Как подключить повышающий преобразователь напряжения

Повышающий преобразователь напряжения DC-DC

Здравствуйте уважаемые гости моего канала. Сегодня у меня на обзоре повышающий преобразователь напряжения DC-DC; 35В: 16А; 150 Вт, который я заказал у наших китайских друзей. Этот универсальный преобразователь можно использовать для своих поделок – самоделок. Схема этого преобразователя позволяет выдерживать большие нагрузки.

Характеристики преобразователя напряжения

Свойства модуля: неизолированный Повышающий Модуль (BOOST)
Входное напряжение: 10 – 32 В постоянного тока.
Входной ток: до 16 А (при токе более 5 А рекомендуется установка принудительного охлаждения радиаторов).
Выходное напряжение: 12 – 35 В (Регулируется многооборотным потенциометром).
Выходной ток: до 10 A.
Пульсации на выходе: до 2%.
Выходная мощность: до 150 Вт (с принудительным охлаждением радиатором).
Выходная мощность: до 100 Вт (без принудительного охлаждения радиаторов).
Эффективность преобразования: до 94 %.
Ток потребления без нагрузки: 25 мА.

Частота переключения: 100 кГц
Регулирование нагрузки: ± 0.5%
Скорость регулирования напряжения: ± 0.5%
Скорость динамического отклика: 5% 200uS
Защита от обратной полярности на входе: нет.
Защита от короткого замыкания на выходе: нет. (Для защиты можно поставить диод.) Вес нетто: 67 г
Размер: 65 (Д) x 47 (Ш) x 27 (В) мм

Повышающий преобразователь внешний вид

Монтаж довольно качественный, плата отмыта.

Радиаторы вполне приличные, хорошо закреплены и изолированы от схемы.

Дроссель намотан в 3 провода — это хорошо на таких частотах и токах.
Минус только, что дроссель не закреплён а висит на обмотке.
Наличие стабилизатора питания микросхемы это хорошо, он расширяет диапазон входного рабочего напряжения сверху (до 32В).
Выходное напряжение не может быть меньше входного.
Подстроечным многооборотным резистором нужно настраивать выходное стабилизированное напряжение в диапазоне от входного до 35В.

Красный светодиодный индикатор горит при наличии напряжения на выходе.
Светодиод находится глубоко на плате.
Собран преобразователь на базе широко распространённого ШИМ контроллера UC3843AN.
Схема подключения тут стандартная, добавлен эмиттерный повторитель на транзисторе для компенсации сигнала с токового датчика. Это позволяет повысить чувствительность токовой защиты и снизить потери напряжения на токовом датчике.
Рабочая частота 120кГц.

При большой нагрузке, более 5 ампер, нужно включать активное охлаждение или ставить дополнительные радиаторы.

На радиаторах стоят транзистор и диод шотки.

Транзистор мосфит STP80NF70

Корпус TO-220-3, Конфигурация и полярность N, Максимальное напряжение сток-исток 68 В, Ток стока номинальный при 25°C, без учета ограничений корпуса 98 А, Сопротивление открытого канала (мин) 9.8 мОм
Полярность: N
Максимальная рассеиваемая мощность (Pd): 190 W
Предельно допустимое напряжение сток-исток (Uds): 68 V
Предельно допустимое напряжение затвор-исток (Ugs): 20 V
Пороговое напряжение включения Ugs(th): 4 V
Максимально допустимый постоянный ток стока (Id): 98 A
Максимальная температура канала (Tj): 175 °C
Общий заряд затвора (Qg): 75 nC
Время нарастания (tr): 60 ns
Выходная емкость (Cd): 550 pf
Сопротивление сток-исток открытого транзистора (Rds): 0.0098 Ohm
Тип корпуса: TO220
Технические параметры
Вес, г 2.594

Диод шотки STPS2045CT

UC3843AN, Токовый ШИМ-контроллер [DIP-8]

UC3842 представляет собой схему ШИМ–контроллера с обратной связью по току и напряжению для управления ключевым каскадом на n-канальном МОП транзисторе, обеспечивая разряд его входной емкости форсированным током величиной до 0.7А. Микросхема SMPS контроллер состоит в серии микросхем UC384X (UC3843, UC3844, UC3845) ШИМ-контроллеров.

