тест преобразователя на конденсаторах, обзор схемы и характеристик стабилизатора с RU7088R
Для чего он нужен с такими параметрами? В принципе можно и обойтись без него, повышающий трансформатор и диодный мост могут заменить этот прибор запросто. Но небольшие габариты и возможность регулировки выходного напряжения делают этот девайс достойным того, чтобы обратить на него внимание. Утилитарное предназначение с сайта продавца:
1. Зарядка конденсаторов питания электромагнитных пушек.
2. Питание электронных устройств.
3. Испытания высоким напряжением
4. Борьба с хомяками
В данном обзоре я рассмотрю его применение в тестах китайских безродных электролитических конденсаторов.
Габариты: 60х50х22
Вес: 55 грамм
Сборка-пайка на четверочку, флюс кое-где не отмыт.
Силовой Переключающий элемент — RU7088R — MOSFET, 70V, 80A
Остальные микросхемы с заботливо потертыми производителем маркировками.
Вход защищен от переплюсовки автомобильным предохранителем на 10А.
Выходная мощность 40 Ватт (Пиковая 70 Ватт)
Максимальный ток 0,2 А
Ток покоя: 15 мА
Рабочая частота: 75 кГц
Алгоритм работы: Подаем на вход 8-32 В DC, подстроечным резистором выставляем требуемое напряжение на выходе. (изменение входного напряжения в заданном диапазоне не влияет на выходное!)
По факту при 8 вольтах преобразователь работает нестабильно. При 10 В нестабильно работает под нагрузкой. Нормально работает от 12 В и выше.
Выход Мин и Макс:
Перед тем, как перейти к экспериментам, напоминаю — на разных частях платы присутствует высокое напряжение, которое опасно для ваших любимых дорогостоящих приборов!
Купил я как-то парочку конденсаторов на Алиэкспресс и написал про них обзор: Алюминиевый электролитический конденсатор 2200 мкФ 450 В Hitachi или «Hitachi»
Кому лень ходить по ссылкам: при низковольтных измерениях – отличные конденсаторы.
Но аборигены mysku.club методом запугивания убедили меня, что вряд ли они будут работать при высоком напряжении, и красивый взрыв с эффектно разлетающимися конфетти из фольги неизбежен. Я переложил на всякий случай конденсаторы из ящика стола в сейф для хранения оружия и запретил к нему подходить всем, кроме тещи.Собрал вот такой стенд на лоджии (благо там сейчас ремонт):
Для пущего эффекта разложил все равномерно вокруг конденсатора. Подключил и токоизмерительные клещи, и термопару примотал изолентой к корпусу- я же серьезный исследователь. Камеру засунул в аквабокс.
Подготовка
Экипировался в хоккейную ракушку, маску сварщика, в бандану из противопожарной кошмы (защитил все круглое), примотал к рукам палки для скандинавской ходьбы – манипуляторы, кнопки нажимать. Позвонил в МЧС: «Не спите». «Нет, не спим», — ответили в МЧС. «Это, вообще-то, не вопрос был, а пожелание.»
Включил, наблюдал в щелочку, напряжение росло.
На электродах конденсатора, у меня-то нервы железные. За несколько секунд напряжение достигло максимума в 394 В, температура на корпусе электролита не менялась в течении 10 минут. Т. е. конденсатор прошел тест на живучесть. Порадовался, но чувство легкого разочарования осталось…
После выключения питания конденсатор довольно долго разряжается. Ускорение этого процесса с помощью металлического предмета приводит к вспышке, хлопку и порче металлического предмета.
Что можно и нужно измерить? Правильно – ток утечки при заданном напряжении. У меня максимально возможное 394 В, на нем и будем мерить.
У идеального конденсатора ток утечки стремится к нулю. В реальности все не так, поэтому смотрим в таблицу и выбираем оттуда значение, которое ток не должен превышать. Для моего конденсатора 2200 мкФ на 394 вольтах не более 5,5 мА.
Схема подключения приборов при измерении:
Методика измерения — замыкаете накоротко амперметр, полностью заряжаете конденсатор, контролируя напряжение вольтметром. После полного заряда размыкаете амперметр – он показывает ток утечки. Если уверенны в своем амперметре, то можете его входы не замыкать, тогда еще и ток заряда посмотрите.
Для испытуемого конденсатора ток утечки в норме. От этого он не стал японским, но его смело можно использовать.
Выводы:
Не знаю, годен ли обозреваемый в качестве источника питания, пульсации я осциллографом не смотрел, но заряжать конденсаторы, пытать шпионов и убивать хомяков данным устройством можно.
Плюсы:
+ работает
+ приличный изменяемый диапазон выходного напряжения
+ есть возможность выбора входного напряжения
Минусы:
— можно предъявить претензии к качеству пайки и отмывки платы. Не критично, но все же.
Если нужен источник высокого напряжения, можно брать.
