna krets är att det under tillverkningen inte finns något behov av att linda transformatorn, utan bara ta en färdig induktor, men den innehåller fler delar än den föregående.

Funktionsprincipen kokar ner till det faktum att strömmen genom induktorn periodiskt avbryts av transistorn VT2, och självinduktionsenergin riktas genom dioden till kondensatorn C1 och överförs till lasten. Återigen är kretsen fungerande med helt andra komponenter och elementvärden. Transistor VT1 kan vara BC556 eller BC327, och VT2 BC546 eller BC337, diod VD1 kan vara vilken Schottky-diod som helst, till exempel 1N5818. Kondensator C1 - vilken typ som helst, med en kapacitet från 1 till 33 μF, är inte längre vettigt, särskilt eftersom du kan klara dig utan den helt och hållet. Motstånd - med en effekt på 0,125 eller 0,25 W (även om du också kan leverera kraftfulla trådlindade sådana, cirka 10 watt, men detta är mer slösaktigt än nödvändigt) med följande värden: R1 - 750 Ohm, R2 - 220 KOhm, R3 - 100 KOhm. Samtidigt kan alla motståndsvärden helt fritt ersättas med de som är tillgängliga inom 10-15% av de angivna, detta påverkar inte prestandan hos en korrekt monterad krets, men det påverkar den lägsta spänningen vid vilken vår omvandlare kan fungera.

Den viktigaste delen är induktor L1, dess klassificering kan också skilja sig från 100 till 470 μH (värden upp till 1 mH har testats experimentellt - kretsen fungerar stabilt), och strömmen som den ska konstrueras för överstiger inte 100 mA. Vilken lysdiod som helst, återigen med hänsyn till att kretsens uteffekt är mycket liten monterad enhet börjar fungera omedelbart och kräver ingen konfiguration.

Utspänningen kan stabiliseras genom att installera en zenerdiod med önskat värde parallellt med kondensatorn C1, men man bör komma ihåg att när man ansluter en konsument kan spänningen sjunka och bli otillräcklig.UPPMÄRKSAMHET! Utan belastning kan denna krets producera spänningar på tiotals eller till och med hundratals volt! Om den används utan ett stabiliserande element vid utgången kommer kondensator C1 att laddas till den maximala spänningen, vilket, om belastningen kopplas in i efterhand, kan leda till fel!

Omvandlaren är också gjord på ett 30 x 15 mm kort, vilket gör att den kan fästas i ett AA-batterifack. PCB-layouten ser ut så här:

Både enkla kretsar boost-omvandlare kan göras med dina egna händer och kan framgångsrikt användas i campingförhållanden, till exempel i en lykta eller lampa för att tända ett tält, såväl som i olika elektroniska hemgjorda produkter, för vilka användningen av ett minsta antal batterier är avgörande.

!
I denna hemmagjorda produkt kommer AKA KASYAN att göra en universell steg-ned och step-up spänningsomvandlare.

Nyligen samlade författaren litiumbatteri. Och idag kommer han att avslöja hemligheten i vilket syfte han skapade den.

Här är en ny spänningsomvandlare, dess driftläge är encykel.

Omvandlaren har små dimensioner och ganska hög effekt.

Konventionella omvandlare gör en av två saker. De ökar eller minskar bara spänningen som tillförs ingången.
Den version som författaren har gjort kan både öka,

och sänk ingångsspänningen till önskat värde.

Författaren har olika reglerade strömkällor som han testar ihopsatta hemgjorda produkter med.

Laddar batterier och använder dem för diverse andra uppgifter.

För inte så länge sedan dök idén om att skapa en bärbar strömkälla upp.
Problemformuleringen var följande: enheten ska kunna ladda alla typer av bärbara prylar.

Från vanliga smartphones och surfplattor till bärbara datorer och videokameror, och till och med klarat av att driva författarens favoritlödkolv TS-100.

