LM2596 alentaa tulojännitettä (40 V:iin) - lähtö on säädelty, virta on 3 A. Ihanteellinen auton LEDeille. Erittäin halvat moduulit - noin 40 ruplaa Kiinassa.

Texas Instruments valmistaa korkealaatuisia, luotettavia, edullisia ja halpoja, helppokäyttöisiä DC-DC-ohjaimia LM2596. Kiinalaiset tehtaat tuottavat sen pohjalta erittäin edullisia pulssitehostemuuntimia: LM2596:n moduulin hinta on noin 35 ruplaa (toimitus mukaan lukien). Suosittelen ostamaan 10 kappaleen erän kerralla - niille on aina käyttöä, ja hinta putoaa 32 ruplaan ja alle 30 ruplaan tilattaessa 50 kappaletta. Lue lisää mikropiirin piirien laskemisesta, virran ja jännitteen säätämisestä, sen soveltamisesta ja eräistä muuntimen haitoista.

Tyypillinen käyttötapa on stabiloitu jännitelähde. Hakkurivirtalähde on helppo tehdä tähän stabilisaattoriin perustuen, käytän sitä yksinkertaisena ja luotettavana laboratoriovirtalähteenä, joka kestää oikosulkuja. Ne ovat houkuttelevia johdonmukaisen laadun vuoksi (ne kaikki näyttävät olevan valmistettu samassa tehtaassa - ja on vaikea tehdä virheitä viidessä osassa) ja täydellisen tuoteselosteen ja ilmoitettujen ominaisuuksien noudattamisen vuoksi.

Toinen sovellus on pulssivirran stabilointi virtalähde suuritehoisille LED-valoille. Tämän sirun moduulin avulla voit liittää 10 watin autojen LED-matriisin, mikä tarjoaa lisäksi oikosulkusuojauksen.

Suosittelen ostamaan niitä kymmenkunta - niistä on varmasti hyötyä. Ne ovat ainutlaatuisia omalla tavallaan - tulojännite on jopa 40 volttia, ja tarvitaan vain 5 ulkoista komponenttia. Tämä on kätevää - voit nostaa älykodin tehoväylän jännitteen 36 volttiin pienentämällä kaapeleiden poikkileikkausta. Asennamme tällaisen moduulin kulutuspisteisiin ja konfiguroimme sen tarvittavalle 12, 9, 5 voltille tai tarpeen mukaan.

Katsotaanpa niitä tarkemmin.

Sirun ominaisuudet:

• Tulojännite - 2,4 - 40 volttia (jopa 60 volttia HV-versiossa)
• Lähtöjännite - kiinteä tai säädettävä (1,2 - 37 volttia)
• Lähtövirta - jopa 3 ampeeria (hyvällä jäähdytyksellä - jopa 4,5 A)
• Muunnostaajuus - 150 kHz
• Kotelo - TO220-5 (läpireikäasennus) tai D2PAK-5 (pinta-asennus)
• Hyötysuhde - 70-75% matalilla jännitteillä, jopa 95% korkeilla jännitteillä

1. Stabiloitu jännitelähde
2. Muunnin piiri
3. Datasheet
4. USB-laturi perustuu LM2596:een
5. Nykyinen stabilisaattori
6. Käytä kotitekoisissa laitteissa
7. Lähtövirran ja jännitteen säätö
8. LM2596:n parannetut analogit

Historia - lineaariset stabilisaattorit

Aluksi selitän, miksi tavalliset lineaariset jännitemuuntimet, kuten LM78XX (esimerkiksi 7805) tai LM317, ovat huonoja. Tässä on sen yksinkertaistettu kaavio.

Tällaisen muuntimen pääelementti on voimakas bipolaarinen transistori, joka on kytketty päälle "alkuperäisessä" merkityksessään - ohjattuna vastuksena. Tämä transistori on osa Darlington-paria (virransiirtokertoimen lisäämiseksi ja piirin käyttämiseen tarvittavan tehon vähentämiseksi). Kantavirran asetetaan operaatiovahvistimella, joka vahvistaa lähtöjännitteen ja ION:n (referenssijännitelähde) asetetun jännitteen välistä eroa, ts. se on kytketty klassisen virhevahvistinpiirin mukaan.

Muuntaja siis yksinkertaisesti kytkee vastuksen päälle sarjaan kuorman kanssa ja ohjaa sen vastusta niin, että esimerkiksi tasan 5 volttia sammuu kuorman yli. On helppo laskea, että kun jännite laskee 12 voltista 5:een (erittäin yleinen 7805-sirun käyttötapaus), tulo 12 volttia jakautuu stabilisaattorin ja kuorman välillä suhteessa "7 volttia stabilisaattorissa + 5" volttia kuormalla." Puolen ampeerin virralla kuormituksella vapautuu 2,5 wattia ja 7805:llä jopa 3,5 wattia.

Osoittautuu, että "ylimääräiset" 7 volttia sammutetaan yksinkertaisesti stabilisaattorista ja muuttuvat lämmöksi. Ensinnäkin tämä aiheuttaa ongelmia jäähdytyksessä, ja toiseksi se vie paljon energiaa virtalähteestä. Kun virtaa käytetään pistorasiasta, se ei ole kovin pelottavaa (vaikka se silti vahingoittaa ympäristöä), mutta kun virtaa käytetään paristoilla tai ladattavilla akuilla, tätä ei voida jättää huomiotta.

Toinen ongelma on, että tehostusmuuntimen tekeminen tällä menetelmällä on yleensä mahdotonta. Usein tällainen tarve syntyy, ja yritykset ratkaista tämä ongelma kaksikymmentä tai kolmekymmentä vuotta sitten ovat hämmästyttäviä - kuinka monimutkaista tällaisten piirien synteesi ja laskeminen oli. Yksi yksinkertaisimmista tämän tyyppisistä piireistä on push-pull 5V->15V-muunnin.

