Направи си сам регулируем DC преобразувател 10a. Импулсни преобразуватели на напрежение. Понижаване, в английската терминология step-down или buck

Вероятно много хора си спомнят моята епопея с домашно лабораторно захранване.
Но многократно ме питаха нещо подобно, само по-просто и по-евтино.
В този преглед реших да покажа алтернатива на просто регулируемо захранване.
Заповядайте, надявам се да ви хареса.

Отлагах този преглед дълго време, тогава нямаше време, това настроение, но сега ръцете ми стигнаха до него.
Това захранване има малко по-различни характеристики от.
Основата на захранването ще бъде цифрово управлявана DC-DC преобразувателна платка.
Но всичко си има своето време и сега всъщност няколко стандартни снимки.
Носната кърпичка беше в малка кутия, не много по-голяма от пакет цигари.

Вътре, в две торбички (на пъпки и антистатични) беше героинята на това ревю, преобразувателната платка.

Платката има доста прост дизайн, захранваща секция и малка платка с процесор (тази платка е подобна на платка от друг, по-малко мощен конвертор), бутони за управление и индикатор.

Характеристики на тази дъска
Входно напрежение - 6-32 Волта
Изходно напрежение - 0-30 Волта
Изходен ток - 0-8 ампера
Минималната дискретност на настройка/показване на напрежението е 0,01 волта
Минималната дискретност на инсталацията \ показване на тока - 0,001 ампера
Също така тази платка може да измерва капацитета, който се дава на товара и мощността.
Честотата на преобразуване, посочена в инструкциите, е 150 KHz, според листа с данни на контролера е 300 KHz, измерената е около 270 KHz, което е значително по-близо до параметъра, посочен в листа с данни.

Основната платка съдържа захранващи елементи, PWM контролер, захранващ диод и дросел, филтърни кондензатори (470 μF x 50 волта), PWM логика и контролер на мощността на операционния усилвател, операционни усилватели, токов шунт, както и вход и изход клемни блокове.

На практика няма нищо отзад, само няколко мощни писти.

Допълнителната платка е с процесор, логически чипове, стабилизатор 3.3V за захранване на платката, индикатор и бутони за управление.
Процесор -
Логика - 2 бр
Стабилизатор на мощността -

Има 2 операционни усилвателя, инсталирани на захранващата платка (същите операционни усилватели са в ZXY60xx)
PWM контролер на мощността на самата платка adj

Микросхемата действа като захранващ PWM контролер. Според листа с данни това е 12 Amp PWM контролер, така че тук не работи на пълен капацитет, което е добра новина. Въпреки това си струва да се има предвид, че е по-добре да не се превишава входното напрежение, то също може да бъде опасно.
В описанието на платката е посочено максималното входно напрежение от 32 волта, ограничението за контролера е 35 волта.
В по-мощните преобразуватели се използва контролер с нисък ток, който управлява мощен транзистор с полеви ефекти, тук всичко това се извършва от един мощен PWM контролер.
Извинявам се за снимките, не успях да постигна добро качество.

Инструкциите, които намерих в интернет, описват как да влезете в сервизен режим, където можете да промените някои параметри. За да влезете в сервизен режим, трябва да подадете захранване, докато натискате бутона OK, цифрите 0-2 ще се сменят последователно на екрана, за да превключите настройката, трябва да отпуснете бутона, докато се показва съответният номер.
0 - Разрешаване на автоматично подаване на напрежение към изхода, когато се подаде захранване към платката.
1 - Активиране на разширен режим, който показва не само ток и напрежение, но и капацитет, прехвърлен към товара и изходна мощност.
2 - Автоматично изброяване на показваните измервания на екрана или ръчно.

Също така в инструкциите има пример за запомняне на настройките, тъй като платката може да зададе ограничението за настройка на тока и напрежението и има памет за настройка, но не се изкачих в тези джунгли.
Също така не пипах контактите за UART конектора, разположен на платката, защото дори и да има нещо там, пак не намерих програмата за тази платка.

