Conversor boost DC DC. Potente conversor DC-DC Circuito DC conversor de tensão redutor

Recentemente montei um dispositivo digital em um microcontrolador, e surgiu a dúvida sobre sua alimentação em campo, necessita de uma tensão de 12 volts e uma corrente de aproximadamente 50 mA; Além disso, é muito sensível a oscilações de tensão e de diversas fontes chaveadas, não queria funcionar em alguns equipamentos. Depois de pesquisar na Internet, encontrei uma das opções mais ideais e baratas: Conversor boost DC-DC em um chip MC34063. Para calcular, você pode usar um programa de calculadora. Insirai os parâmetros que eram necessários (pode funcionar como aumento ou diminuição) e obtive este resultado:

A tensão de alimentação do microcircuito não deve ultrapassar 40 volts e a corrente não deve ultrapassar 1,5 A. Existem placas de circuito impresso online e para peças SMD, mas não as tenho em estoque, então decidi fazer as minhas próprias. Observe que existem duas resistências de 0,2 ohm desenhadas ali. Eu só tinha um de 5 watts, então fiz para ele, mas se tivesse encontrado um menor, teria soldado em outro lugar e cortado o excesso.

Em vez de uma resistência de R1-1,5 kOhm, instalei um trimmer de 5 kOhm para regular a tensão de saída. A propósito, ele regula dentro de uma faixa bastante decente de 7 a 16, mais é possível, mas o capacitor de saída está ajustado para 16 volts, então não o aumentei ainda mais.

E agora brevemente sobre o funcionamento do conversor. Apliquei 3 volts, ajustei (R1) a saída para 12 volts - e ele mantém essa tensão quando a potência é reduzida para 2,5 volts e aumentada para 11 volts!

Me deparei com um conversor de tensão abaixador muito interessante nos espaços abertos de Ali, com esse conjunto de características.

Aqui está o que o vendedor afirmou:
1. Faixa de tensão de entrada: 5-36VDC
2. Faixa de tensão de saída: 1,25-32VDC ajustável
3. Corrente de saída: 0-5A
4. Potência de saída: 75W
5. Alta eficiência de até 96%
6. função de desligamento térmico integrada
7. Função de limite de corrente integrada
8. função de proteção contra curto de saída integrada
9.C x L x A =68,2x38,8x15mm

O vendedor não mencionou as características mais interessantes deste conversor ou não chamou a atenção para elas. E os recursos são muito interessantes.

1. Voltímetro de tensão de entrada e saída integrado, amperímetro e wattímetro, com função de calibração de leitura. A função de calibração para tensão e corrente opera de forma independente. A precisão real das leituras após a calibração é de cerca de ~0,05v. Mas mais sobre isso abaixo.

2. Este conversor abaixador pode operar tanto no modo de estabilização de tensão quanto no modo de estabilização de corrente. Na verdade, esta é a menor e mais barata fonte de alimentação de laboratório com multímetro integrado. Ao qual basta anexar um berço para as baterias se prepararem Carregador qualquer tipo de bateria.

Houve uma ideia de usar este conversor como conversor poderoso, capaz de utilizar toda a potência de uma bateria solar com tensão de 6v. Então, como usar bateria solar Está planejado para ser usado longe da civilização, onde não há multímetro extra com você, eu realmente queria encontrar um conversor com voltímetro-amperímetro embutido.

Conversores abaixadores com função de estabilização de corrente, sem medo de curtos-circuitos, com voltímetro-amperímetro embutido não são uma grande oferta. Concorrentes mais próximos:

Em geral, não encontramos nada melhor e este conversor foi adquirido. Um mês depois, o pacote estava esperando nos correios.

Os primeiros testes deste conversor foram decepcionantes. Descobriu-se que embora o próprio conversor comece a funcionar em tensões de entrada acima de 3,2 V, houve um problema com o voltímetro. O voltímetro estava em VÁRIOS VOLT!!! Portanto, a primeira coisa a fazer foi a calibração. Mas descobriu-se que a calibração não ajuda. Se você calibrar o voltímetro para 5 V, começarão os problemas com leituras de 12 V e vice-versa.

