DC/DC-konvertere er meget brugt til at drive forskelligt elektronisk udstyr. De bruges i computerenheder, kommunikationsenheder, forskellige kontrol- og automatiseringskredsløb mv.
Transformer strømforsyninger
I traditionelle transformatorstrømforsyninger konverteres forsyningsnettets spænding, oftest reduceret, til den ønskede værdi ved hjælp af en transformer. Den reducerede spænding udjævnes af et kondensatorfilter. Om nødvendigt installeres en halvlederstabilisator efter ensretteren.
Transformatorstrømforsyninger er normalt udstyret med lineære stabilisatorer. Sådanne stabilisatorer har mindst to fordele: lave omkostninger og et lille antal dele i selen. Men disse fordele eroderes af lav effektivitet, da en betydelig del af indgangsspændingen bruges til at opvarme kontroltransistoren, hvilket er fuldstændig uacceptabelt til at drive bærbare elektroniske enheder.
DC/DC omformere
Hvis udstyret får strøm fra galvaniske celler eller batterier, er spændingskonvertering til det krævede niveau kun mulig ved hjælp af DC/DC-konvertere.
Ideen er ret enkel: jævnspænding omdannes til vekselspænding, normalt med en frekvens på flere tiere eller endda hundreder af kilohertz, øges (sænkes) og derefter ensrettes og tilføres belastningen. Sådanne omformere kaldes ofte pulsomformere.
Et eksempel er en boost-konverter fra 1,5V til 5V, kun udgangsspændingen fra en computers USB. En lignende laveffektkonverter sælges på Aliexpress.
Ris. 1. Konverter 1,5V/5V
Impulsomformere er gode, fordi de har høj effektivitet, der spænder fra 60..90%. En anden fordel ved pulsomformere er en bred vifte af indgangsspændinger: Indgangsspændingen kan være lavere end udgangsspændingen eller meget højere. Generelt kan DC/DC-omformere opdeles i flere grupper.
Klassificering af omformere
Sænkning, i engelsk terminologi step-down eller buck
Udgangsspændingen på disse omformere er som regel lavere end indgangsspændingen: uden væsentlige varmetab af kontroltransistoren kan du få en spænding på kun et par volt med en indgangsspænding på 12...50V. Udgangsstrømmen af sådanne konvertere afhænger af belastningsbehovet, som igen bestemmer kredsløbsdesignet af konverteren.
Et andet engelsk navn for en step-down konverter er chopper. En af oversættelsesmulighederne for dette ord er interrupter. I teknisk litteratur kaldes en step-down konverter nogle gange for en "chopper". Lad os lige nu huske dette udtryk.
Stigende, i engelsk terminologi step-up eller boost
Udgangsspændingen på disse omformere er højere end indgangsspændingen. For eksempel, med en indgangsspænding på 5V, kan udgangsspændingen være op til 30V, og dens glatte regulering og stabilisering er mulig. Ganske ofte kaldes boost-konvertere boostere.
Universalomformere - SEPIC
Udgangsspændingen af disse omformere holdes på et givet niveau, når indgangsspændingen enten er højere eller lavere end indgangsspændingen. Anbefales i tilfælde, hvor indgangsspændingen kan variere inden for betydelige grænser. For eksempel kan batterispændingen i en bil variere inden for 9...14V, men du skal have en stabil spænding på 12V.
Inverterende konvertere
Hovedfunktionen af disse omformere er at producere en udgangsspænding med omvendt polaritet i forhold til strømkilden. Meget praktisk i tilfælde, hvor der kræves bipolær strøm, f.eks.
Alle de nævnte omformere kan være stabiliserede eller ustabiliserede; udgangsspændingen kan være galvanisk forbundet med indgangsspændingen eller have galvanisk spændingsisolering. Det hele afhænger af den specifikke enhed, hvori konverteren skal bruges.
For at komme videre til en yderligere historie om DC/DC-konvertere, bør du i det mindste forstå teorien i generelle vendinger.
Step-down konverter chopper - bukke konverter
Dets funktionelle diagram er vist i figuren nedenfor. Pilene på ledningerne viser strømmenes retninger.
Fig.2. Funktionsdiagram af chopper stabilisator
Indgangsspændingen Uin tilføres indgangsfilteret - kondensator Cin. VT-transistoren bruges som et nøgleelement; den udfører højfrekvent strømskifte. Det kan være enten. Ud over de angivne dele indeholder kredsløbet en udladningsdiode VD og et udgangsfilter - LCout, hvorfra spændingen leveres til belastningen Rн.
Det er let at se, at belastningen er forbundet i serie med elementerne VT og L. Derfor er kredsløbet sekventielt. Hvordan opstår spændingsfald?
Pulsbreddemodulation - PWM
Styrekredsløbet producerer rektangulære impulser med en konstant frekvens eller konstant periode, hvilket i det væsentlige er det samme. Disse impulser er vist i figur 3.
Fig.3. Styre pulser
Her er t pulstiden, transistoren er åben, t er pausetiden, og transistoren er lukket. Forholdet ti/T kaldes duty cycle duty cycle, angivet med bogstavet D og udtrykt i %% eller blot i tal. For eksempel, med D lig med 50 %, viser det sig, at D=0,5.
D kan således variere fra 0 til 1. Med en værdi på D=1 er nøgletransistoren i en tilstand af fuld ledning, og med D=0 i en afskæringstilstand, kort sagt, er den lukket. Det er ikke svært at gætte, at ved D=50% vil udgangsspændingen være lig med halvdelen af input.
Det er helt indlysende, at udgangsspændingen reguleres ved at ændre bredden af styreimpulsen t og faktisk ved at ændre koefficienten D. Dette reguleringsprincip kaldes (PWM). I næsten alle skiftende strømforsyninger er det ved hjælp af PWM, at udgangsspændingen stabiliseres.
I diagrammerne vist i figur 2 og 6 er PWM "skjult" i rektangler mærket "Kontrolkredsløb", som udfører nogle yderligere funktioner. For eksempel kan dette være en blød start af udgangsspændingen, fjerntænding eller kortslutningsbeskyttelse af konverteren.
Generelt er konvertere blevet så udbredt, at producenter af elektroniske komponenter er begyndt at producere PWM-controllere til alle lejligheder. Sortimentet er så stort, at bare for at liste dem, skal du bruge en hel bog. Derfor falder det aldrig nogen ind at samle omformere ved hjælp af diskrete elementer, eller som man ofte siger i "løs" form.
Desuden kan færdiglavede laveffektkonvertere købes på Aliexpress eller Ebay til en lav pris. I dette tilfælde, til installation i et amatørdesign, er det nok at lodde ind- og udgangsledningerne til kortet og indstille den nødvendige udgangsspænding.
Men lad os vende tilbage til vores figur 3. I dette tilfælde bestemmer koefficienten D, hvor længe den vil være åben (fase 1) eller lukket (fase 2). For disse to faser kan kredsløbet være repræsenteret i to tegninger. Figurerne VISER IKKE de elementer, der ikke er brugt i denne fase.