Naturligtvis kan du helt enkelt använda universal laddare med strömadaptrar.
Men de drivs alla av 220V

I författarens fall var det som behövdes en bärbar källa med olika utspänningar.

Men författaren hittade ingen av dessa till salu.

Matningsspänningarna för dessa prylar har ett mycket brett intervall.
Till exempel behöver smartphones bara 5 V, bärbara datorer 18, vissa till och med 24 V.
Batteriet tillverkat av författaren är designat för en utspänning på 14,8 V.
Därför krävs en omvandlare som kan både öka och minska den initiala spänningen.

Observera att vissa av värdena för komponenterna som anges i diagrammet skiljer sig från de som är installerade på kortet.

Dessa är kondensatorer.

Diagrammet visar referensvärdena, och författaren gjorde tavlan för att lösa sina egna problem.
För det första var jag intresserad av kompakthet.

För det andra låter författarens effektomvandlare dig enkelt skapa en utström på 3 Amp.

AKA KASYAN behövs inget mer.

Detta beror på det faktum att kapaciteten hos de använda lagringskondensatorerna är liten, men kretsen kan leverera en utström på upp till 5 A.

Därför är systemet universellt. Parametrarna beror på kondensatorernas kapacitans, induktorns parametrar, diodlikriktaren och fältomkopplarens egenskaper.

Låt oss säga några ord om upplägget. Det är en encykelomvandlare baserad på UC3843 PWM-styrenheten.

Eftersom spänningen från batteriet är något högre än standardströmförsörjningen för mikrokretsen, lades en 12V 7812 stabilisator till kretsen för att driva PWM-styrenheten.

Denna stabilisator indikerades inte i diagrammet ovan.
Hopsättning. Om byglar installerade på monteringssidan av brädan.

Det finns fyra av dessa byglar, och två av dem är kraftfulla. Deras diameter måste vara minst en millimeter!
Transformatorn, eller snarare choken, är lindad på en gul ring gjord av pulveriserat järn.

Sådana ringar kan hittas i utgångsfiltren på datorströmförsörjning.
Mått på kärnan som används.
Ytterdiameter 23,29 mm.

Innerdiameter 13,59 mm.

Tjocklek 10,33 mm.

Troligtvis är tjockleken på isoleringslindningen 0,3 mm.
Choken består av två lika lindningar.

Båda lindningarna är lindade koppartråd diameter 1,2 mm.
Författaren rekommenderar att man använder tråd med lite större diameter, 1,5-2,0 mm.

Det är tio varv i lindningen, båda ledningarna lindas på en gång, åt samma håll.

Innan du installerar gasreglaget, täta byglarna med nylontejp.

Effektiviteten i systemet ligger i korrekt installation strypa

Det är nödvändigt att löda lindningsterminalerna korrekt.

Installera helt enkelt gasreglaget som visas på bilden.

Effekt N-kanals fälteffekttransistor, nästan vilken lågspänning som helst.

Transistorströmmen är inte lägre än 30A.

Författaren använde en IRFZ44N-transistor.

Utgångslikriktaren är en YG805C dubbel diod i ett TO220-paket.

Det är viktigt att använda Schottky-dioder, eftersom de ger minimalt spänningsfall (0,3V mot 0,7) vid korsningen, vilket påverkar förluster och uppvärmning. De är också lätta att hitta hos de ökända datorenheter näring.

I block är de placerade i utgångslikriktaren.

I ett fall finns det två dioder, som i författarens krets är parallellkopplade för att öka den passerande strömmen.
Omvandlaren är stabiliserad och det finns återkoppling.

Utspänningen ställs in av motstånd R3

Den kan bytas ut mot ett externt variabelt motstånd för enkel användning.

Omvandlaren är även utrustad med kortslutningsskydd. Motstånd R10 används som strömgivare.

Detta är en shunt med låg resistans, och ju högre resistans den är, desto lägre är skyddssvarsströmmen. Ett SMD-tillval är installerat på sidan av spåren.

