Buck-boost įtampos keitiklis. Nuolatinės įtampos keitiklio grandinė ir veikimas. Didėjantis, angliškai kalbant, step-up arba boost

Baterijomis maitinami įrenginiai jau nieko nenustebins, kiekvienuose namuose yra dešimtys įvairiausių žaislų ir prietaisų, maitinamų baterijomis. Tuo tarpu mažai kas susimąstė apie tai, kiek skirtingų keitiklių iš standartinių baterijų gaunama reikiama įtampa ar srovė. Tie patys keitikliai yra suskirstyti į kelias dešimtis skirtingų grupių, kurių kiekviena turi savo charakteristikas, tačiau šiuo metu kalbame apie žeminančius ir didinančius įtampos keitiklius, kurie dažniausiai vadinami AC/DC ir DC/DC keitikliais. . Daugeliu atvejų tokiems keitikliams gaminti naudojamos specializuotos mikroschemos, kurios leidžia sukurti tam tikros topologijos keitiklį su minimaliu laidų kiekiu, laimei, dabar rinkoje yra labai daug maitinimo mikroschemų.

Galite apsvarstyti šių mikroschemų naudojimo ypatybes be galo ilgą laiką, ypač atsižvelgiant į visą gamintojų duomenų lapų ir priedų biblioteką, taip pat daugybę sąlyginai reklamuojamų konkuruojančių įmonių atstovų apžvalgų, kurių kiekviena bando pateikti. jų gaminys yra aukščiausios kokybės ir universaliausias. Šį kartą naudosime atskirus elementus, ant kurių surinksime kelis paprastus pakopinius DC/DC keitiklius, kurie tarnauja maitinti mažą mažos galios įrenginį, pavyzdžiui, LED, iš 1 baterijos, kurios įtampa yra 1,5 volto. Šiuos įtampos keitiklius nesunkiai galima laikyti savaitgalio projektu ir juos montuoti rekomenduoja tie, kurie žengia pirmuosius žingsnius į nuostabų elektronikos pasaulį.

Šioje diagramoje parodytas atsipalaidavimo savaiminis generatorius, kuris yra blokuojantis generatorius su priešpriešiniu transformatoriaus apvijų jungimu. Šio keitiklio veikimo principas yra toks: įjungus, srovė, tekanti per vieną iš transformatoriaus apvijų ir tranzistoriaus emiterio sandūrą, ją atidaro, ko pasekoje jis atsidaro ir pradeda tekėti daugiau srovės. antroji transformatoriaus apvija ir atvirasis tranzistorius. Dėl to apvijoje, prijungtoje prie tranzistoriaus pagrindo, sukeliamas EMF, kuris išjungia tranzistorių ir per jį nutrūksta srovė. Šiuo metu transformatoriaus magnetiniame lauke sukaupta energija, dėl saviindukcijos reiškinio, išleidžiama ir per šviesos diodą pradeda tekėti srovė, todėl jis pradeda švytėti. Tada procesas kartojamas.

Komponentai, iš kurių galima surinkti šį paprastą įtampos keitiklį, gali būti visiškai skirtingi. Labai tikėtina, kad grandinė, surinkta be klaidų, veiks tinkamai. Netgi bandėme naudoti MP37B tranzistorių – keitiklis veikia puikiai! Sunkiausias dalykas yra pagaminti transformatorių - jis turi būti suvyniotas dviguba viela ant ferito žiedo, o apsisukimų skaičius nevaidina ypatingo vaidmens ir svyruoja nuo 15 iki 30. Mažiau ne visada veikia, daugiau - ne logiška. Feritas - bet koks, nėra prasmės imti N87 iš Epcos, kaip ir ieškant vietinės gamybos M6000NN. Srovės, tekančios grandinėje, yra nereikšmingos, todėl žiedo dydis gali būti labai mažas, 10 mm išorinio skersmens bus daugiau nei pakankamai. Rezistorius, kurio varža apie 1 kilo omų (jokio skirtumo tarp rezistorių, kurių vardinė vertė 750 omų ir 1,5 omų, nerasta). Patartina rinktis tranzistorių su minimalia soties įtampa, tuo labiau išsikrovęs akumuliatorius gali būti naudojamas. Eksperimentiškai buvo išbandyti: MP 37B, BC337, 2N3904, MPSH10. LED – bet koks turimas, su įspėjimu, kad galingas kelių lustų šviestuvas nešvies visu galingumu.

Surinktas įrenginys atrodo taip:

Plokštės dydis yra 15 x 30 mm ir gali būti sumažintas iki mažiau nei 1 kvadratinio centimetro naudojant SMD komponentus ir pakankamai mažą transformatorių. Be apkrovos ši grandinė neveikia.

Antroji grandinė yra tipiškas keitiklis su dviem tranzistoriais. Šios grandinės pranašumas yra tas, kad ją gaminant nereikia apvynioti transformatoriaus, o tiesiog paimti paruoštą induktorių, tačiau jame yra daugiau dalių nei ankstesniame.

Veikimo principas susiveda į tai, kad srovė per induktorių periodiškai pertraukiama tranzistoriaus VT2, o savaiminės indukcijos energija per diodą nukreipiama į kondensatorių C1 ir perduodama apkrovai. Vėlgi, grandinė veikia naudojant visiškai skirtingus komponentus ir elementų vertes. Tranzistorius VT1 gali būti BC556 arba BC327, o VT2 BC546 arba BC337, diodas VD1 gali būti bet koks Schottky diodas, pavyzdžiui, 1N5818. Kondensatorius C1 - bet kokio tipo, kurio talpa nuo 1 iki 33 μF, nebėra prasmės, juolab kad galite apsieiti ir be jo. Rezistoriai - kurių galia yra 0,125 arba 0,25 W (nors galite tiekti ir galingus, apie 10 vatų, bet tai yra daugiau švaistymo, nei reikia) šių nominalų: R1 - 750 omų, R2 - 220 KOhm, R3 - 100 KOhm. Tuo pačiu metu visos rezistorių vertės gali būti visiškai laisvai pakeistos turimomis 10–15% nuo nurodytų, tačiau tai neturi įtakos tinkamai surinktos grandinės veikimui, tačiau tai turi įtakos minimaliai mūsų keitiklio įtampai gali operuoti.