Резюме.
професионалисти.
1. Доста богати функции - настройка и измерване на ток и напрежение, измерване на капацитет и мощност, както и наличие на автоматичен режим на подаване на напрежение към изхода.
2. Диапазонът на изходното напрежение и ток е достатъчен за повечето аматьорски приложения.
3. Изработката не е толкова добра, но без видими недостатъци.
4. Компонентите са инсталирани с марж, ШИМ за 12 ампера при 8 декларирани, кондензатори за 50 волта на входа и изхода, при декларираните 32 волта.

минуси
1. Екранът е много неудобно направен, може да показва само 1 параметър, например -
0,000 - Текущ
00.00 - Напрежение
P00.0 - Мощност
C00.0 - Капацитет.
В случая на последните два параметъра точката е с плаваща запетая.
2. Въз основа на първата точка, доста неудобно управление, valcoder наистина няма да навреди.

Моето мнение.
Доста прилична платка за изграждане на просто регулирано захранване, но е по-добре и по-лесно да използвате готово захранване.
Рецензията ми хареса +123 +268

!
В този домашен AKA KASYAN ще направи универсален понижаващ и повишаващ преобразувател на напрежение.

Наскоро авторът сглоби литиева батерия. А днес ще разкрие тайната с каква цел го е направил.

Ето нов преобразувател на напрежение, режимът му на работа е едноциклен.

Преобразувателят има малки размери и достатъчно голяма мощност.

Конвенционалните конвертори правят едно от двете неща. Само увеличете или само намалете напрежението, подадено към входа.
Версията, направена от автора, може както да се увеличи,

и намалете входното напрежение до необходимата стойност.

Авторът разполага с различни регулируеми източници на енергия, с които тества сглобените домашни продукти.

Зарежда батерии и ги използва за различни други задачи.

Не толкова отдавна се появи идеята за създаване на преносим източник на енергия.
Изложението на проблема беше следното: устройството трябва да може да зарежда всички видове преносими джаджи.

От обикновени смартфони и таблети до лаптопи и видеокамери и дори успя да захрани любимия на автора поялник TS-100.

Естествено, можете просто да използвате универсални зарядни устройства със захранващи адаптери.
Но всички те се захранват от 220V

В случая на автора това, което беше необходимо, беше преносим източник на различни изходни напрежения.

И авторът не намери такива за продажба.

Захранващите напрежения за тези джаджи имат много широк диапазон.
Например, смартфоните се нуждаят само от 5 V, лаптопите от 18, някои дори от 24 V.
Батерията, направена от автора, е проектирана за изходно напрежение от 14,8 V.
Следователно е необходим преобразувател, който е в състояние както да повишава, така и да понижава първоначалното напрежение.

Моля, обърнете внимание, че някои от номиналните стойности на компонентите, посочени в диаграмата, се различават от тези, инсталирани на платката.

Това са кондензатори.

Диаграмата показва референтните стойности, а авторът е направил таблото, за да реши своите проблеми.
Първо, интересувах се от компактността.

Второ, преобразувателят на мощност на автора ви позволява безопасно да създадете изходен ток от 3 ампера.

AKA KASYAN не се нуждае от повече.

Това се дължи на факта, че капацитетът на използваните запаметяващи кондензатори е малък, но веригата е в състояние да достави изходен ток до 5 A.

Следователно схемата е универсална. Параметрите зависят от капацитета на кондензаторите, параметрите на индуктора, диодния токоизправител и характеристиките на превключвателя на полето.

Нека кажем няколко думи за схемата. Това е едноцикличен преобразувател, базиран на PWM контролера UC3843.

Тъй като напрежението от батерията е малко по-високо от стандартното захранване на микросхемата, към веригата беше добавен стабилизатор 12V 7812 за захранване на PWM контролера.

В горната диаграма този стабилизатор не е посочен.
Сглобяване. Относно джъмперите, инсталирани от страната на монтажа на платката.

Има четири от тези джъмпери и два от тях са мощност. Диаметърът им трябва да е поне милиметър!
Трансформаторът или по-скоро дроселът е навит върху жълт пръстен от прахообразно желязо.

Такива пръстени могат да бъдат намерени в изходните филтри на компютърните захранвания.
Размерите на приложеното ядро.
Външен диаметър 23.29мм.