On myönnettävä, että se tarjoaa galvaanisen eristyksen, mutta se ei käytä muuntajaa tehokkaasti - vain puolet ensiökäämistä käytetään kerrallaan.

Unohdetaan tämä kuin paha unelma ja siirrytään moderniin piiriin.

Jännitteen lähde

Kaavio

Mikropiiriä on kätevä käyttää alas-muuntimena: sisällä on tehokas bipolaarinen kytkin, jäljellä on vain lisätä säätimen jäljellä olevat komponentit - nopea diodi, induktanssi ja lähtökondensaattori, on myös mahdollista asenna tulokondensaattori - vain 5 osaa.

LM2596ADJ-versio vaatii myös lähtöjännitteen säätöpiirin, nämä ovat kaksi vastusta tai yksi muuttuva vastus.

LM2596:een perustuva jännitemuunninpiiri:

Koko kaava yhdessä:

Täällä voit lataa datalomake LM2596:lle.

Toimintaperiaate: laitteen sisällä oleva voimakas kytkin, jota ohjataan PWM-signaalilla, lähettää jännitepulsseja induktanssiin. Pisteessä A x % ajasta on täysi jännite ja (1-x) % ajasta jännite on nolla. LC-suodatin tasoittaa nämä värähtelyt korostamalla vakiokomponenttia, joka on yhtä suuri kuin x * syöttöjännite. Diodi täydentää piirin, kun transistori sammutetaan.

Yksityiskohtainen työnkuvaus

Induktanssi vastustaa sen läpi kulkevan virran muutosta. Kun jännite ilmestyy pisteeseen A, induktori luo suuren negatiivisen itseinduktiojännitteen ja kuorman yli oleva jännite tulee yhtä suureksi kuin syöttöjännitteen ja itseinduktiojännitteen välinen erotus. Induktanssivirta ja jännite kuorman yli kasvavat vähitellen.

Jännitteen katoamisen jälkeen pisteessä A kela pyrkii ylläpitämään edellistä kuormasta ja kondensaattorista tulevaa virtaa ja oikosulkee sen diodin kautta maahan - se laskee vähitellen. Siten kuormitusjännite on aina pienempi kuin tulojännite ja riippuu pulssien toimintajaksosta.

Ulostulojännite

Moduuli on saatavana neljänä versiona: jännitteellä 3,3 V (indeksi –3,3), 5 V (indeksi –5,0), 12 V (indeksi –12) ja säädettävällä versiolla LM2596ADJ. On järkevää käyttää räätälöityä versiota kaikkialla, koska sitä on saatavilla suuria määriä elektroniikkayritysten varastoissa ja siitä tuskin tulee pulaa - ja se vaatii vain kaksi penniäistä vastusta. Ja tietysti 5 voltin versio on myös suosittu.

Varastossa oleva määrä on viimeisessä sarakkeessa.

Voit asettaa lähtöjännitteen DIP-kytkimen muodossa, hyvä esimerkki tästä, tai kiertokytkimen muodossa. Molemmissa tapauksissa tarvitset tarkkuusvastuksia - mutta voit säätää jännitettä ilman volttimittaria.

Kehys

Kotelovaihtoehtoja on kaksi: tasokasennuskotelo TO-263 (malli LM2596S) ja TO-220-reikäkotelo (malli LM2596T). Käytän mieluummin LM2596S:n tasomaista versiota, koska tässä tapauksessa jäähdytyselementti on itse levy, eikä ylimääräistä ulkoista jäähdytyselementtiä tarvitse ostaa. Lisäksi sen mekaaninen kestävyys on paljon suurempi, toisin kuin TO-220, joka täytyy ruuvata johonkin, vaikka levyyn - mutta silloin on helpompi asentaa tasoversio. Suosittelen LM2596T-ADJ-sirun käyttöä virtalähteissä, koska sen kotelosta on helpompi poistaa suuri määrä lämpöä.

Tulojännitteen aaltoilun tasoitus

Voidaan käyttää tehokkaana "älykkäänä" stabilisaattorina virran tasaamisen jälkeen. Koska mikropiiri valvoo suoraan lähtöjännitettä, tulojännitteen vaihtelut aiheuttavat käänteisesti verrannollisen muutoksen mikropiirin muuntokertoimessa ja lähtöjännite pysyy normaalina.

Tästä seuraa, että käytettäessä LM2596:ta alennusmuuntimena muuntajan ja tasasuuntaajan jälkeen, tulokondensaattorilla (eli välittömästi diodisillan jälkeen sijaitsevalla) voi olla pieni kapasitanssi (noin 50-100 μF).

Lähtökondensaattori

Korkean muunnostaajuuden vuoksi lähtökondensaattorin ei myöskään tarvitse olla suurta kapasiteettia. Jopa tehokkaalla kuluttajalla ei ole aikaa vähentää merkittävästi tätä kondensaattoria yhdessä syklissä. Tehdään laskelma: otetaan 100 µF kondensaattori, 5 V lähtöjännite ja 3 ampeeria kuluttava kuorma. Kondensaattorin täysi lataus q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.

Yhdessä muunnossyklissä kuorma ottaa kondensaattorilta dq = I*t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC (tämä on vain 4 % kondensaattorin kokonaisvarauksesta), ja heti alkaa uusi jakso, ja muunnin laittaa uuden osan energiaa kondensaattoriin.

