Повышающий/понижающий преобразователь напряжения своими руками
В этой самоделке AKA KASYAN сделает универсальный понижающий и повышающий преобразователь напряжения.
Недавно автор собрал литиевый аккумулятор. А сегодня раскроет секрет, для какой цели он его изготовил.
Вот новый преобразователь напряжения, режим его работы — однотактный.
Преобразователь имеет небольшие габариты и достаточно большую мощность.
Обычные преобразователи делают одно из двух. Только повышают, или только понижают подаваемое на вход напряжение.
Вариант, изготовленный автором может как повысить,
так и понизить входное напряжение до требуемого значения.
У автора имеются различные регулируемые источники питания, с помощью которых он тестирует собранные самоделки.
Заряжает аккумуляторы, да и использует их для различных других задач.
Не так давно появилась идея создания портативного источника питания.
Постановка задачи была такой: устройство должно иметь возможность заряжать всевозможные портативные гаджеты.
От обычных смартфонов и планшетов до ноутбуков и видеокамер, а также справился даже с питанием любимого паяльника автора TS-100.
Естественно можно просто воспользоваться универсальными зарядными устройствами с адаптерами питания.
Но все они питаются от 220В
В случае автора требуется нужен был именно портативный источник различных выходных напряжений.
А таковых в продаже автор не нашел.
Питающие напряжения для указанных гаджетов имеют очень широкий диапазон.
Например смартфонам нужно всего 5 В, ноутбукам 18, некоторым даже 24 В.
Аккумулятор, изготовленный автором, рассчитан на выходное напряжение в 14,8 В.
Следовательно, необходим преобразователь, способный как повышать, так и понижать начальное напряжение.
Обратите внимание, некоторые номиналы указанных на схеме компонентов, отличаются от установленных на плате.
На схеме указаны эталонные номиналы, а плату автор делал для решения своих задач.
Во-первых, интересовала компактность.
Во-вторых, авторский преобразователь питания позволяет спокойно создать выходной ток в 3 Ампера.
AKA KASYAN большего и не надо.
Связано это с тем, что емкость примененных накопительных конденсаторов небольшая, но схема способна выдать выходной ток до 5 А.
Поэтому схема является универсальной. Параметры зависят от емкости конденсаторов, параметров дросселя, диодного выпрямителя и характеристик полевого ключа.
Замолвим пару слов о схеме. Она представляет собой однотактный преобразователь на базе шим-контроллера UC3843.
Поскольку напряжение от аккумулятора немного больше штатного питания микросхемы, в схему был добавлен 12В стабилизатор 7812 для питания шим-контроллера.
В приведенной схеме данный стабилизатор указан не был.
Сборка. Про перемычки, установленные с монтажной стороны платы.
Этих перемычек четыре, и две из них являются силовыми. Их диаметр должен быть не менее миллиметра!
Трансформатор, вернее дроссель, намотан на желтом кольце из порошкового железа.
Такие колечки можно найти в выходных фильтрах компьютерных блоков питания.
Размеры примененного сердечника.
Внешний диаметр 23,29мм.
Внутренний диаметр 13,59мм.
Скорее всего, толщина намотки изоляции 0,3мм.
Дроссель состоит из двух равноценных обмоток.
Обе обмотки наматываются медной проволокой диаметром 1,2 мм.
Автор рекомендует применять проволоку диаметром немного больше, 1,5-2,0 мм.
Витков в обмотке десять, оба провода наматываются разом, в одном направлении.
Перед установкой дросселя перемычки заклеиваем капроновым скотчем.
Работоспособность схемы заключается в правильной установке дросселя.
Необходимо правильно припаять выводы обмоток.
Просто установите дроссель, как это показано на фото.
Силовой N-канальный полевой транзистор, подойдет практически любой низковольтный.
Ток транзистора не ниже 30А.
Автор использовал транзистор IRFZ44N.
Выходной выпрямитель — это сдвоенный диод YG805C в корпусе TO220.