Om kortslutningsskydd inte behövs utesluter vi helt enkelt denna enhet.

Mer skydd. Det finns en 10A säkring vid kretsens ingång.

Förresten, batteristyrkortet har redan kortslutningsskydd installerat.

Det är mycket önskvärt att ta kondensatorer som används i kretsen med lågt internt motstånd.

Stabilisatorn, fälteffekttransistorn och diodlikriktaren är fästa på en aluminiumradiator i form av en böjd platta.

Se till att isolera transistor- och stabilisatorsubstraten från kylaren med plastbussningar och värmeledande isoleringsdynor. Glöm inte termisk pasta. Och dioden installerad i kretsen har redan ett isolerat hus.

LM2596 minskar inspänningen (till 40 V) - utgången är reglerad, strömmen är 3 A. Idealisk för lysdioder i en bil. Mycket billiga moduler - cirka 40 rubel i Kina.

Texas Instruments producerar högkvalitativa, pålitliga, prisvärda och billiga, lättanvända DC-DC-styrenheter LM2596. Kinesiska fabriker producerar ultrabilliga pulsade stepdown-omvandlare baserade på det: priset på en modul för LM2596 är cirka 35 rubel (inklusive leverans). Jag råder dig att köpa en sats på 10 stycken på en gång - det kommer alltid att finnas användning för dem, och priset kommer att sjunka till 32 rubel och mindre än 30 rubel när du beställer 50 stycken. Läs mer om att beräkna mikrokretsens kretsar, justera ström och spänning, dess tillämpning och några av nackdelarna med omvandlaren.

Den typiska användningsmetoden är en stabiliserad spänningskälla. Baserat på denna stabilisator är den lätt att göra pulsblock strömförsörjning, jag använder den som en enkel och pålitlig laboratorieströmförsörjning som tål kortslutningar. De är attraktiva på grund av konsistensen av kvalitet (de verkar alla vara tillverkade på samma fabrik - och det är svårt att göra misstag i fem delar) och full överensstämmelse med databladet och deklarerade egenskaperna.

Ett annat användningsområde - pulsstabilisator aktuell för näring kraftfulla lysdioder . Modulen på detta chip gör att du kan ansluta en 10-watts LED-matris för fordon, vilket dessutom ger kortslutningsskydd.

Jag rekommenderar starkt att köpa ett dussin av dem - de kommer definitivt att komma väl till pass. De är unika på sitt sätt - ingångsspänningen är upp till 40 volt, och endast 5 externa komponenter krävs. Detta är bekvämt - du kan öka spänningen på den smarta hemströmbussen till 36 volt genom att minska kablarnas tvärsnitt. Vi installerar en sådan modul vid förbrukningsställena och konfigurerar den till erforderliga 12, 9, 5 volt eller efter behov.

Låt oss ta en närmare titt på dem.

Chips egenskaper:

• Ingångsspänning - från 2,4 till 40 volt (upp till 60 volt i HV-versionen)
• Utspänning - fast eller justerbar (från 1,2 till 37 volt)
• Utström - upp till 3 ampere (med bra kylning - upp till 4,5A)
• Omvandlingsfrekvens - 150 kHz
• Hus - TO220-5 (genomhålsmontering) eller D2PAK-5 (ytmontering)
• Verkningsgrad - 70-75 % vid låga spänningar, upp till 95 % vid höga spänningar

1. Stabiliserad spänningskälla
2. Omvandlarkrets
3. Datablad
4. USB-laddare baserad på LM2596
5. Strömstabilisator
6. Använd i hemgjorda enheter
7. Justering av utström och spänning
8. Förbättrade analoger av LM2596

Historik - linjära stabilisatorer

Till att börja med kommer jag att förklara varför vanliga linjära spänningsomvandlare som LM78XX (till exempel 7805) eller LM317 är dåliga. Här är dess förenklade diagram.

