Dc dc преобразователь. устройство и принцип работы основных схем

Эффективные решения для серийного производства электронной техники

При выборе элементной базы для серийно выпускаемых изделий, особенно при жестком ограничении себестоимости, на первое место выходят два фактора — цена компонента и, по возможности, отсутствие необходимости настройки и регулировки узла, в котором он используется. Оба эти фактора в той или иной степени влияют на себестоимость конечного продукта. Для мелких партий уникальных и оттого дорогих приборов их влияние незначительно, а вот для массовых изделий они могут быть определяющими.

Продукция компании MPS как нельзя лучше удовлетворяет указанным критериям. Более того, MPS позиционируется на мировом рынке как производитель и поставщик микросхем для крупных производителей OEM и ODM.

В своих разработках автор применяет микросхемы MPS более года, за это время они вошли в состав нескольких серийных изделий. Из опыта работы с контроллерами MPS хочется особо отметить следующие моменты:

• Высокая стабильность и повторяемость характеристик микросхем: независимо от партии основные характеристики близки к типовым значениям, заявленным в документации.
• Высокая устойчивость УСО и схемы обратной связи в целом: контроллеры нечувствительны к номиналам и к типу применяемых конденсаторов, внешние цепи компенсации не требуют подстройки.
• Высокая эффективность: при правильном выборе параметров дросселя удается получить КПД значительно выше, чем типовые значения, приводимые в документации. Например, в преобразователе напряжения на базе MP1517 мощностью 22,5 Вт (15, 1,5) перегрев контроллера составляет менее 15 °С.
• Готовое изделие не требует никакой регулировки, что позволяет использовать при серийном производстве простой тест на включение.

Блок питания

Если к блоку питания не предъявлять жестких требований по стабильности напряжения и уровню пульсаций, что характеризует, в частности, описанный выше усилитель мощности, то в качестве источника питания можно использовать обычный двухполярный блок питания, принципиальная схема которого показана на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная схема Стабилизированного двуполярного блока питания для УМЗЧ на +- 44В.

Мощные составные транзисторы VT7 и VT8, включенные по схеме эмиттерных повторителей, обеспечивают достаточно хорошую фильтрацию пульсаций напряжения питания с частотой сети и стабилизацию выходного напряжения благодаря установленным в цепи стабилитронов VD5. VD10.

Элементы L1, L2, R16, R17, С11, С12 устраняют возможность возникновения высокочастотной генерации, склонность к которой объясняется большим коэффициентом усиления по току составных транзисторов.

Величина переменного напряжения, поступающего от сетевого трансформатора, выбрана такой, чтобы при максимальной выходной мощности УМЗЧ (что соответствует току в нагрузке 4 А) напряжение на конденсаторах фильтра С1. С8 снижалось примерно до 46. 45 В. В этом случае падение напряжения на транзисторах VT7, VT8 не будет превышать 4 В, а рассеиваемая мощность транзисторами составит 16 Вт.

При уменьшении мощности, потребляемой от источника питания, увеличивается падение напряжения на транзисторах VT7, VT8, но рассеиваемая на них мощность остается постоянной из-за уменьшения потребляемого тока. Блок питания работает как стабилизатор напряжения при малых и средних токах нагрузки, а при максимальном токе – как транзисторный фильтр.

В таком режиме его выходное напряжение может снижаться до 42. 41 В, уровень пульсаций на выходе достигнет значения 200 мВ, КПД равен 90%. Как показало макетирование, плавкие предохранители не могут защитить усилитель и блок питания от перегрузок по току из-за своей инерционности.

По этой причине было применено устройство быстродействующей защиты от короткого замыкания и превышения допустимого тока нагрузки, собранное на транзисторах VT1. VT6.

Причем функции защиты при перегрузках положительной полярности выполняют транзисторы VT1, VT2, VT5, резисторы R1, R3, R5, R7. R9, R13 и конденсатор С9, а отрицательной – транзисторы VT4, VТЗ, VТ6, резисторы R2, R4, R6, R10. R12, R14 и конденсатор С10.

Рассмотрим работу устройства при перегрузках положительной полярности. В исходном состоянии при номинальной нагрузке все транзисторы устройства защиты закрыты. При увеличении тока нагрузки начинает расти падение напряжения на резисторе R7, и, если оно превысит допустимое значение, начинает открываться транзистор VТ1, а вслед за ним и транзисторы VТ2 и VТ5.