Важно использовать диоды Шоттки, так как они дают минимальную просадку напряжения (0,3В против 0,7) на переходе, это влияет на потери и нагрев. Их также легко найти в пресловутых компьютерных блоках питания.
В блоках они стоят в выходном выпрямителе.
В одном корпусе — два диода, которые в схеме у автора запараллелены для увеличения проходящего тока.
Преобразователь стабилизирован, имеется обратная связь.
Выходное напряжение задает резистор R3
Его можно заменить на выносной переменный резистор для удобства работы.
Преобразователь также снабжен защитой от короткого замыкания. В качестве датчика тока применен резистор R10.
Это низкоомный шунт, и чем выше его сопротивление тем меньше ток срабатывания защиты. Установлен SMD вариант, на стороне дорожек.
Если защита от КЗ не нужна, то этот узел просто исключаем.
Еще защита. На входе схемы стоит предохранитель на 10А.
Кстати, в плате контроля аккумулятора уже установлена защита от КЗ.
Конденсаторы, применяемые в схеме крайне желательно брать с низким внутренним сопротивлением.
Стабилизатор, полевой транзистор и диодный выпрямитель крепятся к алюминиевому радиатору в виде согнутой пластины.
Обязательно изолируем подложки транзистора и стабилизатора от радиатора при помощи пластиковых втулок и теплопроводящих изолирующих прокладок. Не забываем и про термопасту. А установленный в схеме диод уже имеет изолированный корпус.
Благодаря ШИМ-управлению, КПД у преобразователя весьма высокий кпд.
Например, ток холостого хода, в зависимости от питающего напряжения, находится в пределах 20мА — 40мА.
Приступим к испытаниям.
Для начала проверим диапазоны выходных напряжений.
Подадим на вход 12 В. Выходное напряжение достигает двадцати пяти. Выше поднимать нельзя, выходные конденсаторы на 25 В.
Минимальное выходное напряжение составляет 4,85 В. Следовательно, можно заряжать все USB гаджеты.
Стабилизация работает отлично! Увеличив входное напряжение до 22,2 В, выходное находится точно в установленных пределах.
При компактных размерах стабилизатор дает выходной ток 2,5 — 3 А практически без просадки выходного напряжения.
Важно усилить припоем широкие силовые дорожки печатной платы. Ибо там протекают большие токи.
Большое спасибо AKA KASYAN за проделанный труд!
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Источник
Поделки своими руками для автолюбителей
Понижающий модуль LM2596: характеристики и установки
DC-DC преобразователи применяются мастерами в автомобилестроении, а также при изготовлении электроники, вычислительных машин, телекоммуникационного оборудования. Созданные по этому принципу микросхемы применяются для изменения напряжения до требуемых параметров. Одним из таких приборов является преобразователь постоянного напряжения LM2596. О функционировании подобных устройств и конкретных характеристиках этой модели мы расскажем далее.
Типы преобразователей
Для потребителей выпускают конвертеры без индуктивности и вместе с ней. Первые используются только для маломощных нагрузок. С ними создают дешевые блоки питания, поскольку берутся самые простые компоненты. Эти преобразователи выпускаются с регулируемым и фиксируемым напряжением.
Модели приборов с индуктивностью больше распространены, они удобней, поскольку применяются без гальванической развязки. В этой цепи есть один источник питания, напряжение в котором понижается и повышается с обратной полярностью.
Индуктивные модули выпускаются нескольких видов:
- Понижающие. У них напряжение на выходе ниже, чем на входе. Параметры устройств зависят от нагрузки и основных потребностей. Ключевым элементом является транзистор, который управляется через импульсный модулятор.
- Повышающий. Здесь все наоборот: показатель на выходе больше, чем на входе. Уровень увеличивается в несколько раз, при этом его можно стабилизировать и настраивать.
- С регулируемым напряжением. Эти детали используются в устройствах с ионной батареей, когда необходимо то повышенное, то пониженное напряжение. Потом устройство ослабевает, но оно все равно способно поддерживать необходимое значение.