Ядро UC3842 специально разработано для долговременной работы с минимальным количеством внешних дискретных компонентов. ШИМ-контроллер UC3842 отличается точным управлением рабочего цикла, температурной компенсацией и имеет невысокую стоимость. Особенностью UC3842 является способность работать в пределах 100% рабочего цикла (для примера UC3844 работает с коэффициентом заполнения до 50%.). Отечественным аналогом UC3842 является 1114ЕУ7. Блоки питания выполненные на микросхеме UC3842 отличаются повышенной надежностью и простотой исполнения.

Как подключать повышающий преобразователь

Где можно применять модуль

Применять этот модуль можно для разных поделок:

При использовании модуля в качестве зарядного устройства красный светодиод означает зарядку, зеленый окончание зарядки. При использовании модуля для зарядки аккумулятора установите ток, равный 0.1 емкости батареи. Можно использовать в качестве светодиодного драйвера.

Так же почитайте статью – Понижающий преобразователь напряжения XL4016

Так же посмотрите видео про повышающий преобразователь напряжения.

Источник

Схема повышающего конвертера DC-DC

Электронная схема да и вообще все, что связано с электроникой интересно изучать, особенно если вы можете самостоятельно построить свои собственные схемы. Чтобы помочь вам в этом, мы в этой публикации, для начала, предоставим вам список популярных электронных схем и электронных проектов с хорошо проиллюстрированной принципиальной схемой и подробным объяснением для применения в самостоятельной работе.

Весь рабочий процесс тестирования и проверки электронных схем записывается на видео для более эффективного обучения. Независимо от того, являетесь ли вы экспертом или новичком в электронике, у нас есть кое-что интересное для всех вас. У нас есть огромная коллекция из 200+ бесплатных электронных схем, которые вы можете построить сегодня собственноручно.

Схема простого повышающего преобразователя DC-DC с использованием микросхемы таймера 555

В этом проекте мы будем создавать схему повышающего преобразователя с использованием микросхемы таймера 555. Повышающий преобразователь — это не изолированный импульсный источник питания, который используется для повышения напряжения. Другими словами, это дает более высокое выходное напряжение по сравнению с входным.

Схема очень похожа на понижающий конвертерhttps://circuitdigest.com/electronic-circuits/simple-555-timer-based-buck-regulator-circuit-for-led-dimmers-and-dc-motor-speed-control, который мы разработали для управления двигателем и светодиодной лентой, которая предназначается для понижения входящего напряжения. Повышающие преобразователи находят применение во многих типах нашего бытового оборудования. Это очень распространенные схемы силовой электроники, которые широко используются с солнечными панелями и другими технологиями, и являются одной из самых важных схем в настоящее время.

В этой статье мы узнаем о понижающих преобразователях и спроектируем очень простой повышающий инвертор с использованием таймера 555 и IRFZ44N, N-канального МОП-транзистора.

Работа повышающего преобразователя DC-DC

Повышающий преобразователь используется для увеличения выходного напряжения благодаря уменьшению тока, это достигается за счет сохранения энергии в катушке индуктивности, и, поскольку энергия в дросселе не может изменяться мгновенно, она начинает накапливать энергию в своем магнитном поле.

Ток протекающий через катушку индуктивности (дроссель) определяется выражением I, и, поскольку сопротивление и ток постоянны, единственное значение, которое может измениться, — это напряжение. Как показано на рисунке ниже, дроссель соединен последовательно с источником напряжения для постоянного включения и выключения цепи.

Переключатель подключен параллельно источнику напряжения и катушке индуктивности для достижения быстрого переключения. Мы здесь используем полевой МОП-транзистор вместе с драйвером полевого МОП-транзистора. Схема подключена к нагрузке и параллельно ей конденсатор. Чтобы ограничить обратный ток от конденсатора, между емкостью и полевым МОП-транзистором используется диод.

Катушка индуктивности пытается противостоять изменению тока, чтобы обеспечить постоянный входной ток, и, следовательно, повышающий инвертор действует как источник входного постоянного тока, в то время как нагрузка действует как источник постоянного напряжения. Эта схема очень похожа на понижающий преобразователь и иногда называется обратным понижающим инвертором.

N-канальный полевой МОП-транзистор управляется ШИМ-сигналом, здесь мы использовали таймер IC 555 для обеспечения вывода на полевой МОП-транзистор. Конденсатор используется для хранения заряда и обеспечения постоянной выходной мощности нагрузки. Схема работает в 2 этапа, на 1 ступени переключатель включен, а на 2 ступени переключатель находится в выключенном состоянии.

