Потужний DC-DC перетворювач. Імпульсні перетворювачі напруги Підвищує DC перетворювач напруги мікросхема

Пристроями з батарейним живленням зараз уже нікого не здивуєш, всіляких іграшок і гаджетів, що живляться від акумулятора або батарейки, знайдеться з десяток у кожному будинку. Тим часом мало хто замислювався над кількістю різноманітних перетворювачів, які використовуються для отримання необхідних напруг або струмів від стандартних батарей. Ці самі перетворювачі діляться на кілька десятків різних груп, кожна зі своїми особливостями, проте в даний момент часу ми говоримо про перетворювачі напруги, що знижують і підвищують, які найчастіше називаються AC/DC і DC/DC перетворювачами. У більшості випадків для побудови таких конвертерів використовуються спеціалізовані мікросхеми, що дозволяють з мінімальною кількістю обв'язки побудувати перетворювач певної топології, благо мікросхем харчування на ринку зараз дуже багато.

Розглядати особливості застосування цих мікросхем можна нескінченно довго, особливо з урахуванням цілої бібліотеки даташитів та апноутів від виробників, а також незліченної кількості умовно-рекламних оглядів від представників конкуруючих фірм, кожна з яких намагається представити свій продукт найбільш якісним та універсальним. Цього разу ми будемо використовувати дискретні елементи, на яких зберемо кілька найпростіших перетворювачів, що підвищують DC/DC, що служать для того, щоб запитати невеликий малопотужний пристрій, наприклад, світлодіод, від 1 батарейки з напругою 1,5 вольт. Дані перетворювачі напруги можна сміливо вважати проектом вихідного дня та рекомендувати для складання тим, хто робить свої перші кроки у дивовижний світ електроніки.

На цій схемі представлений релаксаційний автогенератор, що є блокінг-генератором з зустрічним включенням обмоток трансформатора. Принцип роботи даного перетворювача наступний: при включенні струм протікає через одну з обмоток трансформатора і емітерний перехід транзистора - відкриває його, в результаті чого він відкривається і більший струм починає текти через другу обмотку трансформатора і відкритий транзистор. В результаті в обмотці, підключеної до бази транзистора, наводиться ЕРС, що замикає транзистор і струм через нього обривається. У цей момент енергія, запасена в магнітному полі трансформатора, в результаті явища самоіндукції, вивільняється і через світлодіод починає протікати струм, що змушує світитися. Потім процес повторюється.

Компоненти, з яких можна зібрати цей простий перетворювач напруги, що підвищує, можуть бути зовсім різними. Схема, зібрана без помилок, з величезною часткою ймовірності коректно працюватиме. Ми пробували використовувати навіть транзистор МП37Б – перетворювач відмінно функціонує! Найскладнішим є виготовлення трансформатора – його треба намотати здвоєним проводом на феритовому кільці, при цьому кількість витків не відіграє особливої ​​ролі і знаходиться в діапазоні від 15 до 30. Менше – не завжди працює, більше – не має сенсу. Ферріт - кожен, брати N87 від Epcos не має особливого сенсу, так само як і шукати M6000НН вітчизняного виробництва. Струми в ланцюзі протікають мізерні, тому розмір кільця може бути дуже невеликим, зовнішнього діаметра в 10 мм буде більш ніж достатньо. Резистор опором близько 1 кілома (жодної різниці між резисторами номіналом в 750 Ом і 1,5 КОм виявлено не було). Транзистор бажано вибрати з мінімальною напругою насичення, чим вона менша - тим більше розряджену батарейку можна використовувати. Експериментально було перевірено: МП 37Б, BC337, 2N3904, MPSH10. Світлодіод - будь-який наявний, з застереженням, що потужний багатокристальний світиться не на повну силу.

Зібраний пристрій виглядає так:

Розмір плати 15 х 30 мм, і може бути зменшений менш ніж до 1 квадратного сантиметра при використанні SMD-компонентів і досить маленького трансформатора. Без навантаження ця схема не працює.

Друга схема - це типовий степ-ап перетворювач, виконаний на двох транзисторах. Плюсом даної схеми є те, що при її виготовленні не треба мотати трансформатор, а достатньо взяти готовий дросель, але містить більше деталей, ніж попередня.

Принцип роботи зводиться до того, що струм через дросель періодично переривається транзистором VT2, а енергія самоіндукції прямує через діод в конденсатор C1 і віддається навантаження. Знову ж таки, схема працездатна з абсолютно різними компонентами та номіналами елементів. Транзистор VT1 може бути BC556 або BC327, а VT2 BC546 або BC337, діод VD1 - будь-який діод Шоттки, наприклад, 1N5818. Конденсатор C1 - будь-якого типу, ємністю від 1 до 33 мкФ, більше не має сенсу, тим більше, що можна взагалі обійтися без нього. Резистори - потужністю 0,125 або 0,25 Вт (хоча можна поставити і потужні дротяні, ват десь на 10, але це швидше марнотратство ніж необхідність) наступних номіналів: R1 - 750 Ом, R2 - 220 КОМ, R3 - 100 КОМ. При цьому, всі номінали резисторів можуть бути вільно замінені на наявні в межах 10-15% від зазначених, на працездатності правильно зібраної схеми це не позначається, проте впливає на мінімальну напругу, при якому може працювати наш перетворювач.

Найважливіша деталь – дросель L1, його номінал також може відрізнятись від 100 до 470 мкГн (експериментально перевірені номінали до 1 мГн – схема працює стабільно), а струм на який він має бути розрахований не перевищує 100 мА. Світлодіод - будь-який, знову ж таки з урахуванням того, що вихідна потужність схеми дуже невелика. Правильно зібраний пристрій відразу починає працювати і не потребує налаштування.

Напруга на виході можна стабілізувати, встановивши стабілітрон необхідного номіналу паралельно конденсатору C1, однак слід пам'ятати, що при підключенні споживача напруга може просідати і стає недостатньою.УВАГА! Без навантаження дана схема може виробляти напругу в десятки чи навіть сотні вольт! У разі використання без стабілізуючого елемента на виході, конденсатор C1 виявиться зарядженим до максимальної напруги, що у разі подальшого підключення навантаження може призвести до її виходу з ладу!

Перетворювач також виконаний на платі розміром 30х15 мм, що дозволяє прикріпити його на батарейний відсік типу розміру AA. Розведення друкованої плати виглядає так:

Обидві прості схеми перетворювачів, що підвищують, можна зробити своїми руками із успіхом застосовувати в похідних умовах, наприклад, у ліхтарі або світильнику для освітлення намету, а також у різних електронних саморобках, для яких критично використання мінімальної кількості елементів живлення.

Це DC-DC перетворювач напруги з 5-13 на вході, до 12 В вихідного постійного струму 1,5 А. Перетворювач отримує меншу напругу і дає більш високу на виході, щоб використовувати там де є напруга менша необхідних 12 вольт. Часто він використовується для збільшення напруги наявних батарейок. Це насправді інтегральний DC-DC конвертер. Для прикладу: є літій-іонний акумулятор 3,7, і його напруга за допомогою даної схеми можна змінити, щоб забезпечити необхідні 12 на 1,5 А.

Перетворювач легко побудувати самостійно. Основним компонентом є мікросхема MC34063, яка складається з джерела опорної напруги (температурно-компенсованої), компаратора, генератора з активним контуром обмеження пікового струму, вентиля (елемент "І"), тригера та потужного вихідного ключа з драйвером і потрібно лише кілька додаткових електронних компонентів в обв'язку для того, щоб він був готовий. Ця серія мікросхем була спеціально розроблена, щоб увімкнути їх до складу різних перетворювачів.

Переваги мікросхеми MC34063A

• Робота від 3 до 40 У входу
• Низький струм у режимі очікування
• Обмеження струму
• Вихідний струм до 1,5 A
• Вихідна напруга регульована
• Робота в діапазоні частот до 100 кГц
• Точність 2%

Опис радіоелементів

• R- Усі резистори 0,25 Вт.
• T- TIP31-NPN силовий транзистор. Весь вихідний струм проходить крізь нього.
• L1- 100 мкГн феритові котушки. Якщо доведеться робити самостійно, потрібно придбати тороїдні феритові кільця зовнішнім діаметром 20 мм і внутрішнім діаметром 10 мм, теж 10 мм заввишки і дріт 1 - 1,5 мм завтовшки на 0,5 метра, і зробити 5 витків на рівних відстанях. Розміри феритового кільця не надто критичні. Різниця в кілька (1-3 мм) є прийнятною.
• D- діод Шоттки має бути використаний обов'язково
• TR- багатовитковий змінний резистор, який використовується тут для точного налаштування вихідної напруги 12 Ст.
• C- C1 та C3 полярні конденсатори, тому зверніть увагу на це при розміщенні їх на друкованій платі.