Fig.4. Fase 1
Når transistoren er åben, passerer strømmen fra strømkilden (galvanisk celle, batteri, ensretter) gennem den induktive choker L, belastningen Rн og ladekondensatoren Cout. Samtidig løber der strøm gennem belastningen, kondensator Cout og induktor L akkumulerer energi. Strømmen iL STØGES GRADVIS på grund af påvirkningen af induktansen af induktoren. Denne fase kaldes pumpning.
Efter at belastningsspændingen når den indstillede værdi (bestemt af kontrolenhedens indstillinger), lukker VT-transistoren, og enheden bevæger sig til den anden fase - afladningsfasen. Den lukkede transistor på figuren er slet ikke vist, som om den ikke eksisterer. Men det betyder kun, at transistoren er lukket.
Fig.5. Fase 2
Når VT-transistoren er lukket, er der ingen genopfyldning af energi i induktoren, da strømkilden er slukket. Induktans L har en tendens til at forhindre ændringer i størrelsen og retningen af strømmen (selv-induktion), der strømmer gennem induktorviklingen.
Derfor kan strømmen ikke stoppe øjeblikkeligt og lukkes gennem "diode-belastning" kredsløbet. På grund af dette kaldes VD-dioden en udladningsdiode. Som regel er dette en højhastigheds Schottky-diode. Efter kontrolperioden, fase 2, skifter kredsløbet til fase 1, og processen gentages igen. Den maksimale spænding ved udgangen af det betragtede kredsløb kan være lig med input, og intet mere. For at opnå en udgangsspænding, der er større end inputtet, bruges boost-konvertere.
Indtil videre skal vi blot minde dig om mængden af induktans, som bestemmer chopperens to driftstilstande. Hvis induktansen er utilstrækkelig, vil konverteren fungere i brydestrømstilstand, hvilket er fuldstændig uacceptabelt for strømforsyninger.
Hvis induktansen er stor nok, sker driften i den kontinuerlige strømtilstand, hvilket gør det muligt ved hjælp af udgangsfiltre at opnå en konstant spænding med et acceptabelt rippelniveau. Boost-konvertere, som vil blive diskuteret nedenfor, fungerer også i kontinuerlig strømtilstand.
For lidt at øge effektiviteten erstattes udladningsdioden VD med en MOSFET-transistor, som åbnes i det rigtige øjeblik af styrekredsløbet. Sådanne omformere kaldes synkrone. Deres brug er berettiget, hvis konverterens effekt er stor nok.
Step-up eller boost-konvertere
Boost-konvertere bruges hovedsageligt til lavspændingsstrømforsyning, for eksempel fra to eller tre batterier, og nogle designkomponenter kræver en spænding på 12...15V med lavt strømforbrug. Ganske ofte kaldes en boost-konverter kort og tydeligt ordet "booster".
Fig.6. Funktionelt diagram af en boost-konverter
Indgangsspændingen Uin tilføres indgangsfilteret Cin og tilføres den serieforbundne L og koblingstransistor VT. En VD-diode er forbundet til forbindelsespunktet mellem spolen og transistorens afløb. Belastningen Rн og shuntkondensatoren Cout er forbundet til den anden terminal på dioden.
VT-transistoren styres af et styrekredsløb, der frembringer et styresignal med en stabil frekvens med en justerbar driftscyklus D, ligesom det er beskrevet lige ovenfor ved beskrivelse af chopperkredsløbet (fig. 3). VD-dioden blokerer belastningen fra nøgletransistoren på de rigtige tidspunkter.
Når nøgletransistoren er åben, er den højre udgang af spolen L ifølge diagrammet forbundet til den negative pol på strømkilden Uin. En stigende strøm (på grund af induktansens indflydelse) fra strømkilden strømmer gennem spolen og den åbne transistor, og energi ophobes i spolen.
På dette tidspunkt blokerer dioden VD belastnings- og udgangskondensatoren fra omskifterkredsløbet og forhindrer derved udgangskondensatoren i at aflade gennem den åbne transistor. Belastningen i dette øjeblik drives af energien akkumuleret i kondensatoren Cout. Naturligvis falder spændingen over udgangskondensatoren.
Så snart udgangsspændingen falder lidt under den indstillede værdi (bestemt af indstillingerne af styrekredsløbet), lukker nøgletransistoren VT, og energien lagret i induktoren, gennem dioden VD, genoplader kondensatoren Cout, som aktiverer belastning. I dette tilfælde føjes spolens L's selvinduktions-emk til indgangsspændingen og overføres til belastningen, derfor er udgangsspændingen større end indgangsspændingen.
Når udgangsspændingen når det indstillede stabiliseringsniveau, åbner styrekredsløbet transistoren VT, og processen gentages fra energilagringsfasen.
Universalkonvertere - SEPIC (single-ended primær-induktor konverter eller konverter med en asymmetrisk belastet primær induktans).
Sådanne omformere bruges hovedsageligt, når belastningen har ubetydelig effekt, og indgangsspændingen ændres i forhold til udgangsspændingen op eller ned.
Fig.7. Funktionsdiagram af SEPIC-konverteren
Meget lig boost-konverterkredsløbet vist i figur 6, men med yderligere elementer: kondensator C1 og spole L2. Det er disse elementer, der sikrer driften af konverteren i spændingsreduktionstilstand.
SEPIC-konvertere bruges i applikationer, hvor indgangsspændingen varierer meget. Et eksempel er 4V-35V til 1,23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter regulator. Det er under dette navn, at konverteren sælges i kinesiske butikker, hvis kredsløb er vist i figur 8 (klik på figuren for at forstørre).
Fig.8. Skematisk diagram af SEPIC-konverter
Figur 9 viser brættets udseende med betegnelsen for hovedelementerne.
Fig.9. Udseende af SEPIC-konverteren
Figuren viser hoveddelene i henhold til figur 7. Bemærk at der er to spoler L1 L2. Baseret på denne funktion kan du bestemme, at dette er en SEPIC-konverter.
Indgangsspændingen på kortet kan være inden for 4…35V. I dette tilfælde kan udgangsspændingen justeres inden for 1,23…32V. Omformerens driftsfrekvens er 500 KHz. Med små dimensioner på 50 x 25 x 12 mm giver kortet effekt op til 25 W. Maksimal udgangsstrøm op til 3A.
Men en bemærkning skal fremsættes her. Hvis udgangsspændingen er indstillet til 10V, kan udgangsstrømmen ikke være højere end 2,5A (25W). Med en udgangsspænding på 5V og en maksimal strøm på 3A bliver effekten kun 15W. Det vigtigste her er ikke at overdrive det: enten overskrid ikke den maksimalt tilladte effekt, eller gå ikke ud over de tilladte strømgrænser.
LM2596 reducerer indgangsspændingen (til 40 V) - udgangen er reguleret, strømmen er 3 A. Ideel til lysdioder i en bil. Meget billige moduler - omkring 40 rubler i Kina.