Svarbiausia dalis yra induktorius L1, jo nominalioji galia taip pat gali skirtis nuo 100 iki 470 μH (eksperimentiškai patikrintos vertės iki 1 mH - grandinė veikia stabiliai), o srovė, kuriai ji turėtų būti suprojektuota, neviršija 100 mA. Bet koks šviesos diodas, vėlgi atsižvelgiant į tai, kad grandinės išėjimo galia yra labai maža. Teisingai surinktas įrenginys pradeda veikti iš karto ir jo nereikia konfigūruoti.

Išėjimo įtampą galima stabilizuoti lygiagrečiai su kondensatoriumi C1 sumontavus reikiamos vertės zenerio diodą, tačiau reikia atsiminti, kad prijungus vartotoją įtampa gali nukristi ir tapti nepakankama.DĖMESIO! Be apkrovos ši grandinė gali sukurti dešimčių ar net šimtų voltų įtampą! Jei naudojamas be stabilizuojančio elemento išėjime, kondensatorius C1 bus įkraunamas iki maksimalios įtampos, o tai, jei vėliau bus prijungta apkrova, gali sugesti!

Konverteris taip pat pagamintas ant 30 x 15 mm plokštės, todėl jį galima tvirtinti prie AA dydžio baterijų skyriaus. PCB išdėstymas atrodo taip:

Abi paprastas padidinimo keitiklio grandines galima padaryti savo rankomis ir gali būti sėkmingai naudojamas stovyklavimo sąlygomis, pavyzdžiui, žibinte ar lempoje palapinei apšviesti, taip pat įvairiuose elektroniniuose naminiuose gaminiuose, kuriems labai svarbu naudoti minimalų baterijų skaičių.

Galingas ir gana geras įtampos keitiklis gali būti pastatytas remiantis paprastu multivibratoriumi.
Mano atveju šis inverteris buvo sukurtas tiesiog norint peržiūrėti darbą, taip pat buvo padarytas trumpas vaizdo įrašas apie šio inverterio veikimą.

Apie grandinę kaip visumą - paprastą stumiamą keitiklį, sunku įsivaizduoti paprastesnį. Pagrindinis generatorius ir kartu galios dalis yra galingi lauko tranzistoriai (patartina naudoti tokius jungiklius kaip IRFP260, IRFP460 ir pan.), sujungti naudojant multivibratoriaus grandinę. Kaip transformatorių galite naudoti paruoštą transmisiją iš kompiuterio maitinimo šaltinio (didžiausias transformatorius).

Mūsų tikslams turime naudoti 12 voltų apvijas ir vidurinį tašką (pynimą, čiaupą). Transformatoriaus išvestyje įtampa gali siekti iki 260 voltų. Kadangi išėjimo įtampa yra kintama, ją reikia ištaisyti diodiniu tilteliu. Patartina tiltą surinkti iš 4 atskirų diodų, paruošti diodiniai tilteliai yra skirti 50 Hz tinklo dažniams, o mūsų grandinėje išėjimo dažnis yra apie 50 kHz.

Būtinai naudokite impulsinius, greitus arba ypač greitus diodus, kurių atvirkštinė įtampa ne mažesnė kaip 400 voltų ir leistina 1 ampero ar didesnė srovė. Galite naudoti diodus MUR460, UF5408, HER307, HER207, UF4007 ir kt.
Aš rekomenduoju naudoti tuos pačius diodus pagrindinės grandinės grandinėje.

Inverterio grandinė veikia lygiagrečiojo rezonanso pagrindu, todėl veikimo dažnis priklausys nuo mūsų virpesių grandinės - atstovaujamos transformatoriaus pirminė apvija ir kondensatorius lygiagrečiai šiai apvijai.
Kalbant apie galią ir našumą apskritai. Teisingai surinkta grandinė nereikalauja papildomo reguliavimo ir veikia iš karto. Veikimo metu klavišai neturėtų įkaisti, jei transformatoriaus išėjimas nėra apkrautas. Inverterio tuščiosios eigos srovė gali siekti iki 300mA – tai norma, didesnė jau problema.

Su gerais jungikliais ir transformatoriumi iš šios grandinės be problemų galite pašalinti apie 300 vatų, kai kuriais atvejais net 500 vatų galią. Įvesties įtampa gana aukšta, grandinė veiks nuo 6 voltų iki 32 voltų šaltinio, daugiau tiekti nedrįsau.

Droseliai - suvynioti 1,2 mm viela ant geltonai baltų žiedų iš grupės stabilizavimo droselio kompiuterio maitinimo šaltinyje. Kiekvieno induktoriaus apsisukimų skaičius yra 7, abu induktoriai yra visiškai vienodi.

Kondensatoriai, esantys lygiagrečiai pirminei apvijai, veikimo metu gali šiek tiek įkaisti, todėl patariu naudoti aukštos įtampos kondensatorius, kurių darbinė įtampa yra 400 voltų ar didesnė.

Grandinė yra paprasta ir visiškai veikianti, tačiau nepaisant dizaino paprastumo ir prieinamumo, tai nėra idealus pasirinkimas. Priežastis nėra geriausias lauko raktų valdymas. Grandinėje trūksta specializuotos generatoriaus ir valdymo grandinės, todėl ji nėra visiškai patikima, jei grandinė skirta ilgalaikiam darbui esant apkrovai. Grandinė gali maitinti LDS ir įrenginius, kuriuose yra įmontuotas SMPS.

Svarbi grandis - transformatorius - turi būti gerai suvyniota ir teisingai fazuota, nes ji atlieka svarbų vaidmenį patikimam keitiklio veikimui.

Pirminė apvija yra 2x5 apsisukimų su 5 laidų 0,8 mm magistrale. Antrinė apvija yra apvyniota 0,8 mm viela ir yra 50 apsisukimų - tai yra transformatoriaus savaiminio apvijos atveju.

DC/DC keitikliai plačiai naudojami įvairiai elektroninei įrangai maitinti. Jie naudojami kompiuterių įrenginiuose, ryšio įrenginiuose, įvairiose valdymo ir automatikos grandinėse ir kt.