Huvudelementet i en sådan omvandlare är en kraftfull bipolär transistor, inkluderad i dess "ursprungliga" betydelse - som ett kontrollerat motstånd. Denna transistor är en del av ett Darlington-par (för att öka strömöverföringskoefficienten och minska den effekt som krävs för att driva kretsen). Basströmmen är inställd operationsförstärkare, som förstärker skillnaden mellan utspänningen och den som ställs in med ION (källa referensspänning), dvs. den är ansluten enligt den klassiska felförstärkarkretsen.

Således slår omvandlaren helt enkelt på motståndet i serie med lasten, och styr dess motstånd så att till exempel exakt 5 volt släcks över lasten. Det är lätt att beräkna att när spänningen minskar från 12 volt till 5 (ett mycket vanligt fall med användning av 7805-chipet), fördelas ingången 12 volt mellan stabilisatorn och belastningen i förhållandet "7 volt på stabilisatorn + 5 volt på belastningen." Vid en ström på en halv ampere släpps 2,5 watt vid belastningen och vid 7805 - så mycket som 3,5 watt.

Det visar sig att de "extra" 7 volten helt enkelt släcks på stabilisatorn och förvandlas till värme. För det första orsakar detta problem med kylningen, och för det andra tar det mycket energi från strömkällan. När det drivs från ett uttag är detta inte särskilt skrämmande (även om det fortfarande skadar miljön), men när det drivs av batterier eller uppladdningsbara batterier kan detta inte ignoreras.

Ett annat problem är att det i allmänhet är omöjligt att göra en boost-omvandlare med denna metod. Ofta uppstår ett sådant behov, och försök att lösa detta problem för tjugo eller trettio år sedan är fantastiska - hur komplex syntesen och beräkningen av sådana kretsar var. En av de enklaste kretsarna av detta slag är en push-pull 5V->15V omvandlare.

Det måste erkännas att det ger galvanisk isolering, men det använder inte transformatorn effektivt - endast hälften av primärlindningen används när som helst.

Låt oss glömma detta som en ond dröm och gå vidare till moderna kretsar.

Spänningskälla

Schema

Mikrokretsen är bekväm att använda som en nedstegsomvandlare: en kraftfull bipolär omkopplare är placerad inuti, allt som återstår är att lägga till de återstående komponenterna i regulatorn - en snabb diod, en induktans och en utgångskondensator, det är också möjligt att installera en ingångskondensator - endast 5 delar.

LM2596ADJ-versionen kommer också att kräva en utgångsspänningsinställningskrets, dessa är två motstånd eller ett variabelt motstånd.

Step-down spänningsomvandlarkrets baserad på LM2596:

Hela upplägget tillsammans:

Här kan du ladda ner datablad för LM2596.

Funktionsprincip: en kraftfull omkopplare inuti enheten, styrd av en PWM-signal, skickar spänningspulser till induktansen. Vid punkt A är x% av tiden full spänning och (1-x)% av tiden är spänningen noll. LC-filtret jämnar ut dessa svängningar genom att markera en konstant komponent lika med x * matningsspänning. Dioden slutför kretsen när transistorn stängs av.

Detaljerad arbetsbeskrivning

Induktans motstår förändringen i ström genom den. När spänning uppträder i punkt A skapar induktorn en stor negativ självinduktionsspänning, och spänningen över lasten blir lika med skillnaden mellan matningsspänningen och självinduktionsspänningen. Induktansströmmen och spänningen över lasten ökar gradvis.

Efter att spänningen försvinner vid punkt A strävar induktorn efter att behålla den tidigare strömmen som flyter från lasten och kondensatorn och kortsluter den genom dioden till jord - den sjunker gradvis. Således är belastningsspänningen alltid lägre inspänning och beror på pulsernas arbetscykel.