Texas Instruments producerer højkvalitets, pålidelige, overkommelige og billige, brugervenlige DC-DC controllere LM2596. Kinesiske fabrikker producerer ultrabillige pulserende stepdown-konvertere baseret på det: prisen på et modul til LM2596 er cirka 35 rubler (inklusive levering). Jeg råder dig til at købe et parti på 10 stykker på én gang - der vil altid være brug for dem, og prisen falder til 32 rubler og mindre end 30 rubler, når du bestiller 50 stykker. Læs mere om beregning af mikrokredsløbets kredsløb, justering af strøm og spænding, dens anvendelse og nogle af ulemperne ved konverteren.
Den typiske brugsmetode er en stabiliseret spændingskilde. Det er nemt at lave en skiftende strømforsyning baseret på denne stabilisator; jeg bruger den som en enkel og pålidelig laboratoriestrømforsyning, der kan modstå kortslutninger. De er attraktive på grund af konsistensen af kvalitet (de ser alle ud til at være lavet på samme fabrik - og det er svært at lave fejl i fem dele) og fuld overensstemmelse med databladet og de erklærede egenskaber.
En anden applikation er en pulsstrømstabilisator til strømforsyning til højeffekt LED'er. Modulet på denne chip giver dig mulighed for at tilslutte en 10-watt automotive LED-matrix, der desuden giver kortslutningsbeskyttelse.
Jeg kan varmt anbefale at købe et dusin af dem - de vil helt sikkert komme til nytte. De er unikke på deres egen måde - indgangsspændingen er op til 40 volt, og der kræves kun 5 eksterne komponenter. Dette er praktisk - du kan øge spændingen på smart home-strømbussen til 36 volt ved at reducere kablernes tværsnit. Vi installerer et sådant modul på forbrugsstederne og konfigurerer det til de nødvendige 12, 9, 5 volt eller efter behov.
Lad os se nærmere på dem.
Chip egenskaber:
- Indgangsspænding - fra 2,4 til 40 volt (op til 60 volt i HV-versionen)
- Udgangsspænding - fast eller justerbar (fra 1,2 til 37 volt)
- Udgangsstrøm - op til 3 ampere (med god køling - op til 4,5A)
- Konverteringsfrekvens - 150 kHz
- Hus - TO220-5 (gennem-hulsmontering) eller D2PAK-5 (overflademontering)
- Effektivitet - 70-75% ved lave spændinger, op til 95% ved høje spændinger
- Stabiliseret spændingskilde
- Konverter kredsløb
- Datablad
- USB-oplader baseret på LM2596
- Strømstabilisator
- Brug i hjemmelavede enheder
- Justering af udgangsstrøm og spænding
- Forbedrede analoger af LM2596
Historie - lineære stabilisatorer
Til at begynde med vil jeg forklare, hvorfor standard lineære spændingsomformere som LM78XX (for eksempel 7805) eller LM317 er dårlige. Her er dets forenklede diagram.
Hovedelementet i en sådan konverter er en kraftig bipolær transistor, tændt i sin "originale" betydning - som en styret modstand. Denne transistor er en del af et Darlington-par (for at øge strømoverførselskoefficienten og reducere den effekt, der kræves for at drive kredsløbet). Basisstrømmen indstilles af operationsforstærkeren, som forstærker forskellen mellem udgangsspændingen og den, der indstilles af ION (referencespændingskilden), dvs. den er tilsluttet i henhold til det klassiske fejlforstærkerkredsløb.
Omformeren tænder således blot modstanden i serie med belastningen, og styrer dens modstand, så der for eksempel slukkes præcis 5 volt over belastningen. Det er let at beregne, at når spændingen falder fra 12 volt til 5 (et meget almindeligt tilfælde af brug af 7805-chippen), fordeles inputtet 12 volt mellem stabilisatoren og belastningen i forholdet "7 volt på stabilisatoren + 5 volt på belastningen." Ved en strøm på en halv ampere frigives 2,5 watt ved belastningen og ved 7805 - hele 3,5 watt.
Det viser sig, at de "ekstra" 7 volt simpelthen slukkes på stabilisatoren og bliver til varme. For det første giver det problemer med køling, og for det andet tager det meget energi fra strømkilden. Når det drives fra en stikkontakt, er dette ikke særlig skræmmende (selvom det stadig forårsager skade på miljøet), men når det drives af et batteri eller genopladeligt batteri, kan dette ikke ignoreres.
Et andet problem er, at det generelt er umuligt at lave en boost-konverter ved hjælp af denne metode. Ofte opstår et sådant behov, og forsøg på at løse dette problem for tyve eller tredive år siden er forbløffende - hvor kompleks syntesen og beregningen af sådanne kredsløb var. Et af de enkleste kredsløb af denne art er en push-pull 5V->15V konverter.
Det skal indrømmes, at det giver galvanisk isolering, men det udnytter ikke transformatoren effektivt - kun halvdelen af primærviklingen bruges til enhver tid.
Lad os glemme dette som en ond drøm og gå videre til moderne kredsløb.
Spændingskilde
Ordning
Mikrokredsløbet er praktisk at bruge som en step-down konverter: en kraftig bipolær kontakt er placeret indeni, alt, der er tilbage, er at tilføje de resterende komponenter af regulatoren - en hurtig diode, en induktans og en udgangskondensator, det er også muligt at installer en indgangskondensator - kun 5 dele.
LM2596ADJ-versionen vil også kræve et udgangsspændingsindstillingskredsløb, disse er to modstande eller en variabel modstand.
Step-down spændingsomformerkredsløb baseret på LM2596:
Hele ordningen samlet:
Her kan du download datablad til LM2596.
Driftsprincip: en kraftig switch inde i enheden, styret af et PWM-signal, sender spændingsimpulser til induktansen. Ved punkt A er x% af tiden fuld spænding, og (1-x)% af tiden er spændingen nul. LC-filteret udjævner disse svingninger ved at fremhæve en konstant komponent svarende til x * forsyningsspænding. Dioden fuldender kredsløbet, når transistoren er slukket.
Detaljeret jobbeskrivelse
Induktans modstår ændringen i strøm gennem den. Når spænding vises i punkt A, skaber induktoren en stor negativ selvinduktionsspænding, og spændingen over belastningen bliver lig med forskellen mellem forsyningsspændingen og selvinduktionsspændingen. Induktansstrømmen og spændingen over belastningen stiger gradvist.
Efter at spændingen forsvinder ved punkt A, stræber induktoren efter at opretholde den tidligere strøm, der strømmer fra belastningen og kondensatoren, og kortslutter den gennem dioden til jord - den falder gradvist. Belastningsspændingen er således altid mindre end indgangsspændingen og afhænger af impulsernes driftscyklus.