Transformatorių maitinimo šaltiniai

Tradiciniuose transformatoriniuose maitinimo šaltiniuose maitinimo tinklo įtampa konvertuojama, dažniausiai sumažinama, iki norimos vertės naudojant transformatorių. Sumažėjusią įtampą išlygina kondensatoriaus filtras. Jei reikia, po lygintuvo įrengiamas puslaidininkinis stabilizatorius.

Transformatorių maitinimo šaltiniai dažniausiai būna su linijiniais stabilizatoriais. Tokie stabilizatoriai turi bent du privalumus: mažą kainą ir nedidelį diržų dalių skaičių. Tačiau šiuos pranašumus mažina mažas efektyvumas, nes nemaža dalis įvesties įtampos naudojama valdymo tranzistoriui šildyti, o tai visiškai nepriimtina nešiojamiems elektroniniams prietaisams maitinti.

DC/DC keitikliai

Jeigu įranga maitinama iš galvaninių elementų ar baterijų, tai įtampos konvertavimas į reikiamą lygį galimas tik DC/DC keitiklių pagalba.

Idėja gana paprasta: nuolatinė įtampa paverčiama kintamąja įtampa, dažniausiai kelių dešimčių ar net šimtų kilohercų dažniu, padidinama (sumažinama), o po to ištaisoma ir tiekiama į apkrovą. Tokie keitikliai dažnai vadinami impulsiniais keitikliais.

Pavyzdys yra padidinimo keitiklis nuo 1,5 V iki 5 V, tik kompiuterio USB išvesties įtampa. Panašus mažos galios keitiklis parduodamas „Aliexpress“.

Ryžiai. 1. 1.5V/5V keitiklis

Impulsiniai keitikliai yra geri, nes turi didelį efektyvumą, svyruoja nuo 60...90%. Kitas impulsų keitiklių privalumas – platus įėjimo įtampų diapazonas: įėjimo įtampa gali būti mažesnė už išėjimo įtampą arba daug didesnė. Apskritai DC/DC keitiklius galima suskirstyti į kelias grupes.

Konverterių klasifikacija

Nuleidimas, angliška terminija step-down arba buck

Šių keitiklių išėjimo įtampa, kaip taisyklė, yra mažesnė už įėjimo įtampą: be didelių valdymo tranzistoriaus šildymo nuostolių galima gauti vos kelių voltų įtampą, kai įėjimo įtampa yra 12...50V. Tokių keitiklių išėjimo srovė priklauso nuo apkrovos poreikio, o tai savo ruožtu lemia keitiklio grandinės konstrukciją.

Kitas angliškas laiptinio keitiklio pavadinimas yra chopper. Viena iš šio žodžio vertimo parinkčių yra pertraukiklis. Techninėje literatūroje žeminamasis keitiklis kartais vadinamas „smulkintuvu“. Kol kas tik prisiminkime šį terminą.

Didėjantis, angliškai tariant, step-up arba boost

Šių keitiklių išėjimo įtampa yra didesnė už įėjimo įtampą. Pavyzdžiui, esant 5V įėjimo įtampai, išėjimo įtampa gali siekti iki 30V, galimas sklandus jos reguliavimas ir stabilizavimas. Gana dažnai stiprinimo keitikliai vadinami stiprintuvais.

Universalūs keitikliai - SEPIC

Šių keitiklių išėjimo įtampa palaikoma tam tikrame lygyje, kai įėjimo įtampa yra didesnė arba mažesnė už įėjimo įtampą. Rekomenduojama tais atvejais, kai įėjimo įtampa gali labai skirtis. Pavyzdžiui, automobilyje akumuliatoriaus įtampa gali svyruoti 9...14V ribose, tačiau reikia gauti stabilią 12V įtampą.

Invertuojantys keitikliai

Pagrindinė šių keitiklių funkcija yra sukurti atvirkštinio poliškumo išėjimo įtampą, palyginti su maitinimo šaltiniu. Labai patogu tais atvejais, kai reikia, pavyzdžiui, dvipolio maitinimo.

Visi minėti keitikliai gali būti stabilizuoti arba nestabilizuoti išėjimo įtampa gali būti galvaniškai prijungta prie įėjimo įtampos arba turėti galvaninę įtampos izoliaciją. Viskas priklauso nuo konkretaus įrenginio, kuriame bus naudojamas keitiklis.

Norėdami pereiti prie tolesnės istorijos apie DC/DC keitiklius, turėtumėte bent jau suprasti teoriją bendrai.

Pakopinis konverteris smulkintuvas - buck konverteris

Jo funkcinė schema parodyta paveikslėlyje žemiau. Rodyklės ant laidų rodo srovių kryptis.

2 pav. Smulkintuvo stabilizatoriaus funkcinė schema

Įėjimo įtampa Uin tiekiama į įvesties filtrą – kondensatorių Cin. VT tranzistorius naudojamas kaip pagrindinis elementas, kuris atlieka aukšto dažnio srovės perjungimą. Tai gali būti ir. Be nurodytų dalių, grandinėje yra išlydžio diodas VD ir išėjimo filtras - LCout, iš kurio įtampa tiekiama į apkrovą Rн.

Nesunku pastebėti, kad apkrova nuosekliai sujungta su elementais VT ir L. Todėl grandinė yra nuosekli. Kaip atsiranda įtampos kritimas?

Impulso pločio moduliacija – PWM

Valdymo grandinė gamina stačiakampius impulsus su pastoviu dažniu arba pastoviu periodu, o tai iš esmės yra tas pats dalykas. Šie impulsai parodyti 3 paveiksle.

3 pav. Kontroliuoti impulsus

Čia t yra impulso laikas, tranzistorius atidarytas, tp yra pauzės laikas, tranzistorius uždarytas. Santykis ti/T vadinamas darbo ciklo darbo ciklu, žymimas raide D ir išreiškiamas %% arba tiesiog skaičiais. Pavyzdžiui, kai D lygus 50%, paaiškėja, kad D=0,5.