Список деталей для збирання

1. Резистори: R1 = 0.22 ом x1, R2 = 180 ом x1, R3 = 1,5 K x1, R4 = 12K x1
2. Регулятор: TR1 = 1 кОм, багатооборотний
3. Транзистор: T1 = TIP31A або TIP31C
4. Дросель: L1 = 100 мкГн на феритовому кільці
5. Діод: D1 - шоттки 1N5821 (21V - 3A), 1N5822 (28V - 3A) або MBR340 (40В - 3A)
6. Конденсатори: C1 = 100 мкФ/25V, C2 = 0.001 мкФ, C3 = 2200 мкФ/25V
7. Мікросхема: MC34063
8. Друкована плата 55 x 40 мм

Зауважимо, що необхідно встановити невеликий алюмінієвий радіатор на транзистор T1 - TIP31, інакше цей транзистор може бути пошкоджений через підвищений нагрів, особливо на великих струмах навантаження. Даташит і малюнок друкованої плати

Для перетворення напруги одного рівня на напругу іншого рівня часто застосовують імпульсні перетворювачі напругиіз використанням індуктивних накопичувачів енергії. Такі перетворювачі відрізняються високим ККД, іноді досягає 95%, і володіють можливістю отримання підвищеної, зниженої або інвертованої вихідної напруги.

Відповідно до цього відомо три типи схем перетворювачів: знижувальні (рис. 1), що підвищують (рис. 2) та інвертують (рис. 3).

Загальними всім цих видів перетворювачів є п'ять елементів:

1. джерело живлення,
2. ключовий комутуючий елемент,
3. індуктивний накопичувач енергії (котушка індуктивності, дросель),
4. блокувальний діод,
5. конденсатор фільтра, включений паралельно опору навантаження.

Включення цих п'яти елементів у різних поєднаннях дозволяє реалізувати будь-який із трьох типів імпульсних перетворювачів.

Регулювання рівня вихідної напруги перетворювача здійснюється зміною ширини імпульсів, керуючих роботою ключового елемента, що комутує, і, відповідно, що запасається в індуктивному накопичувачі енергії.

Стабілізація вихідної напруги реалізується шляхом використання зворотного зв'язку: при зміні вихідної напруги відбувається автоматична зміна ширини імпульсів.

Знижувальний імпульсний перетворювач

Знижуючий перетворювач (рис. 1) містить послідовно включений ланцюжок з комутуючого елемента S1, індуктивного накопичувача енергії L1, опору навантаження RH і паралельного включеного йому конденсатора фільтра С1. Блокувальний діод VD1 підключений між точкою з'єднання ключа S1 ​​з накопичувачем енергії L1 та загальним дротом.

Мал. 1. Принцип дії знижувального перетворювача напруги.

При відкритому ключі діод закритий, енергія джерела живлення накопичується в індуктивному накопичувачі енергії. Після того, як ключ S1 буде закритий (розімкнутий), запасена індуктивним накопичувачем L1 енергія через діод VD1 передається в опір навантаження RH, Конденсатор С1 згладжує пульсації напруги.

Підвищує імпульсний перетворювач

Підвищує імпульсний перетворювач напруги (рис. 2) виконаний на тих же основних елементах, але має інше їх поєднання: до джерела живлення підключений послідовний ланцюжок з індуктивного накопичувача енергії L1, діода VD1 та опору навантаження RH з паралельно підключеним конденсатором фільтра С1. Комутуючий елемент S1 включений між точкою з'єднання накопичувача енергії L1 з діодом VD1 та загальною шиною.

Мал. 2. Принцип дії підвищуючого перетворювача напруги.

При відкритому ключі струм джерела живлення протікає через котушку індуктивності, в якій запасається енергія. Діод VD1 при цьому закритий, ланцюг навантаження відключений від джерела живлення, ключа та накопичувача енергії.

Напруга на опорі навантаження підтримується завдяки запасеної на конденсаторі фільтра енергії. При розмиканні ключа ЕРС самоіндукції підсумовується напругою живлення, запасена енергія передається у навантаження через відкритий діод VD1. Отримана у такий спосіб вихідна напруга перевищує напругу живлення.

Інвертуючий перетворювач імпульсного типу

Інвертуючий перетворювач імпульсного типу містить все те ж поєднання основних елементів, але знову в іншому їх з'єднанні (рис. 3): до джерела живлення підключений послідовний ланцюжок з комутованого елемента S1, діода VD1 і опору навантаження RH з конденсатором фільтра С1.

Індуктивний накопичувач енергії L1 включений між точкою з'єднання елемента комутування S1 з діодом VD1 і загальною шиною.

Мал. 3. Імпульсне перетворення напруги з інвертуванням.

Працює перетворювач так: при замиканні ключа енергія запасається в індуктивному накопичувачі. Діод VD1 закритий і не пропускає струм від джерела живлення у навантаження. При відключенні ключа ЕРС самоіндукції накопичувача енергії виявляється прикладеною до випрямляча, що містить діод VD1, опір навантаження Rн та конденсатор фільтра С1.

Оскільки діод випрямляча пропускає в навантаження тільки імпульси негативної напруги, на виході пристрою формується напруга негативного знака (інверсне, протилежне за напругою знаку живлення).

Імпульсні перетворювачі та стабілізатори

Для стабілізації вихідної напруги імпульсних стабілізаторів будь-якого типу можуть бути використані звичайні «лінійні» стабілізатори, але вони мають низький ККД.

Імпульсні стабілізатори напруги, у свою чергу, поділяються на стабілізатори з широтно-імпульсною модуляцією та на стабілізатори з частотно-імпульсною модуляцією. У перших їх змінюється тривалість управляючих імпульсів при постійної частоті їх прямування. По-друге, навпаки, змінюється частота управляючих імпульсів за її постійної тривалості. Зустрічаються імпульсні стабілізатори та зі змішаним регулюванням.

Нижче буде розглянуто радіоаматорські приклади еволюційного розвитку імпульсних перетворювачів та стабілізаторів напруги.

Вузли та схеми імпульсних перетворювачів

Задає генератор (рис. 4) імпульсних перетворювачів з нестабілізованою вихідною напругою (рис. 5, 6) на мікросхемі КР1006ВІ1 працює на частоті 65 кГц. Вихідні прямокутні імпульси генератора через RC-ланцюжки подаються на транзисторні ключові елементи, включені паралельно.

Котушка індуктивності L1 виконана на феритовому кільці із зовнішнім діаметром 10 мм та магнітною проникністю 2000. Її індуктивність дорівнює 0,6 мГн. Коефіцієнт корисної дії перетворювача сягає 82%.

Мал. 4. Схема генератора, що задає, для імпульсних перетворювачів напруги.

Мал. 5. Схема силової частини підвищує імпульсного перетворювача напруги +5/12 Ст.

Мал. 6. Схема імпульсного перетворювача напруги, що інвертує +5/-12 В.

Амплітуда пульсацій на виході не перевищує 42 мВ та залежить від величини ємності конденсаторів на виході пристрою. Максимальний струм навантаження пристроїв (рис. 5, 6) становить 140 мА.

У випрямлячі перетворювача (рис. 5, 6) використано паралельне з'єднання високочастотних слаботочних діодів, включених послідовно з вирівнювальними резисторами R1 - R3.

Вся ця збірка може бути замінена одним сучасним діодом, розрахованим на струм більше 200 мА при частоті до 100 кГц і зворотній напрузі не менше 30 (наприклад, КД204, КД226).

Як VT1 і VT2 можливе використання транзисторів типу КТ81х структури п-р-п - ​​КТ815, КТ817 (рис. 4.5) та р-п-р - КТ814, КТ816 (рис. 6) та інші.

Для підвищення надійності роботи перетворювача рекомендується включити паралельно переходу емітер - колектор транзистора діод типу КД204, КД226 таким чином, щоб він був закритий для постійного струму.

Перетворювач з генератором-мультивібратором, що задає

Для отримання вихідної напруги завбільшки 30...80 ВП. Біляцький використовував перетворювач із генератором, що задає, на основі несиметричного мультивібратора з вихідним каскадом, навантаженим на індуктивний накопичувач енергії — котушку індуктивності (дросель) L1 (рис. 7).

Мал. 7. Схема перетворювача напруги з генератором, що задає, на основі несиметричного мультивібратора.