Последние уменьшают напряжение на базе регулирующего транзистора VТ7, а значит, и напряжение на выходе блока питания. При этом за счет положительной обратной связи, обеспечиваемой резистором R13, уменьшение напряжения на выходе блока питания приводит к ускорению дальнейшего открывания транзисторов VТ1, VТ2, VТ5 и быстрому закрыванию транзистора VТ7.

Если сопротивление резистора положительной обратной связи R13 мало, то после срабатывания устройства защиты напряжение на выходе блока питания не восстанавливается даже после отключения нагрузки.

В этом режиме необходимо было бы предусмотреть кнопку запуска, отключающую, например, на короткое время резистор R13 после срабатывания защиты и в момент включения блока питания.

Однако, если сопротивление резистора R13 выбрать таким, чтобы при коротком замыкании нагрузки ток не был равен нулю, то напряжение на выходе блока питания будет восстанавливаться после срабатывания устройства защиты при уменьшении тока нагрузки до безопасной величины.

Практически сопротивление резистора R13 выбирается такой величины, при которой обеспечивается надежное включение блока питания при ограничении тока короткого замыкания значением 0,1 . 0,5 А. Ток срабатывания устройства защиты определяет резистор R7. Аналогично работает устройство защиты блока питания при перегрузках отрицательной полярности.

Схема повышающего преобразователя на UC3843A

Далее приведена схема модуля.

Как видите, это адаптация примера схемы, представленной в таблице данных на микросхему UC3843A.

Тут есть силовой полевой МОП-транзистор (HY1707) для переключения и переменный резистор в цепи обратной связи для установки выходного напряжения. Конструкция также включает S9013, который подает некоторое смещение в контур обратной связи считывания тока. Это улучшает стабильность схемы при рабочих циклах выше 50%.

Кроме того, независимая шина питания 10 В для UC3843 обеспечена микросхемой линейного стабилизатора постоянного напряжения (78L10). Для этого есть пара паяных площадок для резисторов 0 Ом, которыми выбирают, будет ли стабилизатор напряжения питаться от входного или выходного источника питания. Первая площадка была занята, так что UC3843A питается от входного источника питания.

Выше ещё пару вариантов схем на этом чипе, так сказать для сравнения.

Импульсный повышающий стабилизатор на 24В

Поделиться Твитнуть Pin Отпр. по эл. почте SMS

Здравствуйте уважаемые посетители. На ебэй заказал ультразвуковой туманообразователь. Предполагается его использовать для увлажнения воздуха в закрытом объеме, в данном случае в инкубаторе. Так как предполагается питать всю электронику инкубатора от 12 вольт, что даст возможность использовать блок бесперебойного питания, включающего в свой состав автомобильный аккумулятор, а питание ультразвукового туманообразователя 24 вольта, и был разработан импульсный повышающий преобразователь напряжения DC-DC.

Схема устройства показана на рисунке 1. Основой всей схемы является контроллер UC3843. Схема взята из документации на эту микросхему и является типовой. Вообще схема аналогична схеме описанной в статье «Импульсный регулируемый стабилизатор напряжения»

Преобразователь DC-DC 12 — 24,

Диапазон входных напряжений находится от 9,5 вольт до 15 вольт. Так как я заказывал туманообразователь с током потребления 0,5 ампера, то номинальный ток нагрузки преобразователя был выбран вдвое большим — 1 ампер. Выходное напряжение равно естественно 24 вольта. Внешний вид собранного устройства показан на фото 1, а рисунок печатной платы на рисунке 2.

В качестве мощного диода с барьером Шоттки применен один из диодов диодной сборки S10C40C. Конечно, можно применить и другие диоды Шоттки с прямым током не менее пяти ампер и обратным напряжением порядка 40 вольт. В качестве переключательного транзистора подойдет любой полевой с каналом типа n, рассчитанных на напряжение сток-исток порядка 50 вольт. Лучше выбирать транзисторы, у которых наименьшее сопротивление открытого канала. Выбрать нужный полевой транзистор можно здесь . У меня в данной схеме использован транзистор NDP603AL.