Схема повышающего преобразователя постоянного напряжения
Электронная схема да и вообще все, что связано с электроникой интересно изучать, особенно если вы можете самостоятельно построить свои собственные схемы. Чтобы помочь вам в этом, мы в этой публикации, для начала, предоставим вам список популярных электронных схем и электронных проектов с хорошо проиллюстрированной принципиальной схемой и подробным объяснением для применения в самостоятельной работе.
Весь рабочий процесс тестирования и проверки электронных схем записывается на видео для более эффективного обучения. Независимо от того, являетесь ли вы экспертом или новичком в электронике, у нас есть кое-что интересное для всех вас. У нас есть огромная коллекция из 200+ бесплатных электронных схем, которые вы можете построить сегодня собственноручно.
Содержание
- Схема простого повышающего преобразователя DC-DC с использованием микросхемы таймера 555
- Работа повышающего преобразователя DC-DC
- Этап 1: Включен: режим зарядки
- Этап 2: выключатель выключен: режим разряда
- Рабочий цикл:
- Расчетное значение индуктора:
- Расчет зарядного конденсатора:
- Расчет выходного конденсатора:
- Выбор компонентов
- Что следует помнить при выборе компонента:
- Как работает схема повышающего преобразователя
- Тестирование схемы повышающего преобразователя Dc Dc на основе таймера 555
В этом проекте мы будем создавать схему повышающего преобразователя с использованием микросхемы таймера 555.
Повышающий преобразователь — это не изолированный импульсный источник питания, который используется для повышения напряжения. Другими словами, это дает более высокое выходное напряжение по сравнению с входным.
Схема очень похожа на понижающий конвертерhttps://circuitdigest.com/electronic-circuits/simple-555-timer-based-buck-regulator-circuit-for-led-dimmers-and-dc-motor-speed-control, который мы разработали для управления двигателем и светодиодной лентой, которая предназначается для понижения входящего напряжения. Повышающие преобразователи находят применение во многих типах нашего бытового оборудования. Это очень распространенные схемы силовой электроники, которые широко используются с солнечными панелями и другими технологиями, и являются одной из самых важных схем в настоящее время.
В этой статье мы узнаем о понижающих преобразователях и спроектируем очень простой повышающий инвертор с использованием таймера 555 и IRFZ44N, N-канального МОП-транзистора.
Работа повышающего преобразователя DC-DC
Повышающий преобразователь используется для увеличения выходного напряжения благодаря уменьшению тока, это достигается за счет сохранения энергии в катушке индуктивности, и, поскольку энергия в дросселе не может изменяться мгновенно, она начинает накапливать энергию в своем магнитном поле.
Ток протекающий через катушку индуктивности (дроссель) определяется выражением I, и, поскольку сопротивление и ток постоянны, единственное значение, которое может измениться, — это напряжение. Как показано на рисунке ниже, дроссель соединен последовательно с источником напряжения для постоянного включения и выключения цепи.
Переключатель подключен параллельно источнику напряжения и катушке индуктивности для достижения быстрого переключения. Мы здесь используем полевой МОП-транзистор вместе с драйвером полевого МОП-транзистора. Схема подключена к нагрузке и параллельно ей конденсатор. Чтобы ограничить обратный ток от конденсатора, между емкостью и полевым МОП-транзистором используется диод.
Катушка индуктивности пытается противостоять изменению тока, чтобы обеспечить постоянный входной ток, и, следовательно, повышающий инвертор действует как источник входного постоянного тока, в то время как нагрузка действует как источник постоянного напряжения. Эта схема очень похожа на понижающий преобразователь и иногда называется обратным понижающим инвертором.
N-канальный полевой МОП-транзистор управляется ШИМ-сигналом, здесь мы использовали таймер IC 555 для обеспечения вывода на полевой МОП-транзистор. Конденсатор используется для хранения заряда и обеспечения постоянной выходной мощности нагрузки. Схема работает в 2 этапа, на 1 ступени переключатель включен, а на 2 ступени переключатель находится в выключенном состоянии.
Этап 1: Включен: режим зарядки
В этом состоянии переключатель MOSFET включен. Используемый нами полевой МОП-транзистор представляет собой N-канальный полевой МОП-транзистор IRFZ44N, вывод затвора подключен к выводу 3 таймера IC555. Когда переключатель находится в состоянии ВКЛ, он замыкает цепь через катушку индуктивности, и на нее подается напряжение, в результате чего вокруг него создается магнитное поле. Поскольку он предлагает путь с очень низким сопротивлением, все напряжение проходит через переключатель и возвращается к источнику питания, как отмечено красной линией на рисунке ниже.
Конденсатор, который был ранее заряжен на последнем этапе, пытается разрядиться через полевой МОП-транзистор, и чтобы остановить его, мы используем диод, для того чтоб прекратить заряд конденсатора, протекающий в обратном направлении.
Этап 2: выключатель выключен: режим разряда
Когда переключатель находится в выключенном состоянии, путь зарядки индуктора не завершается, следовательно, полярность индуктора меняется на обратную, и магнитное поле вокруг него схлопывается, в результате генерируется скачок напряжения, который проходит через диод и заряжает конденсатор. Суммарная энергия от катушки индуктивности и источника используется для зарядки конденсатора, а также проходит через нагрузку.
