DC/DC muundureid kasutatakse laialdaselt erinevate elektroonikaseadmete toiteks. Neid kasutatakse arvutiseadmetes, sideseadmetes, erinevates juhtimis- ja automaatikaahelates jne.
Trafo toiteallikad
Traditsioonilistes trafo toiteallikates muundatakse toitevõrgu pinge, enamasti vähendatakse, trafo abil soovitud väärtuseks. Vähenenud pinget tasandab kondensaatorfilter. Vajadusel paigaldatakse pärast alaldit pooljuhtstabilisaator.
Trafo toiteallikad on tavaliselt varustatud lineaarsete stabilisaatoritega. Sellistel stabilisaatoritel on vähemalt kaks eelist: madal hind ja väike osade arv rakmetes. Kuid neid eeliseid vähendab madal efektiivsus, kuna märkimisväärne osa sisendpingest kasutatakse juhttransistori soojendamiseks, mis on kaasaskantavate elektroonikaseadmete toiteks täiesti vastuvõetamatu.
DC/DC muundurid
Kui seadme toiteallikaks on galvaanilised elemendid või patareid, on pinge muundamine nõutavale tasemele võimalik ainult DC/DC muundurite abil.
Idee on üsna lihtne: alalispinge muundatakse vahelduvpingeks, tavaliselt sagedusega mitukümmend või isegi sadu kilohertsi, suurendatakse (vähendatakse) ja seejärel alaldatakse ja antakse koormusele. Selliseid muundureid nimetatakse sageli impulssmuunduriteks.
Näiteks on võimendusmuundur 1,5 V-lt 5 V-le, vaid arvuti USB väljundpinge. Sarnast väikese võimsusega muundurit müüakse Aliexpressis.
Riis. 1. Konverter 1,5V/5V
Impulssmuundurid on head, kuna neil on kõrge kasutegur, ulatudes 60...90%. Impulssmuundurite eeliseks on ka lai valik sisendpingeid: sisendpinge võib olla väljundpingest madalam või palju suurem. Üldiselt võib DC/DC muundurid jagada mitmeks rühmaks.
Konverterite klassifikatsioon
Langetamine, inglise terminoloogias step-down ehk buck
Nende muundurite väljundpinge on reeglina sisendpingest madalam: ilma oluliste juhttransistori küttekadudeta saab 12...50V sisendpingega pinge vaid mõne voldise. Selliste muundurite väljundvool sõltub koormuse vajadusest, mis omakorda määrab muunduri vooluahela konstruktsiooni.
Teine ingliskeelne nimi astmelisele muundurile on chopper. Üks selle sõna tõlkevõimalusi on katkestaja. Tehnilises kirjanduses nimetatakse astmelist muundurit mõnikord ka chopperiks. Praegu meenutagem seda terminit.
Kasvav, ingliskeelses terminoloogias step-up või boost
Nende muundurite väljundpinge on sisendpingest kõrgem. Näiteks sisendpinge 5V korral võib väljundpinge olla kuni 30V ning selle sujuv reguleerimine ja stabiliseerimine on võimalik. Üsna sageli nimetatakse võimendusmuundureid võimenditeks.
Universaalmuundurid - SEPIC
Nende muundurite väljundpinget hoitakse etteantud tasemel, kui sisendpinge on sisendpingest kõrgem või madalam. Soovitatav juhtudel, kui sisendpinge võib olulistes piirides erineda. Näiteks autos võib aku pinge kõikuda 9...14V piires, aga tuleb saada stabiilne pinge 12V.
Inverteerivad muundurid
Nende muundurite põhiülesanne on toota toiteallika suhtes vastupidise polaarsusega väljundpinget. Väga mugav juhtudel, kui on vaja näiteks bipolaarset voolu.
Kõik nimetatud muundurid võivad olla stabiliseeritud või stabiliseerimata, väljundpinge võib olla galvaaniliselt ühendatud sisendpingega või olla galvaanilise pingeisolatsiooniga. Kõik sõltub konkreetsest seadmest, milles muundurit kasutatakse.
Et liikuda edasi alalis-alalisvoolumuundurite loo juurde, peaksite teooriat vähemalt üldiselt mõistma.
Astmeline muundur chopper - buck converter
Selle funktsionaalne diagramm on näidatud alloleval joonisel. Nooled juhtmetel näitavad voolude suundi.
Joonis 2. Hakkija stabilisaatori funktsionaalne skeem
Sisendpinge Uin antakse sisendfiltrile - kondensaatorile Cin. Võtmeelemendina kasutatakse VT-transistori, see teostab kõrgsagedusliku voolu lülitamist. See võib olla kumbki. Lisaks näidatud osadele sisaldab vooluahel tühjendusdioodi VD ja väljundfiltrit - LCout, millest antakse pinge koormusele Rн.
On lihtne näha, et koormus on ühendatud jadamisi elementidega VT ja L. Seetõttu on vooluahel järjestikune. Kuidas pingelangus tekib?
Impulsi laiuse modulatsioon - PWM
Juhtahel toodab konstantse sagedusega või konstantse perioodiga ristkülikukujulisi impulsse, mis on sisuliselt sama asi. Need impulsid on näidatud joonisel 3.
Joonis 3. Kontrolli impulsse
Siin t on impulsi aeg, transistor on avatud, t on pausi aeg ja transistor on suletud. Suhet ti/T nimetatakse töötsükli töötsükliks, mida tähistatakse tähega D ja väljendatakse %% või lihtsalt numbritega. Näiteks kui D on 50%, selgub, et D=0,5.
Seega võib D varieeruda vahemikus 0 kuni 1. Kui väärtus on D=1, on võtmetransistor täisjuhtivuse olekus ja kui D=0 on väljalülitatud olekus, siis lihtsalt öeldes on see suletud. Pole raske arvata, et D=50% juures on väljundpinge võrdne poolega sisendist.
On üsna ilmne, et väljundpinget reguleeritakse juhtimpulsi laiuse t muutmisega ja tegelikult ka koefitsiendi D muutmisega. Seda reguleerimispõhimõtet nimetatakse (PWM). Peaaegu kõigis lülitustoiteallikates stabiliseeritakse väljundpinge PWM-i abil.
Joonistel 2 ja 6 näidatud diagrammidel on PWM "peidetud" ristkülikutesse, millel on silt "Juhtskeem", mis täidab mõningaid lisafunktsioone. Näiteks võib see olla väljundpinge pehme käivitamine, kaugsisselülitamine või muunduri lühisekaitse.
Üldiselt on muundurid nii laialt levinud, et elektroonikakomponentide tootjad on hakanud tootma PWM-kontrollereid igaks juhuks. Sortiment on nii suur, et nende loetlemiseks oleks vaja tervet raamatut. Seetõttu ei tule kellelegi pähe monteerida konvertereid kasutades diskreetseid elemente või nagu sageli öeldakse “lahti” kujul.
Veelgi enam, valmis väikese võimsusega muundureid saab osta madala hinnaga Aliexpressist või Ebayst. Sel juhul piisab amatöörprojekti paigaldamiseks sisend- ja väljundjuhtmete plaadile jootmisest ja vajaliku väljundpinge seadistamisest.