Udgangsspænding
Modulet fås i fire versioner: med en spænding på 3,3V (indeks –3,3), 5V (indeks –5,0), 12V (indeks –12) og en justerbar version LM2596ADJ. Det giver mening at bruge den tilpassede version overalt, da den er tilgængelig i store mængder på lagrene hos elektroniske virksomheder, og du sandsynligvis ikke vil støde på en mangel på den - og den kræver kun yderligere to penny modstande. Og selvfølgelig er 5 volt versionen også populær.
Mængden på lager er i sidste kolonne.
Du kan indstille udgangsspændingen i form af en DIP-switch, et godt eksempel på dette er givet her, eller i form af en drejekontakt. I begge tilfælde skal du bruge et batteri af præcisionsmodstande – men du kan justere spændingen uden et voltmeter.
Ramme
Der er to muligheder for hus: TO-263 planmonteringshus (model LM2596S) og TO-220 gennemgående hus (model LM2596T). Jeg foretrækker at bruge den plane version af LM2596S, da kølepladen i dette tilfælde er selve kortet, og der er ingen grund til at købe en ekstra ekstern køleplade. Derudover er dens mekaniske modstand meget højere, i modsætning til TO-220, som skal skrues til noget, selv til et bræt - men så er det nemmere at installere den plane version. Jeg anbefaler at bruge LM2596T-ADJ-chippen i strømforsyninger, fordi det er nemmere at fjerne en stor mængde varme fra kabinettet.
Indgangsspændingsrippeludjævning
Kan bruges som en effektiv "smart" stabilisator efter strømudligning. Da mikrokredsløbet direkte overvåger udgangsspændingen, vil fluktuationer i indgangsspændingen forårsage en omvendt proportional ændring i mikrokredsløbets konverteringskoefficient, og udgangsspændingen vil forblive normal.
Det følger heraf, at når man bruger LM2596 som step-down-konverter efter en transformer og ensretter, kan indgangskondensatoren (dvs. den, der er placeret umiddelbart efter diodebroen) have en lille kapacitans (ca. 50-100 μF).
Udgangskondensator
På grund af den høje konverteringsfrekvens behøver udgangskondensatoren heller ikke have stor kapacitet. Selv en stærk forbruger vil ikke have tid til at reducere denne kondensator markant i en cyklus. Lad os lave beregningen: Tag en 100 µF kondensator, 5 V udgangsspænding og en belastning, der forbruger 3 ampere. Fuld opladning af kondensatoren q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.
I en konverteringscyklus vil belastningen tage dq = I*t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC fra kondensatoren (dette er kun 4% af kondensatorens samlede ladning), og straks vil en ny cyklus begynde, og konverteren vil sætte en ny portion energi ind i kondensatoren.
Det vigtigste er ikke at bruge tantalkondensatorer som indgangs- og udgangskondensatorer. De skriver lige i databladene - "brug ikke i strømkredsløb", fordi de meget dårligt tolererer selv kortvarige overspændinger og ikke kan lide høje pulsstrømme. Brug almindelige elektrolytiske kondensatorer af aluminium.
Effektivitet, effektivitet og varmetab
Virkningsgraden er ikke så høj, da en bipolær transistor bruges som en kraftig switch - og den har et spændingsfald, der ikke er nul, omkring 1,2V. Derfor faldet i effektivitet ved lave spændinger.
Som du kan se, opnås maksimal effektivitet, når forskellen mellem indgangs- og udgangsspændingen er omkring 12 volt. Det vil sige, at hvis du skal reducere spændingen med 12 volt, vil der gå en minimal mængde energi til varme.
Hvad er konvertereffektivitet? Dette er en værdi, der kendetegner strømtab - på grund af varmeudvikling på en fuldt åben kraftfuld afbryder i henhold til Joule-Lenz-loven og til lignende tab under forbigående processer - når afbryderen f.eks. kun er halvt åben. Effekterne af begge mekanismer kan være sammenlignelige i størrelsesorden, så man bør ikke glemme begge tabsveje. En lille mængde strøm bruges også til at drive selve konverterens "hjerner".
Ideelt set, når du konverterer spænding fra U1 til U2 og udgangsstrøm I2, er udgangseffekten lig med P2 = U2*I2, indgangseffekten er lig med den (ideelt tilfælde). Det betyder, at indgangsstrømmen vil være I1 = U2/U1*I2.
I vores tilfælde har konverteringen en effektivitet under enhed, så en del af energien forbliver inde i enheden. For eksempel, med effektivitet η, vil udgangseffekten være P_out = η*P_in, og tab P_tab = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Selvfølgelig skal konverteren øge indgangsstrømmen for at opretholde den specificerede udgangsstrøm og spænding.
Vi kan antage, at ved konvertering af 12V -> 5V og en udgangsstrøm på 1A, vil tabene i mikrokredsløbet være 1,3 watt, og indgangsstrømmen vil være 0,52A. Under alle omstændigheder er dette bedre end enhver lineær konverter, som vil give mindst 7 watt tab og vil forbruge 1 ampere fra inputnetværket (inklusive til denne ubrugelige opgave) - dobbelt så meget.
Forresten har LM2577-mikrokredsløbet en tre gange lavere driftsfrekvens, og dens effektivitet er lidt højere, da der er færre tab i forbigående processer. Den har dog brug for tre gange højere klassificering af induktor og udgangskondensator, hvilket betyder ekstra penge og kortstørrelse.
Stigende udgangsstrøm
På trods af den allerede ret store udgangsstrøm fra mikrokredsløbet kræves der nogle gange endnu mere strøm. Hvordan kommer man ud af denne situation?
- Flere omformere kan paralleliseres. De skal selvfølgelig indstilles til nøjagtig samme udgangsspænding. I dette tilfælde kan du ikke klare dig med simple SMD-modstande i feedback-spændingsindstillingskredsløbet; du skal bruge enten modstande med en nøjagtighed på 1% eller manuelt indstille spændingen med en variabel modstand.
USB oplader til LM2596
Du kan lave en meget praktisk rejse-USB-oplader. For at gøre dette skal du indstille regulatoren til en spænding på 5V, forsyne den med en USB-port og give strøm til opladeren. Jeg bruger et radiomodel lithium polymer batteri købt i Kina, der giver 5 ampere timer ved 11,1 volt. Dette er meget - nok til 8 gange oplade en almindelig smartphone (uden hensyntagen til effektivitet). Under hensyntagen til effektiviteten vil det være mindst 6 gange.
Glem ikke at kortslutte D+- og D-stifterne på USB-stikket for at fortælle telefonen, at den er tilsluttet opladeren, og at den overførte strøm er ubegrænset. Uden denne begivenhed vil telefonen tro, at den er forbundet til computeren og vil blive opladet med en strøm på 500 mA - i meget lang tid. Desuden kan en sådan strøm muligvis ikke engang kompensere for telefonens nuværende forbrug, og batteriet oplades slet ikke.
Du kan også give en separat 12V-indgang fra et bilbatteri med et cigarettænderstik – og skifte kilderne med en form for kontakt. Jeg råder dig til at installere en LED, der vil signalere, at enheden er tændt, for ikke at glemme at slukke for batteriet efter fuld opladning - ellers vil tabene i konverteren helt dræne backup-batteriet om et par dage.