Рабочий цикл:
Общее время цикла переключения называется периодом времени (T), время включения и время выключения переключателя задается как Ton и Toff соответственно. Следовательно:
T = Ton + Toff
Частота (f) определяется как
f = 1 / (Ton + Toff)
Рабочий цикл (D) определяется как общее время, в течение которого переключатель находится во включенном состоянии, по отношению к общему периоду времени. Продолжительность включения определяется по формуле:
D = Ton/ T
Используя закон напряжения Кирхгофа, мы можем получить установившееся состояние повышающего преобразователя.
Здесь мы будем считать, что схема является идеальной, и в течение всего процесса не теряется мощность, а именно:
Vin = Vout
Теоретически за один полный цикл чистое изменение тока катушки индуктивности равно нулю, а отношение входного напряжения Vin к выходному напряжению (Vout) определяется как:
Vin / Vout = 1 / (1-D)
Теоретически 0
Расчетное значение индуктора:
Мы знаем, что средний входной ток (Iavg) равен среднему току индуктора (ILavg). Следовательно, средний ток катушки индуктивности можно рассчитать следующим образом:
Пульсации индуктора обычно составляют 20-40% от среднего выходного тока.
Расчет зарядного конденсатора:
Расчет времени заряда конденсатора Tc = R*C
Здесь R — сопротивление цепи зарядки, а C — емкость конденсатора. В нашей схеме, представленной ниже, цепь зарядки следует по пути, отмеченному красным, то есть R3> D2> C2.
Чтобы рассчитать номиналы входного резистора и конденсатора, вы также можете использовать этот онлайн-калькулятор.
Расчет выходного конденсатора:
Выбор компонентов
Я разработал схему на Eschema, KiCad и выполнил расчет необходимых компонентов, используя приведенные выше формулы. Затем сделал схему на макетной плате. Принципиальная схема, разработанная в KiCad, приведена ниже.
Необходимые компоненты:
- 1 х NE555
- 1 x IRFZ44N — N-канальный полевой МОП-транзистор
- 1 x 100 мкГн, индуктор
- 1 х 1 кОм, резистор
- 2 диода IN4001
- 1 х IN5822 диод
- 1 x 100 нФ, конденсатор
- 1 х 1 нФ конденсатор
- 1 потенциометр 50 кОм
- 2 x 2-контактный разъем (для подключения входа и выхода схемы)
Что следует помнить при выборе компонента:
MOSFET: вам нужно выбрать MOSFET, который сможет выдерживать максимальное выходное напряжение, поэтому его напряжение пробоя должно быть выше, чем максимальная мощность преобразователя
Диод: Для операций с низким напряжением я использовал IN5822, потому что низкая скорость IN4007 делает его непригодным для наших операций.
Нам нужно выбрать быстрый диод, я попытался использовать диод IN4007 в качестве выходного диода, но из-за проблем с производительностью я переключился на более быстрый IN5822.
Нам нужно выбрать быстрый диод, я попытался использовать диод IN4007 в качестве выходного диода, но из-за проблем с производительностью я переключился на более быстрый IN5822.Как работает схема повышающего преобразователя
В схеме используется микросхема IC 555 в нестабильном режиме в качестве генератора ШИМ, и, следовательно, вся схема построена примерно так же. Подключения всех 8 контактов указаны ниже:
- Контакт 1 подключен к шине заземления.
- Контакты 2 и 6 с заземлением через конденсатор емкостью 1 нФ.
- Контакт 3 выдает выходной сигнал и, таким образом, подключен к затвору N-канального МОП-транзистора IRFZ44N. Этот вывод отвечает за управление выходом ШИМ на затвор полевого МОП-транзистора.
- Контакт 4 необходимо подключить к источнику питания
- Контакт 5 помогает стабилизировать выход, поэтому он подключен к земле через конденсатор емкостью 0,01 мкФ. Это также помогает обеспечить невосприимчивость к электрическим помехам.
- Вывод 7 подключен к инвертированной диодной установке; переход подключен к положительной шине через резистор 1 кОм.
- Контакт 8 необходимо подключить к источнику питания.
Основным компонентом любого SMPS является переключатель, здесь в этой схеме мы используем N-канальный MOSFET IRFZ44N в качестве переключателя. Он управляется слабым сигналом от IC 555, поэтому логический элемент IRFZ44N подключен к IC 555. Сток обеспечивает отрицательное переключение цепи, а источник заземлен. Он имеет следующую спецификацию:
VDSS = 55 ВRDS (вкл.) = 17,5 мОм
ID = 49A
Тестирование схемы повышающего преобразователя Dc Dc на основе таймера 555
Я тестировал схему с литий-ионным аккумулятором 3,7 В, аккумулятор был заряжен примерно до 3,4 В. Я подключил элемент к повышающему преобразователю, и напряжение на нем показало 7,5 В. Изображение выхода на выходе повышающего преобразователя показано ниже.