Kuid pöördume tagasi meie joonise 3 juurde. Sel juhul määrab koefitsient D, kui kaua see on avatud (1. faas) või suletud (2. faas). Nende kahe faasi puhul saab vooluahelat kujutada kahel joonisel. Joonistel EI OLE ESITADA elemente, mida selles faasis ei kasutata.
Joonis 4. Faas 1
Kui transistor on avatud, läbib toiteallika (galvaanielement, aku, alaldi) vool induktiivset drosselit L, koormust Rн ja laadimiskondensaatorit Cout. Samal ajal voolab vool läbi koormuse, kondensaator Cout ja induktiivpool L koguvad energiat. Induktiivpooli induktiivsuse mõju tõttu vool iL TÕHJESTI SUURENDAB. Seda faasi nimetatakse pumpamiseks.
Pärast seda, kui koormuspinge jõuab seatud väärtuseni (määratud juhtseadme seadistustega), sulgub VT transistor ja seade liigub teise faasi - tühjendusfaasi. Joonisel olevat suletud transistorit pole üldse näidatud, nagu seda polekski. Kuid see tähendab ainult seda, et transistor on suletud.
Joonis 5. 2. faas
Kui VT-transistor on suletud, siis induktiivpoolis energiat ei täiendata, kuna toiteallikas on välja lülitatud. Induktiivsus L hoiab ära induktiivpooli mähist läbiva voolu (iseinduktsiooni) suuruse ja suuna muutused.
Seetõttu ei saa vool koheselt peatuda ja see suletakse läbi "dioodikoormuse" ahela. Seetõttu nimetatakse VD-dioodi tühjendusdioodiks. Reeglina on see kiire Schottky diood. Pärast kontrollperioodi, faasi 2, lülitub ahel 1. faasi ja protsess kordub uuesti. Vaadeldava vooluahela väljundi maksimaalne pinge võib olla võrdne sisendiga ja mitte midagi enamat. Sisendist suurema väljundpinge saamiseks kasutatakse võimendusmuundureid.
Praegu peame lihtsalt meelde tuletama induktiivsuse suurust, mis määrab chopperi kaks töörežiimi. Kui induktiivsus on ebapiisav, töötab muundur katkestusvoolu režiimis, mis on toiteallikate jaoks täiesti vastuvõetamatu.
Kui induktiivsus on piisavalt suur, toimub töötamine pideva voolu režiimis, mis võimaldab väljundfiltrite abil saada konstantset pinget vastuvõetava pulsatsioonitasemega. Pideva voolu režiimis töötavad ka võimendusmuundurid, millest tuleb juttu allpool.
Efektiivsuse veidi tõstmiseks asendatakse tühjendusdiood VD MOSFET-transistoriga, mis avatakse õigel hetkel juhtahela poolt. Selliseid muundureid nimetatakse sünkroonseteks. Nende kasutamine on õigustatud, kui muunduri võimsus on piisavalt suur.
Suurendage või võimendage muundureid
Boost-muundureid kasutatakse peamiselt madalpinge toiteallikaks, näiteks kahelt või kolmelt akult ning mõned konstruktsioonikomponendid nõuavad väikese voolutarbega pinget 12...15V. Üsna sageli nimetatakse võimendusmuundurit lühidalt ja selgelt sõnaks "võimendus".
Joonis 6. Võimendusmuunduri funktsionaalne diagramm
Sisendpinge Uin rakendatakse sisendfiltrile Cin ja antakse seeriaühendusega L ja lülitustransistorile VT. Mähise ja transistori äravoolu vahelise ühenduspunktiga on ühendatud VD-diood. Koormus Rн ja šundi kondensaator Cout on ühendatud dioodi teise klemmiga.
VT-transistori juhib juhtahel, mis toodab stabiilse sagedusega juhtsignaali reguleeritava töötsükliga D, täpselt nii, nagu kirjeldati ülalpool chopperi ahelat kirjeldades (joonis 3). VD-diood blokeerib võtmetransistori koormuse õigel ajal.
Kui võtmetransistor on avatud, on pooli L parempoolne väljund vastavalt skeemile ühendatud toiteallika Uin negatiivse poolusega. Toiteallikast tulenev suurenev vool (induktiivsuse mõjul) voolab läbi mähise ja avatud transistori ning energia koguneb mähisesse.
Sel ajal blokeerib diood VD lülitusahela koormus- ja väljundkondensaatori, takistades sellega väljundkondensaatori tühjenemist avatud transistori kaudu. Sel hetkel saab koormust kondensaatorisse Cout kogunenud energiast. Loomulikult langeb väljundkondensaatori pinge.
Niipea kui väljundpinge langeb veidi alla seatud väärtuse (määratud juhtahela seadistustega), sulgub võtmetransistor VT ja induktiivpooli salvestatud energia laadib dioodi VD kaudu uuesti kondensaatori Cout, mis pingestab koormus. Sel juhul liidetakse sisendpingele ja kantakse üle koormusele mähise L iseinduktsiooni emf, mistõttu on väljundpinge suurem kui sisendpinge.
Kui väljundpinge saavutab seatud stabiliseerimistaseme, avab juhtahel transistori VT ja protsess kordub energia salvestamise faasist.
Universaalsed muundurid - SEPIC (ühe otsaga primaarinduktiivmuundur või asümmeetriliselt koormatud primaarinduktiivsusega muundur).
Selliseid muundureid kasutatakse peamiselt siis, kui koormuse võimsus on ebaoluline ja sisendpinge muutub väljundpinge suhtes üles või alla.
Joonis 7. SEPIC-muunduri funktsionaalne skeem
Väga sarnane joonisel 6 näidatud võimendusmuunduri ahelaga, kuid lisaelementidega: kondensaator C1 ja mähis L2. Just need elemendid tagavad muunduri töö pinge alandamise režiimis.
SEPIC-muundureid kasutatakse rakendustes, kus sisendpinge on väga erinev. Näiteks 4V-35V kuni 1,23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Just selle nime all müüakse konverterit Hiina kauplustes, mille vooluring on näidatud joonisel 8 (suurendamiseks klõpsake joonisel).
Joonis 8. SEPIC-muunduri skemaatiline diagramm
Joonisel 9 on näidatud tahvli välimus koos põhielementide tähistusega.
Joonis 9. SEPIC-muunduri välimus
Joonisel on kujutatud põhiosad vastavalt joonisele 7. Pange tähele, et pooli L1 L2 on kaks. Selle funktsiooni põhjal saate kindlaks teha, et tegemist on SEPIC-muunduriga.
Plaadi sisendpinge võib olla vahemikus 4…35V. Sel juhul saab väljundpinget reguleerida vahemikus 1,23…32V. Konverteri töösagedus on 500 KHz Väikeste mõõtmetega 50 x 25 x 12 mm annab plaat võimsust kuni 25 W. Maksimaalne väljundvool kuni 3A.
Kuid siin tuleks teha märkus. Kui väljundpingeks on seatud 10V, siis ei tohi väljundvool olla suurem kui 2,5A (25W). Väljundpinge 5V ja maksimaalse vooluga 3A korral on võimsus vaid 15W. Siin on peamine asi mitte üle pingutada: ärge ületage maksimaalset lubatud võimsust või ärge ületage lubatud voolupiire.