Пристрій працездатний в діапазоні напруги живлення 1,0. ..1,5 В і має ККД до 75%. У схемі можна застосувати стандартний дросель ДМ-0,4-125 або інший з індуктивністю 120...200 мкГн.

Варіант виконання вихідного каскаду перетворювача напруги показано на рис. 8. При подачі на вхід каскаду керуючих сигналів прямокутної форми 7777-рівня (5) на виході перетворювача при його живленні від джерела напругою 12 Вотримано напругу 250 Впри струмі навантаження 3...5 мА(Опір навантаження близько 100 кОм). Індуктивність дроселя L1 - 1 мГн.

Як VT1 можна використовувати вітчизняний транзистор, наприклад, КТ604, КТ605, КТ704Б, КТ940А(Б), КТ969А та ін.

Мал. 8. Варіант виконання вихідного каскаду перетворювача напруги.

Мал. 9. Схема вихідного каскаду перетворювача напруги.

Аналогічна схема вихідного каскаду (рис. 9) дозволила при живленні джерела напругою 28Ві споживаному струмі 60 мАотримати вихідну напругу 250 Впри струмі навантаження 5 мА, Індуктивність дроселя - 600 мкГч. Частота керуючих імпульсів – 1 кГц.

Залежно від якості виготовлення дроселя на виході може бути отримана напруга 150...450 при потужності близько 1 Вт і ККД до 75%.

Перетворювач напруги, виконаний на основі генератора імпульсів на мікросхемі DA1 КР1006ВІ1, підсилювача на основі польового транзистора VT1 та індуктивного накопичувача енергії з випрямлячем та фільтром, показаний на рис. 10.

На виході перетворювача при напрузі живлення 9Ві споживаному струмі 80...90 мАутворюється напруга 400...425 В. Слід зазначити, що величина вихідної напруги не гарантована - вона істотно залежить від способу виконання котушки індуктивності (дроселя) L1.

Мал. 10. Схема перетворювача напруги з генератором імпульсів на мікросхемі КР1006ВІ1.

Для отримання потрібної напруги найпростіше експериментально підібрати котушку індуктивності для досягнення необхідної напруги або використовувати помножувач напруги.

Схема двополярного імпульсного перетворювача

Для живлення багатьох електронних пристроїв потрібне джерело двополярної напруги, що забезпечує позитивну та негативну напругу живлення. Схема наведена на рис. 11, містить набагато менше компонентів, ніж аналогічні пристрої, завдяки тому, що вона одночасно виконує функції підвищує та інвертує індуктивного перетворювача.

Мал. 11. Схема перетворювача з одним індуктивним елементом.

Схема перетворювача (рис. 11) використовує нове поєднання основних компонентів і включає генератор чотирифазних імпульсів, котушку індуктивності і два транзисторних ключа.

Управляючі імпульси формує D-тригер (DD1.1). Протягом першої фази імпульсів котушка індуктивності L1 запасається енергією через транзисторні ключі VT1 та VT2. Протягом другої фази ключ VT2 розмикається і енергія передається на шину позитивної вихідної напруги.

Під час третьої фази замикаються обидва ключі, внаслідок чого котушка індуктивності знову накопичує енергію. При розмиканні ключа VT1 під час заключної фази імпульсів ця енергія передається негативну шину живлення. При вступі на вхід імпульсів із частотою 8 кГц схема забезпечує вихідну напругу ±12 В. На часовій діаграмі (рис. 11, праворуч) показано формування керуючих імпульсів.

У схемі можна використовувати транзистори КТ315, КТ361.

Перетворювач напруги (рис. 12) дозволяє отримати на виході стабілізовану напругу 30 В. Напруга такої величини використовується для живлення варикапів, а також люмінесцентних вакуумних індикаторів.

Мал. 12. Схема перетворювача напруги з вихідною стабілізованою напругою 30 Ст.

На мікросхемі DA1 типу КР1006ВІ1 за звичайною схемою зібраний генератор, що задає, що виробляє прямокутні імпульси з частотою близько 40 кГц.

До виходу генератора підключений транзисторний ключ VT1, що комутує котушку індуктивності L1. Амплітуда імпульсів при комутації котушки залежить від якості виготовлення.

Принаймні напруга у ньому сягає десятків вольт. Вихідна напруга випрямляється діодом VD1. До виходу випрямляча підключений П-подібний RC-фільтр та стабілітрон VD2. Напруга на виході стабілізатора повністю визначається типом використовуваного стабілітрона. Як «високовольтний» стабілітрон можна використовувати ланцюжок стабілітронів, що мають нижчу напругу стабілізації.

Перетворювач напруги з індуктивним накопичувачем енергії, що дозволяє підтримувати на виході стабільну напругу, що регулюється, показаний на рис. 13.

Мал. 13. Схема перетворювача напруги із стабілізацією.

Схема містить генератор імпульсів, двокаскадний підсилювач потужності, індуктивний накопичувач енергії, випрямляч, фільтр, схему стабілізації вихідної напруги. Резистором R6 встановлюють необхідну вихідну напругу в межах від 30 до 200 В.

Аналоги транзисторів: ВС237В - КТ342А, КТ3102; ВС307В - КТ3107І, BF459-КТ940А.

Знижувальні та інвертуючі перетворювачі напруги

Два варіанти - знижувального та інвертуючого перетворювачів напруги показані на рис. 14. Перший забезпечує вихідну напругу 8,4 Впри струмі навантаження до 300 мА, другий - дозволяє отримати напругу негативної полярності ( -19,4 В) при такому ж струмі навантаження. Вихідний транзистор ТЗ повинен бути встановлений на радіатор.

Мал. 14. Схеми стабілізованих перетворювачів напруги.

Аналоги транзисторів: 2N2222 - КТЗ117А 2N4903 - КТ814.

Знижуючий стабілізований перетворювач напруги

Знижуючий стабілізований перетворювач напруги, що використовує як генератор, що задає мікросхему КР1006ВІ1 (DA1) і має захист потоку навантаження, показаний на рис. 15. Вихідна напруга становить 10 В при струмі навантаження до 100 мА.

Мал. 15. Схема понижуючого перетворювача напруги.

При зміні опору навантаження на 1% вихідна напруга перетворювача змінюється лише на 0,5%. Аналоги транзисторів: 2N1613 - КТ630Г, 2N2905 - КТ3107Е, КТ814.

Двополярний інвертор напруги

Для живлення радіоелектронних схем, що містять операційні підсилювачі, часто потрібні двополярні джерела живлення. Вирішити цю проблему можна, використавши інвертор напруги, схема якого показана на рис. 16.

Пристрій містить генератор прямокутних імпульсів, навантажений на дросель L1. Напруга з дроселя випрямляється діодом VD2 і надходить вихід пристрою (конденсатори фільтра С3 і С4 і опір навантаження). Стабілітрон VD1 забезпечує сталість вихідної напруги – регулює тривалість імпульсу позитивної полярності на дроселі.

Мал. 16. Схема інвертора напруги +15/-15 ст.

Робоча частота генерації – близько 200 кГц під навантаженням та до 500 кГц без навантаження. Максимальний струм навантаження – до 50 мА, ККД пристрою – 80%. Недоліком конструкції є відносно високий рівень електромагнітних перешкод, проте характерний і для інших подібних схем. Як L1 використаний дросель ДМ-0,2-200.

Інвертори на спеціалізованих мікросхемах

Найбільш зручно збирати високоефективні сучасні перетворювачі напруги, використовуючи спеціально створені для цього мікросхеми.

Мікросхема КР1156ЕУ5(МС33063А, МС34063А фірми Motorola) призначена для роботи в стабілізованих підвищуючих, знижувальних, інвертуючих перетворювачах потужністю в кілька ват.

На рис. 17 наведена схема підвищуючого перетворювача напруги на мікросхемі КР1156ЕУ5. Перетворювач містить вхідні та вихідні фільтруючі конденсатори С1, СЗ, С4, накопичувальний дросель L1, випрямний діод VD1, конденсатор С2, що задає частоту роботи перетворювача, дросель фільтра L2 для згладжування пульсацій. Резистор R1 є датчиком струму. Дільник напруги R2, R3 визначає величину вихідної напруги.

Мал. 17. Схема підвищуючого перетворювача напруги на мікросхемі КР1156ЕУ5.

Частота роботи перетворювача близька до 15 кГц при вхідній напрузі 12 і номінальному навантаженні. Розмах пульсацій напруги на конденсаторах СЗ та С4 становив відповідно 70 і 15 мВ.

