Výber obvodov pre pulzné meniče napätia DC-DC. DC-DC Boost konvertor
Niekedy potrebujete získať vysoké napätie z nízkeho. Napríklad pre vysokonapäťový programátor napájaný z 5-voltového USB sa dostanete niekde okolo 12 voltov.
Ako byť? Na tento účel existujú schémy konverzie DC-DC. Rovnako ako špecializované mikroobvody, ktoré umožňujú vyriešiť tento problém v tuctu detailov.
Princíp činnosti
Ako teda vyrobiť napríklad z piatich voltov niečo viac ako päť? Existuje mnoho spôsobov, ktoré si môžete vymyslieť - napríklad nabíjať kondenzátory paralelne a potom prepínať v sérii. A toľkokrát za sekundu. Existuje však jednoduchší spôsob, ako pomocou vlastností indukčnosti zachovať prúdovú silu.
Aby to bolo úplne jasné, najprv ukážem príklad pre inštalatérov.
Fáza 1
Klapka sa prudko zatvorí. Prúd nemá kam ísť a turbína, ktorá je pretaktovaná, naďalej tlačí kvapalinu dopredu, pretože nemôže okamžite vstať. Navyše ho rozdrví silou väčšou, než dokáže vyvinúť zdroj. Poháňa kvapalinu cez ventil do tlakového akumulátora. Kam ide súčiastka (už so zvýšeným tlakom) k spotrebiteľovi. Odkiaľ sa vďaka ventilu už nevracia.
3. fáza
A opäť sa uzávierka zatvorí a turbína začne násilne tlačiť kvapalinu do batérie. Kompenzácia strát, ktoré tam vznikli v 3. fáze.
Späť k schémam
Vychádzame z pivnice, vyzliekame inštalatérsky dres, hodíme plynový kľúč do kúta a s novými poznatkami začíname oplotiť schému.
Namiesto turbíny sa nám celkom hodí indukčnosť v podobe tlmivky. Ako tlmič prevezme úlohu tlakového akumulátora obyčajný kľúč (v praxi tranzistor), prirodzene dióda ako ventil a kondenzátor. Kto iný ako on je schopný akumulovať potenciál. Fúzy, prevodník je pripravený!
Fáza 1
Kľúč sa otvorí, ale cievka sa už nedá zastaviť. Energia uložená v magnetickom poli sa vyrúti von, prúd má tendenciu sa udržiavať na rovnakej úrovni, aká bola v momente otvorenia kľúča. Výsledkom je, že napätie na výstupe z cievky prudko vyskočí (aby prerazilo dráhu prúdu) a po prerazení diódy sa napchalo do kondenzátora. No časť energie ide do záťaže.
3. fáza
Kľúč sa otvorí a energia z cievky opäť prenikne cez diódu do kondenzátora, čím sa zvýši napätie, ktoré pokleslo počas fázy 3. Cyklus sa uzatvára.
Ako vidno z procesu, je zrejmé, že vďaka väčšiemu prúdu zo zdroja plníme napätie u spotrebiteľa. Takže rovnosť kapacít tu musí byť prísne dodržaná. V ideálnom prípade s účinnosťou meniča 100 %:
U je *Som \u003d U proti *Ja proti
Takže ak náš spotrebiteľ vyžaduje 12 voltov a zároveň žerie 1A, tak z 5 voltového zdroja treba napájať do meniča až 2,4 A. Zároveň som nebral do úvahy straty zdroja , aj keď zvyčajne nie sú príliš veľké (účinnosť je zvyčajne asi 80-90%).
Ak je zdroj slabý a nedokáže dodať 2,4 ampéra, tak pri 12 voltoch nastanú divoké vlnky a poklesy napätia – spotrebiteľ zhltne obsah kondenzátora rýchlejšie, ako ho tam zdroj hodí.
Obvody
Existuje množstvo hotových DC-DC riešení. Ako vo forme mikroblokov, tak aj špecializovaných mikroobvodov. Nebudem múdrejší a na demonštráciu skúseností uvediem príklad obvodu na MC34063A, ktorý som už v príklade použil.
