Yleiskäyttöinen automuunnin (muunnin) "DC/DC".
Tämä on yksinkertainen, yleinen DC/DC-muunnin (tasajännitteen muuntaja toiseksi). Sen tulojännite voi olla 9 - 18 V, lähtöjännitteellä 5 - 28 volttia, jota voidaan tarvittaessa muuttaa välillä noin 3 - 50 V. Tämän muuntimen lähtöjännite voi olla joko pienempi tai suurempi kuin tulojännite.
Kuormaan syötetty teho voi olla jopa 100 W. Muuntimen keskimääräinen kuormitusvirta on 2,5-3 ampeeria (lähtöjännitteestä riippuen ja esimerkiksi 5 voltin lähtöjännitteellä kuormitusvirta voi olla 8 ampeeria tai enemmän).
Tämä muuntaja soveltuu moniin eri tarkoituksiin, kuten kannettavien tietokoneiden, vahvistimien, kannettavien televisioiden ja muiden kodinkoneiden virransyöttöön auton 12 V:n sisäverkosta, sekä matkapuhelimien, USB-laitteiden, 24 V laitteiden jne. lataamiseen.
Muuntaja kestää ylikuormituksia ja oikosulkuja lähdössä, koska tulo- ja lähtöpiirit eivät ole galvaanisesti kytkettyjä toisiinsa, ja esimerkiksi tehotransistorin vika ei johda kytketyn kuorman epäonnistumiseen, ja vain jännite häviää lähdössä (no, suojasulake palaa).
Kuva 1.
Muunnin piiri.
Muunnin on rakennettu UC3843-sirun päälle. Toisin kuin tällaisten muuntajien tavanomaisissa piireissä, energiaa tuottavana elementtinä ei käytetä kuristinta, vaan muuntajaa, jonka kierrossuhde on 1:1, ja siksi sen tulo ja lähtö on galvaanisesti eristetty toisistaan.
Muuntimen toimintataajuus on noin 90-95 kHz.
Valitse kondensaattorien C8 ja C9 käyttöjännite lähtöjännitteen mukaan.
Vastuksen R9 arvo määrittää muuntimen virtarajakynnyksen. Mitä pienempi sen arvo, sitä suurempi on rajoitusvirta.
Trimmausvastuksen R3 sijasta voit asentaa muuttuvan vastuksen ja käyttää sitä lähtöjännitteen säätämiseen tai asentaa sarjan vakiovastuksia kiinteillä lähtöjännitearvoilla ja valita ne kytkimellä.
Lähtöjännitteiden alueen laajentamiseksi on tarpeen laskea jännitteenjakaja R2, R3, R4 uudelleen siten, että jännite mikropiirin nastassa 2 on 2,5 volttia vaaditulla lähtöjännitteellä.
Kuva 2.
Muuntaja.
Muuntajan ydintä käytetään tietokoneen virtalähteistä AT, ATX, joihin on kiedottu DGS (ryhmästabilointikuristin). Väritysydin on kelta-valkoinen, mitä tahansa sopivia ytimiä voidaan käyttää. Myös vastaavien virtalähteiden ytimet ja sinivihreät värit sopivat.
Muuntajan käämit on kierretty kahteen johtimeen ja sisältävät 2x24 kierrosta, lanka, jonka halkaisija on 1,0 mm. Käämien alku on merkitty kaaviossa pisteillä.
Lähtötehotransistoreina on suositeltavaa käyttää sellaisia, joissa on alhainen avoimen kanavan resistanssi. Erityisesti SUP75N06-07L, SUP75N03-08, SMP60N03-10L, IRL1004, IRL3705N. Ja ne on myös valittava suurimmalla käyttöjännitteellä suurimmasta lähtöjännitteestä riippuen. Transistorin enimmäiskäyttöjännite ei saa olla pienempi kuin 1,25 lähtöjännitteestä.
VD1-diodina voit käyttää parillista Schottky-diodia, jonka käänteinen jännite on vähintään 40 V ja maksimivirta vähintään 15 A, myös mielellään TO-220 pakkauksessa. Esimerkiksi SLB1640 tai STPS1545 jne.
Piiri koottiin ja testattiin leipälaudalla. Tehotransistorina käytettiin kenttätransistoria 09N03LA, joka oli repeytynyt ”kuolleen emolevyltä”. Diodi on parillinen Schottky-diodi SBL2045CT.
Kuva 3.
Testaa 15V-4A.
Invertterin testaus tulojännitteellä 12 volttia ja lähtöjännitteellä 15 volttia. Invertterin kuormitusvirta on 4 ampeeria. Kuormitusteho on 60 wattia.
Kuva 4.
Testaa 5V-8A.
Invertterin testaus tulojännitteellä 12 volttia, lähtöjännitteellä 5 V ja kuormitusvirralla 8A. Kuormitusteho on 40 wattia. Piirissä käytetty tehotransistori = 09N03LA (SMD emolevyltä), D1 = SBL2045CT (tietokoneen virtalähteistä), R9 = 0R068 (0,068 ohmia), C8 = 2 x 4700 10V.
Tälle laitteelle kehitetty piirilevy on kooltaan 100x38 mm, kun otetaan huomioon transistorin ja diodin asennus patteriin. Signet Sprint-Layout 6.0 -muodossa, liitteenä.
Alla kuvissa on tämän piirin kokoonpanoversio SMD-komponentteja käyttäen. Sinetti on suunniteltu SMD-komponenteille, koko 1206.
Kuva 5.
Muuntimen kokoonpanovaihtoehto.
Jos tämän muuntimen lähtöjännitettä ei tarvitse säätää, niin muuttuva vastus R3 voidaan poistaa ja vastus R2 valita siten, että muuntimen lähtöjännite vastaa vaadittua.