Вътрешен диаметър 13.59мм.

Дебелина 10.33мм.

Най-вероятно дебелината на изолацията на намотката е 0,3 мм.
Дроселът се състои от две еквивалентни намотки.

И двете намотки са навити с медна жица с диаметър 1,2 mm.
Авторът препоръчва да се използва тел с малко по-голям диаметър, 1,5-2,0 мм.

В намотката има десет навивки, двата проводника се навиват наведнъж, в една посока.

Преди да инсталираме дросела, запечатваме джъмперите с найлонова лента.

Работоспособността на веригата се крие в правилната инсталация на индуктора.

Необходимо е да запоявате правилно проводниците на намотките.

Просто монтирайте дросела, както е показано на снимката.

Power N-канален полеви транзистор, почти всеки нисковолтов е подходящ.

Токът на транзистора не е по-нисък от 30А.

Авторът използва транзистора IRFZ44N.

Изходният токоизправител е двоен диод YG805C в корпус TO220.

Важно е да използвате диоди на Шотки, тъй като те осигуряват минимален спад на напрежението (0,3 V срещу 0,7 V) през кръстовището, което се отразява на загубите и топлината. Лесно се намират и в прословутите компютърни захранвания.

В блокове те са в изходния токоизправител.

В единия случай има два диода, които са успоредени в авторската схема за увеличаване на преминаващия ток.
Конверторът е стабилизиран, има обратна връзка.

Изходното напрежение задава резистора R3

Може да бъде заменен с външен променлив резистор за лесна употреба.

Преобразувателят е оборудван и със защита от късо съединение. Като датчик за ток се използва резистор R10.

Това е шунт с ниско съпротивление и колкото по-високо е съпротивлението му, толкова по-нисък е токът на защитното изключване. Инсталирана SMD опция, отстрани на пистите.

Ако не е необходима защита от късо съединение, този възел просто се изключва.

Повече защита. На входа на веригата има предпазител 10А.

Между другото, защитата от късо съединение вече е инсталирана в контролната платка на батерията.

Кондензаторите, използвани във веригата, са много желателни да се вземат с ниско вътрешно съпротивление.

Стабилизаторът, полевият транзистор и диодният токоизправител са прикрепени към алуминиев радиатор под формата на огъната плоча.

Не забравяйте да изолирате субстратите на транзистора и стабилизатора от радиатора, като използвате пластмасови втулки и топлопроводими изолационни уплътнения. Не забравяйте за термичната паста. И диодът, инсталиран във веригата, вече има изолиран корпус.

Понякога трябва да получите високо напрежение от ниско. Например, за програматор с високо напрежение, захранван от 5-волтов USB, вземете някъде около 12 волта.

Как да бъдем? За това има схеми за преобразуване DC-DC. Както и специализирани микросхеми, които позволяват решаването на този проблем в дузина подробности.

Принцип на действие
И така, как да направим от например пет волта нещо повече от пет? Има много начини, за които можете да се сетите - например зареждане на кондензатори паралелно и след това превключване последователно. И толкова много пъти в секунда. Но има по-лесен начин, използвайки свойствата на индуктивността, да запазите силата на тока.

За да стане много ясно, първо ще покажа пример за водопроводчици.

Фаза 1

Амортисьорът се затваря рязко. Потокът няма къде другаде да отиде и турбината, като е овърклокната, продължава да изтласква течността напред, т.к. не може да стане веднага. Освен това го смазва със сила, по-голяма от тази, която източникът може да развие. Задвижва течността през клапана в акумулатора за налягане. Къде отива частта (вече с повишено налягане) към потребителя. Откъдето благодарение на клапата вече не се връща.

Фаза 3

И отново затворът се затваря и турбината започва силно да избутва течността в батерията. Компенсиране на загубите, които са се образували там във фаза 3.

Обратно към схемите
Излизаме от мазето, сваляме фланелката на водопроводчика, хвърляме ключа за газ в ъгъла и с нови знания започваме да ограждаме схемата.