Чтобы проверить ток, я заменил провод мультиметра на токовый щуп (не забудьте выбрать диапазон 10 А или 20 А на вашем мультиметре, чтобы защитить его от повреждения).
Ток показывал 3,2 А, таким образом, эта схема способна производить около 30 Вт. Схема работала правильно и смогла повысить напряжение.
Отсутствие обратной связи приводит к падению напряжения в цепи при подключении нагрузки. Обратная связь, используемая повышающими преобразователями, гарантирует, что рабочий цикл остается стабильным даже при подключенной нагрузке. Мы можем легко обеспечить обратную связь, используя микроконтроллер для измерения измененного выходного сигнала, а затем изменять входное сопротивление, что делает эту схему более полезной и практичной для большинства операций.
Это очень простая, но эффективная схема, которую можно использовать, если вам будет нужно более высокое напряжение, чем может обеспечить ваш источник напряжения, при одновременном снижении потерь мощности в вашей цепи. Эта схема была способна выдавать мощность более 30 Вт. Хотя для создания схемы рекомендуется использовать хотя бы перфокарту, так как обычные макетные платы предназначены для маломощных приложений.
Если вам нужен постоянный выход, вы должны использовать постоянный резистор вместо потенциометра, чтобы повысить общую эффективность конструкции. Основным недостатком этой схемы является то, что из-за отсутствия обратной связи падение напряжения при подключении нагрузки довольно велико.
И последнее: создавать схему, которая может быть спроектирована из простых компонентов, лежащих на нашем рабочем столе, — это весело.
Повышающий преобразователь напряжения на на таймере 555
Цепь повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный (часть 5/9)
Много раз возникает необходимость повышать или понижать напряжение постоянного тока. Схемы для повышения или понижения постоянного напряжения не так просты, как в случае с переменным напряжением. Изменение уровня постоянного напряжения требует сложной схемы. Эти схемы называются преобразователями постоянного тока в постоянный.
Преобразователи постоянного тока в постоянный представляют собой электронные схемы, которые преобразуют постоянное напряжение постоянного тока в уровень высокого напряжения или в уровень низкого напряжения.
Когда схема повышает напряжение постоянного тока до более высокого уровня, она называется повышающим преобразователем. Когда схема снижает напряжение постоянного тока до более низкого уровня, это называется понижающим преобразователем. Поскольку повышающий преобразователь преобразует постоянное напряжение в более высокий уровень напряжения, он также известен как повышающий преобразователь. Для усиления сигнала напряжения требуется схема регулятора, которая может повышать входной сигнал напряжения.
Большинство электронных гаджетов, таких как смартфоны и планшеты, работают от 5 В постоянного тока. Однако для общего использования довольно распространены батареи на 3,7 В. Эти батареи можно использовать для питания устройств 5 В с помощью схемы повышающего преобразователя.
В этом проекте электроники напряжение литий-ионной батареи 3,7 В повышается до 5 В постоянного тока. Конечное напряжение разряда литий-ионной батареи можно принять равным 3,5 В, поэтому эта схема преобразует минимальное входное напряжение 3,5 В в уровень 5 В. Этот повышающий преобразователь может потреблять максимальный ток 500 мА.
Для усиления сигнала в этом проекте используется регулятор MC34063AP1, который повышает входной сигнал до желаемого уровня напряжения.
Необходимые компоненты построен с использованием 34063A ИС преобразователя постоянного тока в постоянный. Входное напряжение подается через батарею 3,7 В, анод которой подключен к выводу 6 микросхемы регулятора, а катод подключен к общему заземлению. Конденсатор Cin подключен к выводу 6 для устранения пульсаций входного сигнала. Дополнительный конденсатор C1 подключен параллельно конденсатору Cin для уменьшения общего ESR емкостей. Выходное напряжение снимается с вывода 5 регулятора IC через цепь делителя напряжения, образованную сопротивлениями R1 и R2.
К выводу 7 ИС подключен токоограничивающий резистор Rsc, а к выводу 8 подключен резистор R3 для ограничения тока на базе встроенного транзистора ИС. Выводы 2 и 4 микросхемы заземлены. К выводу 1 подключены катушка индуктивности и диод для повышения входного напряжения. К выводу 3 микросхемы подключен времязадающий конденсатор Ct. На выходе схемы подключен конденсатор Со для уменьшения пульсаций выходного сигнала.
Перед тем, как разобраться в работе схемы повышающего преобразователя на основе микросхемы 34063, важно понять, как работает базовая схема повышающего преобразователя. Ниже приведена основная схема повышающего преобразователя.
Рис. 2. Принципиальная схема базового повышающего преобразователя
В цепи повышающего преобразователя выходной сигнал больше, чем входной сигнал напряжения. Базовая схема повышающего преобразователя состоит из генератора для обеспечения входного сигнала, диода, одного переключающего компонента, такого как транзистор, и по меньшей мере одного элемента накопления заряда (конденсатора или катушки индуктивности).