Arkisto artikkelia varten
LM2596 on alennettu DC-DC-muunnin, se valmistetaan usein valmiina moduuleina, joiden hinta on noin $1 (hae LM2596S DC-DC 1,25-30 V 3A). Maksamalla 1,5 dollaria voit ostaa samanlaisen moduulin Alista, jossa on tulo- ja lähtöjännitteen LED-ilmaisin, joka sammuttaa lähtöjännitteen ja hienosäätöpainikkeet, jotka näyttävät arvoja digitaalisilla ilmaisimilla. Samaa mieltä - tarjous on enemmän kuin houkutteleva!
Alla on kaavio tästä muuntajakortista (pääkomponentit on merkitty lopussa olevaan kuvaan). Tulossa on suoja napaisuuden vaihtoa vastaan - diodi D2. Tämä estää säädintä vahingoittamasta väärin kytketyn tulojännitteen vuoksi. Huolimatta siitä, että lm2596-siru pystyy käsittelemään syöttöjännitteitä aina 45 V:iin asti datalehden mukaan, käytännössä tulojännite ei saisi ylittää 35 V pitkäaikaisessa käytössä.
Mallille lm2596 lähtöjännite määräytyy alla olevan yhtälön mukaan. Vastuksen R2 avulla lähtöjännitettä voidaan säätää välillä 1,23 - 25 V.
Vaikka lm2596-siru on suunniteltu jatkuvaan toimintaan enintään 3 A:n virralle, kalvomassan pieni pinta-ala ei riitä hajottamaan syntyvää lämpöä piirin koko toiminta-alueella. Huomaa myös, että tämän muuntimen hyötysuhde vaihtelee suuresti tulojännitteen, lähtöjännitteen ja kuormitusvirran mukaan. Tehokkuus voi vaihdella 60-90 % käyttöolosuhteista riippuen. Siksi lämmönpoisto on pakollista, jos jatkuva toiminta tapahtuu yli 1 A:n virroilla.
Tietolomakkeen mukaan myötäkytkentäkondensaattori on asennettava rinnakkain vastuksen R2 kanssa, varsinkin kun lähtöjännite ylittää 10 V - tämä on tarpeen vakauden varmistamiseksi. Mutta tätä kondensaattoria ei useinkaan ole kiinalaisissa edullisissa invertterilevyissä. Kokeiden aikana testattiin useita DC-muuntimien kopioita erilaisissa käyttöolosuhteissa. Tuloksena tulimme siihen tulokseen, että LM2596-stabilisaattori sopii hyvin digitaalisten piirien pienille ja keskisuurille syöttövirroille, mutta suurempia lähtötehoarvoja varten tarvitaan jäähdytyselementti.
Tänään tarkastellaan useita yksinkertaisten, voisi jopa sanoa, että yksinkertaisten, pulssitoimisten DC-DC-jännitemuuntajien piirejä (yhden arvon tasajännitteen muuntimet toisen arvon tasajännitteeksi)
Mitä hyötyä pulssimuuntimista on? Ensinnäkin niillä on korkea hyötysuhde, ja toiseksi ne voivat toimia lähtöjännitettä pienemmällä tulojännitteellä. Pulssimuuntimet on jaettu ryhmiin:
- - apu, tehostaminen, kääntäminen;
- - stabiloitu, epävakaa;
- - galvaanisesti eristetty, eristämätön;
- - kapealla ja laajalla tulojännitealueella.
Kotitekoisten pulssimuuntimien valmistamiseksi on parasta käyttää erikoistuneita integroituja piirejä - ne on helpompi koota, eivätkä ne ole oikeita asennuksen aikana. Joten tässä on 14 järjestelmää jokaiseen makuun:
Tämä muunnin toimii taajuudella 50 kHz, galvaanisen eristyksen tarjoaa muuntaja T1, joka on kiedottu K10x6x4.5 renkaaseen, joka on valmistettu 2000NM ferriitistä ja sisältää: ensiökäämityksen - 2x10 kierrosta, toisiokäämityksen - 2x70 kierrosta PEV-0.2 lankaa . Transistorit voidaan korvata KT501B:llä. Akusta ei kulu lähes lainkaan virtaa, kun kuormaa ei ole.
Muuntaja T1 on kiedottu ferriittirenkaaseen, jonka halkaisija on 7 mm, ja se sisältää kaksi käämiä 25 kierrosta lankaa PEV = 0,3.
Push-pull vakauttamaton muuntaja, joka perustuu multivibraattoriin (VT1 ja VT2) ja tehovahvistimeen (VT3 ja VT4). Lähtöjännite valitaan pulssimuuntajan T1 toisiokäämin kierrosten lukumäärän mukaan.
Stabilisoiva tyyppimuunnin, joka perustuu MAXIMin MAX631-mikropiiriin. Tuotantotaajuus 40…50 kHz, muistielementti - kela L1.
Voit käyttää toista kahdesta sirusta erikseen, esimerkiksi toista, kertomaan kahden akun jännitteen.
Tyypillinen piiri pulssinvahvistimen kytkemiseen MAXIMin MAX1674-mikropiiriin. Toimintaa ylläpidetään 1,1 voltin tulojännitteellä. Hyötysuhde - 94%, kuormitusvirta - jopa 200 mA.
Mahdollistaa kaksi erilaista stabiloitua jännitettä, joiden hyötysuhde on 50...60% ja kuormitusvirta jopa 150 mA jokaiseen kanavaan. Kondensaattorit C2 ja C3 ovat energian varastointilaitteita.
8. MAXIMin MAX1724EZK33-sirun pulssin tehostaja
Tyypillinen piirikaavio erikoistuneen mikropiirin kytkemiseen MAXIMilta. Se toimii edelleen 0,91 voltin tulojännitteellä, siinä on pieni SMD-kotelo ja se tarjoaa jopa 150 mA:n kuormitusvirran 90 %:n hyötysuhteella.
Tyypillinen piiri pulssiohjatun stabilisaattorin kytkemiseen laajalti saatavilla olevaan TEXAS-mikropiiriin. Vastus R3 säätää lähtöjännitettä +2,8…+5 voltin sisällä. Vastus R1 asettaa oikosulkuvirran, joka lasketaan kaavalla: Is(A)= 0,5/R1(Ohm)
Integroitu jänniteinvertteri, hyötysuhde - 98%.