- SWC / SWE výstupy tranzistorového kľúča mikroobvodu SWC sú jeho kolektorom a SWE je jeho emitorom. Maximálny prúd, ktorý môže odoberať, je 1,5A prichádzajúceho prúdu, ale na ľubovoľný požadovaný prúd môžete pripojiť aj externý tranzistor (viac podrobností nájdete v katalógovom liste mikroobvodu).
- DRC - kompozitný tranzistorový kolektor
- Ipk - vstup prúdovej ochrany. Napätie je odstránené z bočníka Rsc tam, ak je prekročený prúd a napätie na bočníku (Upk = I * Rsc) bude vyššie ako 0,3 voltu, konvertor sa zastaví. Tie. Ak chcete obmedziť prichádzajúci prúd na 1A, musíte vložiť odpor 0,3 ohmu. Nemal som 0,3 ohmový odpor, tak som tam dal prepojku. Bude to fungovať, ale bez ochrany. Ak niečo, tak ma zabije mikroobvod.
- TC je vstup kondenzátora, ktorý nastavuje frekvenciu prevádzky.
- CII - vstup komparátora. Keď je napätie na tomto vstupe nižšie ako 1,25 V, kľúč generuje impulzy, prevodník funguje. Akonáhle sa zväčší, vypne sa. Tu sa cez delič na R1 a R2 spúšťa spätnoväzbové napätie z výstupu. Okrem toho je delič zvolený tak, že keď sa na výstupe objaví napätie, ktoré potrebujeme, na vstupe komparátora bude 1,25 voltu. Potom je všetko jednoduché - je výstupné napätie nižšie, ako je potrebné? Mlátime. Dostalo sa to k veci? Vypíname.
- Vcc - Výkon obvodu
- GND – zem
Všetky vzorce na výpočet nominálnych hodnôt sú uvedené v údajovom liste. Skopírujem z nej tu pre nás najdôležitejšiu tabuľku:
Leptané, spájkované...
To je všetko. Jednoduchá schéma, ale umožňuje vám vyriešiť množstvo problémov.
Toto je zariadenie určené na získanie jedného alebo viacerých napätí inej úrovne z napätia jednej úrovne. Niekedy je to v našej praxi priam nevyhnutné, ak napríklad navrhujeme zariadenie s nízkonapäťovým napájaním z Li-Ion batérie a v obvode tohto zariadenia sú operačné zosilňovače, ktoré vyžadujú napájanie z bipolárneho zdroja ∓ 15V. Alebo iný príklad. Predpokladajme, že potrebujeme napájať zariadenie na mikrokontroléri s menovitým napätím 5 voltov z lítium-iónovej batérie. V tomto a podobných prípadoch musí projektant použiť DC/DC meniče.
Tento článok sa zameria na pulzné meniče, ktoré majú zjavné výhody, z ktorých hlavnou je vysoká účinnosť. Spínané meniče napätia sú veľmi širokou triedou zariadení. Môžu byť stabilizované alebo nestabilizované, s galvanickým oddelením vstupu od výstupu alebo bez neho. prevodníky možno rozdeliť aj na zostupné, zostupné a invertujúce (napríklad konvertor, ktorý napájaný napätím + 5V dáva na výstupe napätie -5V)
Výrobcovia elektronických komponentov teraz vyrábajú širokú škálu špeciálnych integrovaných obvodov na použitie v aplikáciách DC-DC. Prevodníky zostavené na takýchto čipoch majú stabilné vlastnosti a vysokú spoľahlivosť. napriek tomu je možné impulzný menič namontovať aj na konvenčné diskrétne tranzistory. Tento článok poskytuje niekoľko veľmi jednoduchých obvodov, ktoré možno použiť na riešenie jednoduchých konštrukčných problémov.
Veľmi bežný čip MAX232 sa používa na konverziu rozhrania UART na štandardné signály rozhrania RS232. Tento čip má už zabudované meniče napätia, ktoré môžeme použiť na naše sebecké účely.