Дроссель имеет сердечник Ч22, внешний диаметр чашек равен 22мм. Сердечник собирается с зазором 0,2мм. Обмотка дросселя содержит 18 витков любого эмалированного обмоточного провода диаметром 1,0 мм. Крепится дроссель к плате через изолирующую шайбу. Вместо сердечника из ферритовых чашек с зазором можно применить желто-белое кольцо. Такие кольца применяются в блоках питания персональных компьютеров. В этом случае внешний диаметр кольца равен 20,2 мм, внутренний -12,6 мм, высота — 6,35 мм. Количество витков = 33 того же провода. Можно применить кольцо и большего диаметра, уменьшив число витков до 25. Корпуса транзистора и диода крепятся непосредственно к корпусу устройства обязательно через изоляционные прокладки. Вообще, при данной выходной мощности преобразователя, транзистор и диод благодаря импульсному режиму могут работать без радиаторов. Но внештатные ситуации еще никто не отменял, поэтому лучше будет, если в качестве теплоотводов будут применены, хотя бы небольшие металлические пластинки. При условии правильного монтажа и исправных деталях преобразователь начинает работать сразу. Успехов. К.В.Ю.

Аналоги микросхемы MC34063

Если MC34063 предназначена для коммерческого применении и имеет диапазон рабочих температур 0 .. 70°C, то её полный аналог MC33063 может работать в коммерческом диапазоне -40 .. 85°C.
Несколько производителей выпускают MC34063, другие производители микросхем выпускают полные аналоги: AP34063, KS34063. Даже отечественная промышленность выпускала полный аналог К1156ЕУ5, и хотя эту микросхему купить сейчас большая проблема, но вот можно найти много схем методик расчетов именно на К1156ЕУ5, которые применимы к MC34063.

Если необходимо разработать новое устройство и какжется MC34063 подходит как нельзя лучше, то соит обратить внимание на более современные аналоги, например: NCP3063

Сборка из готовых блоков

Повышатель на 150 Ватт

Для сборки стационарного или автомобильного инвертора 12в 220в своими руками можно использовать готовые блоки, которые продаются на Ебее или у китайцев. Это сэкономит время на изготовление платы, пайку и окончательную настройку. Достаточно добавить к ним корпус и провода с крокодилами.

Приобрести можно и радиоконструктор, который укомплектован всеми радиодеталями, остаётся только спаять.

Примерная цена на осень 2016:

1. 300вт – 400руб;
2. 500вт – 700руб;
3. 1000вт – 1500руб;
4. 2000вт – 1700руб;
5. 3000вт — 2500руб.

Для поиска на Aliexpress укажите запрос в поисковой строке «inverter 220 diy». Сокращение «DIY» обозначает для «сборки своими руками».

Плата на 500W, выход на 160, 220, 380 вольт

150вт

Инвертор 50 Ватт

Автоинвертор 300вт

Распространенные схемы

Чтобы преобразовать напряжение одного уровня в другое, используют импульсные преобразователи с установленными индуктивными накопителями энергии. Исходя из этого, различают три типа схем преобразования:

• Инвертирующие.
• Повышающие.
• Понижающие.

Во всех перечисленных схемах используются электрические компоненты:

1. Основной коммутирующий компонент.
2. Источник питания.
3. Конденсатор фильтра, который подключают параллельно сопротивлению нагрузки.
4. Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
5. Диод для блокировки.

Комбинирование данных элементов в определенной последовательности позволяет построить любую из вышеперечисленных схем.

Простой импульсный преобразователь

Самый элементарный преобразователь можно собрать из ненужных деталей от старого системного блока компьютера. Существенный недостаток данной схемы — выходное напряжение 220В далеко от идеала по своей форме синусоиды, имеет частоту, превышающую стандартные 50 Гц. Не рекомендуется подключать к такому аппарату чувствительную электронику.

В данной схеме применено интересное техническое решение. Для подключения к преобразователю техники с импульсными блоками питания (например, ноутбук) используют выпрямители со сглаживающими конденсаторами на выходе из устройства. Единственный минус — адаптер будет работать только в случае совпадения полярности выходного напряжения розетки с напряжением выпрямителя, встроенного в адаптер.

Для простых потребителей энергии подключение можно осуществить напрямую к выходу трансформатора TR1. Рассмотрим основные компоненты данной схемы:

• Резистор R1 и конденсатор C2 — задают частоту работы преобразователя.
• ШИМ-контролер TL494. Основа всей схемы.
• Силовые полевые транзисторы Q1 и Q2 — используются для большей эффективности. Размещаются на алюминиевых радиаторах.
• Транзисторы IRFZ44 можно заменить близким по характеристикам IRFZ46 или IRFZ48.
• Диоды D1 и D2 также можно заменить на FR107, FR207.