Kaksi eristettyä jännitemuuntajaa DA1 ja DA2, jotka on kytketty "eristämättömään" piiriin, jossa on yhteinen maa.
Muuntajan T1 ensiökäämin induktanssi on 22 μH, ensiökäämin kierrosten suhde kuhunkin toisioon on 1:2,5.
Tyypillinen MAXIM-mikropiirin stabiloidun tehostusmuuntimen piiri.
Löysin Alin avoimissa tiloissa erittäin mielenkiintoisen jännitemuuntimen, jolla on tällainen ominaisuus.
Tässä on mitä myyjä sanoi:
1. Tulojännitealue: 5-36 VDC
2. Lähtöjännitealue: 1,25-32VDC säädettävissä
3. Lähtövirta: 0-5A
4. Lähtöteho: 75W
5. Korkea hyötysuhde jopa 96 %
6. Sisäänrakennettu lämpösammutustoiminto
7. Sisäänrakennettu virranrajoitustoiminto
8. Sisäänrakennettu lähdön oikosulkusuojaustoiminto
9.P x L x K = 68,2 x 38,8 x 15 mm
Myyjä joko ei maininnut tämän muuntimen mielenkiintoisimpia ominaisuuksia tai ei kiinnittänyt niihin huomiota. Ja ominaisuudet ovat erittäin mielenkiintoisia.
1. Sisäänrakennettu tulo- ja lähtöjännite volttimittari, ampeerimittari ja wattimittari, lukukalibrointitoiminnolla. Jännitteen ja virran kalibrointitoiminto toimii itsenäisesti. Lukemien todellinen tarkkuus kalibroinnin jälkeen on noin ~0,05v. Mutta siitä lisää alla.
2. Tämä alennusmuunnin voi toimia sekä jännitteen stabilointitilassa että virran stabilointitilassa. Itse asiassa tämä on pienin ja halvin laboratoriovirtalähde, jossa on sisäänrakennettu yleismittari. Johon sinun tarvitsee vain kiinnittää akkusänky saadaksesi valmiin laturin kaikentyyppisille akuille.
Ajatuksena oli käyttää tätä muuntajaa tehokkaana muuntimena, joka pystyy hyödyntämään aurinkopariston täyden tehon 6v jännitteellä. Koska aurinkoakkua on tarkoitus käyttää kaukana sivilisaatiosta, missä ei ole ylimääräistä yleismittaria mukanasi, halusin todella löytää muuntimen, jossa on sisäänrakennettu volttimittari-ampeerimittari.
Oikosulkuja pelkäämättömät virranvakautustoiminnolla varustetut portaat, joissa on sisäänrakennettu volttimittari-ampeerimittari, eivät ole ollenkaan suuri tarjous. Lähimmät kilpailijat:
Yleensä emme löytäneet mitään parempaa, ja tämä muunnin ostettiin. Kuukautta myöhemmin paketti odotti postissa.
Tämän muuntimen ensimmäiset testit olivat pettymys. Kävi ilmi, että vaikka itse muuntaja alkaa toimia yli 3,2v tulojännitteillä, oli vika jännitemittarissa. Volttimittari valehteli USEIN VOLTIN!!! Siksi ensimmäinen asia, joka oli tehtävä, oli kalibrointi. Mutta kävi ilmi, että kalibrointi ei auta. Jos kalibroit volttimittarin 5 voltilla, ongelmat alkoivat lukemista 12 voltilla ja päinvastoin.
Myöhemmin kokeet osoittivat, että volttimittari näyttää oikeat arvot vain, jos tulojännite on yli 6,5 V. Kun tulojännite putosi alle 6,5 V, volttimittari alkoi valehdella. Lisäksi absoluuttisesti kaikki lukemat vääristyivät alhaisella tulojännitteellä. Jopa lähtöjännitelukemat alkoivat "kellua", vaikka itse asiassa ne olivat vakaat. Oli äärimmäisen epämiellyttävää havaita, kun syöttöjännitteen laskiessa 6,5 voltista 4,2 volttiin sisäänrakennettu volttimittari alkoi näyttää tulojännitteen nousevan. Tässä on esimerkki numeroista, syöttöjännitteestä ja sisäänrakennetun volttimittarin jännitteestä.
6,74v - 6,6v
6,25v - 6,7v
5,95 - 6,7 V
5.55v - 6.8v
5.07v – 7.2v
4.61v – 7.5v
4.33v - 7.8v
Kun tulojännite putosi alle 4,2 voltin, volttimittari sammui kokonaan.
Kiista syntyi, mutta myyjä osoittautui normaaliksi eikä vastustanut; hän palautti välittömästi 50% hinnasta.
Jos unohdat volttimittarin tai oletat, että syöttöjännite on aina suurempi kuin 7v, voimme olettaa, että muuntaja toimii täydellisesti. Mutta minun tapauksessani, kun pääkäyttöjännitealue oli 4v-8v, tätä voitaisiin pitää täydellisenä fiaskona.
Mutta sitten tuli syksy, pitkät synkät illat, ja oli mielenkiintoista nähdä, olisiko jotain tehtävissä.
Kuva muuntimen pääelementeistä
Kävi ilmi, että näytön alle oli piilotettu joukko tärkeitä elementtejä, joita en halunnut purkaa, ellei se ole aivan välttämätöntä. Tästä syystä muuntimen täydellistä piiriä ei voitu piirtää. Lisäksi näennäisestä yksinkertaisuudestaan huolimatta järjestelmä ei ole niin yksinkertainen. Työstettyään toimivaa muuntajaa yleismittarilla kävi selväksi, että kaikki ongelmat alkavat, kun erillinen tehoväylä, jonka jännite on stabiloitu 5 V volttimittarille ja muille "aivoille", alkaa painua. LM317-siru vastaa vakaasta 5v:stä. Ja heti kun sen sisääntulon jännite alkaa olla riittämätön tuottamaan vakaa 5v, ongelmat alkavat volttimittarissa.