LM2596 vähendab sisendpinget (40 V-ni) - väljund on reguleeritud, vool on 3 A. Ideaalne auto LED-ide jaoks. Väga odavad moodulid - Hiinas umbes 40 rubla.
Texas Instruments toodab kvaliteetseid, töökindlaid, taskukohaseid ja odavaid, lihtsalt kasutatavaid DC-DC kontrollereid LM2596. Hiina tehased toodavad selle baasil üliodavaid impulssmuundureid: LM2596 mooduli hind on ligikaudu 35 rubla (koos kohaletoimetamisega). Soovitan osta korraga 10 tk partii - neist leiab alati kasu ja hind langeb 32 rubla peale ja 50 tk tellides alla 30 rubla. Lugege lähemalt mikrolülituse vooluahela arvutamise, voolu ja pinge reguleerimise, selle rakenduse ja muunduri mõningate puuduste kohta.
Tüüpiline kasutusviis on stabiliseeritud pingeallikas. Selle stabilisaatori baasil on lihtne teha lülitustoiteallikat, kasutan seda lihtsa ja töökindla laboratoorse toiteallikana, mis talub lühiseid. Need on atraktiivsed tänu kvaliteedi järjepidevusele (need kõik näivad olevat valmistatud samas tehases - ja viies osas on raske vigu teha) ning täieliku vastavuse tõttu andmelehele ja deklareeritud omadustele.
Teine rakendus on impulssvoolu stabilisaator suure võimsusega LED-ide toiteallikas. Selle kiibi moodul võimaldab teil ühendada 10-vatise auto LED-maatriksi, pakkudes lisaks lühisekaitset.
Soovitan soojalt osta neid kümmekond – need tulevad kindlasti kasuks. Need on omal moel ainulaadsed - sisendpinge on kuni 40 volti ja vaja on vaid 5 välist komponenti. See on mugav – kaablite ristlõiget vähendades saab targa kodu toitebussi pinget tõsta 36 voldini. Paigaldame sellise mooduli tarbimiskohtadesse ja seadistame vajalikule 12, 9, 5 voltile või vastavalt vajadusele.
Vaatame neid lähemalt.
Kiibi omadused:
- Sisendpinge - 2,4 kuni 40 volti (HV versioonis kuni 60 volti)
- Väljundpinge - fikseeritud või reguleeritav (1,2 kuni 37 volti)
- Väljundvool - kuni 3 amprit (hea jahutusega - kuni 4,5A)
- Teisendussagedus - 150 kHz
- Korpus – TO220-5 (läbiava kinnitus) või D2PAK-5 (pinnakinnitus)
- Kasutegur - 70-75% madalal pingel, kuni 95% kõrgel pingel
- Stabiliseeritud pingeallikas
- Konverteri ahel
- Andmeleht
- USB-laadija, mis põhineb LM2596-l
- Praegune stabilisaator
- Kasutage omatehtud seadmetes
- Väljundvoolu ja pinge reguleerimine
- LM2596 täiustatud analoogid
Ajalugu - lineaarsed stabilisaatorid
Alustuseks selgitan, miks standardsed lineaarpingemuundurid, nagu LM78XX (näiteks 7805) või LM317, on halvad. Siin on selle lihtsustatud diagramm.
Sellise muunduri põhielemendiks on võimas bipolaarne transistor, mis on sisse lülitatud selle algses tähenduses - juhitava takistina. See transistor on osa Darlingtoni paarist (voolu ülekandeteguri suurendamiseks ja vooluahela tööks vajaliku võimsuse vähendamiseks). Baasvoolu määrab operatsioonvõimendi, mis võimendab väljundpinge ja ION (referentspingeallika) poolt seatud erinevust, st. see on ühendatud klassikalise veavõimendi ahela järgi.
Seega lülitab muundur takisti lihtsalt koormusega järjestikku sisse ja juhib selle takistust nii, et näiteks üle koormuse kustub täpselt 5 volti. Lihtne on arvutada, et kui pinge langeb 12 voltilt 5-le (väga levinud juhtum 7805 kiibi kasutamisel), jaotatakse sisend 12 volti stabilisaatori ja koormuse vahel suhtega “7 volti stabilisaatoril + 5 volti koormusel." Poole amprise voolu korral vabaneb koormusel 2,5 vatti ja 7805 juures koguni 3,5 vatti.
Selgub, et "lisa" 7 volti lihtsalt kustub stabilisaatoril, muutudes soojuseks. Esiteks põhjustab see probleeme jahutusega ja teiseks võtab see toiteallikast palju energiat. Pistikupesast toidetuna pole see väga hirmutav (kuigi see kahjustab keskkonda), kuid patareide või laetavate patareide toitel ei saa seda tähelepanuta jätta.
Teine probleem on see, et seda meetodit kasutades on võimendusmuundurit üldiselt võimatu teha. Sageli tekib selline vajadus ja katsed seda probleemi lahendada kakskümmend või kolmkümmend aastat tagasi on hämmastavad - kui keeruline oli selliste vooluahelate süntees ja arvutamine. Üks lihtsamaid sedalaadi ahelaid on push-pull 5V->15V muundur.
Tuleb tunnistada, et see tagab galvaanilise isolatsiooni, kuid ei kasuta trafot tõhusalt - primaarmähisest kasutatakse igal ajal ainult pool.
Unustame selle nagu halva unenäo ja liigume edasi kaasaegse vooluringi juurde.
Pingeallikas
Skeem
Mikrolülitust on mugav kasutada astmelise muundurina: sees asub võimas bipolaarne lüliti, jääb vaid lisada ülejäänud regulaatori komponendid - kiirdiood, induktiivsus ja väljundkondensaator, samuti on võimalik paigaldage sisendkondensaator - ainult 5 osa.
LM2596ADJ versioon nõuab ka väljundpinge seadistusahelat, need on kaks takistit või üks muutuv takisti.
LM2596-l põhinev pingemuunduri ahel:
Kogu skeem koos:
Siin saate laadige alla LM2596 andmeleht.
Tööpõhimõte: seadme sees asuv võimas lüliti, mida juhib PWM-signaal, saadab induktiivsusele pingeimpulsse. Punktis A on x% ajast täispinge ja (1-x)% ajast on pinge null. LC-filter silub neid võnkumisi, tuues esile konstantse komponendi, mis on võrdne x * toitepingega. Diood lõpetab ahela, kui transistor on välja lülitatud.
Üksikasjalik töökirjeldus
Induktiivsus takistab seda läbiva voolu muutumist. Kui pinge ilmub punktis A, tekitab induktiivpool suure negatiivse iseinduktsioonipinge ja koormuse pinge võrdub toitepinge ja iseinduktsiooni pinge vahega. Koormuse induktiivvool ja pinge suurenevad järk-järgult.
Pärast pinge kadumist punktis A püüab induktiivpool säilitada eelmist koormusest ja kondensaatorist voolavat voolu ning lühistab selle läbi dioodi maandusega - see langeb järk-järgult. Seega on koormuse pinge alati väiksem kui sisendpinge ja sõltub impulsside töötsüklist.