Если в схеме предполагается использование одного общего радиатора, необходимо установить транзисторы через изоляционные прокладки. По схеме, выходной дроссель наматывают на ферритовое кольцо от дросселя, которое также извлекают из блока питания компьютера. Первичную обмотку изготавливают из провода 0,6 мм. Она должна иметь 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывают вторичную обмотку, состоящую из 80 витков. Выходной трансформатор можно также изъять из ненужного ИБП.

Схема очень проста. При правильной сборке она начинает работать сразу, не требует точной настройки. Отдавать в нагрузку она сможет ток до 2,5 А, но оптимальным режимом работы будет ток не более 1,5 А — а это более 300 Вт мощности.

ИНТЕРЕСНО: В магазине подобный преобразователь стоит в районе 3-4 тысяч рублей.

Схема преобразователя с выходом переменного тока

Данная схема известна еще радиолюбителям СССР. Однако это не делает ее неэффективной. Наоборот, она очень хорошо себя зарекомендовала, а главный ее плюс — получение стабильного переменного тока с напряжением 220В и частотой 50 Гц.

В качестве генератора колебаний выступает микросхема К561ТМ2, представляющая из себя D-тригер сдвоенного типа. Этот элемент можно заменить зарубежным аналогом CD4013.

Сам преобразователь имеет два силовых плеча, построенных на биполярных транзисторах КТ827А. Они имеют один существенный недостаток по сравнению с новыми полевыми транзисторами — данные компоненты сильно нагреваются в открытом состоянии, что происходит из-за высоких показателей сопротивления. Преобразователь работает на низкой частоте, поэтому в трансформаторе используют мощный стальной сердечник.

В данной схеме используется старый сетевой трансформатор TC-180. Он, как и остальные инверторы на основе несложных ШИМ-схем, выдает значительно отличающуюся синусоидальную форму напряжения. Однако этот недостаток немного сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7.

ВАЖНО: Иногда трансформатор может издавать ощутимый гул во время работы. Это говорит о неполадках в работе схемы

Структурная и принципиальная схема основных частей блока

Обобщенная структурная схема импульсного БП.

На входе блока питания устанавливается сетевой фильтр. Принципиально на работу самодельного или промышленного импульсного блока питания он не влияет – все будет функционировать без него. Но отказываться от схемы фильтрации нельзя – из-за крайне нелинейной формы потребляемого тока импульсные источники интенсивно «сыплют» помехами в бытовую сеть 220 вольт. По этой причине работающие от этой же сети устройства на микропроцессорах и микроконтроллерах – от электронных часов до компьютеров – будут работать со сбоями.

Схема сетевого фильтра.

Назначение входного устройства — защита от двух видов помех:

• синфазной (несимметричной) – возникает между любым проводом и землей (корпусом) БП;
• дифференциальной (симметричной) – между проводами (полюсами) питания.

Фильтр, как и весь блок питания, на входе защищен предохранителем F (плавким или самовосстанавливающимся). После предохранителя стоит варистор – резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Пока входное напряжение в норме, сопротивление варистора велико и он не оказывает никакого действия на работу схемы. Если напряжение повышается, сопротивление варистора резко просаживается, что вызывает увеличение тока и сгорание предохранителя.

Статья по теме: Из чего состоит блок питания компьютера

Конденсаторы Cx блокируют дифференциальные помехи на входе и выходе фильтра в диапазоне до 30 МГц. На частоте 50 Гц их сопротивление велико, поэтому влияния на сетевое напряжение они не оказывают. Их емкость может быть выбрана от 10 до 330 нФ. Резистор Rd устанавливается для безопасности – через него разряжаются конденсаторы после отключения питания.

Синфазные помехи подавляет фильтр на Cy и L. Их значения для частоты среза f связаны формулой Томпсона:

f=1/(2*π*√L*C), где:

• f – частота среза в кГц (берется частота преобразования импульсника);
• L – индуктивность дросселя, мкГн;
• С – емкость Cy, мкФ.

Синфазный дроссель наматывается на ферритовом кольце. Обмотки одинаковые, мотаются на противоположных сторонах.

Конструктив синфазного дросселя.

В отличие от выходного фильтра, на расчет элементов фильтра защиты от помех номинальный ток БП не влияет, за исключением провода, которым наматывается дроссель.

После фильтра сетевое напряжение выпрямляется. В большинстве случаев используется стандартный двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Зарядное usb-устройство на LM2596

Можно соорудить качественный переносной зарядник. Настройте регулятор на уровень напряжения 5В, добавить к нему USB-порт и обеспечьте питание зарядного устройства. например, мне встречался аккумулятор из литий-полимера, который обеспечивает 5 ампер-часов, когда напряжение составляет 11,1 В. Этого хватит для восьмикратной разрядки обычного смартфона без учета КПД. Если его учесть, выйдет около 6 раз, не менее.