Denne type batteri er ikke særlig velegnet, fordi den er designet til høje strømme - du kan prøve at finde et batteri med lavere strømstyrke, og det bliver mindre og lettere.
Strømstabilisator
Justering af udgangsstrøm
Kun tilgængelig med justerbar udgangsspændingsversion (LM2596ADJ). Kineserne laver i øvrigt også denne version af tavlen, med regulering af spænding, strøm og alle slags indikationer - et færdiglavet strømstabilisatormodul på LM2596 med kortslutningsbeskyttelse kan købes under navnet xw026fr4.
Hvis du ikke ønsker at bruge et færdiglavet modul, og ønsker at lave dette kredsløb selv, er der ikke noget kompliceret, med en undtagelse: mikrokredsløbet har ikke mulighed for at styre strøm, men du kan tilføje det. Jeg vil forklare, hvordan man gør dette, og afklare de svære punkter undervejs.
Ansøgning
En strømstabilisator er en ting, der er nødvendig for at drive kraftige LED'er (forresten - mit mikrocontrollerprojekt højeffekt LED-drivere), laserdioder, galvanisering, batteriopladning. Som med spændingsstabilisatorer er der to typer af sådanne enheder - lineære og pulserede.
Den klassiske lineære strømstabilisator er LM317, og den er ganske god i sin klasse – men dens maksimale strømstyrke er 1,5A, hvilket ikke er nok til mange high-power LED'er. Selv hvis du driver denne stabilisator med en ekstern transistor, er tabene på den simpelthen uacceptable. Hele verden laver ballade om energiforbruget på standby-pærer, men her arbejder LM317 med en virkningsgrad på 30% Det er ikke vores metode.
Men vores mikrokredsløb er en bekvem driver til en pulsspændingsomformer, der har mange driftstilstande. Tabene er minimale, da der ikke bruges lineære driftsformer for transistorer, kun de vigtigste.
Det var oprindeligt beregnet til spændingsstabiliseringskredsløb, men flere elementer gør det til en strømstabilisator. Faktum er, at mikrokredsløbet udelukkende er afhængigt af "Feedback"-signalet som feedback, men hvad det skal fodres med er op til os.
I standardkoblingskredsløbet leveres spænding til dette ben fra en resistiv udgangsspændingsdeler. 1,2V er en balance; hvis feedback er mindre, øger driveren impulsernes duty cycle; hvis den er mere, reducerer den den. Men du kan anvende spænding til denne indgang fra en strømshunt!
Shunt
For eksempel, ved en strøm på 3A skal du tage en shunt med en nominel værdi på ikke mere end 0,1 Ohm. Ved sådan en modstand vil denne strøm frigive omkring 1 W, så det er meget. Det er bedre at parallelle tre sådanne shunts, opnå en modstand på 0,033 Ohm, et spændingsfald på 0,1 V og en varmeafgivelse på 0,3 W.
Feedback-indgangen kræver dog en spænding på 1,2V – og vi har kun 0,1V. Det er irrationelt at installere en højere modstand (varmen vil blive frigivet 150 gange mere), så det eneste, der er tilbage, er at øge denne spænding på en eller anden måde. Dette gøres ved hjælp af en operationsforstærker.
Ikke-inverterende op-amp forstærker
Klassisk skema, hvad kunne være enklere?
Vi forenes
Nu kombinerer vi et konventionelt spændingsomformerkredsløb og en forstærker ved hjælp af en LM358 op-amp, til hvis indgang vi forbinder en strømshunt.
En kraftig 0,033 Ohm modstand er en shunt. Den kan laves af tre 0,1 Ohm modstande forbundet parallelt, og for at øge den tilladte effekttab skal du bruge SMD modstande i en 1206 pakke, placere dem med et lille mellemrum (ikke tæt sammen) og forsøge at efterlade så meget kobberlag rundt om modstande og under dem som muligt. En lille kondensator er forbundet til feedback-udgangen for at eliminere en mulig overgang til oscillatortilstand.
Vi regulerer både strøm og spænding
Lad os forbinde begge signaler til feedback-indgangen - både strøm og spænding. For at kombinere disse signaler vil vi bruge det sædvanlige ledningsdiagram "AND" på dioder. Hvis strømsignalet er højere end spændingssignalet, vil det dominere og omvendt.
Et par ord om ordningens anvendelighed
Du kan ikke justere udgangsspændingen. Selvom det er umuligt at regulere både udgangsstrømmen og spændingen på samme tid - er de proportionale med hinanden med en koefficient på "belastningsmodstand". Og hvis strømforsyningen implementerer et scenario som "konstant udgangsspænding, men når strømmen overstiger, begynder vi at reducere spændingen," dvs. CC/CV er allerede en oplader.
Den maksimale forsyningsspænding for kredsløbet er 30V, da dette er grænsen for LM358. Du kan udvide denne grænse til 40V (eller 60V med LM2596-HV-versionen), hvis du forsyner op-forstærkeren fra en zenerdiode.
I sidstnævnte mulighed er det nødvendigt at bruge en diodesamling som summeringsdioder, da begge dioder i den er lavet inden for den samme teknologiske proces og på den samme siliciumwafer. Spredningen af deres parametre vil være meget mindre end spredningen af parametre for individuelle diskrete dioder - takket være dette vil vi opnå høj nøjagtighed af sporingsværdier.
Du skal også omhyggeligt sikre, at op-amp-kredsløbet ikke bliver ophidset og går i lasertilstand. For at gøre dette skal du prøve at reducere længden af alle ledere, og især sporet forbundet til ben 2 på LM2596. Placer ikke op-forstærkeren i nærheden af dette spor, men placer SS36-dioden og filterkondensatoren tættere på LM2596-kroppen, og sørg for et minimumsareal af jordsløjfen forbundet med disse elementer - det er nødvendigt at sikre en minimumslængde af returstrømsti "LM2596 -> VD/C -> LM2596".
Anvendelse af LM2596 i enheder og uafhængigt boardlayout
Jeg talte detaljeret om brugen af mikrokredsløb i mine enheder, ikke i form af et færdigt modul i en anden artikel, som dækker: valget af diode, kondensatorer, induktorparametre, og talte også om de korrekte ledninger og et par ekstra tricks.
Muligheder for videre udvikling
Forbedrede analoger af LM2596
Den nemmeste måde efter denne chip er at skifte til LM2678. I det væsentlige er dette den samme stepdown-konverter, kun med en felteffekttransistor, takket være hvilken effektiviteten stiger til 92%. Sandt nok har den 7 ben i stedet for 5, og den er ikke pin-to-pin-kompatibel. Denne chip ligner dog meget og ville være en enkel og bekvem mulighed med forbedret effektivitet.