Utspänning

Modulen finns i fyra versioner: med en spänning på 3,3V (index –3,3), 5V (index –5,0), 12V (index –12) och en justerbar version LM2596ADJ. Det är vettigt att använda den skräddarsydda versionen överallt, eftersom den är tillgänglig i stora mängder i lager hos elektroniska företag och det är osannolikt att du kommer att stöta på en brist på den - och det kräver bara ytterligare två öre motstånd. Och självklart är även 5 voltsversionen populär.

Antalet i lager finns i sista kolumnen.

Du kan ställa in utspänningen i form av en DIP-omkopplare, ett bra exempel på detta ges här, eller i form av en vridomkopplare. I båda fallen behöver du ett batteri med precisionsmotstånd – men du kan justera spänningen utan voltmeter.

Ram

Det finns två höljesalternativ: TO-263 planmonteringshölje (modell LM2596S) och TO-220 genomgående hölje (modell LM2596T). Jag föredrar att använda den plana versionen av LM2596S, eftersom kylflänsen i det här fallet är själva kortet och det finns inget behov av att köpa en extra extern kylfläns. Dessutom är dess mekaniska motstånd mycket högre, till skillnad från TO-220, som måste skruvas fast i något, även på ett bräde - men då är det lättare att installera den plana versionen. Jag rekommenderar att du använder LM2596T-ADJ-chippet i strömförsörjning eftersom det är lättare att ta bort en stor mängd värme från höljet.

Ingångsspänningsrippelutjämning

Kan användas som en effektiv "smart" stabilisator efter strömlikning. Eftersom mikrokretsen direkt övervakar utspänningen kommer fluktuationer i inspänningen att orsaka en omvänt proportionell förändring av omvandlingskoefficienten för mikrokretsen, och utspänningen kommer att förbli normal.

Av detta följer att när man använder LM2596 som en nedtrappningsomvandlare efter en transformator och likriktare, kan ingångskondensatorn (dvs. den som sitter omedelbart efter diodbryggan) ha en liten kapacitans (ca 50-100 μF).

Utgångskondensator

På grund av den höga omvandlingsfrekvensen behöver inte heller utgångskondensatorn ha stor kapacitet. Även en kraftfull konsument kommer inte att ha tid att avsevärt minska denna kondensator i en cykel. Låt oss göra beräkningen: ta en 100 µF kondensator, 5 V utspänning och en last som förbrukar 3 ampere. Full laddning av kondensatorn q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.

I en omvandlingscykel kommer belastningen att ta dq = I*t = 3 A * 6,7 µs = 20 µC från kondensatorn (detta är bara 4% av kondensatorns totala laddning), och omedelbart börjar en ny cykel, och omvandlaren kommer att lägga en ny del energi i kondensatorn.

Det viktigaste är att inte använda tantalkondensatorer som in- och utgångskondensatorer. De skriver direkt i databladen - "använd inte i strömkretsar", eftersom de mycket dåligt tolererar även kortvariga överspänningar och gillar inte höga impulsströmmar. Använd vanliga elektrolytkondensatorer av aluminium.

Effektivitet, effektivitet och värmeförlust

Verkningsgraden är inte så hög, eftersom en bipolär transistor används som en kraftfull switch - och den har ett spänningsfall som inte är noll, cirka 1,2V. Därav minskningen i verkningsgrad vid låga spänningar.

Som du kan se uppnås maximal effektivitet när skillnaden mellan ingångs- och utspänningen är cirka 12 volt. Det vill säga om du behöver minska spänningen med 12 volt kommer en minimal mängd energi att gå till värme.

Vad är omvandlarens effektivitet? Detta är ett värde som kännetecknar strömförluster - på grund av värmealstring på en helt öppen kraftfull strömbrytare enligt Joule-Lenz-lagen och på liknande förluster under transienta processer - när strömbrytaren t ex bara är halvöppen. Effekterna av båda mekanismerna kan vara jämförbara i omfattning, så man bör inte glömma båda förlustvägarna. En liten mängd ström används också för att driva själva omvandlarens "hjärnor".