Этап 1: Включен: режим зарядки

В этом состоянии переключатель MOSFET включен. Используемый нами полевой МОП-транзистор представляет собой N-канальный полевой МОП-транзистор IRFZ44N, вывод затвора подключен к выводу 3 таймера IC555. Когда переключатель находится в состоянии ВКЛ, он замыкает цепь через катушку индуктивности, и на нее подается напряжение, в результате чего вокруг него создается магнитное поле. Поскольку он предлагает путь с очень низким сопротивлением, все напряжение проходит через переключатель и возвращается к источнику питания, как отмечено красной линией на рисунке ниже.

Конденсатор, который был ранее заряжен на последнем этапе, пытается разрядиться через полевой МОП-транзистор, и чтобы остановить его, мы используем диод, для того чтоб прекратить заряд конденсатора, протекающий в обратном направлении.

Этап 2: выключатель выключен: режим разряда

Когда переключатель находится в выключенном состоянии, путь зарядки индуктора не завершается, следовательно, полярность индуктора меняется на обратную, и магнитное поле вокруг него схлопывается, в результате генерируется скачок напряжения, который проходит через диод и заряжает конденсатор. Суммарная энергия от катушки индуктивности и источника используется для зарядки конденсатора, а также проходит через нагрузку.

Рабочий цикл:

Общее время цикла переключения называется периодом времени (T), время включения и время выключения переключателя задается как T_on и T_off соответственно. Следовательно:

Частота (f) определяется как

Рабочий цикл (D) определяется как общее время, в течение которого переключатель находится во включенном состоянии, по отношению к общему периоду времени. Продолжительность включения определяется по формуле:

Используя закон напряжения Кирхгофа, мы можем получить установившееся состояние повышающего преобразователя. Здесь мы будем считать, что схема является идеальной, и в течение всего процесса не теряется мощность, а именно:

Теоретически за один полный цикл чистое изменение тока катушки индуктивности равно нулю, а отношение входного напряжения V_in к выходному напряжению (V_out) определяется как:

Расчетное значение индуктора:

Мы знаем, что средний входной ток (I_avg) равен среднему току индуктора (I_Lavg). Следовательно, средний ток катушки индуктивности можно рассчитать следующим образом:

Пульсации индуктора обычно составляют 20-40% от среднего выходного тока.

Расчет зарядного конденсатора:

Расчет времени заряда конденсатора T_c = R*C

Здесь R — сопротивление цепи зарядки, а C — емкость конденсатора. В нашей схеме, представленной ниже, цепь зарядки следует по пути, отмеченному красным, то есть R3> D2> C2.

Чтобы рассчитать номиналы входного резистора и конденсатора, вы также можете использовать этот онлайн-калькулятор.

Расчет выходного конденсатора:

Выбор компонентов

Я разработал схему на Eschema, KiCad и выполнил расчет необходимых компонентов, используя приведенные выше формулы. Затем сделал схему на макетной плате. Принципиальная схема, разработанная в KiCad, приведена ниже.

Необходимые компоненты:

Что следует помнить при выборе компонента:

MOSFET : вам нужно выбрать MOSFET, который сможет выдерживать максимальное выходное напряжение, поэтому его напряжение пробоя должно быть выше, чем максимальная мощность преобразователя

Диод : Для операций с низким напряжением я использовал IN5822, потому что низкая скорость IN4007 делает его непригодным для наших операций. Нам нужно выбрать быстрый диод, я попытался использовать диод IN4007 в качестве выходного диода, но из-за проблем с производительностью я переключился на более быстрый IN5822.

Как работает схема повышающего преобразователя

В схеме используется микросхема IC 555 в нестабильном режиме в качестве генератора ШИМ, и, следовательно, вся схема построена примерно так же. Подключения всех 8 контактов указаны ниже:

Основным компонентом любого SMPS является переключатель, здесь в этой схеме мы используем N-канальный MOSFET IRFZ44N в качестве переключателя. Он управляется слабым сигналом от IC 555, поэтому логический элемент IRFZ44N подключен к IC 555. Сток обеспечивает отрицательное переключение цепи, а источник заземлен. Он имеет следующую спецификацию:

Тестирование схемы повышающего преобразователя Dc Dc на основе таймера 555

Я тестировал схему с литий-ионным аккумулятором 3,7 В, аккумулятор был заряжен примерно до 3,4 В. Я подключил элемент к повышающему преобразователю, и напряжение на нем показало 7,5 В. Изображение выхода на выходе повышающего преобразователя показано ниже.