Tärkeintä on olla käyttämättä tantaalikondensaattoreita tulo- ja lähtökondensaattorina. He kirjoittavat suoraan tietolomakkeisiin - "älä käytä virtapiireissä", koska he sietävät erittäin huonosti jopa lyhytaikaisia ​​ylijännitteitä eivätkä pidä korkeista pulssivirroista. Käytä tavallisiaoreita.

Tehokkuus, hyötysuhde ja lämpöhäviö

Tehokkuus ei ole niin korkea, koska kaksinapaista transistoria käytetään tehokkaana kytkimenä - ja sen jännitehäviö ei ole nolla, noin 1,2 V. Tästä johtuu tehokkuuden lasku matalilla jännitteillä.

Kuten näette, suurin hyötysuhde saavutetaan, kun tulo- ja lähtöjännitteiden välinen ero on noin 12 volttia. Eli jos joudut vähentämään jännitettä 12 voltilla, minimaalinen määrä energiaa menee lämmöksi.

Mikä on muuntimen tehokkuus? Tämä on arvo, joka luonnehtii virtahäviöitä - johtuen lämmön syntymisestä täysin avoimessa tehokkaassa kytkimessä Joule-Lenzin lain mukaan ja vastaavista häviöistä transienttiprosessien aikana - kun kytkin on esimerkiksi vain puoliksi auki. Molempien mekanismien vaikutukset voivat olla suuruudeltaan vertailukelpoisia, joten molempia tappiopolkuja ei pidä unohtaa. Pieni määrä tehoa käytetään myös itse muuntimen "aivojen" tehostamiseen.

Ihannetapauksessa, kun jännite muunnetaan U1:stä U2:ksi ja lähtövirta I2, lähtöteho on yhtä suuri kuin P2 = U2*I2, syöttöteho on sama (ihanteellinen tapaus). Tämä tarkoittaa, että tulovirta on I1 = U2/U1*I2.

Meidän tapauksessamme muunnoksen hyötysuhde on yksikön alapuolella, joten osa energiasta jää laitteen sisään. Esimerkiksi hyötysuhteella η lähtöteho on P_out = η*P_in ja häviöt P_häviö = P_in-P_out = P_sisään*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Tietenkin muuntimen on lisättävä tulovirtaa määritellyn lähtövirran ja jännitteen ylläpitämiseksi.

Voimme olettaa, että kun muunnetaan 12V -> 5V ja lähtövirta 1A, häviöt mikropiirissä ovat 1,3 wattia ja tulovirta 0,52A. Joka tapauksessa tämä on parempi kuin mikään lineaarimuunnin, joka antaa vähintään 7 wattia häviöitä ja kuluttaa 1 ampeerin tuloverkosta (mukaan lukien tämä hyödytön tehtävä) - kaksi kertaa enemmän.

Muuten, LM2577-mikropiirillä on kolme kertaa pienempi toimintataajuus, ja sen hyötysuhde on hieman korkeampi, koska ohimenevissä prosesseissa on vähemmän häviöitä. Se tarvitsee kuitenkin kolme kertaa korkeammat induktorin ja lähtökondensaattorin arvot, mikä tarkoittaa ylimääräistä rahaa ja levyn kokoa.

Lähtövirran lisääminen

Huolimatta mikropiirin jo melko suuresta lähtövirrasta, joskus tarvitaan vielä enemmän virtaa. Kuinka päästä eroon tästä tilanteesta?

1. Useita muuntimia voidaan rinnastaa. Tietenkin ne on asetettava täsmälleen samalle lähtöjännitteelle. Tässä tapauksessa et tule toimeen yksinkertaisilla SMD-vastuksilla takaisinkytkentäjännitteen asetuspiirissä, sinun on käytettävä joko vastuksia 1% tarkkuudella tai manuaalisesti säädettävä jännite säädettävällä vastuksella.

Jos et ole varma pienestä jännitteen leviämisestä, on parempi rinnastaa muuntimet pienen shuntin kautta, useiden kymmenien milliohmien luokkaa. Muuten koko kuorma putoaa suurimmalla jännitteellä olevan muuntimen harteille, eikä se välttämättä kestä. 2. Voit käyttää hyvää jäähdytystä - iso jäähdytin, monikerroksinen painettu piirilevy, jolla on suuri pinta-ala. Tämä mahdollistaa [virran nostamisen](/lm2596-tips-and-tricks/ "LM2596:n käyttö laitteissa ja kortin asettelussa") 4,5 A:iin. 3. Lopuksi voit [siirtää tehokkaan avaimen](#a7) mikropiirikotelon ulkopuolelle. Tämä mahdollistaa kenttätransistorin käytön erittäin pienellä jännitehäviöllä ja lisää huomattavasti sekä lähtövirtaa että hyötysuhdetta.

USB-laturi LM2596:lle

Voit tehdä erittäin kätevän matka-USB-laturin. Tätä varten sinun on asetettava säädin 5 V:n jännitteeseen, varustettava se USB-portilla ja syötettävä virtaa laturiin. Käytän Kiinasta ostettua radiomallin litiumpolymeeriakkua, joka tarjoaa 5 ampeerituntia 11,1 voltilla. Tämä on paljon - tarpeeksi 8 kertaa lataa tavallista älypuhelinta (tehokkuutta huomioimatta). Kun otetaan huomioon tehokkuus, se on vähintään 6 kertaa.

Älä unohda oikosulkea USB-liitännän D+- ja D-nastat kertoaksesi puhelimelle, että se on kytketty laturiin ja siirrettävä virta on rajoittamaton. Ilman tätä tapahtumaa puhelin luulee olevansa kytkettynä tietokoneeseen ja sitä ladataan 500 mA:n virralla - erittäin pitkään. Lisäksi tällainen virta ei ehkä edes kompensoi puhelimen virrankulutusta, eikä akku lataudu ollenkaan.