Taigi, D gali svyruoti nuo 0 iki 1. Esant D=1 reikšmei, pagrindinis tranzistorius yra visiško laidumo būsenoje, o kai D=0 išjungimo būsenoje, paprasčiau tariant, jis yra uždarytas. Nesunku atspėti, kad esant D=50% išėjimo įtampa bus lygi pusei įėjimo.

Visiškai akivaizdu, kad išėjimo įtampos reguliavimas vyksta keičiant valdymo impulso plotį t ir, tiesą sakant, keičiant koeficientą D. Šis reguliavimo principas vadinamas (PWM). Beveik visuose perjungiamuose maitinimo šaltiniuose išėjimo įtampa stabilizuojama PWM pagalba.

2 ir 6 paveiksluose pateiktose diagramose PWM yra "paslėptas" stačiakampiuose, pažymėtuose "Valdymo grandinė", kuris atlieka kai kurias papildomas funkcijas. Pavyzdžiui, tai gali būti švelnus išėjimo įtampos paleidimas, nuotolinis įjungimas arba keitiklio apsauga nuo trumpojo jungimo.

Apskritai keitikliai tapo taip plačiai naudojami, kad elektroninių komponentų gamintojai pradėjo gaminti PWM valdiklius visoms progoms. Asortimentas toks didelis, kad vien juos surašyti prireiktų visos knygos. Todėl niekam nekyla mintis surinkti keitiklius naudojant atskirus elementus arba, kaip dažnai sakoma, „laisva“ forma.

Be to, paruoštus mažos galios keitiklius galima įsigyti Aliexpress arba Ebay už mažą kainą. Tokiu atveju, norint įrengti mėgėjišką dizainą, pakanka įvesties ir išvesties laidus lituoti prie plokštės ir nustatyti reikiamą išėjimo įtampą.

Bet grįžkime prie mūsų 3 paveikslo. Šiuo atveju koeficientas D nustato, kiek laiko jis bus atidarytas (1 fazė) arba uždarytas (2 fazė). Šių dviejų fazių grandinė gali būti pavaizduota dviem brėžiniais. Paveiksluose NERODYTI elementai, kurie nenaudojami šiame etape.

4 pav. Fazė 1

Kai tranzistorius atidarytas, srovė iš maitinimo šaltinio (galvaninio elemento, akumuliatoriaus, lygintuvo) praeina per indukcinį droselį L, apkrovą Rн ir įkrovimo kondensatorių Cout. Tuo pačiu metu per apkrovą teka srovė, kondensatorius Cout ir induktorius L kaupia energiją. Srovė iL LAPAIS DIDĖJA, dėl induktoriaus induktyvumo įtakos. Ši fazė vadinama siurbimu.

Apkrovos įtampai pasiekus nustatytą vertę (nustatytą pagal valdymo įrenginio nustatymus), VT tranzistorius užsidaro ir įrenginys pereina į antrąją fazę – iškrovos fazę. Uždaras tranzistorius paveikslėlyje išvis nerodomas, tarsi jo nėra. Bet tai reiškia tik tai, kad tranzistorius uždarytas.

5 pav. 2 fazė

Kai VT tranzistorius yra uždarytas, induktoryje energijos papildymas nevyksta, nes maitinimo šaltinis yra išjungtas. Induktyvumas L yra linkęs užkirsti kelią srovės (saviindukcijos), tekančios per induktoriaus apviją, dydžio ir krypties pokyčiams.

Todėl srovė negali akimirksniu sustoti ir yra uždaroma per "diodo apkrovos" grandinę. Dėl šios priežasties VD diodas vadinamas išlydžio diodu. Paprastai tai yra didelės spartos Schottky diodas. Pasibaigus valdymo laikotarpiui, 2 fazei, grandinė persijungia į 1 fazę ir procesas kartojasi dar kartą. Didžiausia nagrinėjamos grandinės išėjimo įtampa gali būti lygi įėjimui ir nieko daugiau. Norint gauti didesnę nei įėjimo išėjimo įtampą, naudojami stiprinimo keitikliai.

Kol kas tereikia priminti apie induktyvumo dydį, kuris lemia du smulkintuvo darbo režimus. Jei induktyvumas yra nepakankamas, keitiklis veiks trūkimo srovės režimu, o tai visiškai nepriimtina maitinimo šaltiniams.

Jei induktyvumas yra pakankamai didelis, tada veikia nuolatinės srovės režimu, todėl naudojant išėjimo filtrus galima gauti pastovią įtampą su priimtinu pulsacijos lygiu. Padidinimo keitikliai, kurie bus aptarti toliau, taip pat veikia nuolatinės srovės režimu.

Norint šiek tiek padidinti efektyvumą, išlydžio diodas VD pakeičiamas MOSFET tranzistoriumi, kurį reikiamu momentu atidaro valdymo grandinė. Tokie keitikliai vadinami sinchroniniais. Jų naudojimas yra pateisinamas, jei keitiklio galia yra pakankamai didelė.

Padidinkite arba padidinkite keitiklius

Padidinimo keitikliai daugiausia naudojami žemos įtampos maitinimui, pavyzdžiui, iš dviejų ar trijų baterijų, o kai kuriems konstrukcijos komponentams reikalinga 12...15V įtampa esant mažoms srovės sąnaudoms. Gana dažnai stiprinimo keitiklis trumpai ir aiškiai vadinamas žodžiu „stiprintuvas“.

6 pav. Stiprinimo keitiklio funkcinė schema

Įėjimo įtampa Uin įvedama į įvesties filtrą Cin ir į nuosekliai sujungtą L ir perjungimo tranzistorių VT. VD diodas yra prijungtas prie sujungimo taško tarp ritės ir tranzistoriaus nutekėjimo. Apkrova Rн ir šunto kondensatorius Cout yra prijungti prie kito diodo gnybto.

VT tranzistorius valdomas valdymo grandine, kuri sukuria stabilaus dažnio valdymo signalą su reguliuojamu darbo ciklu D, kaip buvo aprašyta aukščiau, aprašant skeltuvo grandinę (3 pav.). VD diodas tinkamu metu blokuoja apkrovą iš pagrindinio tranzistoriaus.