Генератор выдает прямоугольную волну на входе, поэтому во время положительного полупериода прямоугольной волны катушка индуктивности накапливает некоторую энергию и генерирует магнитное поле. В течение этой фазы левый вывод катушки индуктивности находится под положительным напряжением. На базу транзистора подается положительное напряжение, и он включается. Следовательно, анод диода имеет более низкий потенциал и действует как разомкнутая цепь. Таким образом, весь ток от источника питания течет через катушку индуктивности к транзистору и, наконец, к земле.
Рис. 3: Принципиальная схема, показывающая положительный цикл работы схемы повышающего преобразователя
Во время отрицательного полупериода полевой МОП-транзистор отключается. Из-за этого индуктор не получает пути для зарядки. Ток через индуктор создает обратную ЭДС (согласно закону Ленца), которая меняет полярность индуктора (как показано на рисунке ниже). Таким образом, диод смещается в прямом направлении.
Теперь накопленный заряд индуктора начинает разряжаться через диод и на выходе получается напряжение более высокого уровня. В этом случае выходное напряжение зависит от накопленного заряда в катушке индуктивности. Чем больше накопленный заряд, тем больше получается выходное напряжение. Следовательно, если время зарядки индуктора больше, то увеличивается и накопленный заряд в индукторе. Таким образом, становится два источника входного напряжения — один индуктор, а другой входное питание. Таким образом, выходное напряжение всегда больше, чем входное напряжение.
Рис. 4. Принципиальная схема, показывающая отрицательный цикл в работе цепи повышающего преобразователя
повышающий преобразователь.
Разработка схемы повышающего преобразователя с использованием регулятора 34063 –
В этом проекте преобразователь постоянного тока разработан с использованием микросхемы регулятора 34063. Этот регулятор представляет собой специально разработанную ИС для преобразования постоянного тока в постоянный.
Он обеспечивает постоянное и регулируемое выходное напряжение. Внутри этого регулятора есть транзистор с генератором, где генератор обеспечивает частоту прямоугольной волны до 100 кГц.
Входной сигнал для работы регулятора 34063 может варьироваться от 3 В до 40 В, а выходное напряжение может регулироваться в соответствии с требованиями с помощью сети делителя напряжения. ИС может использоваться в повышающих преобразователях, понижающих преобразователях и инверторах напряжения. ИС имеет 8 контактов со следующей конфигурацией контактов –
0002 • Низкий ток в режиме ожидания — потребление тока очень мало, когда к выходу не подключена нагрузка.
• Может обеспечить выходной ток до 1,5 А за счет изменения внешней схемы этого повышающего преобразователя.
• Регулируемое выходное напряжение – пользователь может изменить выходное напряжение в соответствии с требованиями.
• Регулируемая частота до 100 кГц
Рис. 6: Внутренняя схема регулятора 34063 IC
Из рисунка 2 видно, что наряду с основными компонентами, такими как генератор, транзистор, диод и часть базовой схемы повышающего преобразователя (рис.
1), регулятор 34063 также имеет дополнительные компоненты. Эти компоненты используются для предоставления пользователю дополнительных функций и повышения эффективности схемы повышающего преобразователя.
Следующая схема используется для создания повышающего преобразователя с использованием регулятора 34063 –
Рис. 7: Принципиальная схема повышающего преобразователя Конденсатор CT. Конденсатор подключен к контакту 3. Контакт 3 выполняет функцию времязадающего конденсатора. Конденсатор, подключенный к выводу 3, задает частоту переключения микросхемы регулятора.
Резистор ограничения тока Rsc – Резистор ограничения тока подключен к контакту 7 микросхемы регулятора. Сопротивление источника тока Rsc подключается между выводом 7 и положительным полюсом аккумулятора. Сопротивление Rsc ограничивает пиковый ток Ipk (максимальный внутренний ток, протекающий от катушки индуктивности и диода) в цепи. Вот почему при проектировании схемы важно правильно выбрать катушку индуктивности и диод, которые могут обеспечить максимальный ток Ipk.
Емкости Cin, Co и C1 – Конденсаторы Cin, Co и C1 включены в цепь для фильтрации входных и выходных сигналов. Емкости Cin и Co используются на входе и выходе соответственно. Эти конденсаторы уменьшают нежелательные пульсации и шум во входных и выходных сигналах. Конденсатор Co обеспечивает регулируемое и плавное постоянное напряжение на выходе. Дополнительный конденсатор C1 очень малой емкости также используется параллельно с конденсатором Cin для уменьшения ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) при входном напряжении.
Сопротивления R1, R2 и R3 – В цепь включены резисторы обратной связи R1, R2 и R3. R1 и R2 являются резисторами обратной связи, которые определяют желаемое выходное напряжение. Выходное напряжение зависит от резисторов обратной связи по следующему уравнению –
Vout = Vref*(1+(R2/R1))
Напряжение Vref является опорным напряжением. Внутренне 34063A обеспечивает стабильное опорное напряжение 1,25 В. Для желаемого выходного напряжения значения резисторов обратной связи R1 и R2 можно рассчитать следующим образом –
Vвых = 1,25*(1+(R2/R1))
5 = 1,25*(1+(R2/R1)) (Поскольку желаемое выходное напряжение, Vвых = 5В) = 3*R1
Если R1 принять равным 15 кОм, то
R2 = 3*15000
R2 = 45 кОм.