Voit myös tarjota erillisen 12 V sisääntulon auton akusta tupakansytyttimen liittimellä - ja vaihtaa lähteitä jollain kytkimellä. Suosittelen asentamaan LEDin, joka ilmoittaa, että laite on päällä, jotta et unohda sammuttaa akkua täyden latauksen jälkeen - muuten muuntimen häviöt tyhjentävät vara-akun kokonaan muutamassa päivässä.

Tämän tyyppinen akku ei ole kovin sopiva, koska se on suunniteltu suurille virroille - voit yrittää löytää alhaisemman virran akun, ja se on pienempi ja kevyempi.

Nykyinen stabilisaattori

Lähtövirran säätö

Saatavilla vain säädettävällä lähtöjännitteellä (LM2596ADJ). Muuten, kiinalaiset tekevät myös tätä levyversiota jännitteen, virran ja kaikenlaisten indikaatioiden säädöllä - valmiin virran stabilointimoduulin LM2596:ssa, jossa on oikosulkusuoja, voi ostaa nimellä xw026fr4.

Jos et halua käyttää valmista moduulia ja haluat tehdä tämän piirin itse, ei ole mitään monimutkaista, yhtä poikkeusta lukuun ottamatta: mikropiirillä ei ole kykyä ohjata virtaa, mutta voit lisätä sen. Selitän, kuinka tämä tehdään, ja selvennän vaikeita kohtia matkan varrella.

Sovellus

Virranvakain on asia, jota tarvitaan voimakkaiden LEDien syöttämiseen (muuten - mikro-ohjainprojektini suuritehoiset LED-ajurit), laserdiodit, galvanointi, akun lataus. Kuten jännitteen stabilaattoreissa, tällaisia ​​​​laitteita on kahdenlaisia ​​- lineaarisia ja pulssisia.

Klassinen lineaarinen virranstabilisaattori on LM317, ja se on luokassaan varsin hyvä - mutta sen maksimivirta on 1,5A, mikä ei riitä monille suuritehoisille LEDeille. Vaikka syötät tämän stabilisaattorin virtaan ulkoisella transistorilla, sen häviöt ovat yksinkertaisesti mahdottomia hyväksyä. Koko maailma nostaa melua valmiustilan hehkulamppujen energiankulutuksesta, mutta täällä LM317 toimii 30 %:n hyötysuhteella. Tämä ei ole meidän menetelmämme.

Mutta mikropiirimme on kätevä ohjain pulssijännitemuuntimelle, jolla on monia toimintatiloja. Häviöt ovat minimaaliset, koska transistorien lineaarisia toimintatapoja ei käytetä, vain avaintoimintoja.

Se oli alun perin tarkoitettu jännitteen stabilointipiireihin, mutta useat elementit tekevät siitä virran stabilisaattorin. Tosiasia on, että mikropiiri luottaa palautteena täysin "Feedback"-signaaliin, mutta se, mitä sille syötetään, on meidän päätettävissämme.

Vakiokytkentäpiirissä tähän haaraan syötetään jännite resistiivisestä lähtöjännitteen jakajasta. 1,2 V on tasapaino; jos Feedback on vähemmän, kuljettaja lisää pulssien käyttösuhdetta, jos se on enemmän, se vähentää sitä. Mutta voit käyttää jännitettä tähän tuloon virtashuntista!

Shuntti

Esimerkiksi 3A virralla sinun on otettava shuntti, jonka nimellisarvo on enintään 0,1 ohmia. Tällaisella resistanssilla tämä virta vapauttaa noin 1 W, joten se on paljon. On parempi rinnastaa kolme tällaista shunttia, jolloin saadaan 0,033 ohmin vastus, 0,1 V:n jännitehäviö ja 0,3 W:n lämmön vapautuminen.

Palautetulo vaatii kuitenkin 1,2 V jännitteen - ja meillä on vain 0,1 V. On järjetöntä asentaa suurempi vastus (lämpöä vapautuu 150 kertaa enemmän), joten ei jää muuta kuin lisätä tätä jännitettä jollain tavalla. Tämä tehdään operaatiovahvistimen avulla.

Ei-invertoiva op-vahvistin

Klassinen malli, mikä voisi olla yksinkertaisempaa?

Me yhdistymme

Nyt yhdistämme tavanomaisen jännitteenmuunninpiirin ja vahvistimen LM358-operaatiovahvistimella, jonka tuloon kytkemme virtashuntin.

Tehokas 0,033 ohmin vastus on shuntti. Se voidaan valmistaa kolmesta rinnakkain kytketystä 0,1 ohmin vastuksesta, ja sallitun tehohäviön lisäämiseksi käytä 1206-pakkauksessa olevia SMD-vastuksia, aseta ne pienellä rakolla (ei lähekkäin) ja yritä jättää mahdollisimman paljon kuparikerrosta vastukset ja niiden alle mahdollisuuksien mukaan. Feedback-lähtöön on kytketty pieni kondensaattori mahdollisen siirtymisen oskillaattoritilaan eliminoimiseksi.

Säädämme sekä virtaa että jännitettä

Kytketään molemmat signaalit Feedback-tuloon - sekä virta että jännite. Näiden signaalien yhdistämiseksi käytämme diodeissa tavallista kytkentäkaaviota "AND". Jos virtasignaali on korkeampi kuin jännitesignaali, se hallitsee ja päinvastoin.

Muutama sana järjestelmän soveltuvuudesta

Et voi säätää lähtöjännitettä. Vaikka on mahdotonta säätää sekä lähtövirtaa että jännitettä samanaikaisesti - ne ovat verrannollisia toisiinsa, "kuormitusresistanssin" kertoimella. Ja jos virtalähde toteuttaa skenaarion, kuten "vakio lähtöjännite, mutta kun virta ylittää, alamme vähentää jännitettä", ts. CC/CV on jo laturi.