Вместо турбина, индуктивност под формата на дросел е доста подходяща за нас. Като демпфер, обикновен ключ (на практика транзистор), естествено диод като вентил и кондензатор ще поеме ролята на акумулатор на налягане. Кой друг освен той умее да трупа потенциал. Мустаци, конверторът е готов!

Фаза 1

Ключът се отваря, но бобината вече не може да бъде спряна. Енергията, съхранена в магнитното поле, изтича навън, токът има тенденция да се поддържа на същото ниво, каквото е било в момента, в който ключът е бил отворен. В резултат на това напрежението на изхода от намотката рязко скача (за да пробие пътя на тока) и, пробивайки диода, се натъпква в кондензатора. Е, част от енергията отива към товара.

Фаза 3

Ключът се отваря и енергията от бобината отново преминава през диода в кондензатора, увеличавайки напрежението, което е паднало по време на фаза 3. Цикълът се затваря.

Както се вижда от процеса, ясно е, че поради по-големия ток от източника, ние запълваме напрежението при консуматора. Така че равенството на капацитетите тук трябва да се спазва стриктно. В идеалния случай с ефективност на преобразувателя от 100%:

U ist *I ist \u003d U cons *I cons

Така че, ако нашият потребител изисква 12 волта и яде 1A едновременно, тогава от източник на 5 волта трябва да подадете до 2,4 A в преобразувателя.В същото време не взех предвид загубите на източника , въпреки че обикновено не са много големи (ефективността обикновено е около 80-90%).

Ако източникът е слаб и не може да достави 2,4 ампера, тогава ще се появят необичайни вълни и спадове на напрежението при 12 волта - потребителят ще погълне съдържанието на кондензатора по-бързо, отколкото източникът ще го хвърли там.

Електрическа схема
Има много готови DC-DC решения. Както под формата на микроблокове, така и на специализирани микросхеми. Няма да бъда по-мъдър и за да демонстрирам опита, ще дам пример за схема на MC34063A, която вече използвах в примера.

• SWC / SWE изходите на транзисторния ключ на микросхемата SWC са неговият колектор, а SWE е неговият емитер. Максималният ток, който може да черпи, е 1,5 A входящ ток, но можете също да свържете външен транзистор към всеки желан ток (за повече подробности вижте листа с данни за микросхемата).
• DRC - композитен транзисторен колектор
• Ipk - токов защитен вход. Напрежението се премахва от Rsc шунта там, ако токът е превишен и напрежението на шунта (Upk = I * Rsc) стане по-високо от 0,3 волта, тогава преобразувателят ще спре. Тези. за да ограничите входящия ток до 1А, трябва да поставите резистор 0,3 ома. Нямах резистор 0,3 ома, така че сложих джъмпер там. Ще работи, но без защита. Ако не друго, тогава микросхемата ще ме убие.
• TC е входът на кондензатора, който задава честотата на работа.
• CII - вход за сравнение. Когато напрежението на този вход е под 1,25 волта, ключът генерира импулси, преобразувателят работи. Веднага щом стане по-голям, се изключва. Тук през делителя на R1 и R2 се пуска обратно напрежение от изхода. Освен това делителят е избран по такъв начин, че когато напрежението, от което се нуждаем, се появи на изхода, тогава 1,25 волта ще бъдат на входа на компаратора. Тогава всичко е просто - по-ниско ли е изходното напрежение от необходимото? Вършаме. Стигна ли се до точката? Изключваме.
• Vcc - Мощност на веригата
• GND - Земя

Всички формули за изчисляване на деноминациите са дадени в листа с данни. Ще копирам от нея тук най-важната таблица за нас:

Гравирани, запоени...

Това е. Проста схема, но ви позволява да решите редица проблеми.

Превключващите DC-DC преобразуватели са проектирани както за повишаване, така и за понижаване на напрежението. С тяхна помощ е възможно да се преобразуват 5 волта, например, в 12 или 24 или обратно, с минимални загуби. Има и високоволтови DC-DC преобразуватели, те са в състояние да получат много значителна потенциална разлика от стотици волта от сравнително малко напрежение (5-12 волта). В тази статия ще разгледаме сглобяването на точно такъв преобразувател, чието изходно напрежение може да се регулира в рамките на 60-250 волта.