Ongelma tuli selväksi, mutta sen ratkaisu ei vaikuttanut niin yksinkertaiselta. Teoriassa sinun on korvattava LM317 jollain analogisella, joka ei voi vain laskea jännitettä, vaan myös lisätä sitä. SEPIC-muuntimen analogi tai vastaava. Tällaisia siruja on, mutta ne eivät varmasti ole pin-yhteensopivia, ne vaativat ehdottomasti lisäjohdotuksia, ja tällaisten sirujen hinnat eivät yleensä ole kohtuullisia. Ja sitten tuli idea. Mitä jos lisäät tehostusmuunninkortin LM317:n eteen. Lisäksi "aivojen" käyttämä virta on hyvin pieni. MT3608-muunnin, jonka arvostelut ovat joko saatavilla, oli ihanteellinen tällaiselle levylle. Toinen MT3608:n kiistaton etu on sen hinta. Nyt Alissa MT3608:n hinta alkaa 0,35 dollarista ja on taipumus tulla halvemmaksi.
Hinnan lisäksi hyvä uutinen on, että muokkausta varten sinun on tehtävä minimaaliset muutokset laudalle. Riittää, kun leikkaat yhden raidan (1) ja juotat kolme johtoa MT3608 +Vin (2), -Vin (3) ja +Vout (4). 
Lisäksi useita kerroksia sähköteippiä kelattiin MT3608 induktorin päälle korkeuden kohdistamiseksi trimmerivastuksen kanssa. Lisäksi itse MT3608-korttiin lisättiin hyppyjohdin laajentamaan säätöaluetta potentiometrillä, ja ulostuloon lisättiin 10 uF:n keraaminen kondensaattori. Tulos näytti tältä: 
Tulos ylitti kaikki odotukset:
1. Volttimittari-ampeerimittarin lukemien tarkkuus on parantunut merkittävästi tulojännitteillä alle 6,5v. Yksinkertaisesti sanottuna volttimittari alkoi toimia heti niin kuin pitää. Kalibroinnin huomioon ottaen voit asettaa lukemat halutulle alueelle noin 0,05v. Vaikka on silti syytä huomata, että jos asetat alueen tarkasti 5 V:iin, 12 V:n alueella volttimittari on alueella 0,3 V.
2. Volttimittari käynnistyy nyt 1,9 voltilla. Nyt näet sisäänrakennetusta volttimittarista hetken, jolloin muuntimen tehoosa kytketään päälle, kun tulojännite nousee yli 3,2 voltin.
3. Nyt, kun lähde ylikuormitetaan, kun muuntaja yrittää ottaa virtalähteestä enemmän kuin se pystyy antamaan, muuntimesta on tullut paljon vakaampi. Ylikuormitettuna teho-osio laskee tulojännitteen jonnekin 3,45 V:n tuntumaan, mikä on aivan tarpeeksi virtaa muuntimen "aivoille". Muunnin ei siirry eräänlaiseen välkkymistilaan, kun jännite ei riitä "aivojen" käynnistämiseen.
Tällä muutoksella on myös pari haittaa:
1. Levy on noussut korkeammalle, joten jotta "sandwich" ei vahingoittuisi, ruuveja ruuvattiin sisään, jolloin levy voidaan asentaa tasaiselle pinnalle ilman riskiä.
2. Tulojännitteiden toiminta-alue on pienentynyt. Aiemmin tulojännite saattoi saavuttaa 35 V. Nyt yläraja on pudonnut 20 volttiin MT3608:n tulojänniterajoituksen vuoksi. Mutta minun tapauksessani tämä ei ole mitenkään kriittinen.
LM2596 alentaa tulojännitettä (40 V:iin) - lähtö on säädelty, virta on 3 A. Ihanteellinen auton LEDeille. Erittäin halvat moduulit - noin 40 ruplaa Kiinassa.
Texas Instruments valmistaa korkealaatuisia, luotettavia, edullisia ja halpoja, helppokäyttöisiä DC-DC-ohjaimia LM2596. Kiinalaiset tehtaat tuottavat sen pohjalta erittäin edullisia pulssitehostemuuntimia: LM2596:n moduulin hinta on noin 35 ruplaa (toimitus mukaan lukien). Suosittelen ostamaan 10 kappaleen erän kerralla - niille on aina käyttöä, ja hinta putoaa 32 ruplaan ja alle 30 ruplaan tilattaessa 50 kappaletta. Lue lisää mikropiirin piirien laskemisesta, virran ja jännitteen säätämisestä, sen soveltamisesta ja eräistä muuntimen haitoista.
Tyypillinen käyttötapa on stabiloitu jännitelähde. Hakkurivirtalähde on helppo tehdä tähän stabilisaattoriin perustuen, käytän sitä yksinkertaisena ja luotettavana laboratoriovirtalähteenä, joka kestää oikosulkuja. Ne ovat houkuttelevia johdonmukaisen laadun vuoksi (ne kaikki näyttävät olevan valmistettu samassa tehtaassa - ja on vaikea tehdä virheitä viidessä osassa) ja täydellisen tuoteselosteen ja ilmoitettujen ominaisuuksien noudattamisen vuoksi.
Toinen sovellus on pulssivirran stabilointi virtalähde suuritehoisille LED-valoille. Tämän sirun moduulin avulla voit liittää 10 watin autojen LED-matriisin, mikä tarjoaa lisäksi oikosulkusuojauksen.
Suosittelen ostamaan niitä kymmenkunta - niistä on varmasti hyötyä. Ne ovat ainutlaatuisia omalla tavallaan - tulojännite on jopa 40 volttia, ja tarvitaan vain 5 ulkoista komponenttia. Tämä on kätevää - voit nostaa älykodin tehoväylän jännitteen 36 volttiin pienentämällä kaapeleiden poikkileikkausta. Asennamme tällaisen moduulin kulutuspisteisiin ja konfiguroimme sen tarvittavalle 12, 9, 5 voltille tai tarpeen mukaan.