Idealiskt, vid omvandling av spänning från U1 till U2 och utström I2, är uteffekten lika med P2 = U2*I2, ingångseffekten är lika med den (idealfallet). Detta betyder att inströmmen blir I1 = U2/U1*I2.

I vårt fall har omvandlingen en effektivitet under enhet, så en del av energin förblir inuti enheten. Till exempel, med effektivitet η, kommer uteffekten att vara P_out = η*P_in, och förluster P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Naturligtvis måste omvandlaren öka ingångsströmmen för att bibehålla den specificerade utströmmen och spänningen.

Vi kan anta att vid omvandling av 12V -> 5V och en utström på 1A, kommer förlusterna i mikrokretsen att vara 1,3 watt, och ingångsströmmen blir 0,52A. I vilket fall som helst är detta bättre än någon linjär omvandlare, som ger minst 7 watts förluster och kommer att förbruka 1 ampere från ingångsnätverket (inklusive för denna värdelösa uppgift) - dubbelt så mycket.

Förresten har mikrokretsen LM2577 en tre gånger lägre driftsfrekvens, och dess effektivitet är något högre, eftersom det finns färre förluster i transienta processer. Den behöver dock tre gånger högre klassificering av induktor och utgångskondensator, vilket innebär extra pengar och kortstorlek.

Ökande utström

Trots den redan ganska stora utströmmen från mikrokretsen krävs ibland ännu mer ström. Hur tar man sig ur denna situation?

1. Flera omvandlare kan parallelliseras. Naturligtvis måste de ställas in på exakt samma utspänning. I det här fallet kan du inte klara dig med enkla SMD-motstånd i återkopplingsspänningsinställningskretsen du behöver använda antingen motstånd med en noggrannhet på 1%, eller manuellt ställa in spänningen med ett variabelt motstånd.

Om du inte är säker på en liten spänningsspridning är det bättre att parallellkoppla omvandlarna genom en liten shunt, i storleksordningen flera tiotals milliohm. Annars kommer hela lasten att falla på axlarna av omvandlaren med den högsta spänningen och den kanske inte klarar det. 2. Bra kylning kan användas - stor kylare, flerskikts tryckt kretskort stort område. Detta kommer att göra det möjligt att [höja strömmen](/lm2596-tips-and-tricks/ “Användning av LM2596 i enheter och kortlayout”) till 4,5A. 3. Slutligen kan du [flytta den kraftfulla nyckeln](#a7) utanför mikrokretshuset. Detta kommer att göra det möjligt att använda en fälteffekttransistor med ett mycket litet spänningsfall, och kommer att kraftigt öka både utströmmen och effektiviteten.

USB-laddare för LM2596

Du kan göra en mycket bekväm rese-USB-laddare. För att göra detta måste du ställa in regulatorn på 5V spänning, förse den med en USB-port och ge ström till laddaren. Jag använder ett litiumpolymerbatteri av radiomodell köpt i Kina som ger 5 amperetimmar vid 11,1 volt. Det här är mycket - tillräckligt för att 8 gånger ladda en vanlig smartphone (utan hänsyn till effektivitet). Med hänsyn till effektiviteten kommer det att vara minst 6 gånger.

Glöm inte att kortsluta D+- och D-stiften på USB-uttaget för att tala om för telefonen att den är ansluten till laddaren och att den överförda strömmen är obegränsad. Utan denna händelse kommer telefonen att tro att den är ansluten till datorn och kommer att laddas med en ström på 500 mA - under mycket lång tid. Dessutom kanske en sådan ström inte ens kompenserar för telefonens nuvarande förbrukning, och batteriet laddas inte alls.

Du kan också tillhandahålla en separat 12V-ingång från ett bilbatteri med en cigarettändaruttag - och byta källor med någon form av strömbrytare. Jag råder dig att installera en lysdiod som signalerar att enheten är på, för att inte glömma att stänga av batteriet efter full laddning - annars kommer förlusterna i omvandlaren att tömma reservbatteriet helt om några dagar.