Дросель L1 індуктивністю 170 мкГн намотаний на трьох склеєних кільцях К12x8x3 М4000НМ дротом ПЕШО 0,5. Обмотка складається з 59 витків. Кожне кільце перед намотуванням слід розламати на дві частини.

В один із проміжків вводять загальну прокладку з текстоліту товщиною 0,5 мм і склеюють пакет. Можна також застосувати кільця з фериту з магнітною проникністю понад 1000.

Приклад виконання понижуючого перетворювача на мікросхемі КР1156ЕУ5наведено на рис. 18. На вхід такого перетворювача не можна подавати напругу понад 40 В. Частота роботи перетворювача – 30 кГц при UBX = 15 В. Розмах пульсацій напруги на конденсаторах СЗ та С4 – 50 мВ.

Мал. 18. Схема понижуючого перетворювача напруги на мікросхемі КР1156ЕУ5.

Мал. 19. Схема инвертирующего перетворювача напруги на мікросхемі КР1156ЕУ5.

Дросель L1 індуктивністю 220 мкГч намотаний аналогічним чином (див. вище) на трьох кільцях, але зазор при склейці був встановлений 0,25 мм, обмотка містила 55 витків такого ж дроту.

На наступному малюнку (рис. 19) показана типова схема інвертуючого перетворювача напруги на мікросхемі КР1156ЕУ5, Мікросхема DA1 живиться сумою вхідної та вихідної напруги, яка не повинна перевищувати 40 В.

Частота роботи перетворювача - 30 кгц при UBX = 5 S; розмах пульсацій напруги на конденсаторах СЗ та С4 - 100 і 40 мВ.

Для дроселя L1 інвертуючого перетворювача індуктивністю 88 мкГн були використані два кільця К12x8x3 М4000НМ із зазором 0,25 мм. Обмотка складається з 35 витків дроту ПЕВ-2 0,7. Дросель L2 у всіх перетворювачах стандартний – ДМ-2,4 індуктивністю 3 мкГч. Діод VD1 у всіх схемах (рис. 17 - 19) має бути діодом Шотки.

Для отримання двополярної напруги з однополярноїфірмою MAXIM розроблено спеціалізовані мікросхеми. На рис. 20 показана можливість перетворення напруги низького рівня (4,5...5 6) у двополярну вихідну напругу 12 (15 або 6) при струмі навантаження до 130 (або 100 мА).

Мал. 20. Схема перетворювача напруги мікросхемі МАХ743.

По внутрішній структурі мікросхема не відрізняється від типового побудови такого роду перетворювачів, виконаних на дискретних елементах, проте інтегральне виконання дозволяє при мінімальній кількості зовнішніх елементів створювати високоефективні перетворювачі напруги.

Так, для мікросхеми МАХ743(Рис. 20) частота перетворення може досягати 200 кГц (що набагато перевищує частоту перетворення переважної більшості перетворювачів, виконаних на дискретних елементах). При напрузі живлення 5 ККД становить 80 ... 82% при нестабільності вихідної напруги не більше 3%.

Мікросхема забезпечена захистом від аварійних ситуацій: при зниженні напруги живлення на 10% нижче норми, а також при перегріві корпусу (вище 195°С).

Для зниження на виході перетворювача пульсацій із частотою перетворення (200 кГц) на виходах пристрою встановлені П-подібні LC-фільтри. Перемичка J1 на висновках 11 та 13 мікросхеми призначена для зміни величини вихідної напруги.

Для перетворення напруги низького рівня(2,0...4,5 6) стабілізоване 3,3 або 5,0 В призначена спеціальна мікросхема, розроблена фірмою MAXIM, - МАХ765. Вітчизняні аналоги - КР1446ПН1А та КР1446ПН1Б. Мікросхема близького призначення – МАХ757 – дозволяє отримати на виході плавно регульовану напругу в межах 2,7...5,5 В.

Мал. 21. Схема низьковольтного підвищуючого перетворювача напруги до рівня 3,3 або 5,0 Ст.

Схема перетворювача показана на рис. 21 містить незначну кількість зовнішніх (навісних) деталей.

Працює цей пристрій за традиційним принципом, описаним раніше. Робоча частота генератора залежить від величини вхідної напруги та струму навантаження та змінюється в широких межах - від десятків Гц до 100 кГц.

Величина вихідної напруги визначається тим, куди підключений висновок 2 мікросхеми DA1: якщо він з'єднаний із загальною шиною (див. рис. 21), вихідна напруга мікросхеми КР1446ПН1Адорівнює 5,0±0,25, якщо ж цей висновок з'єднаний з висновком 6, то вихідна напруга знизиться до 3,3±0,15 В. Для мікросхеми КР1446ПН1Бзначення будуть 5,2±0,45 В та 3,44±0,29 В відповідно.

Максимальний вихідний струм перетворювача 100 мА. Мікросхема МАХ765забезпечує вихідний струм 200 мАпри напрузі 5-6 та 300 мАпри напрузі 3,3 В. ККД перетворювача – до 80%.

Призначення виводу 1 (SHDN) - тимчасове відключення перетворювача шляхом замикання цього виводу загальний провід. Напруга на виході в цьому випадку знизиться до значення, дещо меншого, ніж вхідна напруга.

Світлодіод HL1 призначений для індикації аварійного зниження напруги живлення (нижче 2 В), хоча сам перетворювач здатний працювати і при більш низьких значеннях вхідної напруги (до 1,25 6 і нижче).

Дросель L1 виконують на кільці К10x6x4, 5 з фериту М2000НМ1. Він містить 28 витків дроту ПЕШО 0,5 мм та має індуктивність 22 мкГч. Перед намотуванням феритове кільце розламують навпіл, попередньо надпиливши алмазним надфілем. Потім кільце склеюють епоксидним клеєм, встановивши в один із зазорів, що утворилися, текстолітову прокладку товщиною 0,5 мм.

Індуктивність отриманого таким чином дроселя залежить більшою мірою від товщини зазору і меншою від магнітної проникності сердечника і числа витків котушки. Якщо змиритися зі збільшенням рівня електромагнітних перешкод, можна використовувати дросель типу ДМ-2,4 індуктивністю 20 мкГч.

Конденсатори С2 та С5 типу К53 (К53-18), С1 та С4 – керамічні (для зниження рівня високочастотних перешкод), VD1 – діод Шотки (1 N5818, 1 N5819, SR106, SR160 та ін.).

Мережевий блок живлення фірми «Philips»

Перетворювач (мережевий блок живлення фірми «Philips», рис. 22) при вхідній напрузі 220 забезпечує вихідну стабілізовану напругу 12 В при потужності навантаження 2 Вт.

Мал. 22. Схема мережного блоку живлення фірми Philips.

Безтрансформаторне джерело живлення (рис. 23) призначене для живлення портативних та кишенькових приймачів від мережі змінного струму напругою 220 В. Слід враховувати, що це джерело електрично не ізольоване від мережі живлення. При вихідній напрузі 9В та струмі навантаження 50 мА джерело живлення споживає від мережі близько 8 мА.

Мал. 23. Схема безтрансформаторного джерела живлення з урахуванням імпульсного перетворювача напруги.

Мережева напруга, випрямлена діодним мостом VD1 - VD4 (рис. 23), заряджає конденсатори С1 і С2. Час заряду конденсатора З2 визначається постійного ланцюга R1, З2. У перший момент після увімкнення пристрою тиристор VS1 закритий, але при певній напрузі на конденсаторі С2 він відкриється і підключить до цього конденсатора ланцюг L1 СЗ.

При цьому від конденсатора С2 заряджатиметься конденсатор СЗ великої ємності. Напруга на конденсаторі С2 зменшуватиметься, а на СЗ — збільшуватиметься.

Струм через дросель L1, рівний нулю в перший момент після відкривання тиристора, поступово збільшується доти, доки напруги на конденсаторах С2 і СЗ не зрівняються. Як тільки це станеться, тиристор VS1 закриється, але енергія, запасена в дроселі L1, деякий час підтримуватиме струм заряду конденсатора СЗ через діод VD5, що відкрився. Далі діод VD5 закривається і починається відносно повільний розряд конденсатора СЗ через навантаження. Стабілітрон VD6 обмежує напругу на навантаженні.

Як тільки тиристор VS1 закривається напруга на конденсаторі С2 знову починає збільшуватися. У деякий момент тиристор знову відкривається і починається новий цикл роботи пристрою. Частота відкривання тиристора в кілька разів перевищує частоту пульсації напруги на конденсаторі С1 залежить від номіналів елементів ланцюга R1, С2 і параметрів тиристора VS1.