Piirin suurin syöttöjännite on 30 V, koska tämä on LM358:n raja. Voit laajentaa tämän rajan 40 V:iin (tai 60 V:iin LM2596-HV-versiossa), jos syötät op-vahvistimen virran zener-diodista.

Jälkimmäisessä vaihtoehdossa on tarpeen käyttää diodikokoonpanoa summadiodeina, koska molemmat siinä olevat diodit on valmistettu samassa teknisessä prosessissa ja samalle piikiekolle. Niiden parametrien leviäminen on paljon pienempi kuin yksittäisten diskreettien diodien parametrien leviäminen - tämän ansiosta saavutamme seuranta-arvojen suuren tarkkuuden.

Sinun on myös varmistettava huolellisesti, että operaatiovahvistinpiiri ei innostu ja siirry laserointitilaan. Voit tehdä tämän yrittämällä lyhentää kaikkien johtimien pituutta ja erityisesti LM2596:n nastaan ​​2 kytketyn raidan pituutta. Älä sijoita operaatiovahvistinta lähelle tätä raitaa, vaan sijoita SS36-diodi ja suodatinkondensaattori lähemmäs LM2596-runkoa ja varmista, että näihin elementteihin on liitetty maasilmukan vähimmäispinta-ala - on tarpeen varmistaa virran vähimmäispituus. paluuvirran polku "LM2596 -> VD/C -> LM2596".

LM2596:n käyttö laitteissa ja riippumaton levyasettelu

Puhuin yksityiskohtaisesti mikropiirien käytöstä laitteissani, ei valmiin moduulin muodossa toinen artikkeli, joka kattaa: diodin valinnan, kondensaattorit, induktoriparametrit ja puhui myös oikeasta johdotuksesta ja muutamasta lisätempusta.

Mahdollisuudet jatkokehitykseen

LM2596:n parannetut analogit

Helpoin tapa tämän sirun jälkeen on vaihtaa LM2678. Pohjimmiltaan tämä on sama askelmuunnin, vain kenttätransistorilla, jonka ansiosta hyötysuhde nousee 92 prosenttiin. Totta, siinä on 7 jalkaa 5 sijasta, eikä se ole pin-to-pin-yhteensopiva. Tämä siru on kuitenkin hyvin samanlainen, ja se on yksinkertainen ja kätevä vaihtoehto paremmalla tehokkuudella.

L5973D– melko vanha siru, joka tarjoaa jopa 2,5A, ja hieman korkeampi hyötysuhde. Siinä on myös lähes kaksinkertainen muunnostaajuus (250 kHz) - siksi vaaditaan alhaisemmat kelan ja kondensaattorin nimellisarvot. Näin kuitenkin, mitä sille tapahtuu, jos laitat sen suoraan autoverkkoon - melko usein se poistaa häiriöt.

ST1S10- Erittäin tehokas (90 % hyötysuhde) DC–DC-asennusmuunnin.

• Vaatii 5–6 ulkoista komponenttia;

ST1S14- korkeajännite (jopa 48 volttia) ohjain. Korkea toimintataajuus (850 kHz), lähtövirta jopa 4 A, teho Hyvä lähtö, korkea hyötysuhde (ei huonompi kuin 85 %) ja suojapiiri ylikuormitusvirtaa vastaan ​​tekevät siitä luultavasti parhaan muuntimen palvelimen virran syöttämiseen 36 voltista. lähde.

Jos vaaditaan maksimaalista tehokkuutta, sinun on käytettävä integroimattomia DC–DC-ohjaimia. Integroitujen ohjainten ongelmana on, että niissä ei koskaan ole viileitä tehotransistoreja - tyypillinen kanavaresistanssi on enintään 200 mOhm. Jos kuitenkin otat ohjaimen ilman sisäänrakennettua transistoria, voit valita minkä tahansa transistorin, jopa AUIRFS8409–7P, jonka kanavaresistanssi on puoli milliohmia

DC-DC-muuntimet ulkoisella transistorilla

Seuraava osa

Nykyään harkittu mikropiiri on säädettävä DC-DC-jännitemuunnin tai yksinkertaisesti porrastetusti säädettävä virran stabilointi, joka on 40 volttia tulossa ja 1,2 - 35 V lähdössä. LM2576 vaatii noin 40-50 VDC:n tulotehon. Koska se pystyy käsittelemään jopa 3 ampeerin virtoja, LM2576 toimii kytkentäsäätimenä, joka pystyy ohjaamaan 3 ampeerin kuormaa minimimäärällä komponentteja ja pienellä jäähdytyselementillä. LM2576-sirun hinta on noin 140 ruplaa.

Stabilisaattorin kaavio

Järjestelmän ominaisuudet

• Säädettävä lähtöjännite 1,2 - 35 V ja pieni aaltoilu
• Potentiometri tasaiseen lähtöjännitteen säätöön
• Levyssä on AC-jännitteen siltatasasuuntaaja
• Tulovirran LED-ilmaisin
• Piirilevyn mitat 70 x 63 mm

Piiri on tarkoitettu pöytäkoneen virtalähteille, akkulatureille, LED-ohjaimeksi. Seuraavaksi on 2 suunnitteluvaihtoehtoa - vakio- ja tasomuodossa:

Miksi yksinkertaisia ​​parametrisia stabilaattoreita, kuten LM317, ei voida käyttää sellaisissa stabiloiduissa virtalähteissä? Koska tehohäviö jännitteellä 30 V 3 A on useita kymmeniä watteja - tarvitaan valtava jäähdytin ja jäähdytin. Mutta pulssin stabiloinnin avulla mikropiiriin vapautuva teho on lähes 10 kertaa pienempi. Siksi LM2576:lla saamme pienen ja tehokkaan, universaalin säädettävän jännitesäätimen.