Den här typen av batteri är inte särskilt lämplig eftersom den är designad för höga strömmar - du kan försöka hitta ett batteri med lägre ström, och det blir mindre och lättare.

Strömstabilisator

Justering av utström

Endast tillgänglig med justerbar utspänningsversion (LM2596ADJ). Förresten, kineserna gör också denna version av brädet, med reglering av spänning, ström och alla typer av indikationer - en färdig strömstabilisatormodul på LM2596 med kortslutningsskydd kan köpas under namnet xw026fr4.

Om du inte vill använda en färdig modul, och vill göra den här kretsen själv, är det inget komplicerat, med ett undantag: mikrokretsen har inte förmågan att styra strömmen, men du kan lägga till den. Jag ska förklara hur man gör detta och förtydliga de svåra punkterna på vägen.

Ansökan

En strömstabilisator är en sak som behövs för att driva kraftfulla lysdioder (förresten - mitt mikrokontrollerprojekt LED-drivrutiner med hög effekt), laserdioder, galvanisering, batteriladdning. Som med spänningsstabilisatorer finns det två typer av sådana enheter - linjära och pulsade.

Den klassiska linjära strömstabilisatorn är LM317, och den är ganska bra i sin klass – men dess maximala ström är 1,5A, vilket inte räcker för många högeffekts-LED. Även om du driver denna stabilisator med en extern transistor, är förlusterna på den helt enkelt oacceptabla. Hela världen bråkar om energiförbrukningen för standby-lampor, men här fungerar LM317 med en verkningsgrad på 30 %. Detta är inte vår metod.

Men vårt chip är en bekväm förare pulsomvandlare spänning, med många driftlägen. Förlusterna är minimala, eftersom inga linjära driftsätt för transistorer används, bara nyckel.

Den var ursprungligen avsedd för spänningsstabiliseringskretsar, men flera element förvandlar den till en strömstabilisator. Faktum är att mikrokretsen helt förlitar sig på "Feedback"-signalen som feedback, men vad den ska matas är upp till oss.

I standardkopplingskretsen tillförs spänning till detta ben från en resistiv utspänningsdelare. 1,2V är en balans; om återkopplingen är mindre, ökar föraren pulsernas arbetscykel om den är mer, minskar den. Men du kan lägga spänning på denna ingång från en strömshunt!

Shunt

Till exempel, vid en ström på 3A måste du ta en shunt med ett nominellt värde på högst 0,1 Ohm. Vid ett sådant motstånd kommer denna ström att släppa omkring 1 W, så det är mycket. Det är bättre att parallellkoppla tre sådana shuntar och få ett motstånd på 0,033 Ohm, ett spänningsfall på 0,1 V och en värmeavgivning på 0,3 W.

Feedbackingången kräver dock en spänning på 1,2V – och vi har bara 0,1V. Det är irrationellt att installera ett högre motstånd (värmen kommer att släppas ut 150 gånger mer), så allt som återstår är att på något sätt öka denna spänning. Detta görs med en operationsförstärkare.

Icke-inverterande op-amp-förstärkare

Klassiskt schema, vad kan vara enklare?

Vi förenas

Nu kombinerar vi en konventionell spänningsomvandlarkrets och en förstärkare med en LM358 op-amp, till vars ingång vi ansluter en strömshunt.

Ett kraftfullt 0,033 Ohm motstånd är en shunt. Den kan tillverkas av tre 0,1 Ohm-motstånd kopplade parallellt, och för att öka den tillåtna effektförlusten, använd SMD-motstånd i ett 1206-paket, placera dem med ett litet mellanrum (inte nära varandra) och försök att lämna så mycket kopparlager runt om motstånd och under dem som möjligt. En liten kondensator är ansluten till återkopplingsutgången för att eliminera en eventuell övergång till oscillatorläge.