Чтобы проверить ток, я заменил провод мультиметра на токовый щуп (не забудьте выбрать диапазон 10 А или 20 А на вашем мультиметре, чтобы защитить его от повреждения). Ток показывал 3,2 А, таким образом, эта схема способна производить около 30 Вт. Схема работала правильно и смогла повысить напряжение.

Отсутствие обратной связи приводит к падению напряжения в цепи при подключении нагрузки. Обратная связь, используемая повышающими преобразователями, гарантирует, что рабочий цикл остается стабильным даже при подключенной нагрузке. Мы можем легко обеспечить обратную связь, используя микроконтроллер для измерения измененного выходного сигнала, а затем изменять входное сопротивление, что делает эту схему более полезной и практичной для большинства операций.

Это очень простая, но эффективная схема, которую можно использовать, если вам будет нужно более высокое напряжение, чем может обеспечить ваш источник напряжения, при одновременном снижении потерь мощности в вашей цепи. Эта схема была способна выдавать мощность более 30 Вт. Хотя для создания схемы рекомендуется использовать хотя бы перфокарту, так как обычные макетные платы предназначены для маломощных приложений.

Если вам нужен постоянный выход, вы должны использовать постоянный резистор вместо потенциометра, чтобы повысить общую эффективность конструкции. Основным недостатком этой схемы является то, что из-за отсутствия обратной связи падение напряжения при подключении нагрузки довольно велико.

И последнее: создавать схему, которая может быть спроектирована из простых компонентов, лежащих на нашем рабочем столе, — это весело.

Повышающий преобразователь напряжения на на таймере 555

Источник

Электроника для всех

Блог о электронике

Повышающий DC-DC преобразователь. Принцип работы.

Иногда надо получить высокое напряжение из низкого. Например, для высоковольтного программатора, питающегося от 5ти вольтового USB, надыбать где то 12 вольт.

Как быть? Для этого существуют схемы DC-DC преобразования. А также специализированные микросхемы, позволяющие решить эту задачу за десяток деталек.

Принцип работы
Итак, как сделать из, например, пяти вольт нечто большее чем пять? Способов можно придумать много — например заряжать конденсаторы параллельно, а потом переключать последовательно. И так много много раз в секунду. Но есть способ проще, с использованием свойств индуктивности сохранять силу тока.

Чтобы было предельно понятно покажу вначале пример для сантехников.

Заслонка открывается и мощный поток жидкости начинает сливаться в никуда. Смысл лишь в том, чтобы этим потоком как следует разогнать турбину. Накачать ее энергией, передав энергию источника в кинетическую энергию турбины.

Фаза 2

Заслонка резко закрывается. Потоку больше деваться некуда, а турбина, будучи разогнанной продолжает давить жидкость вперед, т.к. не может мгновенно встать. Причем давит то она ее с силой большей чем может развить источник. Гонит жижу через клапан в аккумулятор давления. Откуда же часть (уже с повышеным давлением) уходит в потребитель. Откуда, благодаря клапану, уже не возвращается.

Скорость турбины на излете, энергия перешла в давление в аккумуляторе. Сил продавить клапан, подпертный с той стороны набитым давлением уже не хватает. Вот вот и все встанет. Но в этот момент вновь открывается заслонка и турбина вновь разгоняется, набирает энергию из источника, превращая энергию потока в энергию вращающихся масса металла. Потребитель, тем временем, потихоньку жрет из аккумулятора.

И вновь заслонка закрывается, а турбина начинает яростно продавливать жидкость в аккумулятор. Восполняя потери которые там образовались на фазе 3.

Назад к схемам
Вылезаем из подвала, скидываем фуфайку сантехника, забрасываем газовый ключ в угол и с новыми знаниями начинаем городить схему.

Вместо турбины у нас вполне подойдет индуктивность в виде дросселя. В качестве заслонки обычный ключ (на практике — транзистор), в качестве клапана естественно диод, а роль аккумулятора давления возьмет на себя конденсатор. Кто как не он способен накапливать потенциал. Усе, преобразователь готов!

Ключ замкнут. Ток от источника начинает, фактически, работать на катушку. Накачивая ее энергией.

Ключ размыкается, но катушку уже не остановить. Запасенная в магнитном поле энергия рвется наружу, ток стремится поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В результате, напряжение на выходе с катушки резко подскакивает (чтобы пробить путь току) и прорвавшись сквозь диод набивается в конденстор. Ну и часть энергии идет в нагрузку.