Väljundpinge
Moodul on saadaval neljas versioonis: pingega 3,3V (indeks –3,3), 5V (indeks –5,0), 12V (indeks –12) ja reguleeritava versiooniga LM2596ADJ. Kohandatud versiooni on mõttekas kasutada kõikjal, kuna seda on elektroonikaettevõtete ladudes saadaval suurtes kogustes ja tõenäoliselt ei teki sellest puudust - ja selleks on vaja ainult kahte senti takistit. Ja loomulikult on populaarne ka 5-voldine versioon.
Laos olev kogus on viimases veerus.
Väljundpinge saab seadistada DIP-lüliti kujul, selle hea näide on toodud siin või pöördlüliti kujul. Mõlemal juhul vajate täppistakistite akut - kuid pinget saate reguleerida ka voltmeetrita.
Raam
Korpuse valikuid on kaks: tasapinnalise kinnitusega korpus TO-263 (mudel LM2596S) ja läbiva avaga korpus TO-220 (mudel LM2596T). Eelistan kasutada LM2596S tasapinnalist versiooni, kuna sel juhul on jahutusradiaator plaat ise ja täiendavat välist radiaatorit pole vaja osta. Lisaks on selle mehaaniline vastupidavus palju suurem, erinevalt TO-220-st, mis tuleb millegi külge kruvida, kasvõi plaadi külge - aga siis on tasapinnalist versiooni lihtsam paigaldada. Soovitan kasutada toiteplokkides LM2596T-ADJ kiipi, kuna selle korpusest on lihtsam eemaldada suur hulk soojust.
Sisendpinge pulsatsiooni silumine
Võib kasutada pärast voolu parandamist tõhusa "targa" stabilisaatorina. Kuna mikroskeem jälgib otseselt väljundpinget, põhjustavad sisendpinge kõikumised mikroskeemi konversiooniteguri pöördvõrdelise muutuse ja väljundpinge jääb normaalseks.
Siit järeldub, et LM2596 kasutamisel trafo ja alaldi järel alandava muundurina võib sisendkondensaator (st see, mis asub vahetult pärast dioodsilda) olla väikese mahtuvusega (umbes 50-100 μF).
Väljundkondensaator
Tänu suurele konversioonisagedusele ei pea ka väljundkondensaator olema suure mahutavusega. Isegi võimsal tarbijal pole aega seda kondensaatorit ühe tsükli jooksul oluliselt vähendada. Teeme arvutuse: võtame 100 µF kondensaatori, 5 V väljundpinge ja 3 amprit tarbiva koormuse. Kondensaatori täislaadimine q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.
Ühe konversioonitsükli jooksul võtab koormus kondensaatorilt dq = I*t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC (see on ainult 4% kondensaatori kogulaengust) ja kohe algab uus tsükkel ja muundur paneb kondensaatorisse uue osa energiast.
Kõige tähtsam on mitte kasutada sisend- ja väljundkondensaatoritena tantaalkondensaatoreid. Nad kirjutavad andmelehtedele otse - "ärge kasutage toiteahelates", sest nad taluvad väga halvasti isegi lühiajalisi liigpingeid ja neile ei meeldi suured impulssvoolud. Kasutage tavalisi alumiiniumist elektrolüütkondensaatoreid.
Tõhusus, efektiivsus ja soojuskadu
Kasutegur pole nii kõrge, kuna võimsa lülitina kasutatakse bipolaarset transistorit - ja sellel on nullist erinev pingelang, umbes 1,2 V. Sellest tuleneb ka efektiivsuse langus madalatel pingetel.
Nagu näete, saavutatakse maksimaalne efektiivsus siis, kui sisend- ja väljundpinge erinevus on umbes 12 volti. See tähendab, et kui teil on vaja pinget 12 volti vähendada, läheb soojuseks minimaalne kogus energiat.
Mis on muunduri efektiivsus? See on väärtus, mis iseloomustab voolukadusid - mis on tingitud soojuse tekkest täielikult avatud võimsal lülitil Joule-Lenzi seaduse kohaselt ja sarnastest kadudest siirdeprotsesside ajal - kui lüliti on näiteks ainult pooleldi avatud. Mõlema mehhanismi mõju võib ulatuselt olla võrreldav, seega ei tohiks unustada mõlemat kahjuteed. Väikest võimsust kasutatakse ka muunduri enda “ajude” toitmiseks.
Ideaalis on pinge konverteerimisel U1-st U2-ks ja väljundvooluks I2 väljundvõimsus võrdne P2 = U2*I2, sisendvõimsus sellega võrdne (ideaaljuhul). See tähendab, et sisendvool on I1 = U2/U1*I2.
Meie puhul on konversiooni efektiivsus alla ühtsuse, seega jääb osa energiast seadmesse. Näiteks kasuteguri η korral on väljundvõimsus P_out = η*P_in ja kaod P_kadu = P_sisse-P_out = P_sisse*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Loomulikult peab muundur suurendama sisendvoolu, et säilitada määratud väljundvool ja pinge.
Võib eeldada, et 12V -> 5V ja 1A väljundvoolu teisendamisel on mikroskeemi kaod 1,3 vatti ja sisendvool 0,52 A. Igal juhul on see parem kui mis tahes lineaarmuundur, mis annab vähemalt 7 vatti kadu ja tarbib sisendvõrgust 1 ampri (kaasa arvatud selle kasutu ülesande jaoks) - kaks korda rohkem.
Muide, mikroskeemil LM2577 on kolm korda madalam töösagedus ja selle efektiivsus on veidi suurem, kuna siirdeprotsessides on kadusid vähem. See vajab aga induktiivpooli ja väljundkondensaatori kolm korda suuremat reitingut, mis tähendab lisaraha ja plaadi suurust.
Väljundvoolu suurendamine
Vaatamata mikrolülituse juba üsna suurele väljundvoolule on mõnikord vaja isegi rohkem voolu. Kuidas sellest olukorrast välja tulla?
- Paralleelistada saab mitut muundurit. Loomulikult peavad need olema seatud täpselt samale väljundpingele. Tagasisidepinge seadistusahelas ei saa sel juhul hakkama lihtsate SMD takistitega, tuleb kasutada kas 1% täpsusega takisteid või pinget käsitsi reguleerida muutuva takistiga.
USB laadija LM2596 jaoks
Saate teha väga mugava reisi-USB laadija. Selleks peate seadma regulaatori pingele 5 V, varustama selle USB-pordiga ja andma laadijale toite. Kasutan Hiinast ostetud raadiomudeli liitiumpolümeerakut, mis tagab 11,1 V pingel 5 ampritundi. Seda on palju – piisab 8 korda laadige tavalist nutitelefoni (ei arvesta tõhusust). Tõhusust arvesse võttes on see vähemalt 6 korda suurem.
Ärge unustage lühistada USB-pesa D+- ja D-kontakte, et anda telefonile teada, et see on laadijaga ühendatud ja ülekantav vool on piiramatu. Ilma selle sündmuseta arvab telefon, et see on arvutiga ühendatud ja laetakse 500 mA vooluga - väga pikka aega. Pealegi ei pruugi selline vool isegi telefoni voolutarbimist kompenseerida ja aku ei lae üldse.