Perinteisten lineaaristen jännitteen stabilaattoreiden, jotka toimivat voimakkaiden tulotason poikkeamien tilassa, erottuva piirre ja haitta on niiden alhainen hyötysuhde. Tämä tilanne selittyy yleensä merkittävillä lämpöhäviöillä piirielementeissä. Lisäksi tällaiset laitteet, joilla on suuri kuormavirta (jopa kymmeniä ampeeria), näyttävät erittäin tilavilta ja niillä on huomattava paino. Kaikkia muunninlaitteen määritettyjä parametreja voidaan merkittävästi parantaa, jos käytetään pulssin stabilointimenetelmää.

Kytkentäjännitteen stabilointilaite on erikoisluokan laite, jonka avulla voit ylläpitää lähtöjännitettä määritetyissä rajoissa pääpiirielementtien avainkäyttötilan vuoksi. Katsotaanpa tämän laitteen toimintaperiaatetta yksityiskohtaisemmin.

Pulssin muuntamisen perusteet

Ensinnäkin sinun pitäisi tietää, että pulssilaitteet stabiloidun jännitteen saamiseksi, kuten niiden lineaariset vastineet, voidaan toteuttaa rinnakkais- ja sarjapiireissä. Molemmissa tapauksissa avainelementin toimintoa suorittaa perinteisesti voimakas kenttätransistori. Koska kytkentätilassa sen toimintapiste siirtyy välittömästi kyllästysalueelta katkaisualueelle ("ylittää" nopeasti aktiivisen osan), tällaisella piirillä on minimaaliset lämpöhäviöt. Tämä osoittaa, että kytkentäjännitteen stabilisaattorilla on korkea hyötysuhde.

Lähtösignaalin stabilointi suoritetaan ohjaamalla erikoisgeneraattorin tuottamien pulssien kestoa tai toistonopeutta, jota elektroniikassa kutsutaan leveys (W) tai taajuus (F) pulssiohjaukseksi.

Huomautus! Joissakin tällaisten laitteiden malleissa käytetään yhdistettyä leveys-taajuusohjausmenetelmää (WFC).

Ensimmäisen tyypin stabilaattoreissa (SHI) pulssien taajuus pysyy vakiona ja vain niiden kesto muuttuu. Toisessa tapauksessa taajuus voi muuttua, mutta pulssisignaalin pituus (käyttökerroin) ei muutu ajan myötä.

Ohjausmuuntimen (invertterin) lähdössä on suorakaiteen muotoinen signaali, joka ei sovellu syötettäväksi työkuormaan. Siksi se on ensin suoristettava tai tasoitettava käyttökelpoiseen muotoon. Tämä selittää erityisen suodatinmoduulin läsnäolon laitteen lähdössä, joka koostuu pulsaatiota tasoittavista elementeistä. Niiden tehtävä on perinteisesti suoritettu U- tai L-muotoisilla kapasitiivis-induktiivisilla piireillä.

Näiden piirien parametreista (erityisesti induktorin induktanssista) riippuen LC-suodatinelementin läpi kulkeva virta voi olla ajoittaista tai vakiota. Kaikki määräytyy sen mukaan, ehtiikö aiemmin ladattu kondensaattori purkautua induktanssin läpi ennen seuraavan pulssin saapumista. Kun aaltoilutasolle asetetaan erityisvaatimuksia, etusija annetaan jatkuvalle lähtövirran periaatteelle.

Lisäinformaatio. Eräänlainen "takaisinmaksu" tälle on kuristinkelan valmistukseen käytetyn kuparimateriaalin huomattava kulutus.

Tapauksissa, joissa aaltoilukertoimen arvoa ei ole standardoitu, piirin sallitaan toimia jaksoittaisessa virtatilassa.

Lohkokaavio

Klassinen pulssijännitteen stabilointilaite sisältää seuraavat vaaditut moduulit:

• Master oskillaattori;
• Suoramuunnin (invertteri);
• Laitteen vertailu;
• Suodatinelementti.

Pääoskillaattori (MG) varmistaa pulssien muodostumisen, joiden muoto on lähellä suorakulmaista standardia. Jälkimmäiset tulevat muunnoslaitteeseen, jossa ne käsitellään valitun ohjausparametrin (taajuus, kesto tai molemmat) mukaisesti. Sitten käsitellyt pulssit syötetään suodatinelementtiin ja sen jälkeen lähtöön ja takaisinkytkentä (ohjaus) viestintäketjuun.

Alla oleva lohkokaavio auttaa sinua tutustumaan laitteen toimintaan.

Tärkeä! Tämän piirin avainlinkki on takaisinkytkentäketju (vertailulaite), jonka läsnäolo mahdollistaa lisätoimintojen (säätöjen) tarpeen määrittämisen lähtösignaalin tilan perusteella.

Eli kun lähtösignaalilla on ihanteelliset parametrit, laite vertaa sitä standardijännitteisiin ja näkee tämän käskynä keskeyttää ohjaustoiminnan. Jos lähtösignaalin muoto tai muu ominaisuus alkaa poiketa teknisissä tiedoissa määritellyistä parametreista, vertailumoduuli (CM) muodostaa signaalin generaattorin tuottamien pulssien lisäkorjausta varten.