Базиран е на общия интегриран таймер NE555. Q1 във веригата е полеви транзистор, можете да използвате IRF630, IRF730, IRF740 или други, предназначени да работят с напрежение над 300 волта. Q2 е биполярен транзистор с ниска мощност, можете спокойно да поставите BC547, BC337, KT315, 2SC828. Индукторът L1 трябва да има индуктивност от 100 uH, но ако това не е под ръка, можете да зададете дросели в диапазона 50-150 uH, това няма да повлияе на работата на веригата. Лесно е да направите сами дросел - навийте 50-100 оборота медна тел върху феритен пръстен. Диод D1 по схемата FR105, вместо него можете да поставите UF4007 или друг високоскоростен диод за напрежение най-малко 300 волта. Кондензаторът C4 трябва да е с високо напрежение, поне 250 волта или повече. Колкото по-голям е неговият капацитет, толкова по-добре. Също така е желателно паралелно с него да се постави филмов кондензатор с малък капацитет за висококачествено филтриране на високочестотен шум на изхода на преобразувателя. VR1 е резистор за настройка, с който се регулира изходното напрежение. Минималното захранващо напрежение на веригата е 5 волта, най-оптималното е 9-12 волта.

Производство на конвертора

Веригата е сглобена на печатна платка с размери 65х25 мм, към артикула е приложен файл с чертеж на платката. Можете да вземете текстолит, по-голям от самия чертеж, така че да има място около краищата за закрепване на дъската към кутията. Малко снимки от производствения процес:

След ецване платката трябва да бъде калайдисана и проверена за късо съединение. защото има високо напрежение на платката, не трябва да има никакви метални неравности между релсите, в противен случай е възможна повреда. На първо място, върху платката се запояват малки части - резистори, диоди, кондензатори. След това микросхема (по-добре е да я инсталирате в гнездо), транзистори, резистор за настройка, дросел. За удобство при свързване на проводници към таблото препоръчвам да инсталирате винтови клеми, местата за тях са осигурени на дъската.

Изтегляне на дъска:

(изтегляния: 240)

Първо стартиране и настройка

Преди да започнете, не забравяйте да проверите правилната инсталация, позвънете на пистите. Поставете резистора за настройка на минималната позиция (плъзгачът трябва да е от страната на резистора R4). След това можете да подадете напрежение към платката, като свържете амперметър последователно с нея. При празен ход текущата консумация на веригата не трябва да надвишава 50 mA. Ако се вписва в нормата, можете внимателно да завъртите резистора за настройка, контролирайки изходното напрежение. Ако всичко е наред, свържете товар към изхода за високо напрежение, например резистор 10-20 kΩ и тествайте отново работата на веригата, вече под товар.
Максималният ток, който може да достави такъв преобразувател, е приблизително 10-15 mA. Може да се използва например като част от ламповата технология за захранване на анодите на лампи или за запалване на газоразрядни или флуоресцентни индикатори. Основното приложение е миниатюрен електрошоков пистолет, тъй като напрежението от 250 волта на изхода е забележимо за човек. Честито събрание!

DC/DC преобразувателите се използват широко за захранване на различно електронно оборудване. Използват се в устройства за компютърна техника, комуникационни устройства, различни схеми за управление и автоматизация и др.

Трансформаторни захранвания

В традиционните трансформаторни захранвания мрежовото напрежение се преобразува с помощта на трансформатор, най-често понижен, до желаната стойност. Намалено напрежение и изгладено от кондензаторен филтър. При необходимост след токоизправителя се поставя полупроводников стабилизатор.

Трансформаторните захранвания обикновено са оборудвани с линейни стабилизатори. Такива стабилизатори имат поне две предимства: това е ниска цена и малък брой части в колана. Но тези предимства се изяждат от ниска ефективност, тъй като значителна част от входното напрежение се използва за нагряване на управляващия транзистор, което е напълно неприемливо за захранване на преносими електронни устройства.

