Conversor de tensão de comutação CC. Visão geral dos conversores de tensão ajustáveis (estabilizadores, conversores DC-DC)
Os conversores CC-CC chaveados são projetados para aumentar e diminuir a tensão. Com a ajuda deles é possível converter 5 volts, por exemplo, em 12, ou 24, ou vice-versa, com perdas mínimas. Existem também conversores DC-DC de alta tensão, eles são capazes de obter uma diferença de potencial muito significativa de centenas de volts a partir de uma tensão relativamente pequena (5-12 volts). Neste artigo, consideraremos a montagem de tal conversor, cuja tensão de saída pode ser ajustada entre 60-250 volts.
É baseado no temporizador integrado comum NE555. Q1 no circuito é um transistor de efeito de campo, você pode usar IRF630, IRF730, IRF740 ou qualquer outro projetado para trabalhar com tensões acima de 300 volts. Q2 é um transistor bipolar de baixa potência, você pode colocar com segurança BC547, BC337, KT315, 2SC828. O indutor L1 deve ter uma indutância de 100 uH, porém, se não estiver disponível, pode-se definir bobinas na faixa de 50-150 uH, isso não afetará o funcionamento do circuito. É fácil fazer você mesmo um estrangulador - enrole 50-100 voltas de fio de cobre em um anel de ferrite. Diodo D1 de acordo com o esquema FR105, em vez dele pode-se colocar UF4007 ou qualquer outro diodo de alta velocidade para uma tensão de pelo menos 300 volts. O capacitor C4 deve ser de alta tensão, pelo menos 250 volts ou mais. Quanto maior for a sua capacidade, melhor. Também é desejável colocar um capacitor de filme de pequena capacidade em paralelo com ele para filtragem de ruído de alta frequência de alta qualidade na saída do conversor. VR1 é um resistor de sintonia com o qual a tensão de saída é regulada. A tensão mínima de alimentação do circuito é de 5 volts, a mais ideal é de 9 a 12 volts.
Fabricação do conversor
O esquema vai placa de circuito impresso Com tamanho 65x25 mm, acompanha ao artigo um arquivo com desenho do quadro. Você pode pegar um textolite maior que o próprio desenho, para que haja espaço nas bordas para fixar a placa ao gabinete. Algumas fotos do processo de fabricação:
Após a gravação, a placa deve ser estanhada e verificada quanto a curto-circuito. Porque presente no conselho alta voltagem, não deve haver rebarbas metálicas entre os trilhos, caso contrário, é possível quebrar. Em primeiro lugar, pequenas peças são soldadas na placa - resistores, diodos, capacitores. Depois um microcircuito (é melhor instalar em um soquete), transistores, um resistor de sintonia, um indutor. Para maior comodidade de conectar os fios à placa, recomendo a instalação de blocos de terminais de parafuso, locais para eles são fornecidos na placa.
Placa de download:
(downloads: 240)
Primeira execução e configuração
Antes de começar, certifique-se de verificar a instalação correta, ligue os trilhos. Coloque o resistor de sintonia na posição mínima (o controle deslizante deve estar na lateral do resistor R4). Depois disso, você pode aplicar tensão à placa conectando um amperímetro em série com ela. Em modo inativo, o consumo de corrente do circuito não deve exceder 50 mA. Se estiver dentro da norma, você pode girar cuidadosamente o resistor de sintonia, controlando a tensão de saída. Se tudo estiver bem, conecte uma carga à saída de alta tensão, por exemplo, um resistor de 10-20 kΩ e teste novamente o funcionamento do circuito, já sob carga.A corrente máxima que tal conversor pode fornecer é de aproximadamente 10-15 mA. Pode ser usado, por exemplo, como parte da tecnologia de lâmpadas para alimentar os ânodos das lâmpadas ou para acender indicadores de descarga de gás ou fluorescentes. A principal aplicação é uma arma de choque em miniatura, pois a tensão de 250 volts na saída é perceptível para uma pessoa. Boa montagem!