Samuti saate sigaretisüütaja pistikuga autoakult eraldi 12 V sisendi anda - ja lülitada allikaid mingi lülitiga. Soovitan teil paigaldada LED, mis annab märku, et seade on sisse lülitatud, et mitte unustada akut pärast täielikku laadimist välja lülitada - vastasel juhul tühjendavad muunduri kaod varuaku mõne päeva jooksul täielikult.
Seda tüüpi aku ei ole eriti sobiv, kuna see on mõeldud suure voolu jaoks - võite proovida leida väiksema voolutugevusega aku ja see on väiksem ja kergem.
Praegune stabilisaator
Väljundvoolu reguleerimine
Saadaval ainult reguleeritava väljundpingega versiooniga (LM2596ADJ). Muide, hiinlased teevad ka seda plaadi versiooni, pinge, voolu ja kõikvõimalike näidustuste reguleerimisega - lühisekaitsega valmis voolu stabilisaatori mooduli LM2596 peal saab osta nimetuse all xw026fr4.
Kui te ei soovi kasutada valmis moodulit ja soovite seda vooluahelat ise teha, pole midagi keerulist, välja arvatud üks erand: mikroskeemil pole voolu juhtimise võimalust, kuid saate selle lisada. Selgitan, kuidas seda teha, ja selgitan keerulisi kohti.
Rakendus
Voolu stabilisaator on võimsate LED-ide toiteks vajalik asi (muide - minu mikrokontrolleri projekt suure võimsusega LED-draiverid), laserdioodid, galvaniseerimine, aku laadimine. Nagu pinge stabilisaatorite puhul, on selliseid seadmeid kahte tüüpi - lineaarne ja impulss.
Klassikaline lineaarne voolustabilisaator on LM317 ja see on omas klassis päris hea - aga selle maksimaalne vool on 1,5A, millest paljudele võimsatele LEDidele ei piisa. Isegi kui toite seda stabilisaatorit välise transistoriga, on selle kaod lihtsalt vastuvõetamatud. Terve maailm ajab lärmi ooterežiimi pirnide energiakulu pärast, aga siin töötab LM317 30% efektiivsusega See pole meie meetod.
Kuid meie mikroskeem on mugav draiver impulsspinge muundurile, millel on palju töörežiime. Kaod on minimaalsed, kuna transistoride lineaarseid töörežiime ei kasutata, on ainult võtmetähtsusega.
Algselt oli see mõeldud pinge stabiliseerimisahelate jaoks, kuid mitmed elemendid muudavad selle voolu stabilisaatoriks. Fakt on see, et mikroskeem tugineb täielikult tagasisidena "Tagasiside" signaalile, kuid mida seda toita, on meie otsustada.
Tavalises lülitusahelas antakse sellele jalale pinge takistusliku väljundpingejaoturi kaudu. 1,2 V on tasakaal; kui tagasisidet on vähem, suurendab juht impulsside töötsüklit, kui rohkem, siis vähendab. Kuid sellele sisendile saate pinget rakendada voolu šundist!
Šunt
Näiteks voolu 3A korral peate võtma šundi, mille nimiväärtus ei ületa 0,1 oomi. Sellise takistuse korral vabastab see vool umbes 1 W, nii et see on palju. Parem on paralleelselt asetada kolm sellist šunti, mille takistus on 0,033 oomi, pingelangus 0,1 V ja soojuseraldus 0,3 W.
Tagasiside sisend nõuab aga pinget 1,2 V - ja meil on ainult 0,1 V. Suurema takistuse paigaldamine on ebaratsionaalne (soojust eraldub 150 korda rohkem), seega jääb üle vaid seda pinget kuidagi tõsta. Seda tehakse operatiivvõimendi abil.
Mitteinverteeriv op-amp võimendi
Klassikaline skeem, mis võiks olla lihtsam?
Me ühineme
Nüüd ühendame tavalise pingemuunduri ahela ja võimendi, kasutades LM358 op-amp'i, mille sisendisse ühendame voolu šundi.
Võimas 0,033 oomi takisti on šunt. Seda saab teha kolmest paralleelselt ühendatud 0,1-oomisest takistist ja lubatava võimsuse hajumise suurendamiseks kasutage SMD takisteid 1206 pakendis, asetage need väikese vahega (mitte üksteise lähedale) ja proovige jätta nii palju vasekihti ümber takistid ja nende all võimalikult. Tagasiside väljundisse on ühendatud väike kondensaator, et välistada võimalik üleminek ostsillaatorirežiimile.
Reguleerime nii voolu kui pinget
Ühendame tagasiside sisendiga mõlemad signaalid – nii voolu kui pinge. Nende signaalide kombineerimiseks kasutame dioodidel tavalist juhtmestiku skeemi “AND”. Kui voolusignaal on pingesignaalist kõrgem, siis see domineerib ja vastupidi.
Paar sõna skeemi rakendatavuse kohta
Väljundpinget ei saa reguleerida. Kuigi nii väljundvoolu kui ka pinget on võimatu korraga reguleerida - need on üksteisega proportsionaalsed, "koormustakistuse" koefitsiendiga. Ja kui toiteallikas rakendab sellist stsenaariumi nagu "konstantne väljundpinge, kuid kui vool ületab, hakkame pinget vähendama", st. CC/CV on juba laadija.
Ahela maksimaalne toitepinge on 30 V, kuna see on LM358 piirang. Saate seda piiri pikendada 40 V-ni (või versiooniga LM2596-HV 60 V-ni), kui toite op-võimendi Zener-dioodilt.
Viimase variandi puhul on summeerivate dioodidena vaja kasutada dioodisõlme, kuna mõlemad selles olevad dioodid on valmistatud sama tehnoloogilise protsessi käigus ja samal räniplaadil. Nende parameetrite levik on palju väiksem kui üksikute diskreetdioodide parameetrite levik - tänu sellele saavutame jälgimisväärtuste suure täpsuse.
Samuti peate hoolikalt tagama, et operatsioonivõimendi ahel ei erutu ega läheks laserirežiimi. Selleks proovige vähendada kõigi juhtmete pikkust ja eriti LM2596 kontaktiga 2 ühendatud rööbastee pikkust. Ärge asetage operatsioonivõimendit selle raja lähedusse, vaid asetage SS36 diood ja filtrikondensaator LM2596 korpusele lähemale ning tagage nende elementidega ühendatud maandusahela minimaalne pindala - on vaja tagada selle minimaalne pikkus. tagasivoolutee “LM2596 -> VD/C -> LM2596”.
LM2596 rakendamine seadmetes ja sõltumatu plaadi paigutus
Rääkisin üksikasjalikult mikroskeemide kasutamisest oma seadmetes, mitte valmis mooduli kujul teine artikkel, mis hõlmab: dioodi valikut, kondensaatoreid, induktiivpooli parameetreid ning rääkis ka õigest juhtmestikust ja paarist lisanipist.
Edasise arengu võimalused
LM2596 täiustatud analoogid
Lihtsaim viis pärast seda kiipi on sellele lülituda LM2678. Sisuliselt on see sama astmeline muundur, ainult väljatransistoriga, tänu millele tõuseb kasutegur 92%-ni. Tõsi, sellel on 5 jala asemel 7 ja see ei ole pin-to-pin-ühilduv. See kiip on aga väga sarnane ning see on lihtne ja mugav valik koos parema tõhususega.