Vi reglerar både ström och spänning

Låt oss ansluta båda signalerna till feedbackingången - både ström och spänning. För att kombinera dessa signaler kommer vi att använda det vanliga kopplingsschemat "OCH" på dioder. Om strömsignalen är högre än spänningssignalen kommer den att dominera och vice versa.

Några ord om ordningens tillämplighet

Du kan inte justera utspänningen. Även om det är omöjligt att reglera både utströmmen och spänningen samtidigt - de är proportionella mot varandra, med en koefficient för "belastningsresistans". Och om strömförsörjningen implementerar ett scenario som "konstant utspänning, men när strömmen överskrider, börjar vi minska spänningen", dvs. CC/CV är redan en laddare.

Den maximala matningsspänningen för kretsen är 30V, eftersom detta är gränsen för LM358. Du kan utöka denna gräns till 40V (eller 60V med LM2596-HV-versionen) om du driver op-förstärkaren från en zenerdiod.

I det senare alternativet är det nödvändigt att använda summeringsdioder diodmontering, eftersom båda dioderna i den är gjorda inom en teknisk process och på en kiselwafer. Spridningen av deras parametrar kommer att vara mycket mindre än spridningen av parametrar för enskilda diskreta dioder - tack vare detta kommer vi att få hög noggrannhet för spårningsvärden.

Du måste också noggrant se till att op-amp-kretsen inte blir upphetsad och går in i laserläge. För att göra detta, försök att minska längden på alla ledare, och speciellt spåret som är anslutet till stift 2 på LM2596. Placera inte op-förstärkaren nära det här spåret, utan placera SS36-dioden och filterkondensatorn närmare LM2596-kroppen och se till att en minsta yta av jordslingan är ansluten till dessa element - det är nödvändigt att säkerställa en minsta längd på returströmväg "LM2596 -> VD/C -> LM2596".

Applicering av LM2596 i enheter och oberoende kortlayout

Jag talade i detalj om användningen av mikrokretsar i mina enheter, inte i form av en färdig modul i en annan artikel, som täcker: valet av diod, kondensatorer, induktorparametrar, och pratade också om rätt ledningar och några ytterligare knep.

Möjligheter till vidareutveckling

Förbättrade analoger av LM2596

Det enklaste sättet efter detta chip är att byta till LM2678. I huvudsak är detta samma nedstegsomvandlare, bara med fälteffekttransistor, tack vare vilken effektiviteten stiger till 92%. Det är sant att den har 7 ben istället för 5, och den är inte pin-to-pin-kompatibel. Detta chip är dock väldigt likt och skulle vara ett enkelt och bekvämt alternativ med förbättrad effektivitet.

L5973D– ett ganska gammalt chip, som ger upp till 2,5A, och en något högre effektivitet. Den har också nästan dubbelt så stor omvandlingsfrekvens (250 kHz) - därför krävs lägre induktor- och kondensatorvärden. Jag såg dock vad som händer med den om man lägger den direkt i bilnätet - ganska ofta slår den ut störningar.

ST1S10- högeffektiv (90 % verkningsgrad) DC–DC stepdown-omvandlare.

• Kräver 5–6 externa komponenter;

ST1S14- högspänningskontroll (upp till 48 volt). Hög driftsfrekvens (850 kHz), utgångsström upp till 4A, Power Bra uteffekt, hög effektivitet (inte sämre än 85%) och en skyddskrets mot överbelastningsström gör den förmodligen den bästa omvandlaren för att driva en server från en 36-volts källa.

Om du vill maximal effektivitet- du måste vända dig till icke-integrerade stepdown DC–DC-kontroller. Problemet med integrerade styrenheter är att de aldrig har coola effekttransistorer - det typiska kanalmotståndet är inte högre än 200 mOhm. Men om du tar en styrenhet utan inbyggd transistor kan du välja vilken transistor som helst, även AUIRFS8409–7P med ett kanalmotstånd på en halv milliohm

DC-DC omvandlare med extern transistor

Nästa del