LM2596 - conversor buck corrente direta, geralmente é produzido na forma de módulos prontos, com preço de cerca de US$ 1 (em busca de LM2596S DC-DC 1,25-30 V 3A). Pagando US$ 1,5, Ali pode levar um módulo semelhante com LED de indicação da tensão de entrada e saída, desligando a tensão de saída e ajustando com botões com exibição de valores em indicadores digitais. Concordo - a oferta é mais do que tentadora!
A seguir diagrama de circuito esta placa conversora (os principais componentes estão marcados na imagem no final). Na entrada existe proteção contra inversão de polaridade - diodo D2. Isto evitará danos ao regulador devido à tensão de entrada conectada incorretamente. Apesar do chip lm2596 poder suportar tensões de entrada de até 45 V de acordo com a ficha técnica, na prática a tensão de entrada não deve exceder 35 V durante uso prolongado.
para lm2596, voltagem de saída determinado pela equação abaixo. A tensão de saída do resistor R2 pode ser ajustada de 1,23 a 25 V.
Embora o chip lm2596 seja classificado para uma corrente máxima de 3 A de operação contínua, a pequena superfície da massa da folha não é suficiente para dissipar o calor gerado em toda a faixa do circuito. Observe também que a eficiência deste conversor varia muito dependendo da tensão de entrada, tensão de saída e corrente de carga. A eficiência pode variar de 60% a 90% dependendo das condições de operação. Portanto, a dissipação de calor é obrigatória se a operação contínua for realizada com correntes superiores a 1 A.
De acordo com a ficha técnica, o capacitor feed-forward deve ser instalado em paralelo com R2, principalmente quando a tensão de saída ultrapassar 10V - isso é necessário para garantir a estabilidade. Mas esse capacitor muitas vezes não está presente nas placas inversoras baratas chinesas. Durante os experimentos, diversas instâncias de conversores CC foram testadas em diversas condições de operação. Como resultado, chegamos à conclusão de que o estabilizador do LM2596 é adequado para correntes de alimentação baixas e médias. circuitos digitais, mas saídas de maior potência requerem um dissipador de calor.
Hoje na análise está o famoso conversor boost DC-DC baseado no chip MT3608. O tabuleiro é popular entre quem gosta de criar algo com as próprias mãos. É utilizado principalmente para construir carregadores externos caseiros (power bank).
Hoje faremos uma revisão bem detalhada, examinaremos todas as vantagens e descobriremos as desvantagens
Essa placa custa apenas US$ 0,5, sabendo que testes difíceis virão durante a revisão, que podem resultar em falha das placas, comprei várias peças de uma vez.
A placa é de muito boa qualidade, a instalação é dupla face, para ser mais preciso, quase toda verso- massa, ao mesmo tempo desempenha o papel de dissipador de calor. Dimensões 36 mm * 17 mm * 14 mm
O fabricante especifica os seguintes parâmetros
1). Corrente máxima de saída - 2A
2). Tensão de entrada: 2V ~ 24V
3). Tensão máxima de saída: 28V
4). Eficiência: ≤93%
Tamanho do produto: 36mm * 17mm * 14mm
E o diagrama é mostrado abaixo.
A placa possui um resistor trimmer multivoltas com resistência de 100 kOhm, projetado para ajustar a tensão de saída. Inicialmente, para que o conversor funcione, é necessário girar a variável 10 passos no sentido anti-horário, só depois disso o circuito começará a aumentar a tensão, ou seja, a variável ficará ociosa até a metade.
A entrada e a saída estão assinadas na placa, portanto não haverá problemas de conexão.
Vamos direto aos testes.
1) A tensão máxima declarada é de 28 Volts, que corresponde ao valor real
2) A tensão mínima na qual a placa começa a funcionar é de 2 Volts, direi que isso não é totalmente verdade, a placa permanece operacional nesta tensão, mas começa a funcionar de 2,3-2,5 Volts
3) O valor máximo da tensão de entrada é 24 Volts, direi que uma das 8 placas que comprei não suportou tal tensão de entrada, as demais passaram perfeitamente no exame.