Schéma 1. Nezvyčajné použitie čipu MAX232
takýto menič môže poskytnúť napätie∓ 9V pri malom prúde 5..8 mA. Takýto prevodník je možné použiť na napájanie jedného alebo dvoch operačných zosilňovačov. hlavnou výhodou je jednoduchosť. Túto schému je vhodné použiť, ak je potrebné niečo urobiť rýchlo a okrem čipu MAX232 nie je nič po ruke
Schéma 2. Jednoduchý nestabilizovaný dvojtranzistorový menič
Jeden z najjednoduchších dizajnov. parametre takéhoto meniča závisia od parametrov použitých tranzistorov, konverznej frekvencie a vlastností transformátora. Obvod znázornený na obrázku pracuje na frekvencii asi 50 kHz.
Transformátor T1 - domáci. Dá sa navinúť na feritový krúžok z 2000NM materiálu s rozmermi 10x6x4. primárne vinutie pozostáva z 20 závitov s odbočkou od stredu. Sekundárne - 140 otáčok aj s kohútikom od stredu. Priemer drôtu - nie menej ako 0,2 mm. Tranzistory môžu byť nahradené BC546 alebo inými. ak nie je k meniču pripojená žiadna záťaž, neodoberá z napájacieho zdroja prakticky žiadny prúd. To je jedna z jeho výhod (okrem jednoduchosti).
Schéma 3. Jednoduchý nestabilizovaný menič - multivibrátor.
Nasledujúci praktický obvod je štvortranzistorový push-pull menič. srdcom obvodu je konvenčný multivibrátor na dvoch tranzistoroch VT1 a VT2.
Ovládače pre vinutia impulzného transformátora sú tranzistory VT3 a VT4. K sekundárnemu vinutiu impulzného transformátora je pripojený polvlnový usmerňovač na báze diódy VD3. Zvlnenie výstupného napätia je vyhladené kondenzátorom C3. Výstupné napätie tohto meniča je možné meniť v širokom rozsahu zmenou počtu závitov sekundárneho vinutia transformátora.
Schéma 4. Stabilizovaný menič na dvoch tranzistoroch.
Zaujímavý obvod, ktorý umožňuje napájanie z nízkonapäťového zdroja (napríklad z jedného alkalického článku 1,5 V.) Napríklad malé zariadenie na mikrokontroléri, ktoré vyžaduje napájanie 5 V. Obvod sa snaží udržať konštantné napätie na výstupe asi 4,7 V. Signál spätnej väzby je odstránený z odporu R2 a privedený na bázu prvého tranzistora VT1. transformátor T1 je možné navinúť na feritový krúžok s priemerom 7 mm. Obe vinutia sú rovnaké, 20 závitov drôtu s priemerom 0,3 mm. Vinutia môžete navinúť do dvoch drôtov. Pri pripájaní je potrebné vziať do úvahy začiatok a koniec vinutia. Ak sa pomýlite, prevodník nebude fungovať. V tomto prípade vymeňte vodiče jedného z vinutí. Cievka L1 - akýkoľvek induktor s indukčnosťou v oblasti 10 μH. Tlmivku je možné použiť priemyselne alebo navinúť svojpomocne. Pomocou tohto lacného zariadenia môžete merať indukčnosť. Tlmivka spolu s kondenzátorom C3 vyhladzuje zvlnenie výstupného napätia.
Tento pomerne kvalitný a pohodlný prevodník je postavený na základe špecializovaného mikroobvodu od MAXIM. Môže sa použiť na získanie napätia +12 voltov v zariadení pracujúcom z jedného zdroja energie s napätím 3 až 5 voltov. Tlmivka L1 môže byť navinutá na malý feritový krúžok alebo na malú feritovú tyč. Pomocou týchto zariadení je vhodné merať indukčnosť cievok. Obvod poskytuje na výstupe prúd 120 mA. Čip MAX734.
Schéma 5. Veľmi jednoduchý prevodník na špecializovanom čipe.
Ďalší DC-DC menič využívajúci čip MAXIM. Hlavnou výhodou je výnimočná jednoduchosť a nenáročnosť tejto schémy. V zariadení sú len 4 časti vrátane čipu MAX631. Hlavným a zrejmým účelom takéhoto meniča je napájanie obvodu určeného pre 5 V zo zdroja s nižším napätím 3,2 voltov. Napríklad z jednej Li-Ion batérie.