Katsotaanpa niitä tarkemmin.
Sirun ominaisuudet:
- Tulojännite - 2,4 - 40 volttia (jopa 60 volttia HV-versiossa)
- Lähtöjännite - kiinteä tai säädettävä (1,2 - 37 volttia)
- Lähtövirta - jopa 3 ampeeria (hyvällä jäähdytyksellä - jopa 4,5 A)
- Muunnostaajuus - 150 kHz
- Kotelo - TO220-5 (läpireikäasennus) tai D2PAK-5 (pinta-asennus)
- Hyötysuhde - 70-75% matalilla jännitteillä, jopa 95% korkeilla jännitteillä
- Stabiloitu jännitelähde
- Muunnin piiri
- Datasheet
- USB-laturi perustuu LM2596:een
- Nykyinen stabilisaattori
- Käytä kotitekoisissa laitteissa
- Lähtövirran ja jännitteen säätö
- LM2596:n parannetut analogit
Historia - lineaariset stabilisaattorit
Aluksi selitän, miksi tavalliset lineaariset jännitemuuntimet, kuten LM78XX (esimerkiksi 7805) tai LM317, ovat huonoja. Tässä on sen yksinkertaistettu kaavio.
Tällaisen muuntimen pääelementti on voimakas bipolaarinen transistori, joka on kytketty päälle "alkuperäisessä" merkityksessään - ohjattuna vastuksena. Tämä transistori on osa Darlington-paria (virransiirtokertoimen lisäämiseksi ja piirin käyttämiseen tarvittavan tehon vähentämiseksi). Kantavirran asetetaan operaatiovahvistimella, joka vahvistaa lähtöjännitteen ja ION:n (referenssijännitelähde) asetetun jännitteen välistä eroa, ts. se on kytketty klassisen virhevahvistinpiirin mukaan.
Muuntaja siis yksinkertaisesti kytkee vastuksen päälle sarjaan kuorman kanssa ja ohjaa sen vastusta niin, että esimerkiksi tasan 5 volttia sammuu kuorman yli. On helppo laskea, että kun jännite laskee 12 voltista 5:een (erittäin yleinen 7805-sirun käyttötapaus), tulo 12 volttia jakautuu stabilisaattorin ja kuorman välillä suhteessa "7 volttia stabilisaattorissa + 5" volttia kuormalla." Puolen ampeerin virralla kuormituksella vapautuu 2,5 wattia ja 7805:llä jopa 3,5 wattia.
Osoittautuu, että "ylimääräiset" 7 volttia sammutetaan yksinkertaisesti stabilisaattorista ja muuttuvat lämmöksi. Ensinnäkin tämä aiheuttaa ongelmia jäähdytyksessä, ja toiseksi se vie paljon energiaa virtalähteestä. Kun virtaa käytetään pistorasiasta, se ei ole kovin pelottavaa (vaikka se silti vahingoittaa ympäristöä), mutta kun virtaa käytetään paristoilla tai ladattavilla akuilla, tätä ei voida jättää huomiotta.
Toinen ongelma on, että tehostusmuuntimen tekeminen tällä menetelmällä on yleensä mahdotonta. Usein tällainen tarve syntyy, ja yritykset ratkaista tämä ongelma kaksikymmentä tai kolmekymmentä vuotta sitten ovat hämmästyttäviä - kuinka monimutkaista tällaisten piirien synteesi ja laskeminen oli. Yksi yksinkertaisimmista tämän tyyppisistä piireistä on push-pull 5V->15V-muunnin.
On myönnettävä, että se tarjoaa galvaanisen eristyksen, mutta se ei käytä muuntajaa tehokkaasti - vain puolet ensiökäämistä käytetään kerrallaan.
Unohdetaan tämä kuin paha unelma ja siirrytään moderniin piiriin.
Jännitteen lähde
Kaavio
Mikropiiriä on kätevä käyttää alas-muuntimena: sisällä on tehokas bipolaarinen kytkin, jäljellä on vain lisätä säätimen jäljellä olevat komponentit - nopea diodi, induktanssi ja lähtökondensaattori, on myös mahdollista asenna tulokondensaattori - vain 5 osaa.
LM2596ADJ-versio vaatii myös lähtöjännitteen säätöpiirin, nämä ovat kaksi vastusta tai yksi muuttuva vastus.
LM2596:een perustuva jännitemuunninpiiri:
Koko kaava yhdessä:
Täällä voit lataa datalomake LM2596:lle.
Toimintaperiaate: laitteen sisällä oleva voimakas kytkin, jota ohjataan PWM-signaalilla, lähettää jännitepulsseja induktanssiin. Pisteessä A x % ajasta on täysi jännite ja (1-x) % ajasta jännite on nolla. LC-suodatin tasoittaa nämä värähtelyt korostamalla vakiokomponenttia, joka on yhtä suuri kuin x * syöttöjännite. Diodi täydentää piirin, kun transistori sammutetaan.
Yksityiskohtainen työnkuvaus
Induktanssi vastustaa sen läpi kulkevan virran muutosta. Kun jännite ilmestyy pisteeseen A, induktori luo suuren negatiivisen itseinduktiojännitteen ja kuorman yli oleva jännite tulee yhtä suureksi kuin syöttöjännitteen ja itseinduktiojännitteen välinen erotus. Induktanssivirta ja jännite kuorman yli kasvavat vähitellen.
Jännitteen katoamisen jälkeen pisteessä A kela pyrkii ylläpitämään edellistä kuormasta ja kondensaattorista tulevaa virtaa ja oikosulkee sen diodin kautta maahan - se laskee vähitellen. Siten kuormitusjännite on aina pienempi kuin tulojännite ja riippuu pulssien toimintajaksosta.