Ключ тем временем замыкается и катушка снова начинает нажирать энергию. В то же время нагрузка питается из конденсатора, а диод не дает току уйти из него обратно в источник.

Ключ размыкается и энергия из катушки вновь ломится через диод в конденсатор, повышая просевшее за время фазы 3 напряжение. Цикл замыкается.

Как видно из процесса, видно, что за счет большего тока с источника, мы набиваем напряжение на потребителе. Так что равенство мощностей тут должно соблюдаться железно. В идеальном случае, при КПД преобразователя в 100%:

Так что если наш потребитель требует 12 вольт и кушает при этом 1А, то с 5 вольтового источника в преобразователь нужно вкормить целых 2.4А При этом я не учел потерь источника, хотя обычно они не очень велики (КПД обычно около 80-90%).

Если источник слаб и отдать 2.4 ампера не в состоянии, то на 12ти вольтах пойдут дикие пульсации и понижение напряжения — потребитель будет сжирать содержимое конденсатора быстрей чем его туда будет забрасывать источник.

Схемотехника
Готовых решений DC-DC существует очень много. Как в виде микроблоков, так и специализированных микросхем. Я же не буду мудрить и для демонстрации опыта приведу пример схемы на MC34063A которую уже использовал в примере понижающего DC-DC преобразователя.

Работа
Питание через токовый шунт Rsc идет в дроссель L1 оттуда через ключ (SWC/SWE) на землю и через диод D1 на накопительный конденсатор C2. C него на нагрузку. Прям как в схеме приведенной выше. Остальные элементы для задания режима работы микросхемы.

Все формулы по расчету номиналов приведены в даташите. Я же скопирую из него сюда наиболее важную для нас таблицу:

Конденсатор С1 призван оградить питающую цепь от бросков. Потому и взят побольше. Резистор R1 у меня взят на 1.5кОм, а R2 на 13кОм, что дает нам напряжение выхода в 12 вольт. В качестве диода надо выбирать диод Шоттки. Например 1N5819. У диодов Шоттки заметно ниже падение напряженияна pn переходе, а еще ниже паразитная емкость этого перехода, что позволяет ему работать с меньшими потерями на больших частотах. Микросхема может работать на входном напряжении от 3 вольт.

Опыт
Для примера по быстрому развел микромодульчик, забирающий 5 вольт и выдающий 12 вольт. Схема уже приведена выше, а печатка получилась такой:

Запитал от 5 вольт и нагрузил на 12ти вольтовую светодиодную линейку. КПД у моего преобразователя, кстати, получился так себе — не выше 50% т.к. слишком маленькая индуктивность дросселя и большая емкость конденсатора С3, но иного под рукой не оказалось.

Вот так вот. Простая схемка, а позволяет решить ряд проблем.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

236 thoughts on “Повышающий DC-DC преобразователь. Принцип работы.”

Спасибо, очень познавательно, полезно и подробно, в самый раз для начинающих (типа меня :)).

Вот калькулятор для этой микросхемы описанием на русском от брата BSVi:
http://bsvi.ru/dc-dc-na-mc34063/

отличная статья! Очень информативно и познавательно.
И моя любимая параллель — схемотехника сантехника 🙂

DI HALT, спасибо за статью. Вот я только не понял, что такое Rsc («токовый шунт»)? У тебя на схеме туда впаяна перемычка?

Я не Дихалт, но отвечу.
Токовый шунт — это токовый шунт. В данной схеме он для измерения пикового тока через индуктивность. Так как этот резистор включен последовательно с катушкой то ток через него проходит такой же; и по закону Ома на нем образуется некое падение напряжения(U=I*R), которое пропорционально току, которое и измеряет микросхемка выводом 7.
Перемычкой он заменен потому, что для того, чтобы не просирать много мощности в тепло сопротивления токовых шунтов выбирают достаточно маленькими(0.22 Ома в данном случае) что по большому счету и равно сопротивлению перемычки ну т.е. не обязательно у всех перемычек сопротивление 0.22, просто оно есть, и оно не бесконечно маленькое и его обычно хватает как раз для всяких таких вот шунтов.

То есть, на всех SMD-резисторах с сопротивлением меньше 1 Ом пишут просто 0?

Не совсем так. У 0 сопротивления оно все же весьма близко к нулю. Т.е. меньше чем надо. Просто найти нужный резистор (на 0.3 ома или около того) проблематично бывает. Вот я и забил на токовую защиту.

Источник