Это можно округлить до 47 кОм, так как резистор 47 кОм легко доступен.
Таким образом, в этом эксперименте
R1 = 15 кОм и R2 = 47 кОм
Резистор R3 используется для ограничения тока, протекающего через коллектор транзистора, встроенного в регулятор (см. рис. 2)
Катушка индуктивности L1 и диод D1. Катушка индуктивности и диод являются ключевыми компонентами базовой схемы повышающего преобразователя. Для использования в схеме выбран диод 1N5822, так как этот диод имеет меньшее прямое падение напряжения, выдерживает большой ток до 3 А и может работать на высокой частоте.
Для разработки повышающего преобразователя, который преобразует минимальное входное напряжение 3,5 В в выходное напряжение 5 В с использованием 34063, значения для различных внешних компонентов должны быть рассчитаны, как показано на рис. 3. Согласно техническому описанию 34063, для повышающего преобразователя таблицу можно использовать для расчета значений компонентов. Но перед расчетом значений компонентов важно учитывать следующие параметры, которые используются в таблице, приведенной в техническом описании.
(минимальное входное напряжение батареи), Vin (мин.) = 3,5 В
(необходимое выходное напряжение), Vout = 5 В
(максимальный выходной ток), Iout(max) = 500 мА
(Напряжение насыщения транзистора), Vsat = 0,5 В (приблизительное значение по паспорту 34063)
(Прямое падение напряжения на диоде 1N5822), VF = 0,4 (по паспорту диод 1N5822)
(Требуемая выходная частота коммутации), f = 100 кГц
В схеме данной схемы повышающего преобразователя выбрана максимальная частота, которую может обеспечить регулятор 34063АП1. За счет того, что чем выше частота, тем меньше размер катушки индуктивности, поэтому это делает схему менее громоздкой.
(желаемое размах напряжения пульсаций на выходе), Впульсация = 100 мВ
Это размах пульсаций напряжения, который необходимо учитывать на выходе. Напряжение пульсаций всегда должно быть меньше для регулируемого и постоянного выхода.
Рис. 8: Таблица для расчета значений компонентов повышающего преобразователя
Для удобства следующие значения округлены, поэтому компоненты можно легко собрать.
CT = 150 пФ, Rsc = 0,22 Ом, Lmin = 10 мкГн, Co = 200 мкФ
Значения других компонентов . В схеме оно округлено до 200 Ом.
Конденсатор Cin — В этой схеме для Cin используется конденсатор емкостью 100 мкФ. Это стандартное значение для повышающего преобразователя согласно техпаспорту регулятора 34063.
Конденсатор C1. Значение конденсатора C1 должно быть меньше, чтобы уменьшить общее ESR, поэтому емкость C1 принимается равной 0,1 мкФ
После подключения всех внешних компонентов к микросхеме регулятора можно измерить выходное напряжение и ток. для практических наблюдений. Измерение различных значений напряжения и тока в цепи помогает оценить эффективность схемы повышающего преобразователя.
Практическое входное напряжение батареи, Vin = 3,6 В
Практическое выходное напряжение, Vout = 5,35 В
Эффективность схемы повышающего преобразователя необходимо оценивать при различных нагрузках. Для удобства резисторы разных номиналов подключаются в качестве нагрузки на выходе для тестирования. Результаты, полученные во время испытаний, сведены в следующую таблицу –
Рис. 9: Таблица выходного напряжения и тока повышающего преобразователя для различных нагрузок
Рис. 10: График, показывающий изменение напряжения для различных нагрузок на выходе повышающего преобразователя
можно увидеть, что когда потребление тока увеличивается, напряжение начинает падать. Как и при выходном напряжении 5 В при нагрузке 100 Ом, ток, потребляемый на выходе, составляет 50 мА. Когда выходное напряжение начинает падать ниже 5 В, ток, потребляемый нагрузкой, начинает увеличиваться. Следовательно, схема может обеспечивать ток примерно до 50 мА, если выходное напряжение установлено примерно на 5 В.
Эффективность схемы можно повысить, добавив фильтры и регуляторы напряжения (стабилитроны), чтобы получить регулируемое напряжение на выходе.
Рис. 12: Прототип повышающего преобразователя, разработанный на макетной плате
При разработке этой схемы важно, чтобы для стабилизированного выхода обязательно использование конденсатора на входе питания, а также на выходе схемы, так что нежелательные пульсации входных и выходных сигналов могут быть уменьшены. Конденсатор с низким значением (C1) также должен быть добавлен параллельно с конденсатором с высоким значением (Cin) на входе, чтобы уменьшить общее ESR. Диод и катушка индуктивности должны быть выбраны с умом, чтобы они могли пропускать через себя максимальный входной ток (Ipk). Критерием выбора диода и катушки индуктивности должно быть максимальное увеличение тока на выходе. Входное питание должно подаваться на регулятор 34063 только в его рабочем диапазоне. Выбор диода (D1) должен быть таким, чтобы он выдерживал меньшее прямое падение напряжения на нем и мог работать на высоких частотах.