L5973D– üsna vana kiip, mis annab kuni 2,5A ja veidi kõrgem kasutegur. Sellel on ka peaaegu kaks korda suurem konversioonisagedus (250 kHz) – seetõttu on nõutavad madalamad induktiivpooli ja kondensaatori nimiväärtused. Küll aga nägin, mis sellest saab, kui otse autovõrku panna - üsna tihti lööb see häired välja.
ST1S10- ülitõhus (90% kasuteguriga) DC-DC astmeline muundur.
- Vajab 5–6 väliskomponenti;
ST1S14- kõrgepinge (kuni 48 volti) kontroller. Kõrge töösagedus (850 kHz), väljundvool kuni 4A, võimsus Hea väljund, kõrge kasutegur (mitte halvem kui 85%) ja kaitseahel liigse koormusvoolu eest teevad sellest tõenäoliselt parima muunduri serveri toiteks 36-voldist. allikas.
Kui on vaja maksimaalset tõhusust, peate kasutama integreerimata alalisvoolu alalisvoolu kontrollereid. Integreeritud kontrollerite probleem seisneb selles, et neil pole kunagi lahedaid jõutransistore – tüüpiline kanalitakistus ei ületa 200 mOhm. Kui aga võtta kontroller ilma sisseehitatud transistorita, saab valida mis tahes transistori, isegi AUIRFS8409–7P, mille kanalitakistus on pool millioomi
Välise transistoriga alalis-alalisvoolu muundurid
Järgmine osa
Sisendpinged kuni 61 V, väljundpinged alates 0,6 V, väljundvoolud kuni 4 A, võimalus väliselt sünkroniseerida ja reguleerida sagedust, samuti reguleerida piiravat voolu, reguleerida pehmet käivitusaega, terviklik koormuskaitse, lai töötemperatuuri vahemik – kõik need kaasaegsete toiteallikate omadused on saavutatavad, kasutades uut alalis-alalisvoolumuundurite sarja, mille toodab .
Praegu võimaldab STMicro toodetud lülitusregulaatorite mikroskeemide valik (joonis 1) luua toiteallikaid (PS), mille sisendpinge on kuni 61 V ja väljundvoolud kuni 4 A.
Pinge muundamise ülesanne ei ole alati lihtne. Igal konkreetsel seadmel on pingeregulaatorile oma nõuded. Mõnikord mängib suurt rolli hind (olmeelektroonika), suurus (kaasaskantav elektroonika), tõhusus (patareiseadmed) või isegi tootearenduse kiirus. Need nõuded on sageli üksteisega vastuolus. Sel põhjusel pole ideaalset ja universaalset pingemuundurit olemas.
Praegu kasutatakse mitut tüüpi muundureid: lineaarsed (pingestabilisaatorid), impulss-alalis-alalisvoolu muundurid, laengu ülekandeahelad ja isegi galvaanilistel isolaatoritel põhinevad toiteallikad.
Kõige levinumad on aga lineaarsed pingeregulaatorid ja alalis-alalisvoolu muundurid. Peamine erinevus nende skeemide toimimises ilmneb nimest. Esimesel juhul töötab toitelüliti lineaarses režiimis, teisel - võtmerežiimis. Nende skeemide peamised eelised, puudused ja rakendused on toodud allpool.
Lineaarse pingeregulaatori omadused
Lineaarse pingeregulaatori tööpõhimõte on hästi teada. Klassikalise integreeritud stabilisaatori μA723 töötas välja juba 1967. aastal R. Widlar. Hoolimata sellest, et elektroonika on sellest ajast saadik kaugele jõudnud, on tööpõhimõtted jäänud praktiliselt muutumatuks.
Standardne lineaarne pingeregulaatori ahel koosneb mitmest põhielemendist (joonis 2): võimsustransistor VT1, võrdluspinge allikas (VS) ja kompensatsiooni tagasisideahel operatsioonivõimendil (OPA). Kaasaegsed regulaatorid võivad sisaldada täiendavaid funktsionaalseid plokke: kaitseahelad (ülekuumenemise, liigvoolu eest), toitehaldusahelad jne.
Selliste stabilisaatorite tööpõhimõte on üsna lihtne. Op-amp'i tagasisideahel võrdleb võrdluspinge väärtust väljundjaguri R1/R2 pingega. Operatsioonivõimendi väljundis moodustub mittevastavus, mis määrab toitetransistori VT1 paisuallika pinge. Transistor töötab lineaarses režiimis: mida kõrgem on pinge op-amp väljundis, seda madalam on paisuallika pinge ja seda suurem on VT1 takistus.
See ahel võimaldab teil kompenseerida kõiki sisendpinge muutusi. Tõepoolest, oletame, et sisendpinge Uin on suurenenud. See põhjustab järgmise muutuste ahela: Uin suureneb → Uout suureneb → pinge jaguril R1/R2 suureneb → operatsioonivõimendi väljundpinge suureneb → paisuallika pinge väheneb → takistus VT1 suurenemine → Uout väheneb.
Selle tulemusena muutub sisendpinge muutumisel väljundpinge veidi.
Kui väljundpinge väheneb, toimuvad pinge väärtuste vastupidised muutused.
Alandava DC/DC muunduri töö omadused
Klassikalise alalis-alalisvoolu muunduri (I tüüpi muundur, buck-converter, astmeline muundur) lihtsustatud skeem koosneb mitmest põhielemendist (joonis 3): jõutransistor VT1, juhtimisahel (CS), filter (Lph). -Cph), pöörddiood VD1.
Erinevalt lineaarsest regulaatori ahelast töötab transistor VT1 lülitusrežiimis.
Kontuuri töötsükkel koosneb kahest faasist: pumbafaas ja tühjendusfaas (joonised 4...5).
Pumpamisfaasis on transistor VT1 avatud ja selle kaudu voolab vool (joonis 4). Energia salvestatakse mähises Lf ja kondensaatoris Vt.
Tühjendusfaasis on transistor suletud, vool läbi selle ei voola. Lf mähis toimib vooluallikana. VD1 on diood, mis on vajalik pöördvoolu liikumiseks.
Mõlemas faasis rakendatakse koormusele pinge, mis on võrdne kondensaatori Sph pingega.
Ülaltoodud ahel reguleerib väljundpinget, kui impulsi kestus muutub:
Uout = Uin × (ti/T)
Kui induktiivsuse väärtus on väike, on induktiivsust läbival tühjendusvoolul aega jõuda nullini. Seda režiimi nimetatakse vahelduva voolu režiimiks. Seda iseloomustab kondensaatori voolu ja pinge pulsatsiooni suurenemine, mis põhjustab väljundpinge kvaliteedi halvenemist ja vooluahela müra suurenemist. Sel põhjusel kasutatakse vahelduva voolu režiimi harva.
On olemas teatud tüüpi muunduri vooluring, milles "ebaefektiivne" diood VD1 asendatakse transistoriga. See transistor avaneb põhitransistoriga VT1 antifaasis. Sellist muundurit nimetatakse sünkroonseks ja sellel on suurem efektiivsus.