Schéma 6. Stabilizovaný DC-DC menič s bipolárnym výstupom
∓
12 V
Tento veľmi užitočný obvod sa môže hodiť, ak má váš návrh iba jeden 4,5 V napájací zdroj, ale musíte použiť komponenty, ktoré vyžadujú bipolárne napájanie. ako sú operačné zosilňovače (operačné zosilňovače). Srdcom prevodníka je čip LM2587-12. Impulzný transformátor môže byť implementovaný na feritovom prstenci alebo na pancierovom jadre. Indukčnosť primárneho vinutia by mala byť cca 22 μH (dá sa merať týmto prístrojom) a pomer počtu závitov primárneho vinutia k sekundárnemu = 1:2,5. To znamená, že napríklad indukčnosť 22 μH na jadre, ktoré máte k dispozícii, sa získa s počtom závitov 50. Potom bude počet závitov každého sekundárneho vinutia 2,5 * 50 = 125
Schéma 7. Stabilizovaný DC-DC menič pre dve rôzne napätia
Ak má váš dizajn digitálne mikroobvody s napájacím napätím 5 aj 3,3 V, potom sa vám tento prevodník môže hodiť. Obvod pracuje s napätím okolo 3 V a umožňuje získať na výstupe napätie 3,3 a 5 V. Zaťažovací prúd pre každý výstup môže dosiahnuť 150 mA. Ako môžete vidieť z diagramu, zariadenie používa 2 čipy MCP1252 od MICROCHIP
Schéma 8. DC-DC menič pre dve rôzne napätia na mikroobvodoch od YCL Electronics
DC-DC meniče pre rôzne napätia je možné namontovať na čipy vyrábané spoločnosťou YCL Electronics. V tomto prípade ide o mikroobvody DC-102R v kanáli mínus 5 V a DC-203R v kanáli +12 V. Na výstupe -5 V môže záťažový prúd dosiahnuť 360 mA. Na výstupe +12 V je prúd menší - 150 mA.
Obrázok 9. DC-DC Boost Converter na MAX1724EZK33
Tento DC-DC prevodník na čipe
Počiatočné údaje: motor-reduktor s pracovným napätím 5V pri prúde 1A a mikrokontrolér ESP-8266 s prevádzkovým napätím 3,3V citlivým na zmenu a špičkovým prúdom až 600 miliampérov. S tým všetkým je potrebné počítať a napájať ho jednou nabíjateľnou lítium-iónovou batériou 18650 s napätím 2,8 -4,2 Volta.
Zostavíme obvod nižšie: lítium-iónová batéria 18650 s napätím 2K,8 -4,2 voltov bez obvodu vnútornej nabíjačky -> na čip TP4056 pripojíme modul určený na nabíjanie lítium-iónových batérií s funkciou obmedzovacej batérie vybitie na 2,8 V a ochrana pred skratom (nezabudnite, že tento modul sa spúšťa pri zapnutej batérii a krátkodobom napájaní 5 voltov na vstup modulu z USB nabíjačky, to vám umožní nepoužívať vypínač, vybíjací prúd v pohotovostnom režime nie je príliš veľký a keď sa celé zariadenie dlhší čas nepoužíva, automaticky sa vypne, keď napätie na batérii klesne pod 2,8 voltu)
K modulu TP4056 pripojíme modul na čipe MT3608 - stupňovitý DC-DC (konštantný na jednosmerný prúd) stabilizátor a menič napätia z 2,8 -4,2 V batérie na stabilných 5 V 2 Ampéry - napájanie motora prevodovky .
Paralelne k výstupu modulu MT3608 pripájame na čipe MP1584 EN step-down DC-DC stabilizátor-konvertor určený pre stabilné napájanie 3,3 V 1 Amp mikroprocesora ESP8266.
Stabilná prevádzka ESP8266 je veľmi závislá od stability napájacieho napätia. Pred zapojením modulov DC-DC stabilizátor-meničov do série nezabudnite upraviť požadované napätie premenlivými odpormi, kondenzátor dať paralelne so svorkami prevodového motora tak, aby nevytváral vysokofrekvenčné rušenie Mikroprocesor ESP8266.