- С гальванической развязкой. С микросхемами используются импульсные трансформаторы на несколько обмоток. Благодаря этому нет связи между входной и выходной цепью. Разница между параметрами получается существенная, поэтому она используется для компонентов с высоким напряжением.
Перечисленные устройства могут выпускаться стабилизированными или нет, точно также, как выходное напряжение может иметь гальваническую развязку или быть без нее.
Характеристики микросхемы LM2596
Этот преобразователь поддерживает напряжение от 3 до 40 В, но ток нагрузки здесь не должен превышать 3 А. Некоторые микросхемы имеют регулируемый выход, а другие выпускаются без него. Этот момент стоит уточнять у продавцов.
На корпусе устройства есть пять контактов. Первые два отвечают за входное и выходное напряжение, третий является общим, а четвертый нужен для обратного движения. Последний используется для включения и отключения устройства. Производитель выпускает модель в разном виде, чтобы изгибы не мешали поверхностному монтажу.
Технические характеристики у детали стандартные. Параметры входного напряжения указываются на корпусе, перед этим ставится черточка. На регулируемых устройствах в конце обозначений пишется adj.
Для упрощения ремонта или создания деталей есть уже собранные регулируемые блоки питания, где основным элементом выступает микросхема LM2596. Ее наличие прописывают в наименовании товара.
Регулировка и схемы включения
Для получения необходимого уровня напряжения меняют сопротивление в собранной цепи. С этой целью придерживаются блок-схемы, которая предназначена для понижающего модуля. В этом случае контакт обратной связи подключают к резистору. В зависимости от типа микросхемы его подсоединяют к резистору или другой детали. При изменении сопротивления меняется и уровень выходного напряжения.
Требования к комплектующим и схема включения обычно описана в ТО. Катушку индуктивности, конденсаторы, диоды подбирают в зависимости от нагрузки и напряжения. Диод следует брать такой, чтобы он был рассчитан на возможное короткое замыкание.
Производитель сразу указывает, что допускать перегрева устройства при использовании понижающего модуля нельзя, особенно если ток в нагрузке превышает 2 А. При повышении показателей потребуется принудительное охлаждение.
Также во время подключения микросхемы стоит вести себя аккуратно и не путать плюс с минусом. Если изначально все неправильно подключить, то устройство может моментально выйти из строя.
Принцип работы преобразователя
Для получения общего понимания основных возможностей этой детали, мы рассмотрим принцип ее работы:
- Накапливается заряд. При замкнутом ключе цепь выглядит именно так. Ток идет от источника и в это же время накапливается энергия.
- Переходит в конденсатор. При размыкании катушка держит энергию в магнитном пространстве. Уровень тока не меняется, но дополнительные импульсы энергии заставляют напряжение подниматься. Так открывается путь, проходящий через диод. Энергия переходит дальше и частично накапливается в конденсаторе.
- Передается потребителю. После замыкания ключа энергия скапливается в области катушки. Тем временем основной потребитель получает ток, который идет от конденсатора.
Монтаж
Для установки понижающего модуля в домашних условиях используют самодельные стойки, которые делают из луженого провода. Его диаметр не должен превышать 1 мм, поскольку сама деталь тоже выпускается в миниатюрном размере. Стойки удобны при использовании, они не смещаются от обычных штырей. Во время работы и припаивания деталей они нагреваются, но не очень сильно.
Похожая конструкция используется, когда к плате требуется припаять провода. Она обеспечивает жесткость и надежную фиксацию. При этом если понижающий модуль выйдет из строя, то не придется много всего переделывать для его замены. В таком случае во время монтажа плата получается по размерам примерно такой же, как у аналогового стабилизатора.
Преобразователь постоянного напряжения LM2596 считается более привлекательным в сравнении с другими деталями, поскольку работает в широком диапазоне напряжений. Даже при использовании минимальных показателей на выходе они увеличатся в несколько раз.
Источник