DC/DC преобразуватели

Ако оборудването се захранва от галванични клетки или батерии, тогава преобразуването на напрежението до желаното ниво е възможно само с помощта на DC / DC преобразуватели.

Идеята е съвсем проста: постоянното напрежение се преобразува в променливотоково, обикновено с честота от няколко десетки или дори стотици килохерца, издига се (пада) и след това се коригира и се подава към товара. Такива преобразуватели често се наричат ​​импулсни преобразуватели.

Пример е усилващ преобразувател от 1,5 V на 5 V, само изходното напрежение на компютърен USB. Подобен преобразувател с ниска мощност се продава на Aliexpress.

Ориз. 1. Конвертор 1.5V / 5V

Импулсните преобразуватели са добри, защото имат висока ефективност, в рамките на 60..90%. Друго предимство на импулсните преобразуватели е широк диапазон от входни напрежения: входното напрежение може да бъде по-ниско от изходното или много по-високо. Като цяло DC / DC преобразувателите могат да бъдат разделени на няколко групи.

Класификация на конвертора

Понижаване, в английската терминология step-down или buck

Изходното напрежение на тези преобразуватели, като правило, е по-ниско от входното напрежение: без големи загуби за нагряване на управляващия транзистор, можете да получите напрежение от само няколко волта при входно напрежение от 12 ... 50V. Изходният ток на такива преобразуватели зависи от нуждите на товара, което от своя страна определя схемата на преобразувателя.

Друго английско наименование на chopper buck converter. Един от преводите на тази дума е прекъсвач. В техническата литература преобразувателят на долара понякога се нарича "чопър". Засега просто запомнете този термин.

Увеличаване, в английската терминология step-up или boost

Изходното напрежение на тези преобразуватели е по-високо от входното напрежение. Например при входно напрежение 5V може да се получи напрежение до 30V на изхода, като е възможно плавното му регулиране и стабилизиране. Доста често повишаващите преобразуватели се наричат ​​бустери.

Универсални конвертори - SEPIC

Изходното напрежение на тези преобразуватели се поддържа на дадено ниво, когато входното напрежение е по-високо или по-ниско от входното напрежение. Препоръчва се в случаите, когато входното напрежение може да варира значително. Например, в кола напрежението на батерията може да варира между 9 ... 14V и е необходимо стабилно напрежение от 12V.

Инвертиращи конвертори - инвертиращ конвертор

Основната функция на тези преобразуватели е да получат напрежение с обратна полярност на изхода спрямо източника на захранване. Много удобно в случаите, когато е необходимо двуполюсно захранване, например.

Всички споменати преобразуватели могат да бъдат стабилизирани или нестабилизирани, изходното напрежение може да бъде галванично свързано с входното напрежение или да имат галванична изолация по напрежение. Всичко зависи от конкретното устройство, в което ще се използва преобразувателят.

За да преминете към по-нататъшна история за DC / DC преобразуватели, трябва поне да разберете теорията в общи линии.

Chopper buck converter - преобразувател тип бък

Функционалната му схема е показана на фигурата по-долу. Стрелките на проводниците показват посоката на токовете.

Фиг.2. Функционална схема на стабилизатора на хеликоптера

Входното напрежение Uin се подава към входния филтър - кондензатор Cin. Транзисторът VT се използва като ключов елемент, той извършва превключване на високочестотен ток. Може да бъде и двете. В допълнение към тези детайли, веригата съдържа разряден диод VD и изходен филтър - LCout, от който напрежението се подава към товара Rн.

Лесно се вижда, че товарът е свързан последователно с елементите VT и L. Следователно веригата е последователна. Как се случва спадът на напрежението?

Широчинно-импулсна модулация - PWM

Контролната верига генерира правоъгълни импулси с постоянна честота или постоянен период, което по същество е едно и също. Тези импулси са показани на фигура 3.

Фиг.3. Контролни импулси

Тук t е времето на импулса, транзисторът е отворен, tp е времето на пауза, транзисторът е затворен. Съотношението ti/T се нарича коефициент на запълване на цикъла, обозначава се с буквата D и се изразява в %% или просто в числа. Например при D равно на 50% излиза, че D=0,5.