Конденсатори С1 і С2 типу МБМ на напругу не нижче 250 В. Дросель L1 має індуктивність 1...2 мГн і опір не більше 0,5 Ом. Він намотаний на циліндричному каркасі діаметром 7 мм.

Ширина обмотки 10 мм, вона складається з п'яти шарів дроту ПЕВ-2 0,25 мм, намотаного щільно, виток до витка. В отвір каркаса вставлений підбудовний сердечник СС2, 8х12 з фериту М200НН-3. Індуктивність дроселя можна змінювати у межах, котрий іноді виключити його.

Схеми пристроїв для перетворення енергії

Схеми пристроїв перетворення енергії показані на рис. 24 і 25. Вони являють собою понижуючі перетворювачі енергії з живленням від випрямлячів з конденсатором, що гасить. Напруга на виході пристроїв стабілізована.

Мал. 24. Схема понижуючого перетворювача напруги з безтрансформаторним мережним живленням.

Мал. 25. Варіант схеми понижуючого перетворювача напруги з безтрансформаторним мережним живленням.

Як диністори VD4 можна використовувати вітчизняні низьковольтні аналоги - КН102А, Б. Як і попередній пристрій (рис. 23), джерела живлення (рис. 24 і 25) мають гальванічну зв'язок з мережею живлення.

Перетворювач напруги з імпульсним накопиченням енергії

У перетворювачі напруги С. Ф. Сиколенко з «імпульсним накопиченням енергії» (рис. 26) ключі К1 та К2 виконані на транзисторах КТ630, система управління (СУ) – на мікросхемі серії К564.

Мал. 26. Схема перетворювача напруги з імпульсним накопиченням.

Накопичувальний конденсатор С1 - 47 мкФ. Як джерело живлення використовується батарея напругою 9 В. Вихідна напруга на опорі навантаження 1 ком досягає 50 В. ККД становить 80% і зростає до 95% при використанні в якості ключових елементів К1 і К2 КМОП-структур типу RFLIN20L.

Імпульсно-резонансний перетворювач

Імпульсно-резонансні перетворювачі конструкції до т.зв. М. М. Музиченко, один із яких показаний на рис. 4,27, в залежності від форми струму в ключі VT1 діляться на три різновиди, в яких елементи, що комутують, замикаються при нульовому струмі, а розмикаються - при нульовому напрузі. На етапі перемикання перетворювачі працюють як резонансні, а решту, більшу частину періоду — як імпульсні.

Мал. 27. Схема імпульсно-резонансного перетворювача Н. М. Музиченка.

Відмінною рисою таких перетворювачів є те, що їхня силова частина виконана у вигляді індуктивно-ємнісного моста з комутатором в одній діагоналі і з комутатором і джерелом живлення в іншому. Такі схеми (рис. 27) вирізняються високою ефективністю.

Для живлення різної електронної апаратури широко використовуються DC/DC перетворювачі. Застосовуються вони у пристроях обчислювальної техніки, пристроях зв'язку, різних схемах управління та автоматики та ін.

Трансформаторні блоки живлення

У традиційних трансформаторних блоках живлення напруга мережі живлення за допомогою трансформатора перетворюється, найчастіше знижується, до потрібного значення. Знижена напруга та згладжується конденсаторним фільтром. У разі потреби після випрямляча ставиться напівпровідниковий стабілізатор.

Трансформаторні блоки живлення зазвичай оснащуються лінійними стабілізаторами. Переваг у таких стабілізаторів не менше двох: це невелика вартість і незначна кількість деталей в обв'язці. Але ці переваги з'їдає низький ККД, оскільки значна частина вхідної напруги використовується на нагрівання регулюючого транзистора, що неприйнятно для живлення переносних електронних пристроїв.

DC/DC перетворювачі

Якщо живлення апаратури здійснюється від гальванічних елементів або акумуляторів, перетворення напруги до потрібного рівня можливе лише за допомогою DC/DC перетворювачів.

Ідея досить проста: постійна напруга перетворюється на змінну, як правило, з частотою кілька десятків і навіть сотень кілогерців, підвищується (знижується), а потім випрямляється і подається в навантаження. Такі перетворювачі часто називають імпульсними.

Як приклад можна навести підвищуючий перетворювач з 1,5 до 5В, саме вихідна напруга комп'ютерного USB. Подібний перетворювач невеликої потужності продається на Аліекспрес.

Мал. 1. Перетворювач 1,5В/5В

Імпульсні перетворювачі хороші тим, що мають високий ККД, в межах 60.90%. Ще одна перевага імпульсних перетворювачів широкий діапазон вхідних напруг: вхідна напруга може бути нижче вихідної або набагато вище. Взагалі DC/DC конвертери можна розділити на кілька груп.

Класифікація конвертерів

Знижувальні, за англійською термінологією, step-down або buck

Вихідна напруга цих перетворювачів, як правило, нижче за вхідну: без особливих втрат на нагрівання регулюючого транзистора можна отримати напругу всього кілька вольт при вхідній напрузі 12…50В. Вихідний струм таких перетворювачів залежить від потреби навантаження, що своє чергу визначає схемотехніку перетворювача.

Ще одна англомовна назва понижуючого перетворювача chopper. Один із варіантів перекладу цього слова – переривник. У технічній літературі знижуючий конвертер іноді так і називають чоппер. Поки що просто запам'ятаємо цей термін.

Підвищуючі, за англійською термінологією, step-up або boost

Вихідна напруга цих перетворювачів вище за вхідну. Наприклад, при вхідній напрузі 5В на виході можна отримати напругу до 30В, причому, можливе її плавне регулювання та стабілізація. Досить часто перетворювачі, що підвищують, називають бустерами.

Універсальні перетворювачі - SEPIC

Вихідна напруга цих перетворювачів утримується на заданому рівні при вхідній напрузі як вище вхідної, так і нижче. Рекомендується у випадках, коли вхідна напруга може змінюватись у значних межах. Наприклад, в автомобілі напруга акумулятора може змінюватися в межах 9…14В, а потрібно отримати стабільну напругу 12В.

Перетворювачі, що інвертують - inverting converter

Основною функцією цих перетворювачів є одержання на виході напруги зворотної полярності щодо джерела живлення. Дуже зручно у випадках, коли потрібне двополярне харчування, наприклад .

Усі згадані перетворювачі можуть бути стабілізованими або нестабілізованими, вихідна напруга може бути гальванічно пов'язана з вхідною або мати гальванічну розв'язку напруги. Все залежить від конкретного пристрою, в якому використовуватиметься перетворювач.

Щоб перейти до подальшої розповіді про DC/DC конвертери слід хоча б загалом розібратися з теорією.

Знижувальний конвертер чоппер - конвертер типу buck

Його функціональна схема показана на малюнку нижче. Стрілки на проводах показані напрями струмів.

Рис.2. Функціональна схема чопперного стабілізатора

Вхідна напруга Uin подається на вхідний фільтр – конденсатор Cin. Як ключовий елемент використовується транзистор VT, він здійснює високочастотну комутацію струму. Це може бути або. Крім зазначених деталей у схемі міститься розрядний діод VD і вихідний фільтр - LCout, з якого напруга надходить у навантаження Rн.

Неважко бачити, що навантаження послідовно включено з елементами VT і L. Тому схема є послідовною. Як відбувається зниження напруги?

Широтно-імпульсна модуляція - ШІМ

Схема управління виробляє прямокутні імпульси з постійною частотою або постійним періодом, що по суті те саме. Ці імпульси показані малюнку 3.

Рис.3. Імпульси керування

Тут t час імпульсу, транзистор відкритий, tп - час паузи, - транзистор закритий. Співвідношення tі/T називається коефіцієнтом заповнення duty cycle, позначається буквою D і виражається в %% або просто числах. Наприклад, при D рівному 50% виходить, що D=0,5.

Таким чином, D може змінюватися від 0 до 1. При значенні D=1 ключовий транзистор перебуває у стані повної провідності, а при D=0 у стані відсічення, попросту кажучи, закритий. Неважко здогадатися, що при D=50% вихідна напруга дорівнюватиме половині вхідного.

Цілком очевидно, що регулювання вихідної напруги відбувається за рахунок зміни ширини керуючого імпульсу tі, по суті зміною коефіцієнта D. Такий принцип регулювання називається (PWM). Практично у всіх імпульсних блоках живлення саме за допомогою ШІМ здійснюється стабілізація вихідної напруги.