4) Modo de curto-circuito de saída. A fonte de alimentação do laboratório, a partir da qual a fonte é alimentada, está equipada com um sistema limitador de corrente; em caso de curto-circuito na saída, o consumo da fonte de alimentação do laboratório é de 5 A (este é o máximo que o LBP pode fornecer) . Com base nisso, concluímos que se você conectar o inversor, por exemplo, a uma bateria, em caso de curto-circuito, esta queimará instantaneamente - não possui proteção contra curto-circuito. Também não há proteção contra sobrecarga.
6) O que acontece se você inverter a polaridade da conexão. Este teste é claramente visível no vídeo, a placa simplesmente queima com fumaça, aliás, é o microcircuito que queima.
7) Atual movimento ocioso apenas 6mA, um resultado muito bom.
8) Agora a corrente de saída. Uma tensão de 12 volts é aplicada na entrada, 14 volts na saída, ou seja, a diferença entre entrada e saída é de apenas 2 volts, desde que melhores condições funcionar e se com este cenário o circuito não fornecer 2 Amperes, então com outros valores de entrada-saída ele não poderá fornecer isso.
Testes de temperatura
P.S. durante os testes, o indutor começou a cheirar a verniz e por isso foi substituído por um melhor, pelo menos o diâmetro do fio do novo indutor é 2 vezes mais grosso que o do nativo.
No caso desses testes, uma tensão de 12 volts é aplicada na entrada da placa e 14 na saída.
Dissipação de calor no afogador, o afogador já foi substituído
Dissipação de calor no diodo
Dissipação de calor no chip
Como você pode ver, a temperatura em alguns casos está acima de 100 graus, mas é estável.
Deve-se também salientar que sob tais condições de operação, os parâmetros de saída deterioram-se significativamente, o que era de se esperar.
Como você pode ver, com uma corrente de saída de 2A, a tensão cai, então recomendo operar o cachecol em correntes de 1-1,2A no máximo, em valores grandes a estabilidade da tensão de saída é perdida e o microcircuito, o indutor e o diodo retificador de saída superaquecem.
9) Oscilograma da tensão de saída, onde observamos ondulações.
A situação pode ser corrigida se um eletrólito (35-50 Volts) for soldado em paralelo com a saída, a capacidade é de 47 a 220 microfarads (até 470 é possível, não adianta mais)
A frequência operacional do gerador é de cerca de 1,5 MHz
Erro de teste não superior a 5%
!
Neste caseiro, AKA KASYAN fará um conversor universal de tensão abaixador e elevador.
O autor coletou recentemente bateria de lítio. E hoje ele vai revelar o segredo com que propósito o fez.
Aqui está um novo conversor de tensão, seu modo de operação é de ciclo único.
O conversor tem dimensões pequenas e potência bastante grande.
Os conversores convencionais fazem uma de duas coisas. Aumente ou diminua apenas a tensão fornecida à entrada.
A versão feita pelo autor pode tanto aumentar,
e abaixe a tensão de entrada para o valor necessário.
O autor dispõe de diversas fontes de energia ajustáveis com as quais testa os produtos caseiros montados.
Carrega baterias e as utiliza para diversas outras tarefas.
Não faz muito tempo, surgiu a ideia de criar uma fonte de energia portátil.
A definição do problema era a seguinte: o dispositivo deveria ser capaz de carregar todos os tipos de dispositivos portáteis.
De smartphones e tablets comuns a laptops e filmadoras, e até conseguiu alimentar o ferro de solda favorito do autor, TS-100.
Naturalmente, você pode simplesmente usar o universal carregadores com adaptadores de energia.
Mas todos eles são alimentados por 220V
No caso do autor, o que era necessário era uma fonte portátil de diversas tensões de saída.
E o autor não os encontrou à venda.
As tensões de alimentação para esses dispositivos têm uma faixa muito ampla.