Pinge muundamisahelate eelised ja puudused
Kui ühel ülaltoodud skeemidest oleks absoluutne paremus, siis teine oleks ohutult unustatud. Seda aga ei juhtu. See tähendab, et mõlemal skeemil on eelised ja puudused. Skeemide analüüs tuleks läbi viia paljude kriteeriumide alusel (tabel 1).
Tabel 1. Pingeregulaatori ahelate eelised ja puudused
| Iseloomulik | Lineaarne regulaator | Buck DC/DC muundur |
| Tüüpiline sisendpinge vahemik, V | kuni 30 | kuni 100 |
| Tüüpiline väljundvoolu vahemik | sadu mA | üksused A |
| Tõhusus | lühike | kõrge |
| Väljundpinge seadistamise täpsus | ühikut % | ühikut % |
| Väljundpinge stabiilsus | kõrge | keskmine |
| Tekitatud müra | lühike | kõrge |
| Vooluahela rakendamise keerukus | madal | kõrge |
| PCB topoloogia keerukus | madal | kõrge |
| Hind | madal | kõrge |
Elektrilised omadused. Iga muunduri puhul on peamised omadused kasutegur, koormusvool, sisend- ja väljundpinge vahemik.
Lineaarsete regulaatorite efektiivsusväärtus on madal ja on pöördvõrdeline sisendpingega (joonis 6). See on tingitud asjaolust, et lineaarses režiimis töötava transistori kohal langeb kogu "lisa" pinge. Transistori võimsus vabaneb soojusena. Madal efektiivsus toob kaasa asjaolu, et lineaarse regulaatori sisendpingete ja väljundvoolude vahemik on suhteliselt väike: kuni 30 V ja kuni 1 A.
Lülitusregulaatori efektiivsus on palju suurem ja sõltub vähem sisendpingest. Samal ajal ei ole haruldane, et sisendpinged on üle 60 V ja koormusvoolud üle 1 A.
Kui kasutada sünkroonmuunduri ahelat, milles ebaefektiivne vabakäigudiood asendatakse transistoriga, siis on kasutegur veelgi suurem.
Väljundpinge täpsus ja stabiilsus. Lineaarsetel stabilisaatoritel võib olla ülikõrge täpsus ja parameetrite stabiilsus (protsenti). Väljundpinge sõltuvus sisendpinge muutustest ja koormusvoolust ei ületa paari protsenti.
Tööpõhimõtte kohaselt on impulssregulaatoril algselt samad veaallikad kui lineaarsel regulaatoril. Lisaks võib väljundpinge hälvet oluliselt mõjutada voolava voolu hulk.
Müra omadused. Lineaarsel regulaatoril on mõõdukas mürareaktsioon. Kõrgtäppismõõtmistehnoloogias kasutatakse madala müratasemega täppisregulaatoreid.
Lülitusstabilisaator ise on võimas häirete allikas, kuna toitetransistor töötab lülitusrežiimis. Tekkiv müra jaguneb juhitavaks (edastatakse elektriliinide kaudu) ja induktiivseks (edastatakse läbi mittejuhtivate vahendite).
Juhtivad häired kõrvaldatakse madalpääsfiltrite abil. Mida kõrgem on muunduri töösagedus, seda lihtsam on häiretest vabaneda. Mõõteahelates kasutatakse sageli lülitusregulaatorit koos lineaarse stabilisaatoriga. Sel juhul väheneb häirete tase oluliselt.
Induktiivsete häirete kahjulikest mõjudest on palju keerulisem vabaneda. See müra pärineb induktiivpoolist ja edastatakse õhu ja mittejuhtivate ainete kaudu. Nende kõrvaldamiseks kasutatakse varjestatud induktiivpoolid ja mähised toroidsüdamikul. Tahvli paigaldamisel kasutavad nad pidevat pinnase täitmist hulknurgaga ja/või valivad mitmekihilistes plaatides isegi eraldi pinnasekihi. Lisaks on impulssmuundur ise mõõteahelatest võimalikult kaugel.
Toimivusomadused. Skeemi rakendamise lihtsuse ja trükkplaadi paigutuse seisukohalt on lineaarsed regulaatorid äärmiselt lihtsad. Lisaks integreeritud stabilisaatorile endale on vaja vaid paari kondensaatorit.
Lülitusmuundur vajab vähemalt välist L-C filtrit. Mõnel juhul on vaja välist toitetransistorit ja välist vabakäigudioodi. See toob kaasa vajaduse arvutuste ja modelleerimise järele ning trükkplaadi topoloogia muutub oluliselt keerulisemaks. EMC nõuete tõttu on plaadi täiendav keerukus.
Hind. Ilmselgelt on suure hulga väliste komponentide tõttu impulssmuundur kõrge hind.
Kokkuvõtteks saab tuvastada mõlemat tüüpi muundurite kasulikud kasutusvaldkonnad:
- Lineaarseid regulaatoreid saab kasutada madala võimsusega madalpingeahelates, millel on kõrge täpsuse, stabiilsuse ja madala mürataseme nõuded. Näiteks võib tuua mõõtmis- ja täppisahelad. Lisaks võib lõpplahenduse väiksus ja odav olla ideaalne kaasaskantava elektroonika ja odavate seadmete jaoks.
- Lülitusregulaatorid sobivad ideaalselt suure võimsusega madal- ja kõrgepingeahelate jaoks autotööstuses, tööstuses ja olmeelektroonikas. Kõrge kasutegur muudab DC/DC kasutamise sageli kaasaskantavate ja akutoitel seadmete jaoks alternatiiviks.
Mõnikord on vaja kasutada kõrge sisendpinge korral lineaarseid regulaatoreid. Sellistel juhtudel võite kasutada ettevõtte STMicroelectronics toodetud stabilisaatoreid, mille tööpinge on üle 18 V (tabel 2).
Tabel 2. STMicroelectronics kõrge sisendpingega lineaarsed regulaatorid
| Nimi | Kirjeldus | Uin max, V | Uout nom, V | Iout nom, A | Omad tilk, V |
| 35 | 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15 | 0.5 | 2 | ||
| 500 mA täppisregulaator | 40 | 24 | 0.5 | 2 | |
| 2 A regulaator | 35 | 0.225 | 2 | 2 | |
| , | Reguleeritav regulaator | 40 | – | 0.1; 0.5; 1.5 | 2 |
| 3 A regulaator | 20 | – | 3 | 2 | |
| 150 mA täppisregulaator | 40 | – | 0.15 | 3 | |
| KFxx | 20 | 2.5: 8 | 0.5 | 0.4 | |
| Ülimadala iselangemise regulaator | 20 | 2.7: 12 | 0.25 | 0.4 | |
| 5 Madala väljalangevuse ja väljundpinge reguleerimisega regulaator | 30 | – | 1.5; 3; 5 | 1.3 | |
| Lexx | Ülimadala iselangemise regulaator | 20 | 3; 3.3; 4.5; 5; 8 | 0.1 | 0.2 |
| Ülimadala iselangemise regulaator | 20 | 3.3; 5 | 0.1 | 0.2 | |
| Ülimadala iselangemise regulaator | 40 | 3.3; 5 | 0.1 | 0.25 | |
| 85 mA regulaator madala iseväljalangusega | 24 | 2.5: 3.3 | 0.085 | 0.5 | |
| Täppis negatiivse pinge regulaator | -35 | -5; -8; -12; -15 | 1.5 | 1.1; 1.4 | |
| Negatiivne pinge regulaator | -35 | -5; -8; -12; -15 | 0.1 | 1.7 | |
| Reguleeritav miinuspinge regulaator | -40 | – | 1.5 | 2 |
Kui otsustatakse ehitada impulsstoiteallikas, siis tuleks valida sobiv muundurkiip. Valik tehakse, võttes arvesse mitmeid põhiparameetreid.