На схемах, показаних на малюнках 2 і 6 ШІМ "захована" у прямокутниках з написом "Схема управління", яка виконує деякі додаткові функції. Наприклад, це може бути плавний запуск вихідної напруги, дистанційне увімкнення або захист перетворювача від короткого замикання.

Взагалі конвертери отримали настільки широке застосування, що фірми виробники електронних компонентів налагодили випуск ШІМ контролерів на всі випадки життя. Асортимент настільки великий, що просто для того, щоб їх перерахувати знадобиться ціла книга. Тому збирати конвертери на дискретних елементах, або як часто говорять на «розсипусі», нікому не спадає на думку.

Більш того, готові конвертери невеликої потужності можна купити на Аліекспрес або Ebay за незначну ціну. При цьому для установки в аматорську конструкцію достатньо припаяти до плати дроту на вхід і вихід і виставити необхідну вихідну напругу.

Але повернемося до нашого малюнку 3. У цьому випадку коефіцієнт D визначає скільки часу буде відкритий (фаза 1) або закритий (фаза 2) . Для цих двох фаз можна уявити схему двома малюнками. На малюнках НЕ ПОКАЗАНІ елементи, які у цій фазі не використовуються.

Рис.4. Фаза 1

При відкритому транзисторі струм від джерела живлення (гальванічний елемент, акумулятор, випрямляч) проходить через індуктивний дросель L, навантаження Rн, і конденсатор, що заряджається Cout. При цьому через навантаження протікає струм, конденсатор Cout та дросель L накопичують енергію. Струм iL Поступово зростає, позначається вплив індуктивності дроселя. Ця фаза називається накачуванням.

Після того, як напруга на навантаженні досягне заданого значення (визначається налаштуванням пристрою управління), транзистор VT закривається і пристрій переходить до другої фази - фази розряду. Закритий транзистор малюнку не показаний зовсім, ніби його немає. Але це означає лише те, що транзистор закрито.

Рис.5. Фаза 2

При закритому транзисторі VT поповнення енергії в дроселі не відбувається, оскільки джерело живлення вимкнено. Індуктивність L прагне перешкодити зміні величини та напрямку струму (самоіндукція) дроселя, що протікає через обмотку.

Тому струм миттєво припинитись не може і замикається через ланцюг «діод-навантаження». Через це діод VD отримав назву розрядний. Як правило, це швидкодіючий діод Шоттки. Після закінчення періоду управління фаза 2 схема перемикається на фазу 1, процес повторюється знову. Максимальна напруга на виході розглянутої схеми може дорівнювати вхідному, і ніяк не більше. Щоб отримати вихідну напругу більше, ніж вхідна, застосовуються перетворювачі, що підвищують.

Поки що слід нагадати власне про величину індуктивності, яка визначає два режими роботи чопера. При недостатній індуктивності перетворювач працюватиме в режимі розривних струмів, що є абсолютно неприпустимим для джерел живлення.

Якщо індуктивність досить велика, то робота відбувається в режимі нерозривних струмів, що дозволяє за допомогою вихідних фільтрів отримати постійну напругу з прийнятним рівнем пульсацій. У режимі нерозривних струмів працюють і перетворювачі, що підвищують, про які буде розказано нижче.

Для підвищення ККД розрядний діод VD замінюється транзистором MOSFET, який у потрібний момент відкривається схемою управління. Такі перетворювачі називають синхронними. Їх застосування виправдане, якщо потужність перетворювача досить велика.

Підвищуючі step-up або boost перетворювачі

Перетворювачі, що підвищують, застосовуються в основному при низьковольтному живленні, наприклад, від двох-трьох батарейок, а деякі вузли конструкції вимагають напруги 12 ... 15В з малим споживанням струму. Перетворювач, що досить часто підвищує, коротко і зрозуміло називають словом «бустер».

Рис.6. Функціональна схема підвищуючого перетворювача

Вхідна напруга Uin подається на вхідний фільтр Cin і надходить на послідовно з'єднані L та комутуючий транзистор VT. До точки з'єднання котушки та стоку транзистора підключений діод VD. До іншого висновку діода підключені навантаження Rн і конденсатор Cout, що шунтує.

Транзистор VT управляється схемою керування, яка виробляє сигнал керування стабільної частоти з регульованим коефіцієнтом заповнення D, так само, як було розказано трохи вище при описі чопперної схеми (Рис.3). Діод VD у потрібні моменти часу блокує навантаження від ключового транзистора.

Коли ключовий транзистор відкритий правий за схемою виведення котушки L з'єднується з негативним полюсом джерела живлення Uin. Наростаючий струм (позначається вплив індуктивності) від джерела живлення протікає через котушку та відкритий транзистор, у котушці накопичується енергія.

У цей час діод VD блокує навантаження та вихідний конденсатор від ключової схеми, тим самим запобігаючи розряду вихідного конденсатора через відкритий транзистор. Навантаження зараз живиться енергією накопиченої в конденсаторі Cout. Звичайно, що напруга на вихідному конденсаторі падає.

Як тільки напруга на виході стане дещо нижчою від заданого, (визначається налаштуваннями схеми управління), ключовий транзистор VT закривається, і енергія, запасена в дроселі, через діод VD заряджає конденсатор Cout, який підживлює навантаження. При цьому ЕРС самоіндукції котушки L складається з вхідною напругою і передається в навантаження, отже, напруга на виході виходить більше за вхідну напругу.

Після досягнення вихідною напругою встановленого рівня стабілізації схема управління відкриває транзистор VT, і процес повторюється з фази накопичення енергії.

Універсальні перетворювачі - SEPIC (single-ended primary-inductor converter або перетворювач з несиметрично навантаженою первинною індуктивністю).

Подібні перетворювачі застосовуються в основному, коли навантаження має незначну потужність, а вхідна напруга змінюється щодо вихідного у більшу чи меншу сторону.

Рис.7. Функціональна схема перетворювача SEPIC

Дуже схожа на схему перетворювача, що підвищує, показаного на малюнку 6, але має додаткові елементи: конденсатор C1 і котушку L2. Саме ці елементи забезпечують роботу перетворювача в режимі зниження напруги.

Перетворювачі SEPIC застосовуються у тих випадках, коли вхідна напруга змінюється у широких межах. Як приклад можна навести 4V-35V to 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Саме під такою назвою у китайських магазинах продається перетворювач, схема якого показана на малюнку 8 (для збільшення натисніть на малюнок).

Рис.8. Принципова схема перетворювача SEPIC

На малюнку 9 показаний зовнішній вигляд плати із позначенням основних елементів.

Рис.9. Зовнішній вигляд перетворювача SEPIC

На малюнку показані основні деталі відповідно до рисунка 7. Слід звернути увагу на наявність двох котушок L1 L2. За цією ознакою можна визначити, що це саме перетворювач SEPIC.

Вхідна напруга плати може бути не більше 4…35В. У цьому вихідна напруга може налаштовуватися не більше 1,23…32В. Робоча частота перетворювача 500КГц. При незначних розмірах 50 x 25 x 12 мм плата забезпечує потужність до 25 Вт. Максимальний вихідний струм 3А.

Але тут слід зауважити. Якщо вихідну напругу встановити на рівні 10В, то вихідний струм не може бути вищим за 2,5А (25Вт). При вихідній напрузі 5В та максимальному струмі 3А потужність складе всього 15Вт. Тут головне не перестаратися: або не перевищити максимально допустиму потужність або не вийди за межі допустимого струму.

Ще перед Новим роком попросили мене читачі зробити огляд на кілька перетворювачів.
Ну мені начебто в принципі нескладно, та й самому цікаво, замовив, отримав, протестував.
Щоправда, мене більше зацікавив трохи інший перетворювач, але до нього ніяк не дійдуть руки, тому про нього в інший раз.
Ну а сьогодні огляд простого DC-DC перетворювача із заявленим струмом у 10 Ампер.

Заздалегідь вибачаюсь за велику затримку з публікацією цього огляду у тих, хто його давно чекав.