Обязательно замкните два контакта — D+ и D- usb-гнезда для сообщения телефону о его подключении к зарядному устройству и неограниченности передаваемого тока. Если же это не сделать, в “мозгу” устройства сложится информация о его подключении к ПК и зарядке током около 500 мА, то есть очень слабым. Но таким током не компенсируется энергопотребление телефона, и зарядка аккумулятора невозможна.

Предусмотрите наличие отдельного входа 12 В от машинного аккумулятора с гнездом для прикуривателя и используйте переключатель для переключения источников. Установите светодиод, сигнализирующий о включении устройства. Иначе вы забудете о выключении батареи, когда она полностью зарядится, и из-за потерь в преобразователе она полностью сядет в течение нескольких дней.

Этот аккумулятор — не лучший вариант, он работает при высоком токе. Найдите батарею с более или менее сильным током, с меньшими размерами или массой.

lm2596 hw 411

Рассмотрим еще один понижающий модуль. Его эффективность составляет 80-92%. Он применяется в разных приборах, снижающих напряжение. Он может быть блоком питания, зарядкой, контрольным преобразователем сигналов. Применяется в автомобилях для зарядки оборудования.

Напряжение входа постоянного тока составляет 4-40 В, выхода — 1,5-35 В. Самое высокое значение тока — 3 А, если он больше 1 А, нужно воспользоваться дополнительным охлаждением.

Dc Dc преобразователь

Питание электроаппаратуры успешно обеспечивается с помощью dc dc преобразователей. Это устройство применяется в вычислительной технике, приборах связи, разных контролирующих системах, автоматике.

Это довольно простая идея: происходит преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно, с частотой не в одну сотню килогерц. Оно увеличивается, а затем выпрямляется и поступает в нагрузку. Такое устройство — это импульсный преобразователь.

Главный плюс устройства — в его высоком КПД, от 60 до 90%. Также удобно то, что разброс входных напряжений довольно широк.

Возможно, вам также будет интересно

Для питания от однофазной сети переменного тока относительно мощных (более 100 Вт) газоразрядных устройств (светильников наружного применения с лампами высокого давления, сварочных аппаратов, плазмотронов ионно-плазменных двигателей и систем зажигания, полупроводниковых светодиодных и лазерных устройств), а также для зарядно-накопительных устройств (аккумуляторных батарей и генераторов импульсных токов с емкостным накопителем для точечно-импульсной сварки, импульсных лазеров, антиобледенительных вибраторов

Все статьи цикла. В настоящее время появляются новые приложения, для которых требуется применение ключей, способных работать при высоких коммутируемых напряжениях. Их использование приведет к снижению себестоимости и общей совокупности компонентов, необходимых, например, для преобразования выходной мощности модуля фотоэлектрических элементов в полезную электрическую энергию и повышения эффективности (здесь мы в большей степени имеем в виду КПД)

Компания Mean Well предлагает AC/DC-источники питания для систем безопасности и видеонаблюдения PSC-35 на 35 Вт. Эти приборы имеют дополнительный выход для заряда резервной батареи, что позволяет использовать их в качестве источников бесперебойного питания постоянного тока малой мощности. Исполнение может быть двух типов: на открытой плате и в металлическом кожухе (суффикс –C).
Выходные напряжения источников PSC-35: 12 и 24 В DC с возможностью подстройки в малом диапазоне. Имеются сигнальные выходы состояния входного напряжения «AC OK» и «батарея разряжена». Источники PSC-35 найдут …

Основные характеристики

xl4015 — это понижающий регулируемый источник напряжения и тока, его описание на русском довольно часто встречается в интернете. Ниже приведены основные технические характеристики платы:

• напряжение: на входе 8…36 В; на выходе 1.25  … 36 В;
• максимальный выходной ток: до 5 А (с радиатором);
• фиксированная частота переключений до 180 кГц;
• выходные искажения (пульсации) до 50 мВ;
• КПД до 96%;
• выходная мощность – ограничена внутренней защитой;
• рабочая температура: — 40 … +125 oC

Минимальное отличие между входным и выходным напряжениями – 0.3 В. При превышении мощности более 35 Вт, необходимо применение охлаждения. Плата оснащена дополнительными защитными функциями от: короткого замыкания (КЗ); выключения при перегреве. Встроенная защита от переплюсовки отсутствует.