L5973D– en ret gammel chip, der giver op til 2,5A, og en lidt højere effektivitet. Den har også næsten det dobbelte af konverteringsfrekvensen (250 kHz) - derfor kræves lavere induktor- og kondensatorværdier. Jeg så dog, hvad der sker med den, hvis man sætter den direkte ind i bilnettet – ret ofte slår den forstyrrelser ud.
ST1S10- højeffektiv (90 % effektivitet) DC–DC stepdown-konverter.
- Kræver 5-6 eksterne komponenter;
ST1S14- højspændingsregulator (op til 48 volt). Høj driftsfrekvens (850 kHz), udgangsstrøm op til 4A, Power Godt output, høj effektivitet (ikke værre end 85%) og et beskyttelseskredsløb mod overskydende belastningsstrøm gør den nok til den bedste konverter til at drive en server fra en 36 volt kilde.
Hvis maksimal effektivitet er påkrævet, bliver du nødt til at henvende dig til ikke-integrerede stepdown DC–DC-controllere. Problemet med integrerede controllere er, at de aldrig har fede effekttransistorer - den typiske kanalmodstand er ikke højere end 200 mOhm. Men hvis du tager en controller uden indbygget transistor, kan du vælge enhver transistor, selv AUIRFS8409–7P med en kanalmodstand på en halv milliohm
DC-DC omformere med ekstern transistor
Næste del
Indgangsspændinger op til 61 V, udgangsspændinger fra 0,6 V, udgangsstrømme op til 4 A, mulighed for eksternt at synkronisere og justere frekvensen, samt justere begrænsningsstrømmen, justere blød starttid, omfattende belastningsbeskyttelse, en bred driftstemperaturområde - alle disse funktioner i moderne strømforsyninger kan opnås ved hjælp af den nye linje af DC/DC-konvertere produceret af .
I øjeblikket giver rækken af omskiftningsregulatormikrokredsløb produceret af STMicro (figur 1) dig mulighed for at skabe strømforsyninger (PS) med indgangsspændinger op til 61 V og udgangsstrømme op til 4 A.
Opgaven med spændingskonvertering er ikke altid let. Hver specifik enhed har sine egne krav til spændingsregulatoren. Nogle gange spiller pris (forbrugerelektronik), størrelse (bærbar elektronik), effektivitet (batteridrevne enheder) eller endda hastigheden af produktudvikling en stor rolle. Disse krav modsiger ofte hinanden. Af denne grund er der ingen ideel og universel spændingsomformer.
I øjeblikket bruges flere typer omformere: lineære (spændingsstabilisatorer), pulserende DC/DC-omformere, ladningsoverførselskredsløb og endda strømforsyninger baseret på galvaniske isolatorer.
De mest almindelige er dog lineære spændingsregulatorer og step-down switchende DC/DC-omformere. Den største forskel i funktionen af disse ordninger fremgår af navnet. I det første tilfælde fungerer strømafbryderen i lineær tilstand, i det andet - i nøgletilstand. De vigtigste fordele, ulemper og anvendelser af disse ordninger er angivet nedenfor.
Funktioner af den lineære spændingsregulator
Driftsprincippet for en lineær spændingsregulator er velkendt. Den klassiske integrerede stabilisator μA723 blev udviklet tilbage i 1967 af R. Widlar. På trods af at elektronikken er nået langt siden da, er driftsprincipperne stort set uændrede.
Et standard lineært spændingsregulatorkredsløb består af en række grundlæggende elementer (figur 2): effekttransistor VT1, en referencespændingskilde (VS) og et kompensationsfeedback-kredsløb på en operationsforstærker (OPA). Moderne regulatorer kan indeholde yderligere funktionelle blokke: beskyttelseskredsløb (fra overophedning, fra overstrøm), strømstyringskredsløb osv.
Driftsprincippet for sådanne stabilisatorer er ret simpelt. Feedback-kredsløbet på op-amp sammenligner værdien af referencespændingen med spændingen på udgangsdeleren R1/R2. Der dannes et misforhold ved op-amp-udgangen, som bestemmer gate-source-spændingen for effekttransistoren VT1. Transistoren fungerer i lineær tilstand: Jo højere spænding ved udgangen af op-ampen er, jo lavere er gate-source spændingen, og jo større modstand er VT1.
Dette kredsløb giver dig mulighed for at kompensere for alle ændringer i indgangsspændingen. Antag faktisk, at indgangsspændingen Uin er steget. Dette vil forårsage følgende kæde af ændringer: Uin øget → Uout vil stige → spændingen på divideren R1/R2 vil stige → udgangsspændingen fra op-amp vil stige → gate-source spændingen vil falde → modstanden VT1 vil stigning → Uout vil falde.
Som et resultat, når indgangsspændingen ændres, ændres udgangsspændingen lidt.
Når udgangsspændingen falder, sker der omvendte ændringer i spændingsværdierne.
Funktioner ved drift af en step-down DC/DC-konverter
Et forenklet kredsløb af en klassisk step-down DC/DC-konverter (type I-konverter, buck-konverter, step-down-konverter) består af flere hovedelementer (figur 3): effekttransistor VT1, styrekredsløb (CS), filter (Lph) -Cph), omvendt diode VD1.
I modsætning til det lineære regulatorkredsløb fungerer transistor VT1 i switching mode.
Kredsløbets driftscyklus består af to faser: pumpefasen og afgangsfasen (figur 4...5).
I pumpefasen er transistor VT1 åben, og der løber strøm gennem den (figur 4). Energi lagres i spolen Lf og kondensator Jf.
Under afladningsfasen er transistoren lukket, ingen strøm løber gennem den. Lf-spolen fungerer som en strømkilde. VD1 er en diode, der er nødvendig for at omvendt strøm kan flyde.
I begge faser påføres belastningen en spænding svarende til spændingen på kondensatoren Sph.
Ovenstående kredsløb giver regulering af udgangsspændingen, når pulsvarigheden ændres:
Uout = Uin × (ti/T)
Hvis induktansværdien er lille, har afladningsstrømmen gennem induktansen tid til at nå nul. Denne tilstand kaldes den intermitterende strømtilstand. Det er kendetegnet ved en stigning i strøm- og spændingsrippel på kondensatoren, hvilket fører til en forringelse af kvaliteten af udgangsspændingen og en stigning i kredsløbsstøj. Af denne grund bruges den intermitterende strømtilstand sjældent.
Der er en type konverterkredsløb, hvor den "ineffektive" diode VD1 erstattes med en transistor. Denne transistor åbner i modfase med hovedtransistoren VT1. En sådan konverter kaldes synkron og har større effektivitet.
Fordele og ulemper ved spændingskonverteringskredsløb
Hvis en af ovenstående ordninger havde absolut overlegenhed, ville den anden sikkert blive glemt. Dette sker dog ikke. Det betyder, at begge ordninger har fordele og ulemper. Analyse af ordninger bør udføres i henhold til en lang række kriterier (tabel 1).