Ulostulojännite
Moduuli on saatavana neljänä versiona: jännitteellä 3,3 V (indeksi –3,3), 5 V (indeksi –5,0), 12 V (indeksi –12) ja säädettävällä versiolla LM2596ADJ. On järkevää käyttää räätälöityä versiota kaikkialla, koska sitä on saatavilla suuria määriä elektroniikkayritysten varastoissa ja siitä tuskin tulee pulaa - ja se vaatii vain kaksi penniäistä vastusta. Ja tietysti 5 voltin versio on myös suosittu.
Varastossa oleva määrä on viimeisessä sarakkeessa.
Voit asettaa lähtöjännitteen DIP-kytkimen muodossa, hyvä esimerkki tästä, tai kiertokytkimen muodossa. Molemmissa tapauksissa tarvitset tarkkuusvastuksia - mutta voit säätää jännitettä ilman volttimittaria.
Kehys
Kotelovaihtoehtoja on kaksi: tasokasennuskotelo TO-263 (malli LM2596S) ja TO-220-reikäkotelo (malli LM2596T). Käytän mieluummin LM2596S:n tasomaista versiota, koska tässä tapauksessa jäähdytyselementti on itse levy, eikä ylimääräistä ulkoista jäähdytyselementtiä tarvitse ostaa. Lisäksi sen mekaaninen kestävyys on paljon suurempi, toisin kuin TO-220, joka täytyy ruuvata johonkin, vaikka levyyn - mutta silloin on helpompi asentaa tasoversio. Suosittelen LM2596T-ADJ-sirun käyttöä virtalähteissä, koska sen kotelosta on helpompi poistaa suuri määrä lämpöä.
Tulojännitteen aaltoilun tasoitus
Voidaan käyttää tehokkaana "älykkäänä" stabilisaattorina virran tasaamisen jälkeen. Koska mikropiiri valvoo suoraan lähtöjännitettä, tulojännitteen vaihtelut aiheuttavat käänteisesti verrannollisen muutoksen mikropiirin muuntokertoimessa ja lähtöjännite pysyy normaalina.
Tästä seuraa, että käytettäessä LM2596:ta alennusmuuntimena muuntajan ja tasasuuntaajan jälkeen, tulokondensaattorilla (eli välittömästi diodisillan jälkeen sijaitsevalla) voi olla pieni kapasitanssi (noin 50-100 μF).
Lähtökondensaattori
Korkean muunnostaajuuden vuoksi lähtökondensaattorin ei myöskään tarvitse olla suurta kapasiteettia. Jopa tehokkaalla kuluttajalla ei ole aikaa vähentää merkittävästi tätä kondensaattoria yhdessä syklissä. Tehdään laskelma: otetaan 100 µF kondensaattori, 5 V lähtöjännite ja 3 ampeeria kuluttava kuorma. Kondensaattorin täysi lataus q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.
Yhdessä muunnossyklissä kuorma ottaa kondensaattorilta dq = I*t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC (tämä on vain 4 % kondensaattorin kokonaisvarauksesta), ja heti alkaa uusi jakso, ja muunnin laittaa uuden osan energiaa kondensaattoriin.
Tärkeintä on olla käyttämättä tantaalikondensaattoreita tulo- ja lähtökondensaattorina. He kirjoittavat suoraan tietolomakkeisiin - "älä käytä virtapiireissä", koska he sietävät erittäin huonosti jopa lyhytaikaisia ylijännitteitä eivätkä pidä korkeista pulssivirroista. Käytä tavallisiaoreita.
Tehokkuus, hyötysuhde ja lämpöhäviö
Tehokkuus ei ole niin korkea, koska kaksinapaista transistoria käytetään tehokkaana kytkimenä - ja sen jännitehäviö ei ole nolla, noin 1,2 V. Tästä johtuu tehokkuuden lasku matalilla jännitteillä.
Kuten näette, suurin hyötysuhde saavutetaan, kun tulo- ja lähtöjännitteiden välinen ero on noin 12 volttia. Eli jos joudut vähentämään jännitettä 12 voltilla, minimaalinen määrä energiaa menee lämmöksi.
Mikä on muuntimen tehokkuus? Tämä on arvo, joka luonnehtii virtahäviöitä - johtuen lämmön syntymisestä täysin avoimessa tehokkaassa kytkimessä Joule-Lenzin lain mukaan ja vastaavista häviöistä transienttiprosessien aikana - kun kytkin on esimerkiksi vain puoliksi auki. Molempien mekanismien vaikutukset voivat olla suuruudeltaan vertailukelpoisia, joten molempia tappiopolkuja ei pidä unohtaa. Pieni määrä tehoa käytetään myös itse muuntimen "aivojen" tehostamiseen.
Ihannetapauksessa, kun jännite muunnetaan U1:stä U2:ksi ja lähtövirta I2, lähtöteho on yhtä suuri kuin P2 = U2*I2, syöttöteho on sama (ihanteellinen tapaus). Tämä tarkoittaa, että tulovirta on I1 = U2/U1*I2.
Meidän tapauksessamme muunnoksen hyötysuhde on yksikön alapuolella, joten osa energiasta jää laitteen sisään. Esimerkiksi hyötysuhteella η lähtöteho on P_out = η*P_in ja häviöt P_häviö = P_in-P_out = P_sisään*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Tietenkin muuntimen on lisättävä tulovirtaa määritellyn lähtövirran ja jännitteen ylläpitämiseksi.
Voimme olettaa, että kun muunnetaan 12V -> 5V ja lähtövirta 1A, häviöt mikropiirissä ovat 1,3 wattia ja tulovirta 0,52A. Joka tapauksessa tämä on parempi kuin mikään lineaarimuunnin, joka antaa vähintään 7 wattia häviöitä ja kuluttaa 1 ampeerin tuloverkosta (mukaan lukien tämä hyödytön tehtävä) - kaksi kertaa enemmän.