Kai raktinis tranzistorius yra atidarytas, dešinė ritės L išėjimas pagal schemą yra prijungtas prie maitinimo šaltinio Uin neigiamo poliaus. Didėjanti srovė (veikiama induktyvumo įtakos) iš maitinimo šaltinio teka per ritę ir atvirą tranzistorių, o energija kaupiasi ritėje.

Šiuo metu diodas VD blokuoja apkrovos ir išėjimo kondensatorių iš perjungimo grandinės, taip neleisdamas išvesties kondensatoriui išsikrauti per atvirą tranzistorių. Šiuo metu apkrovą maitina kondensatoriuje Cout sukaupta energija. Natūralu, kad išėjimo kondensatoriaus įtampa krenta.

Kai tik išėjimo įtampa šiek tiek nukrenta žemiau nustatytos vertės (nustatoma pagal valdymo grandinės nustatymus), raktinis tranzistorius VT užsidaro, o induktoryje sukaupta energija per diodą VD įkrauna kondensatorių Cout, kuris įjungia energiją. apkrova. Šiuo atveju ritės L saviindukcijos emf pridedama prie įėjimo įtampos ir perkeliama į apkrovą, todėl išėjimo įtampa yra didesnė už įėjimo įtampą.

Kai išėjimo įtampa pasiekia nustatytą stabilizavimo lygį, valdymo grandinė atidaro tranzistorių VT, o procesas kartojasi nuo energijos kaupimo fazės.

Universalūs keitikliai – SEPIC (vieno galo pirminio induktoriaus keitiklis arba keitiklis su asimetriškai apkrautu pirminiu induktyvumu).

Tokie keitikliai dažniausiai naudojami, kai apkrova turi nereikšmingą galią, o įėjimo įtampa keičiasi išėjimo įtampos atžvilgiu aukštyn arba žemyn.

7 pav. SEPIC keitiklio funkcinė schema

Labai panaši į 6 pav. parodytą padidinimo keitiklio grandinę, tačiau su papildomais elementais: kondensatoriumi C1 ir ritė L2. Būtent šie elementai užtikrina keitiklio veikimą įtampos mažinimo režimu.

SEPIC keitikliai naudojami tais atvejais, kai įvesties įtampa labai skiriasi. Pavyzdys yra 4V-35V iki 1,23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down keitiklio reguliatorius. Būtent šiuo pavadinimu konverteris parduodamas Kinijos parduotuvėse, kurių schema parodyta 8 paveiksle (spustelėkite paveikslėlį norėdami padidinti).

8 pav. SEPIC keitiklio schema

9 paveiksle parodyta lentos išvaizda su pagrindinių elementų žymėjimu.

9 pav. SEPIC keitiklio išvaizda

Paveikslėlyje parodytos pagrindinės dalys pagal 7 pav. Atkreipkite dėmesį, kad yra dvi ritės L1 L2. Remdamiesi šia funkcija, galite nustatyti, kad tai SEPIC keitiklis.

Plokštės įėjimo įtampa gali būti 4…35V. Tokiu atveju išėjimo įtampą galima reguliuoti 1,23…32 V ribose. Keitiklio veikimo dažnis yra 500 KHz Mažų 50 x 25 x 12 mm matmenų plokštė suteikia galią iki 25 W. Maksimali išėjimo srovė iki 3A.

Tačiau čia reikia padaryti pastabą. Jei išėjimo įtampa nustatyta 10 V, tada išėjimo srovė negali būti didesnė nei 2,5 A (25 W). Kai išėjimo įtampa yra 5 V, o maksimali srovė - 3 A, galia bus tik 15 W. Čia svarbiausia nepersistengti: arba neviršykite didžiausios leistinos galios, arba neviršykite leistinų srovės ribų.

Dėl šiuolaikinės elektronikos plėtros dideliais kiekiais gaminamos specializuotos srovės ir įtampos stabilizatorių mikroschemos. Pagal funkcionalumą jie skirstomi į du pagrindinius tipus – nuolatinės srovės kintamos įtampos keitiklį ir žeminamąjį keitiklį. Kai kurie derina abu tipus, tačiau tai neturi įtakos efektyvumui.

Kadaise daugelis radijo mėgėjų svajojo apie impulsų stabilizatorius, tačiau jie buvo reti ir jų trūko. Ypač džiugina asortimentas Kinijos parduotuvėse.

1. Taikymas
2. Populiarios konversijos
3. Padidinimo įtampos keitikliai
4. Stiprintuvų pavyzdžiai
5. Tusotek
6. Dėl XL4016
7. Ant XL6009
8.MT3608
9. Aukšta įtampa ties 220
10. Galingi keitikliai

Taikymas

Neseniai nusipirkau daug skirtingų 1W, 3W, 5W, 10W, 20W, 30W, 50W, 100W šviesos diodų. Visi jie yra žemos kokybės, palyginti su kokybiškais. Norėdami prijungti ir maitinti visą šią krūvą, turiu 12 V ir 19 V maitinimo šaltinius iš nešiojamųjų kompiuterių. Turėjau aktyviai ieškoti „Aliexpress“ ieškodamas žemos įtampos LED tvarkyklių.

Įsigyti modernūs aukštinamieji įtampos keitikliai DC DC ir žeminamieji įtampos keitikliai, 1-2 amperų ir galingi 5-7 amperai. Be to, jie puikiai tinka nešiojamam kompiuteriui prijungti prie 12V automobilyje jie ištrauks 80-90 vatų. Jie puikiai tinka 12V ir 24V automobilių akumuliatorių įkrovikliui.

Kinijos internetinėse parduotuvėse įtampos stabilizatoriai yra šiek tiek brangesni.

Populiarios pakopinio perjungimo stabilizatorių mikroschemos yra:

LM2577, pasenęs ir mažo efektyvumo;
XL4016, 2 kartus efektyvesnis nei 2577;
XL6009;
MT3608.

Stabilizatoriai žymimi taip AC-DC, DC-DC. AC yra kintamoji srovė, DC yra nuolatinė srovė. Tai palengvins paiešką, jei nurodysite tai užklausoje.