Käyttöjärjestelmän säätelyn edut

Pääoskillaattoriin syötetään erosignaali, joka on verrannollinen lähtöjänniteparametrien poikkeamaan normista, joten tämä koko piiri toimii differentiaalivahvistimen periaatteella. Tämä piirirakenne mahdollistaa takaisinkytkentäsilmukan (FE) herkkyyden suurentamisen ja säätöprosessin tehokkuuden lisäämisen.

Tässä tilassa generaattorin tuottamat ohjauspulssit lähetetään muunninlaitteen avainelementteihin, joissa ne käsitellään ja samanaikaisesti valmistetaan myöhempää suodatusta varten. Ohjausjärjestelmästä tulevan signaalin taajuutta tai pulssinleveyttä muuttamalla on mahdollista saavuttaa vaadittu lähtöjännitteen laatu.

Lisäinformaatio. Saattaa olla tilanteita, joissa säätötarve jää kokonaan pois. Tämä tapahtuu yleensä, kun lähtöjännite täyttää määritetyt spesifikaatiovaatimukset.

Ohjauslaitteiden piirit

Nostaminen

Tehostuspulssin stabilointipiirit ovat tarpeen, kun on tarpeen kytkeä kuorma, jonka jännitteen on ylitettävä tuloparametri jonkin verran. Tässä tapauksessa galvaanista eristystä kuluttajan ja 220 voltin virransyöttöverkon välillä ei ole. Ulkomailla tätä muunnosperiaatetta kutsutaan "boost converteriksi", ja sen kaavio on esitetty alla olevassa kuvassa.

Kun ohjausjännite syötetään transistorin VT1 hilan ja lähteen väliin, se siirtyy kyllästystilaan, mikä varmistaa virran esteettömän kulun varastoinduktorin L1 läpi. Tässä tapauksessa lähtövirran komponentti muodostetaan lataamalla kondensaattori C1.

Kun potentiaali on poistettu transistorista VT1, se menee katkaisutilaan; tässä tapauksessa induktoriin L1 ilmestyy itseinduktiivinen emf, joka lähetetään diodin VD1 kautta kuormaan samalla polariteetilla. Kun virta kulkee kelan L1 läpi, käämi vapauttaa energiaa kokonaan piiriin. Sen vastaanottaa kondensaattori C1, joka latautuu, kunnes transistori VT1 on taas kyllästynyt.

Buck stabilaattori

Alasvakain toimii samalla periaatteella, mutta tässä tapauksessa vain kuristin kytketään päälle ohjatun kenttätransistorin jälkeen (katso alla oleva kuva).

Tämän muunnosperiaatteen vieras nimi on "chopper", ja sen ominaispiirre on alennettu lähtöjännite .

Ohjauspulssin VT1:een syöttämisen jälkeen transistori kyllästyy, minkä seurauksena virta alkaa virrata sen läpi, virtaamalla tasoituskuristimen L1 kautta suoraan kuormaan (diodi VD1 suljetaan käänteisellä jännitteellä).

Tulosignaalin poistamisen jälkeen avaintransistori menee katkaisutilaan, mikä johtaa virran jyrkkään laskuun. Induktorin L1 itseinduktiivinen emf estää voimakkaasti sen pienenemisen ja ylläpitää prosessia kuormitettuna. Kuitenkin johtuen jännitehäviöstä kelan L1 yli, sen arvo laitteen lähdössä on aina pienempi kuin tuloarvo (EMF:n päinvastaisesta merkistä johtuen).

Käänteinen laite

Tämän tyyppistä stabilaattoria käytetään työskenneltäessä kuormilla, joilla on kiinteä jännitelähtöjännite, joka on vaihesiirretty suhteessa tuloon. Lisäksi itse sen arvo voi olla joko suurempi tai pienempi kuin tulo (kaikki riippuu siitä, kuinka invertoiva laite on konfiguroitu).

Kuten molemmissa aikaisemmissa kaavioissa, tässä ei ole syöttö- ja lähtöpiirien galvaanista eristystä. Ulkomaisessa sanakirjassa tällaisia ​​stabilaattoreita kutsutaan "buck-boost converteriksi". Suurin ero Buck-muuntimeen verrattuna on, että induktori ja diodi vaihdetaan tässä tapauksessa. Lisäksi puolijohdeelementti kytketään päälle vastakkaiseen suuntaan (suljettu eteenpäin suunnassa).

Tällainen korvaaminen johtaa 90 asteen vaihesiirtoon tulo- ja lähtösignaalien välillä (toisin sanoen sen inversioon).

Tämän katsauksen viimeisessä osassa kiinnitetään huomiota vielä yhteen yksityiskohtaan, joka on ominaista kaikille tarkasteltaville muunnoslaitteille. Kytkinkytkimenä kaikissa piireissä käytetään erityistä puolijohdeelementtiä, jolla on kenttärakenne, jota ei ohjata jännitteellä, vaan potentiaalilla. Tämän ansiosta on mahdollista vähentää merkittävästi tulon ohjausvirtoja sekä lisätä koko laitteen tehokkuutta edelleen.

Video

Virtalähteen kiinnitys

Tämä muunnin suunniteltiin lisävarusteeksi, jonka avulla voit laajentaa laboratoriovirtalähteen jännitealuetta, joka on suunniteltu 12 voltin lähtöjännitteelle ja 5 ampeerin virralle. Muuntimen kaaviokuva on esitetty kuvassa 1.