Така D може да варира от 0 до 1. При стойност D=1 ключовият транзистор е в състояние на пълна проводимост, а при D=0 в състояние на прекъсване, просто казано, той е затворен. Лесно се досеща, че при D=50% изходното напрежение ще бъде равно на половината от входното.

Съвсем очевидно е, че регулирането на изходното напрежение става чрез промяна на ширината на управляващия импулс t и всъщност чрез промяна на коефициента D. Този принцип на регулиране се нарича (PWM). В почти всички импулсни захранвания изходното напрежение се стабилизира с помощта на ШИМ.

В схемите, показани на фигури 2 и 6, ШИМ е "скрит" в кутии с надпис "Контролна верига", който изпълнява някои допълнителни функции. Например, това може да бъде плавен старт на изходното напрежение, дистанционно активиране или защита на преобразувателя срещу късо съединение.

Като цяло преобразувателите са толкова широко използвани, че производителите на електронни компоненти стартираха производството на PWM контролери за всички случаи. Диапазонът е толкова голям, че ще отнеме цяла книга само за да ги изброим. Следователно на никого не му хрумва да сглобява преобразуватели на отделни елементи или както често се казва в „свободни“ термини.

Освен това, готови малки преобразуватели на мощност могат да бъдат закупени на Aliexpress или Ebay на малка цена. В същото време, за инсталиране в аматьорски дизайн, достатъчно е да запоите проводниците към входа и изхода към платката и да зададете необходимото изходно напрежение.

Но да се върнем към нашата фигура 3. В този случай коефициентът D определя колко дълго ще бъде отворен (фаза 1) или затворен (фаза 2). За тези две фази веригата може да бъде представена с две фигури. Фигурите НЕ ПОКАЗВАТ онези елементи, които не се използват в тази фаза.

Фиг.4. Фаза 1

Когато транзисторът е отворен, токът от източника на захранване (галванична клетка, батерия, токоизправител) преминава през индуктивния дросел L, товара Rn и зареждащия кондензатор Cout. В този случай токът протича през товара, кондензаторът Cout и индукторът L натрупват енергия. Токът iL ПОСТЕПЕННО СЕ УВЕЛИЧАВА поради влиянието на индуктивността на индуктора. Тази фаза се нарича изпомпване.

След като напрежението върху товара достигне определената стойност (определена от настройката на управляващото устройство), транзисторът VT се затваря и устройството преминава към втората фаза - фазата на разреждане. Затвореният транзистор изобщо не е показан на фигурата, сякаш не съществува. Но това означава само, че транзисторът е затворен.

Фиг.5. Фаза 2

Когато транзисторът VT е затворен, няма попълване на енергия в индуктора, тъй като захранването е изключено. Индуктивността L се стреми да предотврати промяна в големината и посоката на тока (самоиндукция), протичащ през намотката на индуктора.

Следователно токът не може да спре моментално и се затваря през веригата "диодно натоварване". Поради това VD диодът се нарича разряден диод. Като правило това е високоскоростен диод на Шотки. След контролния период, фаза 2, веригата преминава към фаза 1, процесът се повтаря отново. Максималното напрежение на изхода на разглежданата верига може да бъде равно на входа и не повече. Усилвателните преобразуватели се използват за получаване на изходно напрежение, по-голямо от входното напрежение.

Засега е необходимо само да си припомним действителната стойност на индуктивността, която определя двата режима на работа на чопъра. При недостатъчна индуктивност преобразувателят ще работи в режим на прекъснати токове, което е напълно неприемливо за захранващи устройства.

Ако индуктивността е достатъчно голяма, тогава работата се извършва в режим на непрекъснати токове, което позволява използването на изходни филтри за получаване на постоянно напрежение с приемливо ниво на пулсации. Усилвателните преобразуватели също работят в режим на непрекъснат ток, който ще бъде разгледан по-долу.

За известно повишаване на ефективността разрядният диод VD се заменя с MOSFET транзистор, който се отваря в точното време от управляващата верига. Такива преобразуватели се наричат ​​синхронни. Използването им е оправдано, ако мощността на преобразувателя е достатъчно голяма.