Для початку характеристики, заявлені на сторінці товару та невелике пояснення та корекція.
Input voltage: 7-40V
1, Output voltage: continuous adjustable (1.25-35V)
2, Output Current: 8A, 10A maximum time within (power tube temperature exceeds 65 degrees, please add cooling fan, 24V 12V 5A turn within generally be used in room temperature without a fan)
3, Constant Range: 0.3-10A (adjustable) module over 65 degrees, please add fan.
4, Turn lights Приблизно: поточна ціна * (0.1) Ця версія є fixed 0.1 times (зазвичай торнує освітлення поточної величини можлива не дуже вірна) є повною інструкцією для зміни.
5, Minimum pressure: 1V
6, Conversion efficiency: до 95% (output voltage, higher the efficiency)
7, Operating frequency: 300KHZ
8, Output Ripple: про ripple 50mV (without noise) 20M bandwidth (for reference) Input 24V Output 12V 5A measured
9, Operating temperature: Industrial grade (-40 ℃ to + 85 ℃)
10, No-load current: Typical 20mA (24V switch 12V)
11, Load regulation: ± 1% (constant)
12, Voltage Regulation: ± 1%
13, Константна надмірність і температура: поточний тест, module temperature changes from 25 degrees to 60 degrees, the change is less than 5% of current value (current value 5A)

Трохи переведу більш зрозумілою мовою.
1. Діапазон регулювання вихідної напруги – 1.25-35 Вольт
2. Вихідний струм – 8 Ампер, можна 10 але з додатковим охолодженням за допомогою вентилятора.
3. Діапазон регулювання струму 0,3-10 Ампер
4. Поріг вимкнення індикації заряду - 0.1 від встановленого вихідного струму.
5. Мінімальна різниця між вхідною та вихідною напругою - 1 Вольт (імовірно)
6. ККД – до 95%
7. Робоча частота – 300кГц
8. Вихідні пульсації напруги, 50мВ при струмі 5 Ампер, вхідному напрузі 24 та вихідному 12 Вольт.
9. Діапазон робочих температур – від – 40 ℃ до + 85 ℃.
10. Власний струм споживання – до 20мА
11. Точність підтримки струму – ±1%
12. Точність підтримання напруги - ±1%
13. Параметри перевірені в діапазоні температур 25-60 градусів і зміна склала менше 5% при струмі навантаження 5 Ампер.

Прийшло замовлення у стандартному поліетиленовому пакетику, щедро обмотаному стрічкою зі спіненого поліетилену. У процесі доставки нічого не постраждала.
Усередині була моя піддослідна хустка.

Зовні зауважень жодних. Ось просто крутив у руках і навіть особливо і причепитися не було до чого, акуратно, а якщо замінити конденсатори на фірмові, то сказав би що красиво.
На одній із сторін плати розміщено два клемники, вхід та вихід живлення.

На другій стороні два підстроювальні резистори для регулювання вихідної напруги і струму.

Тож якщо подивитися на фото в магазині, то хустка здається досить великою.
Я спеціально два попередні фото також зробив крупним планом. Але розуміння розміру настає коли кладеш поруч із нею сірникову коробку.
Хустка реально маленька, я не дивився розміри коли замовляв, але мені чомусь здавалося, що вона помітно більша. :)
Розміри плати – 65х37мм
Розміри перетворювача – 65х47х24мм

Плата двошарова, монтаж двосторонній.
До паяння також зауважень не виникло. Іноді буває, що масивні контакти погано пропаяні, але на фото видно, що такого немає.
Правда елементи не пронумеровані, але думаю, що нічого страшного, схема досить проста.

Крім силових елементів на платі є і операційний підсилювач, який живиться від стабілізатора 78L05, також є і простеньке джерело опорної напруги, зібране за допомогою TL431.

На платі встановлений потужний ШІМ контролер, при цьому він навіть ізольований від радіатора.
Я не знаю навіщо виробник ізолював мікросхему від радіатора, так як це знижує тепловіддачу, можливо з метою безпеки, але так як плата зазвичай вбудовується кудись, то мені здається це зайвим.

Так як плата розрахована на великий вихідний струм, то в якості силового діода застосували досить потужну діодну збірку, яку також встановили на радіатор і також ізолювали від нього.
На мій погляд, це дуже гарне рішення, але можна було його трохи покращити, якщо застосувати збірку на 60 Вольт, а не на 100.

Дросель не дуже великий, але на цьому фото видно, що намотаний він у два дроти, що вже непогано.

1, 2 На вході встановлено два конденсатори 470мкФ х 50, на виході два по 1000мкФ, але на 35 В.
Якщо слідувати списку заявлених параметрів, то після виходу напруга конденсаторів дуже впритул, але навряд чи хтось буде знижувати напругу з 40 до 35, не кажучи про те, що 40 Вольт для мікросхеми це взагалі максимальна вхідна напруга.
3. Вхідний і вихідний роз'єм підписано, щоправда знизу плати, але це особливо непринципово.
4. А ось підстроювальні резистори ніяк не позначені.
Зліва регулювання максимального вихідного струму, праворуч - напруги.

А тепер трохи розберемося із заявленими характеристиками та з тим, що маємо насправді.
Вище я писав, що в перетворювачі застосований потужний ШІМ контролер, а точніше ШІМ контролер із вбудованим силовим транзистором.
Також я цитував вище заявлені характеристики плати, спробуємо розібратися.
Заявлено - Output voltage: continuous adjustable (1.25-35V)
Тут питань немає, 35 Вольт перетворювач видасть, навіть 36 видасть, теоретично.
Заявлено - Output Current: 8A, 10A maximum
А ось тут питання. Виробник мікросхеми явно вказує на максимальний вихідний струм 8 Ампер. У характеристиках мікросхеми є рядок - обмеження максимального струму - 10 Ампер. Але це далеко не максимальний робітник, 10 Ампер це граничний.
Заявлено - Operating frequency: 300KHZ
300кГц це, звичайно, класно, можна дросель поставити менше габаритами, але вибачте, даташит цілком однозначно пише 180кГц фіксована частота, звідки 300?
Заявлено - Conversion efficiency: up to about 95%
Ну тут все чесно, ККД до 95%, виробник взагалі заявляє до 96%, але це теоретично, при певному співвідношенні вхідної та вихідної напруги.

А ось і блок-схема ШІМ контролера і навіть приклад реалізації.
До речі, добре видно, що з 8 Ампер струму застосовують дросель щонайменше 12 Ампер, тобто. 1.5 від вихідного струму. Я зазвичай рекомендую застосовувати 2х запас.
Також тут показано, що вихідний діод можна ставити з напругою 45 Вольт, діоди з напругою 100 Вольт зазвичай мають більше падіння і відповідно знижують ККД.
Якщо є мета підвищити ККД цієї плати, то зі старих комп'ютерних БП можна колупати діодів типу 20 Ампер 45 Вольт або навіть 40 Ампер 45 Вольт.

Спочатку я не хотів креслити схему, плату зверху закрито деталями, маскою, ще й шовкографією, але потім подивився, що схему перемалювати цілком реально і вирішив не змінювати традиції:)
Індуктивність дроселя не вимірював, 47мкГн взято з даташита.
У схемі застосовано здвоєний операційний підсилювач, перша частина використовується для регулювання та стабілізації струму, друга для індикації. Видно, що вхід другого ОУ підключений через дільник 1 до 11, взагалі в описі заявлено 1 до 10, але думаю, що це непринципово.

Перша проба на неодруженому ходу, спочатку плата настроєна на вихідну напругу 5 Вольт.
Напруга стоїть стабільно в діапазоні напруги живлення 12-26 Вольт, струм споживання нижче 20мА так як не реєструється амперметром БП.

Світлодіод буде світити червоним, якщо вихідний струм більше ніж 1/10 (1/11) від встановленого.
Така індикація застосовується для заряду акумуляторів, оскільки якщо в процесі заряду струм впав нижче 1/10, то зазвичай вважається, що заряд закінчений.
Тобто. виставили струм заряду 4 Ампера, світить червоним поки що струм не впаде нижче 400мА.
Але є попередження, плата тільки свідчить про зниження струму, зарядний струм при цьому не відключається, а просто знижується далі.

Для тестування я зібрав невеликий стенд, у якому брали участь.






Ручка та папірець, посилання втратив :)

Але в процесі тестування мені в результаті довелося потім застосувати і регульований блок живлення, так як з'ясувалося, що через мої експерименти порушилася лінійність вимірювання/завдання струму в діапазоні 1-2 Ампера у потужного блоку живлення.
У результаті спочатку я провів випробування нагріву та оцінку рівня пульсацій.

Тестування цього разу відбувалося трохи інакше, ніж зазвичай.
Вимірювалися температури радіаторів у місцях близьких до силових компонентів, оскільки температуру самих компонентів через щільний монтаж виміряти було важко.
Крім того, перевірялася робота в наступних режимах.
Вхід – вихід – струм
14В - 5В - 2А
28В - 12В - 2А
14В - 5В - 4А
І т.д. до струму 7.5.