Neracionalu savo rankomis pasidaryti nuolatinės srovės keitiklį, aš skirsiu per daug laiko surinkimui ir konfigūravimui. Iš kinų galite nusipirkti už 50-250 rublių, į šią kainą įskaičiuotas pristatymas. Už šią sumą gausiu beveik gatavą gaminį, kurį galima kuo greičiau užbaigti.

Šie perjungimo IC naudojami kartu su kitais, parašė populiarių maitinimo šaltinių IC charakteristikas ir duomenų lapą.

Populiarios konversijos

Stabilizatoriai-stiprintuvai skirstomi į žemos ir aukštos įtampos nuo 220 iki 400 voltų. Žinoma, yra paruoštų blokų su fiksuota didinimo verte, bet man labiau patinka pasirinktiniai, jie turi platesnį funkcionalumą.

Dažniausiai reikalaujamos transformacijos:

12V - 19V;
12 - 24 voltai;
5 - 12V;
3-12V
12 - 220V;
24V - 220V.

Boosteriai vadinami automobilių inverteriais.

Padidinimo įtampos keitikliai

Mano laboratorinis maitinimas tiekiamas iš nešiojamojo kompiuterio, kurio galia yra 19 V 90 W, tačiau to nepakanka norint išbandyti serijiniu būdu prijungtus šviesos diodus. Serijinei LED stygai reikia nuo 30 V iki 50 V. Paruošto 50–60 voltų ir 150 W agregato pirkimas pasirodė šiek tiek brangus, apie 2000 rublių. Todėl aš užsisakiau pirmąjį stabilizatorių už 500 rublių. padidinus įtampą iki 50 V. Patikrinus paaiškėjo, kad maksimaliai pasiekia 32V, nes įėjime ir išėjime yra 35V kondensatoriai. Įtikinamai parašiau pardavėjui apie savo pasipiktinimą, o po poros dienų jie man grąžino pinigus.

Aš užsisakiau antrą iki 55 V pagal Tusotek prekės ženklą už 280 rublių, stiprintuvas pasirodė puikus. Nuo 12V nesunkiai pakyla iki 60V, konstrukcinio rezistoriaus didesnio nepasukiau, staiga perdegs. Radiatorius suklijuotas šilumai laidžiais klijais, todėl mikroschemos žymėjimų nebuvo galima įžiūrėti. Aušinimas atliktas šiek tiek neteisingai, Schottky diodo radiatorius ir valdiklis pritvirtintas prie plokštės, o ne prie radiatoriaus.

Stiprintuvų pavyzdžiai

XL4016

Pažvelkime į 4 modelius, kuriuos turiu sandėlyje. Negaišiau laiko nuotraukoms, paėmiau ir pardavėjus.

Charakteristikos.

	Tusotek	XL4016	Vairuotojas	MT3608
Įėjimas, V	6 – 35V	6 – 32V	5 – 32V	2-24V
Įvesties srovė	iki 10A	iki 10A	—	—
Išėjimas, V	6 – 55V	6 – 32V	6 – 60V	iki 28V
Išėjimo srovė	5A, maks. 7A	5A, maks. 8A	max 2A	1A, maks. 2A
Kaina	260 rub	250 rub	270 rub	55 rub

Turiu daug patirties dirbant su kiniškomis prekėmis, dauguma iš karto turi trūkumų. Prieš naudojimą juos apžiūriu ir modifikuoju, kad padidinčiau visos konstrukcijos patikimumą. Tai daugiausia surinkimo problemos, kylančios greitai surenkant gaminius. Baigiu komplektuoti LED prožektorius, lempas namams, automobilines artimąsias ir tolimąsias šviesas, valdiklius dienos žibintų valdymui (DRL). Rekomenduoju visiems tai padaryti sugaištant minimalų laiką, tarnavimo laikas gali padvigubėti.

Būkite atsargūs, ne visi turi apsaugą nuo trumpojo jungimo, perkaitimo, perkrovos ir netinkamo prijungimo.

Faktinė galia priklauso nuo režimo; Žinoma, kiekvieno gamintojo charakteristikos bus skirtingos, jie montuoja skirtingus diodus, o induktorių apvynioja skirtingo storio laidais.

Tusotek

Mano nuomone, geriausias iš visų stiprinimo stabilizatorių. Kai kurie elementai neturi charakteristikų rezervo arba yra žemesni nei PWM mikroschemų, todėl negali užtikrinti nė pusės žadėtos srovės. „Tusotek“ įėjime yra 1000 mF 35 V kondensatorius, o išėjime – 470 mF 63 V. Šilumos šalinimo pusė su metaline plokšte yra prilituota prie plokštės. Bet jie sulituoti prastai ir kreivai, ant lentos guli tik vienas kraštas, po kita yra tarpelis. Nepažiūrėjus neaišku, kaip gerai jie sandarūs. Jei tikrai blogai, geriau juos išardyti ir uždėti šią pusę ant radiatoriaus, aušinimas pagerės 2 kartus.

Kintamasis rezistorius nustato reikiamą voltų skaičių. Jis liks nepakitęs, jei pakeisite įėjimo įtampą, tai nuo jos nepriklauso. Pvz išėjime nustačiau 50V, įėjime padidinau nuo 5V iki 12V, nustatytas 50V nepasikeitė.

Ant XL4016

Šis keitiklis turi tokią funkciją, kad gali padidinti tik iki 50% įvesties voltų. Jei prijungsite 12 V, tada didžiausias padidėjimas bus 18 V. Aprašyme buvo nurodyta, kad jis gali būti naudojamas nešiojamiesiems kompiuteriams, kurie maitinami ne daugiau kaip 19 V. Tačiau jo pagrindinis tikslas buvo darbas su nešiojamaisiais kompiuteriais iš automobilio akumuliatoriaus. Tikriausiai 50% apribojimą galima pašalinti pakeitus rezistorius, kurie nustato šį režimą. Išėjimo voltai tiesiogiai priklauso nuo įėjimų skaičiaus.

Šilumos pašalinimas yra daug geresnis, radiatoriai sumontuoti teisingai. Tik vietoj terminės pastos yra šilumą laidi tarpinė, kad būtų išvengta elektrinio kontakto su radiatoriumi. Prie įėjimo yra 470mF 50V kondensatorius, kitame gale 470mF prie 35V.