Повишаващи или повишаващи преобразуватели

Повишаващите преобразуватели се използват главно за захранване с ниско напрежение, например от две или три батерии, а някои компоненти на дизайна изискват напрежение от 12 ... 15V с ниска консумация на ток. Доста често усилвателният преобразувател се нарича кратко и ясно думата "бустер".

Фиг.6. Функционална схема на усилвателен преобразувател

Входното напрежение Uin се подава към входния филтър Cin и към последователно свързаните L и превключващия транзистор VT. VD диод е свързан към точката на свързване на бобината и изтичането на транзистора. Товарът Rl и шунтиращият кондензатор Cout са свързани към другия извод на диода.

Транзисторът VT се управлява от управляваща верига, която генерира стабилен честотен контролен сигнал с регулируем работен цикъл D, точно както е описано малко по-горе при описание на веригата на хеликоптера (фиг. 3). Диодът VD в точното време блокира товара от ключовия транзистор.

Когато ключовият транзистор е отворен, изходът на бобината L, вдясно според схемата, е свързан към отрицателния полюс на източника на захранване Uin. Увеличаването на тока (засяга влиянието на индуктивността) от източника на захранване протича през намотката и отворения транзистор, енергията се натрупва в намотката.

По това време диодът VD блокира товара и изходния кондензатор от превключващата верига, като по този начин предотвратява разреждането на изходния кондензатор през отворения транзистор. Товарът в този момент се захранва от енергията, съхранявана в кондензатора Cout. Естествено, напрежението на изходния кондензатор пада.

Веднага щом изходното напрежение стане малко по-ниско от определеното (определено от настройките на управляващата верига), ключовият транзистор VT се затваря и енергията, съхранена в индуктора, презарежда кондензатора Cout през диода VD, който захранва товара . В този случай ЕМП на самоиндукция на намотката L се добавя към входното напрежение и се прехвърля към товара, следователно изходното напрежение е по-голямо от входното напрежение.

Когато изходното напрежение достигне зададеното ниво на стабилизиране, управляващата верига отваря транзистора VT и процесът се повтаря от фазата на натрупване на енергия.

Универсални преобразуватели - SEPIC (single-ended primary-inductor converter или преобразувател с асиметрично натоварен първичен индуктор).

Такива преобразуватели се използват главно, когато товарът има малка мощност и входното напрежение се променя спрямо изходното напрежение нагоре или надолу.

Фиг.7. Функционална схема на преобразувателя SEPIC

Тя е много подобна на веригата на усилващия преобразувател, показана на фигура 6, но има допълнителни елементи: кондензатор C1 и намотка L2. Именно тези елементи осигуряват работата на преобразувателя в режим на намаляване на напрежението.

Преобразувателите SEPIC се използват в случаите, когато входното напрежение варира в широк диапазон. Пример е 4V-35V до 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Под това име в китайските магазини се продава преобразувател, чиято схема е показана на фигура 8 (щракнете върху снимката, за да я увеличите).

Фиг.8. Принципна схема на преобразувателя SEPIC

Фигура 9 показва външния вид на дъската с обозначението на основните елементи.

Фиг.9. Външен вид на конвертора SEPIC

Фигурата показва основните части съгласно фигура 7. Обърнете внимание на наличието на две бобини L1 L2. По този знак можете да определите, че това е SEPIC конвертор.

Входното напрежение на платката може да бъде в рамките на 4 ... 35V. В този случай изходното напрежение може да се регулира в рамките на 1,23 ... 32V. Работната честота на преобразувателя е 500 kHz.С малки размери от 50 х 25 х 12 мм, платката осигурява мощност до 25 вата. Максимален изходен ток до 3А.

Но тук трябва да се направи една забележка. Ако изходното напрежение е зададено на 10 V, тогава изходният ток не може да бъде по-висок от 2,5 A (25 W). При изходно напрежение от 5V и максимален ток от 3A, мощността ще бъде само 15W. Основното тук е да не прекалявате: или не надвишавайте максимално допустимата мощност, или не надхвърляйте допустимия ток.