Muuten, LM2577-mikropiirillä on kolme kertaa pienempi toimintataajuus, ja sen hyötysuhde on hieman korkeampi, koska ohimenevissä prosesseissa on vähemmän häviöitä. Se tarvitsee kuitenkin kolme kertaa korkeammat induktorin ja lähtökondensaattorin arvot, mikä tarkoittaa ylimääräistä rahaa ja levyn kokoa.
Lähtövirran lisääminen
Huolimatta mikropiirin jo melko suuresta lähtövirrasta, joskus tarvitaan vielä enemmän virtaa. Kuinka päästä eroon tästä tilanteesta?
- Useita muuntimia voidaan rinnastaa. Tietenkin ne on asetettava täsmälleen samalle lähtöjännitteelle. Tässä tapauksessa et tule toimeen yksinkertaisilla SMD-vastuksilla takaisinkytkentäjännitteen asetuspiirissä, sinun on käytettävä joko vastuksia 1% tarkkuudella tai manuaalisesti säädettävä jännite säädettävällä vastuksella.
USB-laturi LM2596:lle
Voit tehdä erittäin kätevän matka-USB-laturin. Tätä varten sinun on asetettava säädin 5 V:n jännitteeseen, varustettava se USB-portilla ja syötettävä virtaa laturiin. Käytän Kiinasta ostettua radiomallin litiumpolymeeriakkua, joka tarjoaa 5 ampeerituntia 11,1 voltilla. Tämä on paljon - tarpeeksi 8 kertaa lataa tavallista älypuhelinta (tehokkuutta huomioimatta). Kun otetaan huomioon tehokkuus, se on vähintään 6 kertaa.
Älä unohda oikosulkea USB-liitännän D+- ja D-nastat kertoaksesi puhelimelle, että se on kytketty laturiin ja siirrettävä virta on rajoittamaton. Ilman tätä tapahtumaa puhelin luulee olevansa kytkettynä tietokoneeseen ja sitä ladataan 500 mA:n virralla - erittäin pitkään. Lisäksi tällainen virta ei ehkä edes kompensoi puhelimen virrankulutusta, eikä akku lataudu ollenkaan.
Voit myös tarjota erillisen 12 V sisääntulon auton akusta tupakansytyttimen liittimellä - ja vaihtaa lähteitä jollain kytkimellä. Suosittelen asentamaan LEDin, joka ilmoittaa, että laite on päällä, jotta et unohda sammuttaa akkua täyden latauksen jälkeen - muuten muuntimen häviöt tyhjentävät vara-akun kokonaan muutamassa päivässä.
Tämän tyyppinen akku ei ole kovin sopiva, koska se on suunniteltu suurille virroille - voit yrittää löytää alhaisemman virran akun, ja se on pienempi ja kevyempi.
Nykyinen stabilisaattori
Lähtövirran säätö
Saatavilla vain säädettävällä lähtöjännitteellä (LM2596ADJ). Muuten, kiinalaiset tekevät myös tätä levyversiota jännitteen, virran ja kaikenlaisten indikaatioiden säädöllä - valmiin virran stabilointimoduulin LM2596:ssa, jossa on oikosulkusuoja, voi ostaa nimellä xw026fr4.
Jos et halua käyttää valmista moduulia ja haluat tehdä tämän piirin itse, ei ole mitään monimutkaista, yhtä poikkeusta lukuun ottamatta: mikropiirillä ei ole kykyä ohjata virtaa, mutta voit lisätä sen. Selitän, kuinka tämä tehdään, ja selvennän vaikeita kohtia matkan varrella.
Sovellus
Virranvakain on asia, jota tarvitaan voimakkaiden LEDien syöttämiseen (muuten - mikro-ohjainprojektini suuritehoiset LED-ajurit), laserdiodit, galvanointi, akun lataus. Kuten jännitteen stabilaattoreissa, tällaisia laitteita on kahdenlaisia - lineaarisia ja pulssisia.
Klassinen lineaarinen virranstabilisaattori on LM317, ja se on luokassaan varsin hyvä - mutta sen maksimivirta on 1,5A, mikä ei riitä monille suuritehoisille LEDeille. Vaikka syötät tämän stabilisaattorin virtaan ulkoisella transistorilla, sen häviöt ovat yksinkertaisesti mahdottomia hyväksyä. Koko maailma nostaa melua valmiustilan hehkulamppujen energiankulutuksesta, mutta täällä LM317 toimii 30 %:n hyötysuhteella. Tämä ei ole meidän menetelmämme.
Mutta mikropiirimme on kätevä ohjain pulssijännitemuuntimelle, jolla on monia toimintatiloja. Häviöt ovat minimaaliset, koska transistorien lineaarisia toimintatapoja ei käytetä, vain avaintoimintoja.
Se oli alun perin tarkoitettu jännitteen stabilointipiireihin, mutta useat elementit tekevät siitä virran stabilisaattorin. Tosiasia on, että mikropiiri luottaa palautteena täysin "Feedback"-signaaliin, mutta se, mitä sille syötetään, on meidän päätettävissämme.
Vakiokytkentäpiirissä tähän haaraan syötetään jännite resistiivisestä lähtöjännitteen jakajasta. 1,2 V on tasapaino; jos Feedback on vähemmän, kuljettaja lisää pulssien käyttösuhdetta, jos se on enemmän, se vähentää sitä. Mutta voit käyttää jännitettä tähän tuloon virtashuntista!
Shuntti
Esimerkiksi 3A virralla sinun on otettava shuntti, jonka nimellisarvo on enintään 0,1 ohmia. Tällaisella resistanssilla tämä virta vapauttaa noin 1 W, joten se on paljon. On parempi rinnastaa kolme tällaista shunttia, jolloin saadaan 0,033 ohmin vastus, 0,1 V:n jännitehäviö ja 0,3 W:n lämmön vapautuminen.