Tabel 1. Fordele og ulemper ved spændingsregulatorkredsløb
| Egenskab | Lineær regulator | Buck DC/DC konverter |
| Typisk indgangsspændingsområde, V | op til 30 | op til 100 |
| Typisk udgangsstrømområde | hundredvis af mA | enheder A |
| Effektivitet | kort | høj |
| Udgangsspændingsindstillingsnøjagtighed | enheder % | enheder % |
| Udgangsspændingsstabilitet | høj | gennemsnit |
| Genereret støj | kort | høj |
| Kredsimplementeringskompleksitet | lav | høj |
| Kompleksitet af PCB-topologi | lav | høj |
| Pris | lav | høj |
Elektriske egenskaber. For enhver konverter er hovedegenskaberne effektivitet, belastningsstrøm, indgangs- og udgangsspændingsområde.
Effektivitetsværdien for lineære regulatorer er lav og er omvendt proportional med indgangsspændingen (figur 6). Dette skyldes det faktum, at al den "ekstra" spænding falder over transistoren, der fungerer i lineær tilstand. Transistorens effekt frigives som varme. Lav effektivitet fører til, at rækkevidden af indgangsspændinger og udgangsstrømme af den lineære regulator er relativt lille: op til 30 V og op til 1 A.
Effektiviteten af en koblingsregulator er meget højere og mindre afhængig af indgangsspændingen. Samtidig er det ikke ualmindeligt for indgangsspændinger på mere end 60 V og belastningsstrømme på mere end 1 A.
Hvis der anvendes et synkront omformerkredsløb, hvor den ineffektive friløbsdiode erstattes af en transistor, vil effektiviteten være endnu højere.
Nøjagtighed og stabilitet af udgangsspænding. Lineære stabilisatorer kan have ekstrem høj nøjagtighed og stabilitet af parametre (brøkdele af en procent). Udgangsspændingens afhængighed af ændringer i indgangsspændingen og af belastningsstrømmen overstiger ikke nogle få procent.
Ifølge driftsprincippet har en pulsregulator i starten de samme fejlkilder som en lineær regulator. Derudover kan afvigelsen af udgangsspændingen blive væsentligt påvirket af mængden af strøm, der flyder.
Støjegenskaber. Den lineære regulator har en moderat støjreaktion. Der er støjsvage præcisionsregulatorer, der bruges i højpræcisionsmåleteknologi.
Selve omskiftningsstabilisatoren er en kraftig kilde til interferens, da strømtransistoren fungerer i switch-tilstand. Genereret støj er opdelt i ført (transmitteret gennem elledninger) og induktiv (transmitteret gennem ikke-ledende medier).
Ledet interferens elimineres ved hjælp af lavpasfiltre. Jo højere driftsfrekvens konverteren har, jo lettere er det at slippe af med interferens. I målekredsløb bruges en skifteregulator ofte i forbindelse med en lineær stabilisator. I dette tilfælde reduceres interferensniveauet betydeligt.
Det er meget sværere at slippe af med de skadelige virkninger af induktiv interferens. Denne støj stammer fra induktoren og transmitteres gennem luft og ikke-ledende medier. For at eliminere dem bruges afskærmede induktorer og spoler på en ringformet kerne. Når de lægger pladen ud, bruger de en kontinuerlig fyldning af jord med en polygon og/eller vælger endda et separat jordlag i flerlagsplader. Derudover er selve pulsomformeren så langt væk fra målekredsløbene som muligt.
Præstationsegenskaber. Fra synspunktet om enkelhed af kredsløbsimplementering og printkortlayout er lineære regulatorer ekstremt enkle. Ud over selve den integrerede stabilisator kræves der kun et par kondensatorer.
En switching-konverter kræver mindst et eksternt L-C-filter. I nogle tilfælde kræves en ekstern effekttransistor og en ekstern friløbsdiode. Dette medfører behov for beregninger og modellering, og topologien af printpladen bliver væsentligt mere kompliceret. Yderligere kompleksitet af tavlen opstår på grund af EMC-krav.
Pris. På grund af det store antal eksterne komponenter vil en pulsomformer naturligvis have en høj pris.
Som konklusion kan de fordelagtige anvendelsesområder for begge typer konvertere identificeres:
- Lineære regulatorer kan bruges i laveffekt-, lavspændingskredsløb med høj nøjagtighed, stabilitet og lave støjkrav. Et eksempel kunne være måle- og præcisionskredsløb. Derudover kan den lille størrelse og lave omkostninger ved den endelige løsning være ideel til bærbar elektronik og billige enheder.
- Skiftende regulatorer er ideelle til høj-effekt lav- og højspændingskredsløb i bilindustrien, industri- og forbrugerelektronik. Høj effektivitet gør ofte brugen af DC/DC ikke til noget alternativ til bærbare og batteridrevne enheder.
Nogle gange bliver det nødvendigt at bruge lineære regulatorer ved høje indgangsspændinger. I sådanne tilfælde kan du bruge stabilisatorer produceret af STMicroelectronics, som har driftsspændinger på mere end 18 V (tabel 2).
Tabel 2. STMicroelectronics lineære regulatorer med høj indgangsspænding
| Navn | Beskrivelse | Uin max, V | Uout nom, V | Uden navn, A | Egen drop, B |
| 35 | 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15 | 0.5 | 2 | ||
| 500 mA præcisionsregulator | 40 | 24 | 0.5 | 2 | |
| 2 A regulator | 35 | 0.225 | 2 | 2 | |
| , | Justerbar regulator | 40 | – | 0.1; 0.5; 1.5 | 2 |
| 3 A regulator | 20 | – | 3 | 2 | |
| 150 mA præcisionsregulator | 40 | – | 0.15 | 3 | |
| KFxx | 20 | 2.5: 8 | 0.5 | 0.4 | |
| Ultra-lavt selvfaldsregulator | 20 | 2.7: 12 | 0.25 | 0.4 | |
| 5 A regulator med lavt udfald og justering af udgangsspænding | 30 | – | 1.5; 3; 5 | 1.3 | |
| LExx | Ultra-lavt selvfaldsregulator | 20 | 3; 3.3; 4.5; 5; 8 | 0.1 | 0.2 |
| Ultra-lavt selvfaldsregulator | 20 | 3.3; 5 | 0.1 | 0.2 | |
| Ultra-lavt selvfaldsregulator | 40 | 3.3; 5 | 0.1 | 0.25 | |
| 85 mA regulator med lavt selvudfald | 24 | 2.5: 3.3 | 0.085 | 0.5 | |
| Præcisions negativ spændingsregulator | -35 | -5; -8; -12; -15 | 1.5 | 1.1; 1.4 | |
| Negativ spændingsregulator | -35 | -5; -8; -12; -15 | 0.1 | 1.7 | |
| Justerbar negativ spændingsregulator | -40 | – | 1.5 | 2 |
Hvis der træffes en beslutning om at bygge en pulseret strømforsyning, skal en passende konverterchip vælges. Valget er taget under hensyntagen til en række grundlæggende parametre.