Ant XL6009

Šiuolaikinių efektyvių keitiklių atstovas, kaip ir pasenę modeliai LM2596, yra kelių variantų, nuo miniatiūrinių iki modelių su įtampos indikatoriais.

Efektyvumo pavyzdys:

92% konvertuojant 12V į 19V, 2A apkrovą.

Duomenų lape iš karto nurodoma schema, skirta naudoti kaip nešiojamojo kompiuterio maitinimo šaltinį automobilyje nuo 10 V iki 30 V. XL6009 taip pat lengva įdiegti bipolinį maitinimą esant +24 ir -24 V. Kaip ir daugelio keitiklių, efektyvumas mažėja, kuo didesnis įtampos skirtumas ir tuo didesnis amperas.

MT3608

Miniatiūrinis modelis su geru efektyvumu iki 97%, PWM dažnis 1,2 MHz. Efektyvumas didėja didėjant įėjimo įtampai ir mažėja didėjant srovei. MT3608 padidinimo keitiklyje galite tikėtis mažos srovės, kurios viduje ribojama iki 4 A trumpojo jungimo atveju. Kalbant apie voltus, patartina neviršyti 24.

Aukšta įtampa esant 220

Konversijos vienetai nuo 12,24 voltų iki 220 yra plačiai paplitę tarp tokių automobilių entuziastų kaip. Naudojamas įrenginiams, maitinamiems 220V, prijungti. Kinai daugiausia parduoda 7-10 tokių modulių modelių, likusieji yra jau paruošti įrenginiai. Kaina nuo 400 rub. Atskirai norėčiau atkreipti dėmesį į tai, kad jei, pavyzdžiui, gatavame bloke nurodyta 500 W, tai dažnai bus trumpalaikė maksimali galia. Reali ilgalaikė galia bus apie 240W.

Galingi keitikliai

Ypatingais atvejais reikalingi galingi 10-20A ir iki 120V nuolatinės srovės keitikliai. Parodysiu keletą populiarių ir prieinamų modelių. Jie dažniausiai neturi žymėjimų arba pardavėjas juos paslepia, kad nepirktų kitur. Aš asmeniškai jų nebandžiau pagal įtampą, jie egzistuoja kartu pagal žadėtas charakteristikas. Bet amperas bus šiek tiek mažesnis. Nors šios kainų kategorijos gaminiai visada išlaiko nurodytą apkrovą, panašius įrenginius pirkau tik su LCD ekranais.

600W

1 galingas:

galia 600W;
10-60V konvertuoja į 12-80V;
kaina nuo 800 rub.

Jį rasite ieškodami „600 W DC 10-60V iki 12-80V Boost Converter Step Up“

400W

2 galingas:

galia 400W;
6-40V konvertuoja į 8-80V;
išėjimas iki 10A;
kaina nuo 1200 rub.

Norėdami ieškoti, paieškos sistemoje įveskite „DC 400W 10A 8-80V Boost Converter Step-Up“

B900W

3 galingas:

galia 900W;
8-40V konvertuoja į 10-120V;
išėjimas iki 15A.
kaina nuo 1400 rub.

Vienintelis įrenginys, pažymėtas kaip B900W ir kurį galima lengvai rasti.

Atvirose Ali erdvėse aptikau labai įdomų žeminamąjį įtampos keitiklį, turintį tokį charakteristikų rinkinį.

Štai ką pardavėjas pasakė:
1.Įėjimo įtampos diapazonas:5-36VDC
2.Išėjimo įtampos diapazonas: 1,25-32VDC reguliuojamas
3.Išėjimo srovė: 0-5A
4.Išėjimo galia: 75W
5. Aukštas efektyvumas iki 96%
6.Įmontuota terminio išjungimo funkcija
7. Integruota srovės ribojimo funkcija
8. Integruota išėjimo trumpojo apsaugos funkcija
9.L x P x A =68,2x38,8x15 mm

Pardavėjas arba nepaminėjo įdomiausių šio keitiklio savybių, arba neatkreipė į jas dėmesio. O funkcijos labai įdomios.

1. Integruotas įėjimo ir išėjimo įtampos voltmetras, ampermetras ir vatmetras, su rodmenų kalibravimo funkcija. Įtampos ir srovės kalibravimo funkcija veikia nepriklausomai. Tikrasis rodmenų tikslumas po kalibravimo yra apie ~0,05v. Bet daugiau apie tai žemiau.

2. Šis keitiklis gali veikti tiek įtampos stabilizavimo režimu, tiek srovės stabilizavimo režimu. Tiesą sakant, tai yra mažiausias ir pigiausias laboratorinis maitinimo šaltinis su įmontuotu multimetru. Prie kurio tereikia pritvirtinti baterijos lovelę, kad gautumėte paruoštą įkroviklį bet kokio tipo akumuliatoriams.

Idėja buvo panaudoti šį keitiklį kaip galingą keitiklį, galintį panaudoti visą saulės baterijos, kurios įtampa yra 6v, galią. Kadangi saulės bateriją planuojama naudoti toli nuo civilizacijos, kur nėra papildomo multimetro su savimi, labai norėjau rasti keitiklį su įmontuotu voltmetru-ampermetru.

Trumpųjų jungimų nebijantys keitikliai su srovės stabilizavimo funkcija, su įmontuotu voltmetru-ampermetru – visai ne didelis pasiūlymas. Artimiausi konkurentai:

Apskritai nieko geresnio neradome, ir šis keitiklis buvo nupirktas. Po mėnesio siuntinys laukė pašte.

Pirmieji šio keitiklio bandymai nuvylė. Paaiškėjo, kad nors pats keitiklis pradeda dirbti esant aukštesnei nei 3,2v įėjimo įtampai, buvo bėda su voltmetru. Voltmetras melavo KELIUS VOLTU!!! Todėl pirmas dalykas, kurį reikia padaryti, buvo kalibravimas. Bet paaiškėjo, kad kalibravimas nepadeda. Jei kalibruojate voltmetrą ties 5 V, tada problemos prasidėjo nuo rodmenų esant 12 V ir atvirkščiai.