Laitteen perustana on yksitahtipulssinleveyssäätimen mikropiiri UC3843N, joka on kytketty vakiopiirin mukaan. Tämä pallomalli itsessään on lainattu saksalaiselta radioamatööriltä Georg Tiefiltä (Tief G. Dreifacher Step-Up-Wandler. Stabile Spennunger fϋr den FieldDay). Tämän mikropiirin venäjänkieliset tiedot löytyvät Dodeka-kustantajan hakuteoksesta ”Mikropiirit kytkentävirtalähteisiin ja niiden sovellukset” sivulla 103. Piiri ei ole monimutkainen ja huollettavilla osilla ja oikealla asennuksella alkaa toimia välittömästi. Muuntimen lähtöjännite säädetään trimmausvastuksen R8 avulla. Mutta haluttaessa se voidaan korvata muuttuvalla vastuksella. Lähtöjännitettä voidaan vaihdella välillä 15 - 40 volttia vastusten R8, R9, R10 arvoilla kaaviossa. Tämä muunnin testattiin juotosraudalla, jonka jännite on 24 volttia ja 40 wattia.
Niin:

Lähtöjännite……………… 24 V
Kuormavirta oli ............ 1,68 A
Latausteho…………………. 40,488 W
Tulojännite………………… 10,2 V
Kokonaisvirrankulutus………. 4,65 A
Kokonaisteho……………………… 47,43 W
Tuloksena oleva hyötysuhde………………… 85 %
Samaan aikaan piirin aktiivisten komponenttien lämpötila oli noin 50 astetta.

Tässä tapauksessa avaintransistorissa ja Schottky-sulkudiodissa on pienet säteilijät. Avaintransistorina käytettiin IRFZ34-transistoria, jonka avoimen kanavan resistanssi oli 0,044 ohmia, ja diodina käytettiin yhtä vanhan tietokoneen virtalähteestä juotettua S20C40C-diodikokoonpanon diodeja. Painettu piirilevy mahdollistaa diodien kytkemisen hyppyjohtimella. Voit käyttää myös muita Schottky-sululla varustettuja diodeja, joiden eteenpäinvirtaus on vähintään kaksi kertaa kuormitusvirtaa suurempi. Induktori on kiedottu kelta-valkoiseen renkaaseen, joka on valmistettu ruiskuraudasta, joka on myös otettu PC:n virtalähteestä. Voit lukea tällaisista ytimistä Jim Coxin esitteestä. Voit ladata sen Internetistä. Yleensä suosittelen lataamaan tämän artikkelin ja lukemaan sen kokonaan. Paljon hyödyllistä materiaalia kuristimista.

Tällaisen renkaan magneettinen permeabiliteetti on 75 ja sen mitat D = 26,9 mm; d = 14,5 mm; h = 11,1 mm. Induktorin käämissä on 24 kierrosta mitä tahansa käämilankaa, jonka halkaisija on 1,5 mm.

Kaikki stabilisaattorin osat on asennettu piirilevylle siten, että kaikki "korkeat" osat on asennettu toiselle puolelle ja kaikki "matalat" osat niin sanotusti toiselle. Piirilevyn piirustus on esitetty kuvassa 2.

Voit käynnistää kootun laitteen ensimmäistä kertaa ilman avaintransistoria ja varmistaa, että PWM-ohjain toimii. Tässä tapauksessa mikropiirin nastassa 8 tulisi olla 5 voltin jännite, tämä on sisäisen vertailujännitelähteen ION jännite. Sen on oltava vakaa, kun mikropiirin syöttöjännite muuttuu. Sekä sahanteräjännitteen taajuuden että amplitudin lähdössä 4 DA1 on oltava vakaat. Kun olet varmistanut, että ohjain toimii, voit juottaa tehokkaan transistorin. Kaiken pitäisi toimia.

Älä unohda, että stabilisaattorin kuormitusvirran on oltava pienempi kuin virta, jolle virtalähde on suunniteltu ja sen arvo riippuu stabilisaattorin lähtöjännitteestä. Ilman kuormitusta lähdössä stabilisaattori kuluttaa noin 0,08 A virran. Ohjauspulssien pulssisarjan taajuus ilman kuormitusta on noin 38 kHz. Ja vähän enemmän, jos piirrät piirilevyn itse, lue mikropiirin asennussäännöt sen dokumentaation mukaan. Pulssilaitteiden vakaa ja häiriötön toiminta ei riipu vain laadukkaista osista, vaan myös piirilevyn johtimien oikeasta sijoittelusta. Onnea. K.V.Yu.

Hakkuriteholähde 200W Step-Down TL494-sirulla - piirikaavio, piirilevy ja kuvaus. Tämä on parannettu versio suositun m/s TL494:n kytkentävakaimesta.

• Tulojännite 2x18~30 V AC
• Lähtöjännite on säädettävissä potentiometrillä alueella 0-25 V DC
• Virtaraja säädettävissä potentiometrillä
• Jos R = 0,01 Ohm - 5 ~ 20 A
• R = 0,1 ohm - 0,1 ~ 5 A

Suuret virrat aiheuttavat liian suuren tehohäviön vastuksessa R, joten pienennämme sen vastusta. Muuntajapiirin hyötysuhde on erittäin hyvä, 100 W:lla jäähdytyselementti kuumenee vain vähän. Punainen LED ilmaisee virran stabiloitumisen ja vihreä LED jännitteen stabiloitumisen. Testit suoritettiin 10 A:n resistiivisellä kuormalla. Se toimii odotetusti.

Pulssisäädettävä invertteripiiri

Kaavan toinen versio

Piirilevy - piirustus

Kaaviossa näkyvä stabilisaattori on asetettu 14,4 volttiin ja sitä käytetään laturina, joten käytetään kondensaattoreita, joiden jännite on 16 V. Tulossa 35 V - lähdössä 14,4 V. Muuntaja kierretään kierrosvaralla , joten voit halutessasi lisätä jännitettä. Mutta yli 38 on liikaa. Mikropiiri kestää vain 44 VDC:n teknisten tietojen mukaan. Muuntimen toimintataajuus on 100 kHz.