Alandavate impulsside DC/DC muundurite põhiomadused
Loetleme impulssmuundurite peamised parameetrid.
Sisendpinge vahemik (V). Kahjuks on alati piirang mitte ainult maksimaalsel, vaid ka minimaalsel sisendpingel. Nende parameetrite väärtus valitakse alati teatud varuga.
Väljundpinge vahemik (V). Impulsi minimaalse ja maksimaalse kestuse piirangute tõttu on väljundpinge väärtuste vahemik piiratud.
Maksimaalne väljundvool (A). Seda parameetrit piiravad mitmed tegurid: maksimaalne lubatud võimsuse hajumine, toitelülitite takistuse lõppväärtus jne.
Konverteri töösagedus (kHz). Mida kõrgem on teisendussagedus, seda lihtsam on väljundpinget filtreerida. See võimaldab võidelda häiretega ja vähendada väliste L-C filtrielementide väärtusi, mis toob kaasa väljundvoolude suurenemise ja suuruse vähenemise. Teisendussageduse suurenemine aga suurendab toitelülitite lülituskadusid ja suurendab häirete induktiivset komponenti, mis on selgelt ebasoovitav.
Kasutegur (%) on tõhususe lahutamatu näitaja ja see on esitatud erinevate pingete ja voolude graafikute kujul.
Ülejäänud parameetrid (integreeritud toitelülitite kanalitakistus (mOhm), omavoolutarve (µA), korpuse soojustakistus jne) on vähem olulised, kuid ka nendega tuleks arvestada.
STMicroelectronicsi uutel muunduritel on kõrge sisendpinge ja efektiivsus ning nende parameetreid saab arvutada tasuta tarkvara eDesignSuite abil.
ST Microelectronics impulss-DC/DC rida
STMicroelectronicsi DC/DC portfell täieneb pidevalt. Uutel muunduri mikroskeemidel on laiendatud sisendpingevahemik kuni 61 V ( / / ), suured väljundvoolud, väljundpinged alates 0,6 V ( / / ) (tabel 3).
Tabel 3. Uus DC/DC STMicroelectronics
| Omadused | Nimi | |||||||
| L7987; L7987L | ||||||||
| Raam | 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 |
| Sisendpinge 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 |
| Väljundvool, A | 4 | 3 | 4 | 2 | 2 | 3 | 3 | 2 (L7987L); 3 (L7987) |
| Väljundpinge vahemik, 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 |
| Töösagedus, kHz | 500 | 850 | 850 | 250…2000 | 250…1000 | 250…1000 | 250…1000 | 250…1500 |
| Välise sageduse sünkroniseerimine (max), kHz | Ei | Ei | Ei | 2000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1500 |
| Funktsioonid | sujuv algus; ülevoolukaitse; ülekuumenemise kaitse | |||||||
| Lisafunktsioonid | LUBA; PGOOD | LUBA | LNM; LCM; INHIBIT; Ülepingekaitse | LUBA | PGOOD; kaitse pingelanguste eest; väljalülitusvoolu reguleerimine | |||
| Kristalli töötemperatuuri vahemik, °C | -40…150 | |||||||
Kõikidel uutel impulssmuunduri mikroskeemidel on pehme käivitamise, ülevoolu- ja ülekuumenemiskaitse funktsioonid.
See on alalis-alalisvoolu pingemuundur 5-13 V sisendiga, 12 V väljundiks DC 1,5 A. Muundur saab madalama pinge ja annab suurema väljundi, mida kasutada seal, kus pinge on nõutavast 12 voltist väiksem. Seda kasutatakse sageli olemasolevate akude pinge suurendamiseks. See on sisuliselt integreeritud DC-DC muundur. Näiteks on olemas 3,7 V liitiumioonaku ja selle pinget saab selle vooluahela abil muuta, et tagada vajalik 12 V 1,5 A juures.
Konverterit on lihtne ise ehitada. Põhikomponent on MC34063, mis koosneb referentspingest (temperatuuri kompenseeritud), komparaatorist, aktiivse tippvoolu piirava ahelaga ostsillaatorist, AND-väravast, klambrist ja suure võimsusega väljundlülitist koos draiveriga ja ainult Rakmete sisse on vaja veel mõned elektroonilised komponendid, et see oleks valmis. See kiipide seeria on spetsiaalselt loodud lisamiseks erinevatesse muunduritesse.
MC34063A kiibi eelised
- Töö 3 kuni 40 V sisendist
- Ooterežiimi madal vool
- Praegune piirang
- Väljundvool kuni 1,5 A
- Reguleeritav väljundpinge
- Töötamine sagedusalas kuni 100 kHz
- Täpsus 2%
Radioelementide kirjeldus
- R- Kõik takistid on 0,25 W.
- T- TIP31-NPN jõutransistor. Kogu väljundvool läbib seda.
- L1- 100 µH ferriitpoolid. Kui peate seda ise tegema, peate ostma toroidsed ferriitrõngad välisläbimõõduga 20 mm ja siseläbimõõduga 10 mm, samuti kõrgusega 10 mm ja traadi paksusega 1–1,5 mm ja 0,5 meetrit ning tegema 5 pööret kl. võrdsed vahemaad. Ferriitrõnga mõõtmed ei ole liiga kriitilised. Mõne (1-3 mm) erinevus on vastuvõetav.
- D- tuleb kasutada Schottky dioodi
- TR- mitme pöördega muutuv takisti, mida kasutatakse siin 12 V väljundpinge peenhäälestamiseks.
- C- C1 ja C3 on polaarkondensaatorid, seega pöörake sellele tähelepanu nende PCB-le paigutamisel.
Kokkupanemiseks vajalike osade nimekiri
- Takistid: R1 = 0,22 oomi x1, R2 = 180 oomi x1, R3 = 1,5K x1, R4 = 12K x1
- Regulaator: TR1 = 1 kOhm, mitme pöördega
- Transistor: T1 = TIP31A või TIP31C
- Drossel: L1 = 100 µH ferriitrõngal
- Diood: D1 – Schottky 1N5821 (21V – 3A), 1N5822 (28V – 3A) või MBR340 (40V – 3A)
- Kondensaatorid: C1 = 100 uF / 25 V, C2 = 0,001 uF, C3 = 2200 uF / 25 V
- Kiip: MC34063
- PCB 55 x 40 mm
Pange tähele, et transistorile T1 - TIP31 on vaja paigaldada väike alumiiniumist jahutusradiaator, vastasel juhul võib see transistor suurenenud kuumutamise tõttu kahjustada saada, eriti suurte koormusvoolude korral. Andmeleht ja PCB joonis