Por exemplo, os smartphones precisam apenas de 5 V, os laptops de 18, alguns até de 24 V.
A bateria, de fabricação do autor, foi projetada para uma tensão de saída de 14,8 V.
Portanto, é necessário um conversor que seja capaz de aumentar e diminuir a tensão inicial.
Observe que algumas das classificações dos componentes indicados no diagrama diferem daquelas instaladas na placa.
Estes são capacitores.
O diagrama mostra os valores de referência, e o autor fez o quadro para resolver seus problemas.
Primeiro, eu estava interessado em compactação.
Em segundo lugar, o conversor de energia do autor permite criar com segurança uma corrente de saída de 3 Amperes.
Também conhecido como KASYAN, não precisa de mais.
Isso se deve ao fato de que a capacitância dos capacitores de armazenamento utilizados é pequena, mas o circuito é capaz de fornecer uma corrente de saída de até 5 A.
Portanto, o esquema é universal. Os parâmetros dependem da capacitância dos capacitores, dos parâmetros do indutor, do diodo retificador e das características da chave de campo.
Digamos algumas palavras sobre o esquema. É um conversor de ciclo único baseado no controlador PWM UC3843.
Como a tensão da bateria é um pouco maior que a fonte de alimentação padrão do microcircuito, um estabilizador 7812 de 12V foi adicionado ao circuito para alimentar o controlador PWM.
No diagrama acima, este estabilizador não foi indicado.
Conjunto. Sobre jumpers instalados no lado de montagem da placa.
Existem quatro desses jumpers e dois deles são de potência. Seu diâmetro deve ser de pelo menos um milímetro!
O transformador, ou melhor, o indutor, é enrolado em um anel amarelo de ferro em pó.
Esses anéis podem ser encontrados nos filtros de saída das fontes de alimentação dos computadores.
As dimensões do núcleo aplicado.
Diâmetro externo 23,29 mm.
Diâmetro interno 13,59 mm.
Espessura 10,33 mm.
Muito provavelmente, a espessura do isolamento do enrolamento é de 0,3 mm.
O acelerador consiste em dois enrolamentos equivalentes.
Ambos os enrolamentos são enrolados com fio de cobre com diâmetro de 1,2 mm.
O autor recomenda usar um fio com diâmetro um pouco maior, 1,5-2,0 mm.
Existem dez voltas no enrolamento, ambos os fios são enrolados ao mesmo tempo, em uma direção.
Antes de instalar o acelerador, selamos os jumpers com fita de náilon.
A funcionalidade do circuito é instalação correta acelerador.
É necessário soldar corretamente os fios dos enrolamentos.
Basta instalar o acelerador conforme mostrado na foto.
Transistor de efeito de campo de canal N de potência, quase qualquer transistor de baixa tensão serve.
A corrente do transistor não é inferior a 30A.
O autor usou o transistor IRFZ44N.
O retificador de saída é um diodo duplo YG805C em um pacote TO220.
É importante usar diodos Schottky, pois eles fornecem queda mínima de tensão (0,3 V vs. 0,7 V) na junção, o que afeta perdas e calor. Eles também são fáceis de encontrar nas notórias fontes de alimentação de computadores.
Nos blocos, eles estão no retificador de saída.
Em um caso, existem dois diodos colocados em paralelo no circuito do autor para aumentar a corrente de passagem.
O conversor está estabilizado, há feedback.
A tensão de saída define o resistor R3
Ele pode ser substituído por um resistor variável externo para facilidade de uso.
O conversor também está equipado com proteção contra curto-circuito. O resistor R10 é usado como sensor de corrente.
Este é um shunt de baixa resistência e quanto maior for a sua resistência, menor será a corrente de disparo da proteção. Opção SMD instalada, na lateral dos trilhos.
Se a proteção contra curto-circuito não for necessária, esse nó será simplesmente excluído.
Mais proteção. Existe um fusível de 10A na entrada do circuito.