Palautetulo vaatii kuitenkin 1,2 V jännitteen - ja meillä on vain 0,1 V. On järjetöntä asentaa suurempi vastus (lämpöä vapautuu 150 kertaa enemmän), joten ei jää muuta kuin lisätä tätä jännitettä jollain tavalla. Tämä tehdään operaatiovahvistimen avulla.
Ei-invertoiva op-vahvistin
Klassinen malli, mikä voisi olla yksinkertaisempaa?
Me yhdistämme
Nyt yhdistämme tavanomaisen jännitteenmuunninpiirin ja vahvistimen LM358-operaatiovahvistimella, jonka tuloon kytkemme virtashuntin.
Tehokas 0,033 ohmin vastus on shuntti. Se voidaan valmistaa kolmesta rinnakkain kytketystä 0,1 ohmin vastuksesta, ja sallitun tehohäviön lisäämiseksi käytä 1206-pakkauksessa olevia SMD-vastuksia, aseta ne pienellä rakolla (ei lähekkäin) ja yritä jättää mahdollisimman paljon kuparikerrosta vastukset ja niiden alle mahdollisuuksien mukaan. Feedback-lähtöön on kytketty pieni kondensaattori mahdollisen siirtymisen oskillaattoritilaan eliminoimiseksi.
Säädämme sekä virtaa että jännitettä
Kytketään molemmat signaalit Feedback-tuloon - sekä virta että jännite. Näiden signaalien yhdistämiseksi käytämme diodeissa tavallista kytkentäkaaviota "AND". Jos virtasignaali on korkeampi kuin jännitesignaali, se hallitsee ja päinvastoin.
Muutama sana järjestelmän soveltuvuudesta
Et voi säätää lähtöjännitettä. Vaikka on mahdotonta säätää sekä lähtövirtaa että jännitettä samanaikaisesti - ne ovat verrannollisia toisiinsa, "kuormitusresistanssin" kertoimella. Ja jos virtalähde toteuttaa skenaarion, kuten "vakio lähtöjännite, mutta kun virta ylittää, alamme vähentää jännitettä", ts. CC/CV on jo laturi.
Piirin suurin syöttöjännite on 30 V, koska tämä on LM358:n raja. Voit laajentaa tämän rajan 40 V:iin (tai 60 V:iin LM2596-HV-versiossa), jos syötät op-vahvistimen virran zener-diodista.
Jälkimmäisessä vaihtoehdossa on tarpeen käyttää diodikokoonpanoa summadiodeina, koska molemmat siinä olevat diodit on valmistettu samassa teknisessä prosessissa ja samalle piikiekolle. Niiden parametrien leviäminen on paljon pienempi kuin yksittäisten diskreettien diodien parametrien leviäminen - tämän ansiosta saavutamme seuranta-arvojen suuren tarkkuuden.
Sinun on myös varmistettava huolellisesti, että operaatiovahvistinpiiri ei innostu ja siirry laserointitilaan. Voit tehdä tämän yrittämällä lyhentää kaikkien johtimien pituutta ja erityisesti LM2596:n nastaan 2 kytketyn raidan pituutta. Älä sijoita operaatiovahvistinta lähelle tätä raitaa, vaan sijoita SS36-diodi ja suodatinkondensaattori lähemmäs LM2596-runkoa ja varmista, että näihin elementteihin on liitetty maasilmukan vähimmäispinta-ala - on tarpeen varmistaa virran vähimmäispituus. paluuvirran polku "LM2596 -> VD/C -> LM2596".
LM2596:n käyttö laitteissa ja riippumaton levyasettelu
Puhuin yksityiskohtaisesti mikropiirien käytöstä laitteissani, ei valmiin moduulin muodossa toinen artikkeli, joka kattaa: diodin valinnan, kondensaattorit, induktoriparametrit ja puhui myös oikeasta johdotuksesta ja muutamasta lisätempusta.
Mahdollisuudet jatkokehitykseen
LM2596:n parannetut analogit
Helpoin tapa tämän sirun jälkeen on vaihtaa LM2678. Pohjimmiltaan tämä on sama askelmuunnin, vain kenttätransistorilla, jonka ansiosta hyötysuhde nousee 92%. Totta, siinä on 7 jalkaa 5 sijasta, eikä se ole pin-to-pin-yhteensopiva. Tämä siru on kuitenkin hyvin samanlainen, ja se on yksinkertainen ja kätevä vaihtoehto paremmalla tehokkuudella.
L5973D– melko vanha siru, joka tarjoaa jopa 2,5A, ja hieman korkeampi hyötysuhde. Siinä on myös lähes kaksinkertainen muunnostaajuus (250 kHz) - siksi vaaditaan alhaisemmat kelan ja kondensaattorin nimellisarvot. Näin kuitenkin, mitä sille tapahtuu, jos laitat sen suoraan autoverkkoon - melko usein se poistaa häiriöt.
ST1S10- Erittäin tehokas (90 % hyötysuhde) DC–DC-asennusmuunnin.
- Vaatii 5–6 ulkoista komponenttia;
ST1S14- korkeajännite (jopa 48 volttia) ohjain. Korkea toimintataajuus (850 kHz), lähtövirta jopa 4 A, teho Hyvä lähtö, korkea hyötysuhde (ei huonompi kuin 85 %) ja suojapiiri ylikuormitusvirtaa vastaan tekevät siitä luultavasti parhaan muuntimen palvelimen virran syöttämiseen 36 voltista. lähde.
Jos vaaditaan maksimaalista tehokkuutta, sinun on käytettävä integroimattomia DC–DC-ohjaimia. Integroitujen ohjainten ongelmana on, että niissä ei koskaan ole viileitä tehotransistoreja - tyypillinen kanavaresistanssi on enintään 200 mOhm. Jos kuitenkin otat ohjaimen ilman sisäänrakennettua transistoria, voit valita minkä tahansa transistorin, jopa AUIRFS8409–7P, jonka kanavaresistanssi on puoli milliohmia
DC-DC-muuntimet ulkoisella transistorilla
Seuraava osa