Hovedkarakteristika for step-down puls DC/DC konvertere
Lad os liste hovedparametrene for pulsomformere.
Indgangsspændingsområde (V). Desværre er der altid en begrænsning ikke kun på maksimum, men også på minimum indgangsspænding. Værdien af disse parametre vælges altid med en vis margin.
Udgangsspændingsområde (V). På grund af restriktioner på minimums- og maksimumspulsvarigheden er rækkevidden af udgangsspændingsværdier begrænset.
Maksimal udgangsstrøm (A). Denne parameter er begrænset af en række faktorer: den maksimalt tilladte effekttab, slutværdien af strømafbrydernes modstand osv.
Omformerens driftsfrekvens (kHz). Jo højere konverteringsfrekvensen er, jo lettere er det at filtrere udgangsspændingen. Dette gør det muligt at bekæmpe interferens og reducere værdierne af de eksterne L-C-filterelementer, hvilket fører til en stigning i udgangsstrømme og en reduktion i størrelse. En stigning i konverteringsfrekvensen øger imidlertid koblingstab for strømafbrydere og øger den induktive komponent af interferens, hvilket klart er uønsket.
Effektivitet (%) er en integreret indikator for effektivitet og er givet i form af grafer for forskellige spændinger og strømme.
De resterende parametre (kanalmodstand for integrerede strømafbrydere (mOhm), selvstrømforbrug (µA), termisk modstand af kabinettet osv.) er mindre vigtige, men de bør også tages i betragtning.
De nye konvertere fra STMicroelectronics har høj indgangsspænding og effektivitet, og deres parametre kan beregnes ved hjælp af den gratis eDesignSuite-software.
Linje af pulseret DC/DC fra ST Microelectronics
STMicroelectronics' DC/DC-portefølje udvides konstant. Nye konvertermikrokredsløb har et udvidet indgangsspændingsområde op til 61 V ( / / ), høje udgangsstrømme, udgangsspændinger fra 0,6 V ( / / ) (tabel 3).
Tabel 3. Ny DC/DC STMicroelectronics
| Egenskaber | Navn | |||||||
| L7987; L7987L | ||||||||
| Ramme | VFQFPN-10L | HSOP-8; VFQFPN-8L; SO8 | HSOP-8; VFQFPN-8L; SO8 | HTSSOP16 | VFQFPN-10L; HSOP 8 | VFQFPN-10L; HSOP 8 | HSOP 8 | HTSSOP 16 |
| Indgangsspænding Uin, V | 4.0…18 | 4.0…18 | 4.0…18 | 4…38 | 4.5…38 | 4.5…38 | 4.5…38 | 4.5…61 |
| Udgangsstrøm, A | 4 | 3 | 4 | 2 | 2 | 3 | 3 | 2 (L7987L); 3 (L7987) |
| Udgangsspændingsområde, V | 0,8…0,88×Uin | 0,8…Uin | 0,8…Uin | 0,85…Uin | 0,6…Uin | 0,6…Uin | 0,6…Uin | 0,8…Uin |
| Driftsfrekvens, kHz | 500 | 850 | 850 | 250…2000 | 250…1000 | 250…1000 | 250…1000 | 250…1500 |
| Ekstern frekvenssynkronisering (max), kHz | Ingen | Ingen | Ingen | 2000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1500 |
| Funktioner | Jævn start; overstrømsbeskyttelse; overophedningsbeskyttelse | |||||||
| Yderligere funktioner | AKTIVER; PGOOD | AKTIVER | LNM; LCM; INHIBERE; Overspændingsbeskyttelse | AKTIVER | PGOOD; beskyttelse mod spændingsfald; justering af afbrydelsesstrøm | |||
| Krystal driftstemperaturområde, °C | -40…150 | |||||||
Alle nye pulsomformer mikrokredsløb har blød start, overstrøm og overophedning beskyttelsesfunktioner.
Dette er en DC-DC spændingsomformer med 5-13 V indgang, til 12 V udgang DC 1,5 A. Omformeren modtager en lavere spænding og giver en højere udgang, der skal bruges, hvor der er en spænding mindre end de nødvendige 12 volt. Det bruges ofte til at øge spændingen på eksisterende batterier. Dette er i det væsentlige en integreret DC-DC-konverter. For eksempel er der et 3,7V lithium-ion-batteri, og dets spænding kan ændres ved hjælp af dette kredsløb for at levere de nødvendige 12V ved 1,5A.
Konverteren er nem at bygge selv. Hovedkomponenten er MC34063, som består af en spændingsreference (temperaturkompenseret), en komparator, en oscillator med et aktivt spidsstrømbegrænsende kredsløb, en OG-gate, en flip-flop og en højeffektudgangskontakt med driver og kun Der kræves et par ekstra elektroniske komponenter i selen, så den er klar. Denne serie af chips er specielt designet til at blive inkluderet i forskellige konvertere.
Fordele ved MC34063A-chippen
- Drift fra 3 til 40 V indgang
- Lav standbystrøm
- Nuværende grænse
- Udgangsstrøm op til 1,5 A
- Udgangsspænding justerbar
- Drift i frekvensområdet op til 100 kHz
- Nøjagtighed 2 %
Beskrivelse af radioelementer
- R- Alle modstande er 0,25 W.
- T- TIP31-NPN effekttransistor. Al udgangsstrøm passerer gennem den.
- L1- 100 µH ferritspoler. Hvis du selv skal gøre det, skal du købe toroidformede ferritringe med en ydre diameter på 20 mm og en indvendig diameter på 10 mm, ligeledes 10 mm høje og wire 1 - 1,5 mm tyk og 0,5 meter, og lave 5 omgange kl. lige store afstande. Dimensionerne af ferritringen er ikke for kritiske. En forskel på nogle få (1-3 mm) er acceptabel.
- D- Der skal bruges en Schottky-diode
- TR- multi-turn variabel modstand, som her bruges til at finjustere 12 V udgangsspændingen.
- C- C1 og C3 er polære kondensatorer, så vær opmærksom på dette, når du placerer dem på printet.
Liste over dele til montering
- Modstande: R1 = 0,22 ohm x1, R2 = 180 ohm x1, R3 = 1,5K x1, R4 = 12K x1
- Regulator: TR1 = 1 kOhm, multi-turn
- Transistor: T1 = TIP31A eller TIP31C
- Choke: L1 = 100 µH på ferritring
- Diode: D1 - Schottky 1N5821 (21V - 3A), 1N5822 (28V - 3A) eller MBR340 (40V - 3A)
- Kondensatorer: C1 = 100 uF / 25V, C2 = 0,001 uF, C3 = 2200 uF / 25V
- Chip: MC34063
- PCB 55 x 40 mm
Bemærk, at det er nødvendigt at installere en lille aluminium heatsink på T1 - TIP31 transistoren, ellers kan denne transistor blive beskadiget på grund af øget opvarmning, især ved høje belastningsstrømme. Datablad og PCB tegning