Ako môžete vidieť z údajov multimetra, pri pripojenom prevodovom motore sa napájacie napätie mikrokontroléra ESP8266 NEZMENILO!
Prečo potrebujete REGULÁTOR NAPÄTIA. Ako používať stabilizátory napätia
Oboznámenie sa so zenerovými diódami, výpočet parametrického stabilizátora; použitie integrovaných stabilizátorov; dizajn jednoduchého testera zenerových diód a ďalšie.
AMS1117 Údajový list
| názov | AMS1117 |  Kexin Industrial |
||
| Popis | Nízky vnútorný výpadok DC-DC lineárny regulátor napätia, výstup 800 mA, 3,3 V, SOT-223
S riadeným alebo pevným režimom ovládania |
|||
| AMS1117 Datasheet PDF (dátový hárok) : | ||||
|
||||
Technický list RT9013
| názov |  Technológia Richtec |
|||
| Popis | 500mA nízkovýpadkový, nízkošumový, ultrarýchly konvertor záťaže s prúdovou a skratovou ochranou, CMOS LDO. | |||
| Údajový list RT9013 PDF : | ||||
|
||||
| názov |  Monolitické energetické systémy |
|||
| Popis | 3A, 1,5 MHz, 28 V zostupný menič | |||
| (dátový hárok) : | ||||
|
||||
**K dispozícii vo vašej predajni Cee
| názov | Monolitické energetické systémy |
|||
| Popis | 3A, 4,75 V na 23 V, 340 kHz, prevodník Buck | |||
| Špecifikácia MP2307 PDF (dátový hárok) : | ||||
|
||||
*K dispozícii vo vašej predajni Cee
Údajový list LM2596
| názov |  Prvé zložky internacionály |
|||
| Popis | Jednoduchý znižovací menič výkonu 3A s vnútornou frekvenciou 150 kHz | |||
| LM2596 Datasheet PDF (dátový hárok) : | ||||
|
||||
Typické pripojenie: 
Technický list MC34063A
| názov | MC34063A |  Medzinárodná skupina Wing Shing |
| Popis | DC-DC riadený menič | |
| MC34063A Údajový list PDF (dátový hárok) : | ||
Toto je výkonový menič, ktorý vytvára výstupné napätie, ktoré je väčšie ako vstupné. Rovnako ako u bežných stabilizátorov, zvýšenie napätia nezávisí od vstupného napätia.
Príklad použitia
Arduino napájané 2 batériami
Na napájanie Arduina 2 batériami AA alebo AAA potrebujete:
Pripojte priehradku na batérie k Vin stabilizátora
Pripojte k voltmetru Vout
Otočením trimra nastavte 5 voltov na Vout, pričom sa zamerajte na hodnoty voltmetra
Odpojte voltmeter a pripojte Vout regulátora k 5V a GND kolíkom na Arduine
Potom, bez ohľadu na úroveň batérie, doska dostane hladkých, stabilných 5 voltov.
Efektívnosť
Stabilizátor nie je zdrojom energie, takže výkon na jeho výstupe nie je vždy väčší ako výkon na vstupe. V skutočnosti je vzorec:
kde K - účinnosť, - výkon. Pre náš modul K = 0,8…0,9. Prúd, ktorý možno získať na výstupe, nebude väčší ako 
.
Zníženie aktuálnej spotreby
Doska má LED, ktorá indikuje prítomnosť napätia na výstupe. Toto napätie môže dosiahnuť 28 V. Aby sa zabránilo vyhoreniu LED z takéhoto napätia, je zostavený obvod, ktorý udržuje konštantný prúd na LED bez ohľadu na napätie.
Tento obvod spotrebúva prúd rovný . Napríklad pri výstupe 5 V spotrebuje 5 mA. S takýmto prúdom je ťažké vyrobiť autonómne zariadenia s dlhou životnosťou. Môžete však zlomiť alebo odspájkovať LED a tranzistor uvedené na výkrese a nečinný prúd klesne na 0,5 mA.