Принципиальные схемы
Рубрики: Electronic Projects
Что такое повышающий преобразователь? Принципиальная схема и работа
В большинстве случаев нам требуется немного более высокое напряжение, чем могут обеспечить наши блоки питания. Одна из распространенных ситуаций: нам нужно 12 В, но наши батареи могут обеспечить только 9 В. Или, может быть, у нас есть источник питания 3,3 В, но для нашей микросхемы требуется 5 В. Эти ситуации обеспечивают мотивацию для проекта, охватываемого данным отчетом.
Есть ли способ преобразовать одно постоянное напряжение в другое? Или, точнее, есть ли способ повысить уровень напряжения, который у нас уже есть, без использования очень сложных схем. К счастью, ответ на оба вопроса положительный. А в этом проекте мы обсудим схему повышения постоянного напряжения от меньшего к большему.
Схема повышает напряжение от источника питания, поэтому называется повышающим преобразователем.
- Запись по теме: Понижающий преобразователь — схема, конструкция, работа и примеры
Содержание
Что такое повышающий преобразователь? Повышающий преобразователь (также известный как повышающий преобразователь ) — один из простейших типов импульсных преобразователей. Как следует из названия, преобразователь принимает входное напряжение и повышает его. Другими словами, это как повышающий трансформатор, т.
Все, что у него есть, это катушка индуктивности, полупроводниковый переключатель, диод и конденсатор. Повышающий преобразователь очень прост и требует очень мало компонентов, потому что они были первоначально спроектированы и разработаны в 1960-х годах для питания электроники в самолетах. Самым большим преимуществом повышающего преобразователя является то, что он предлагает очень высокий КПД. Некоторые из 9Повышающие преобразователи 0011 могут достигать КПД до 99%. Это означает, что при входном напряжении теряется только 1% мощности.
Похожие сообщения:
- Схема преобразователя 12 В в 5 В
- Как сделать схему тройника напряжения?
- Источник напряжения
- Индуктор
- 1N4001 Диод
- Переключающее устройство (МОП-транзистор)
- Конденсатор
- Загрузить
Индуктор обычно используется для накопления энергии.
В этой схеме он также будет выполнять ту же функцию. Увеличение индуктивности позволяет увеличить выходное напряжение, потому что чем больше индуктивность, тем больше энергии он может хранить. Если вы поместите более низкое значение индуктора, то оно будет производить меньшее напряжение на выходе. Мы можем поиграть со значениями индуктивности, чтобы увидеть, как они влияют на выходное напряжение.
Если вы используете более высокую индуктивность, она будет сопротивляться току, протекающему через нее, поскольку это большее значение, поэтому процесс зарядки может занять больше времени, но, в конце концов, это дает более высокое выходное напряжение. Любой доступный тип катушки индуктивности не может быть использован для создания повышающего преобразователя. Катушка индуктивности должна иметь требуемый номинальный ток. Это означает, что индуктор должен выдерживать большие токи и иметь сердечник с высокой проницаемостью, чтобы индуктивность для данного размера была высокой.
- Связанная статья: Простая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона
Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор является полной формой MOSFET.
МОП-транзистор — это полупроводниковый прибор, в основном используемый для коммутации. МОП-транзистор представляет собой четырехконтактное устройство, состоящее из истока S, затвора G и стока D, выводов корпуса B. МОП-транзистор на сегодняшний день является наиболее распространенным транзистором и может использоваться как в аналоговых, так и в цифровых схемах.
МОП-транзистор в конечном итоге должен контролировать напряжение и ток между истоком и стоком. Он работает почти как переключатель. МОП-транзистор также является транзистором. Единственная разница в том, что для транзистора требуется ток, тогда как для MOSFET требуется напряжение. Требования к управлению или MOSFET намного лучше, намного проще по сравнению с BJT. Это преимущества, которые заставляют нас использовать MOSFET в качестве нашего переключающего устройства в схеме Boost. Блок-схема МОП-транзистора приведена ниже.
- Сообщение по теме: Переменный источник питания с использованием Arduino UNO — схема и код
1N4007 представляет собой выпрямительный диод с PN-переходом.
Эти типы диодов пропускают электрический ток только в одном направлении. Таким образом, его можно использовать для преобразования мощности постоянного тока в постоянный ток. 1N4007 имеет различные приложения в реальной жизни, например. применение обратных диодов, выпрямление общего назначения источников питания, инверторов, преобразователей и т. д. Распиновка для данного диода приведена ниже.
| 1N4007 Диод | ||
| Номер контакта | Имя контакта | Плата |
| 1 | Анод | + ве |
| 2 | катод | -ve |
На приведенной выше диаграмме показано символическое и фактическое изображение 1N4007. Понимание любого компонента электрической цепи значительно улучшается, когда известны электрические характеристики этого устройства. Электрические характеристики диода 1N4007 приведены в таблице ниже.