Чому тестування відбувалося у такий хитрий спосіб.
1. Я не був упевнений у надійності плати і піднімав струм поступово чергуючи різні режими роботи.
2. Перетворення 14 на 5 і 28 на 12 було вибрано тому, що це одні з найчастіше використовуваних режимів, 14 (приблизна напруга бортової мережі легкового авто) на 5 (напруга для зарядки планшетів і телефонів). 28 (напруга бортової мережі вантажного авто) в 12 (просто часто використовується напруга.
3. Спочатку у мене був план тестувати доки не відключиться або не згорить, але плани змінилися і у мене виникли деякі плани на компоненти від цієї плати. тому тестував лише до 7.5 Ампер. Хоча в результаті це не вплинуло на коректність перевірки.

Нижче пара групових фото, де я покажу тести 5 Вольт 2 Ампера та 5 Вольт 7.5 Ампер, а також відповідний рівень пульсацій.
Пульсації при струмах 2 та 4 Ампера були схожі, також були схожі пульсації при струмах 6 та 7.5 Ампера, тому проміжні варіанти я не наводжу.

Те ж саме, що вище, але 28 Вольт вхід і 12 Вольт вихід.

Тепловий режим під час роботи з вхідним 28 Вольт та вихідним 12.
Видно, що далі струм підвищувати не має сенсу, тепловізор вже показує температуру ШІМ контролера в 101 градус.
Для себе я використовую певний ліміт, температура компонентів не повинна перевищувати 100 градусів. Загалом це залежить від самих компонентів. наприклад, транзистори та діодні зборки можна безпечно експлуатувати і при великих температурах, а мікросхемам краще не перевищувати це значення.
На фото звичайно видно не дуже, плата дуже компактна, та й у динаміці це було видно трохи краще.

Так як я вважав, що цю плату можуть використовувати як зарядний пристрій, то прикинув як вона працюватиме в режимі коли на вході 19 Вольт (типова напруга БП ноутбука), а на виході 14.3 Вольта та 5.5 Ампера (типові параметри заряду автомобільного акумулятора).
Тут все пройшло без проблем, майже без проблем, але про це пізніше.

Результати вимірювань температур звів у табличку.
Судячи з результатів тестів, я рекомендував би не використовувати плату при струмах більше 6 Ампер, принаймні без додаткового охолодження.

Вище я написав, що були деякі особливості, поясню.
У процесі тестів я помітив, що плата поводиться трохи неадекватно за певних ситуацій.
1.2 Виставив напругу на виході 12 Вольт, струм навантаження 6 Ампер, через 15-20 секунд напруга на виході впала нижче 11 Вольт, довелося коригувати.
3,4 На виході було виставлено 5 Вольт, на вході 14, підняв вхідний до 28 і вихідний впав до 4 Вольт. На фото зліва струм 7.5 Ампера, праворуч 6 Ампер, але струм ролі не грав, піднімаючи напругу під навантаженням, плата «скидає» вихідну напругу.

Після цього я вирішив перевірити ККД пристрою.
Виробник навів графіки для різних режимів роботи. Мене цікавлять графіки з вихідним 5 і 12 Вольт та вхідним 12 і 24, тому що вони найбільш близькі до мого тестування.
Зокрема, декларується -

2A – 91%
4A – 88%
6A – 87%
7.5A – 85%

2A – 94%
4A – 94%
6A – 93%
7.5A – Не декларується.

Далі йшла, в принципі, проста перевірка, але з деякими нюансами.
5 Вольт тест пройшов без проблем.

А ось із тестом 12 вольт були деякі особливості, розпишу.
1. 28 У вхід, 12 У вихід, 2 А, все нормально
2. 28 У вхід, 12 У вихід, 4 А, все нормально
3. Піднімаємо струм навантаження до 6 Ампер, вихідна напруга просідає до 10.09
4. Коригуємо, піднявши знову до 12 Вольт.
5. Піднімаємо струм навантаження до 7.5 Ампер, знову падає, знову коригуємо.
6. Опускаємо струм навантаження до 2 Ампер без корекції, напруга на виході піднімається до 16,84.
Спочатку я хотів показати як воно піднялося без навантаження до 17.2, але вирішив що це буде некоректно і навів фото де є навантаження.
Да сумно:(

Ну принагідно перевірив ККД у режимі заряду автомобільного акумулятора від БП ноутбука.
Але тут також не обійшлося без особливостей. Спочатку було виставлено 14.3 на виході, я провів тест на нагрівання і відклав плату. але потім згадав, що хотів перевірити і ККД.
Підключаю остиглу плату і спостерігаю на виході напругу близько 14.59 Вольт, яка в міру прогріву впала до 14.33-14.35.
Тобто. за фактом виходить, що плата має нестабільність вихідної напруги. і якщо для свинцево-кислотних акумуляторів такий розбіг не такий критичний, то літієві акумулятори такою платою заряджати не можна категорично.

Тестів ККД у мене вийшло два.
Засновані вони на двох результатах вимірів, хоча в результаті відрізняються не дуже сильно.
Р вих - розрахункова вихідна потужність, значення струму споживання округлено, Р вих DCL - вихідна потужність, виміряна електронним навантаженням. Вхідна та вихідна напруга вимірювалася безпосередньо на клемах плати.
Відповідно вийшло два результати вимірів ККД. Але в будь-якому разі видно, що ККД приблизно схожий на заявлений, хоч і трохи менше.
Продублюю те, що заявлено в датасіті
Для 12 Вольт вхід та 5 Вольт вихід
2A – 91%
4A – 88%
6A – 87%
7.5A – 85%

Для 24 Вольт вхід і 12 Вольт вихід.
2A – 94%
4A – 94%
6A – 93%
7.5A – Не декларується.

І що сталося насправді. Думаю що якщо замінити потужний діод на його більш низьковольтний аналог і поставити дросель, розрахований на більший струм, то вийшло б витягнути ще пару відсотків.

На цьому начебто все і я навіть знаю що думають читачі.
Навіщо нам купа тестів і незрозумілих фоток, просто скажи, що в результаті, годиться чи ні:)
І в якійсь мірі читачі мають рацію, за великим рахунком огляд можна скоротити рази в 2-3, прибравши частину фото з тестами, але я так вже звик, вибачте.

І так резюме.
Плюси
Цілком якісне виготовлення
Невеликий розмір
Широкий діапазон вхідної та вихідної напруги.
Наявність індикації закінчення заряду (зниження зарядного струму)
плавне регулювання струму та напруги (без проблем можна виставити вихідну напругу з точністю 0.1 Вольта
Чудова упаковка.

Мінуси.
При струмах вище 6 Ампер краще застосовувати додаткове охолодження.
Максимальний струм не 10, а 8 Ампер.
Низька точність підтримки вихідної напруги, можлива його залежність від струму навантаження, вхідної напруги і температури.
Іноді плата починала «звучати», відбувалося це в дуже вузькому діапазоні регулювання, наприклад, змінюю вихідне від 5 до 12 і при 9.5-10 Вольт тихенько пищить.

Окреме нагадування:
Плата лише відображає падіння струму, відключити заряд не може, це просто перетворювач.

Моя думка. Ну от чесно, коли спочатку взяв плату в руки і крутив її, оглядаючи з усіх боків, то хотів хвалити. Зроблено акуратно, особливих претензій не було. Коли підключив, то також особливо не хотів лаятись, ну гріється, то вони всі гріються, це в принципі нормально.
Але коли побачив як скаче вихідну напругу від усього чого завгодно, то засмутився.
Я не хочу проводити розслідування цих проблем, оскільки цим повинен займатися виробник, який заробляє на цьому гроші, але припустимо, що проблема криється у трьох речах.
1. Довга доріжка зворотного зв'язку, що проходить майже по периметру плати
2. Підстроювальні резистори, встановлені впритул до гарячого дроселя
3. Дросель розташований над вузлом, де зосереджена «тонка» електроніка.
4. Застосовано не прецизійні резистори в ланцюгах зворотного зв'язку.

Висновок - для невибагливого навантаження цілком підійде, до 6 Ампер точно працює непогано. Як варіант, використовувати плату як драйвер потужних світлодіодів, працювати буде добре.
Використання як зарядного пристрою є дуже сумнівним, а в деяких випадках небезпечним. Якщо свинцево-кислотний ще нормально сприйме такі перепади, то літієві заряджати не можна, принаймні без доопрацювання.

Ось і все, як завжди чекаю на коментарі, питання та доповнення.

Товар надано для написання огляду магазином. Огляд опубліковано відповідно до п.18 Правил сайту.

Планую купити +121 Додати в обране Огляд сподобався +105 +225

переглядів