Vėliau eksperimentai parodė, kad voltmetras rodo teisingas reikšmes tik tada, kai įėjimo įtampa yra didesnė nei 6,5 V. Kai įėjimo įtampa nukrito žemiau 6,5 V, voltmetras pradėjo meluoti. Be to, esant žemai įėjimo įtampai, absoliučiai visi rodmenys buvo iškraipyti. Net išėjimo įtampos rodmenys pradėjo „plaukti“, nors iš tikrųjų jie buvo stabilūs. Buvo be galo nemalonu stebėti, kai įėjimo įtampai sumažėjus nuo 6,5v iki 4,2v, įmontuotas voltmetras pradėjo rodyti, kad įėjimo įtampa didėja. Čia yra skaičių, įvesties įtampos ir įmontuoto voltmetro įtampos pavyzdys.

6,74v – 6,6v
6.25v – 6.7v
5.95v – 6.7v
5.55v – 6.8v
5.07v – 7.2v
4.61v – 7.5v
4.33v – 7.8v

Kai įėjimo įtampa nukrito žemiau 4,2 V, voltmetras visiškai išsijungė.

Kilo ginčas, bet pardavėjas pasirodė normalus ir nesipriešino iš karto grąžino 50% kainos.

Jei pamiršite voltmetrą arba manote, kad maitinimo įtampa visada bus didesnė nei 7v, galime manyti, kad keitiklis veikia puikiai. Bet mano atveju, kai pagrindinis darbinės įtampos diapazonas buvo 4v-8v, tai būtų galima laikyti visišku fiasko.

Tačiau atėjo ruduo, ilgi niūrūs vakarai ir pasidarė įdomu pažiūrėti, ar galima ką nors padaryti.

Pagrindinių keitiklio elementų nuotrauka

Paaiškėjo, kad po ekranu buvo paslėpta keletas svarbių elementų, kurių nenorėjau išlituoti, nebent tai būtų būtina. Todėl nebuvo įmanoma nubrėžti visos keitiklio grandinės. Be to, nepaisant akivaizdaus paprastumo, schema nėra tokia paprasta. Paspaudus veikiantį keitiklį multimetru, tapo aišku, kad visos problemos prasideda tada, kai pradeda kristi atskira maitinimo magistralė, kurios stabilizuota 5 V įtampa voltmetrui ir kitoms „smegenims“. LM317 lustas yra atsakingas už stabilų 5v. Ir kai tik įtampos jo įėjime pradeda nepakakti stabiliam 5v generavimui, prasideda voltmetro problemos.

Problema tapo aiški, tačiau jos sprendimas neatrodė toks paprastas. Teoriškai LM317 reikia pakeisti kokiu nors analogu, kuris gali ne tik sumažinti įtampą, bet ir ją padidinti. SEPIC keitiklio analogas ar pan. Tokių lustų yra, bet jie tikrai nebus suderinami su kaiščiais, jiems tikrai reikės papildomų laidų, o ir kainos tokiems lustams dažniausiai nėra priimtinos. Ir tada kilo idėja. Ką daryti, jei priešais LM317 pridėsite pastiprinimo keitiklio plokštę. Be to, „smegenų“ suvartojama srovė yra labai maža. Konverteris MT3608, kurio apžvalgos yra arba prieinamos, puikiai tiko tokiai plokštei. Kitas neabejotinas MT3608 pranašumas yra jo kaina. Dabar Ali MT3608 kaina prasideda nuo 0,35 USD ir tampa dar pigesnė.

Be kainos, gera žinia yra ta, kad norint modifikuoti reikia atlikti minimalius pakeitimus lentoje. Pakanka nupjauti vieną takelį (1) ir sulituoti tris laidus prie MT3608 +Vin (2), -Vin (3) ir +Vout (4).

Be to, ant MT3608 induktoriaus buvo suvynioti keli elektros juostos sluoksniai, kad aukštis būtų suderintas su trimerio rezistorius. Be to, prie pačios MT3608 plokštės buvo pridėtas trumpiklis, kad būtų galima išplėsti reguliavimo diapazoną su potenciometru, o prie išvesties buvo pridėtas 10 uF keraminis kondensatorius. Rezultatas atrodė taip:

Rezultatas pranoko visus lūkesčius:

1. Voltmetro-ampermetro rodmenų tikslumas žymiai padidėjo, kai įėjimo įtampa yra mažesnė nei 6,5 V. Paprasčiau tariant, voltmetras iš karto pradėjo veikti taip, kaip turėtų. Atsižvelgdami į kalibravimą, galite nustatyti rodmenis norimame diapazone apie 0,05 V. Nors vis tiek reikia pažymėti, kad jei tiksliai nustatysite sritį į 5 V, 12 V srityje voltmetras bus 0,3 V srityje.

2. Voltmetras dabar įsijungia esant 1,9 V. Dabar įmontuotame voltmete matote momentą, kai įjungiama keitiklio galios dalis, kai įėjimo įtampa pakyla virš 3,2 V.

3. Dabar, esant šaltinio perkrovai, tai yra tada, kai keitiklis bando paimti iš maitinimo šaltinio daugiau nei gali duoti, keitiklis tapo daug stabilesnis. Kai perkraunama, maitinimo sekcija nukrenta įvesties įtampa iki maždaug 3,45 V, o to visiškai pakanka keitiklio "smegenims" maitinti. Keitiklis neįsijungia į savotišką mirgėjimo režimą, kai įtampos nepakanka „smegenims“ paleisti.

Ši modifikacija taip pat turi keletą trūkumų:

1. Plokštė tapo aukštesnė, todėl norint nepažeisti „sumuštinio“, buvo įsukti varžtai, leidžiantys plokštę be rizikos montuoti ant lygaus paviršiaus.

2. Sumažėjo įėjimo įtampų veikimo diapazonas. Anksčiau įėjimo įtampa galėjo siekti 35v. Dabar viršutinė riba sumažinta iki 20v dėl MT3608 įėjimo įtampos apribojimo. Bet mano atveju tai visiškai nėra kritiška.