A propósito, a proteção contra curto-circuito já está instalada no painel de controle da bateria.
Os capacitores usados no circuito são altamente desejáveis com baixa resistência interna.
O estabilizador, o transistor de efeito de campo e o retificador de diodo são fixados a um radiador de alumínio na forma de uma placa dobrada.
Certifique-se de isolar os substratos do transistor e do estabilizador do radiador usando buchas plásticas e juntas isolantes condutoras de calor. Não se esqueça da pasta térmica. E o diodo instalado no circuito já possui uma caixa isolada.
Hoje consideraremos vários circuitos simples, pode-se até dizer - conversores de tensão DC-DC simples e pulsados (conversores de tensão constante de um valor para uma tensão constante de outro valor)
O que é bom conversores de pulso. Em primeiro lugar, eles têm uma alta eficiência e, em segundo lugar, podem operar com uma tensão de entrada inferior à de saída. Os conversores de pulso são divididos em grupos:
- - abaixar, subir, inverter;
- - estabilizado, desestabilizado;
- - isolado galvanicamente, não isolado;
- - com uma faixa estreita e ampla de tensões de entrada.
Para a fabricação de conversores de pulso caseiros, é melhor usar circuitos integrados especializados - eles são mais fáceis de montar e não são caprichosos na configuração. Então, aqui estão 14 esquemas para todos os gostos:
Este conversor opera na frequência de 50 kHz, o isolamento galvânico é fornecido por um transformador T1, que é enrolado em um anel K10x6x4,5 feito de ferrite 2000NM e contém: enrolamento primário - 2x10 voltas, enrolamento secundário - 2x70 voltas de PEV-0,2 arame. Os transistores podem ser substituídos por KT501B. A corrente da bateria, na ausência de carga, praticamente não é consumida.
O transformador T1 é enrolado em um anel de ferrite com diâmetro de 7 mm e contém dois enrolamentos de 25 voltas de fio PEV = 0,3.
Conversor push-pull não estabilizado baseado em multivibrador (VT1 e VT2) e amplificador de potência (VT3 e VT4). A tensão de saída é selecionada pelo número de voltas do enrolamento secundário do transformador de pulso T1.
Um conversor do tipo estabilizador baseado em um chip MAX631 da MAXIM. A frequência de geração é de 40...50 kHz, o elemento de armazenamento é o indutor L1.
Você pode usar um dos dois chips separadamente, por exemplo o segundo, para multiplicar a tensão de duas baterias.
Um circuito típico para ligar um estabilizador de impulso de comutação em um chip MAX1674 da MAXIM. A operação é mantida com uma tensão de entrada de 1,1 volts. Eficiência - 94%, corrente de carga - até 200 mA.
Permite receber duas tensões estabilizadas diferentes com eficiência de 50 ... 60% e corrente de carga de até 150 mA em cada canal. Os capacitores C2 e C3 são dispositivos de armazenamento de energia.
8. Trocando o estabilizador de aumento no chip MAX1724EZK33 da MAXIM
Um circuito típico para ligar um microcircuito especializado da MAXIM. Permanece operacional com uma tensão de entrada de 0,91 volts, possui um pacote SMD de pequeno porte e fornece corrente de carga de até 150 mA com eficiência de 90%.
Um circuito típico para ligar um regulador buck de comutação em um chip TEXAS amplamente disponível. O resistor R3 regula a tensão de saída dentro de + 2,8 ... + 5 volts. O resistor R1 define a corrente de curto-circuito, que é calculada pela fórmula: Ikz (A) \u003d 0,5 / R1 (Ohm)
Inversor de tensão integral, eficiência - 98%.
Dois conversores de tensão isolados DA1 e DA2, conectados segundo um circuito “não isolado” com “terra” comum.
A indutância do enrolamento primário do transformador T1 é de 22 μH, a relação entre as espiras do enrolamento primário e cada secundário é de 1:2,5.
Um esquema típico de um conversor boost estabilizado em um chip MAXIM.