- Связанный пост: Схема автоматического выключателя света в ванной и работа
| 1N4007 Электрические характеристики | ||
| Параметр | Значения | Единицы |
| Прямое напряжение при 1,0 А | 1,1 | В |
| Обратный ток при 25°C | 5 | UA |
| Суммарная емкость при 1,0 МГц | 15 | пФ |
| Максимальный обратный ток полной нагрузки при 75° | 30 | UA |
| Средний выпрямленный прямой ток | 1 | А |
| Пиковое повторяющееся обратное напряжение | 1000 | В |
Особенности диода 1N4007:
- Низкий ток утечки
- Низкое прямое падение напряжения
- Высокая помпажная способность вперед
Связанный пост: Схема мигающего сигнала 24 В
Этот диод имеет множество реальных применений во встроенных системах, некоторые из основных применений, связанных с конкретным диодом, приведены ниже:
- Преобразователи
- Для переключения во встроенных системах
- Применение обратных диодов
- Инверторы
- Общая мощность выпрямления источников питания
- Чтобы избежать обратного тока и защитить микроконтроллеры, такие как Arduino или микроконтроллер PIC.
- Сообщение по теме: Что такое Crowbar Circuit? Конструкция и работа
Конденсатор представляет собой электронный элемент, используемый для накопления электрического заряда и фильтрации. Конденсатор состоит из двух близко расположенных проводников, разделенных диэлектрическим материалом. Проводники накапливают электрический заряд при подключении к источнику питания. Одна пластина накапливает положительный заряд, а другая отрицательный заряд. Есть два типа конденсаторов, керамические и электролитические. Тип конденсатора, который мы собираемся использовать в этой схеме, является электролитическим. Электролитический конденсатор должен иметь номинальное напряжение примерно в два раза больше выходного напряжения.
Чем выше рейтинг, тем лучше, потому что с большим напряжением он сможет работать. Напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального напряжения, иначе он может взорваться. Поскольку схема повышающего преобразователя может создавать высокое напряжение, мы хотим использовать конденсатор с высоким номинальным напряжением.
Мы также хотим, чтобы емкость конденсатора была высокой. Поскольку индуктор выдает большое количество тока; мы хотим, чтобы конденсатор мог хранить этот заряд.
- Связанная статья: Тиристорный и кремниевый выпрямитель (SCR) — применение тиристоров
Работу повышающего преобразователя лучше понять, зная, как работает катушка индуктивности, конденсатор или МОП-транзистор. Поняв, как работают компоненты, мы переходим к пониманию работы повышающего преобразователя. Правильно подключите компоненты, как показано на принципиальной схеме.
Кроме того, мы обсуждаем только работу схемы до конденсатора. Нагрузка, подключенная к конденсатору, рассматривает конденсатор как источник фиксированного напряжения и будет функционировать должным образом.
Шаг 1:- Здесь ничего не происходит, только конденсатор на выходе заряжается до значения входного напряжения.
Шаг 2:- Теперь мы включаем переключатель.
Наш источник сигнала становится высоким, включая МОП-транзистор. Весь ток отводится через MOSFET через дроссель. Обратите внимание, что в это время конденсатор остается заряженным, поскольку он не может разряжаться через теперь смещенный назад диод. Источник питания, конечно, не становится сразу короче, поскольку индуктор заставляет ток нарастать относительно медленно. Кроме того, магнитные поля, создаваемые вокруг катушки индуктивности в цепи.
- Запись по теме: Цифровые защелки — Типы защелок — Защелки SR и D
Шаг 3:- Когда МОП-транзистор отключается, ток в катушке индуктивности внезапно прекращается. Сама природа индуктора состоит в том, чтобы поддерживать плавный ток, он не любит резких изменений тока. Таким образом, он реагирует на это, генерируя большое напряжение с противоположной полярностью напряжения, первоначально подаваемого на него, используя энергию, хранящуюся в магнитном поле, для поддержания этого тока.
Если мы рассмотрим только символы полярности катушки индуктивности, мы заметим, что теперь катушка индуктивности действует как источник напряжения последовательно с источником питания.
Это означает, что анод диода теперь находится под более высоким напряжением, чем катод, который подключен к конденсатору, заряженному собственным напряжением источника напряжения. Это делает диод смещенным в прямом направлении.
Выходной конденсатор теперь заряжен до более высокого напряжения, чем раньше, что означает, что мы успешно повысили низкое постоянное напряжение до более высокого.
Вышеуказанные шаги повторяются много тысяч раз (в зависимости от частоты генератора) для поддержания выходного напряжения под нагрузкой.
- Запись по теме: Типы выпрямителей и их работа
МОП-транзистор должен включаться и выключаться с очень высокой скоростью. Для этой операции мы можем использовать что-то столь же простое, как таймер 555 вместе с некоторой схемой, или даже есть специальные ИС SMPS (переключаемый режим питания), такие как знаменитая ИС MC34063A.
Схема, приведенная в отчете, относится к универсальному повышающему преобразователю .