Posteriormente, experimentos mostraram que o voltímetro mostra valores corretos apenas se a tensão de entrada estiver acima de 6,5v. Quando a tensão de entrada caiu abaixo de 6,5 V, o voltímetro começou a mentir. Além disso, absolutamente todas as leituras foram distorcidas com baixa tensão de entrada. Até as leituras da tensão de saída começaram a “flutuar”, embora na verdade estivessem estáveis. Foi extremamente desagradável observar quando, quando a tensão de entrada caiu de 6,5v para 4,2v, o voltímetro embutido começou a mostrar que a tensão de entrada estava aumentando. Aqui está um exemplo de números, tensão de entrada e tensão no voltímetro integrado.

6,74v – 6,6v
6,25v – 6,7v
5,95v – 6,7v
5,55v – 6,8v
5,07v – 7,2v
4,61v – 7,5v
4,33v – 7,8v

Quando a tensão de entrada caiu abaixo de 4,2 V, o voltímetro desligou completamente.

Criou-se uma disputa, mas o vendedor se mostrou normal e não resistiu imediatamente devolveu 50% do preço.

Se você esquecer o voltímetro, ou assumir que a tensão de alimentação será sempre maior que 7v, então podemos assumir que o conversor está funcionando perfeitamente. Mas no meu caso, quando a faixa de tensão operacional principal era 4v-8v, isso poderia ser considerado um fiasco completo.

Mas então chegou o outono, longas noites sombrias, e ficou interessante ver se algo poderia ser feito.

Foto dos principais elementos do conversor












Descobriu-se que vários elementos importantes estavam escondidos sob a tela, que eu não queria dessoldar, a menos que fosse absolutamente necessário. Portanto não foi possível traçar um circuito completo do conversor. Além disso, apesar da sua aparente simplicidade, o esquema não é tão simples. Depois de cutucar o conversor em funcionamento com um multímetro, ficou claro que todos os problemas começam quando um barramento de energia separado, com uma tensão estabilizada de 5 V para o voltímetro e outros “cérebros”, começa a ceder. O chip LM317 é responsável por 5v estáveis. E assim que a tensão em sua entrada começa a ser insuficiente para produzir 5 V estáveis, começam os problemas para o voltímetro.

O problema ficou claro, mas a sua solução não parecia tão simples. Em teoria, você precisa substituir o LM317 por algum tipo de analógico que possa não apenas diminuir a tensão, mas também aumentá-la. Análogo do conversor SEPIC ou similar. Existem esses chips, mas eles definitivamente não serão compatíveis com os pinos, certamente exigirão fiação adicional e os preços desses chips geralmente não são razoáveis. E então surgiu uma ideia. E se você adicionar uma placa conversora boost na frente do LM317. Além disso, a corrente consumida pelos “cérebros” é muito pequena. O conversor MT3608, cujos comentários estão disponíveis, era ideal para tal placa. Outra vantagem inegável do MT3608 é o seu preço. Agora no Ali o preço do MT3608 começa em US$ 0,35 e tende a ficar ainda mais barato.

Além do preço, a boa notícia é que para modificação é preciso fazer um mínimo de alterações na placa. Basta cortar uma trilha (1) e soldar três fios ao MT3608 +Vin (2), -Vin (3) e +Vout (4).


Além disso, várias camadas de fita isolante foram enroladas sobre o indutor MT3608 para alinhar a altura com o resistor trimmer. Além disso, na própria placa MT3608, foi adicionado um jumper para ampliar a gama de ajustes com o potenciômetro, e um capacitor cerâmico de 10 uF foi adicionado na saída. O resultado ficou assim:



O resultado superou todas as expectativas:

1. A precisão das leituras do voltímetro-amperímetro aumentou significativamente em tensões de entrada abaixo de 6,5 V. Simplificando, o voltímetro começou a funcionar como deveria imediatamente. Levando em consideração a calibração, você pode definir as leituras na faixa desejada em torno de 0,05v. Embora ainda deva ser observado que se você definir com precisão a região para 5v, na região de 12v o voltímetro ficará na região de 0,3v.

2. O voltímetro agora liga em 1,9v. Agora você pode ver no voltímetro embutido o momento em que a parte de alimentação do conversor é ligada quando a tensão de entrada aumenta acima de 3,2 V.

3. Agora, em caso de sobrecarga da fonte, é quando o conversor tenta tirar mais da fonte de energia do que pode dar, o conversor fica muito mais estável. Quando sobrecarregada, a seção de potência reduz a tensão de entrada para algo em torno de 3,45 V, o que é suficiente para alimentar os “cérebros” do conversor. O conversor não entra em uma espécie de modo oscilante quando a tensão não é suficiente para iniciar os “cérebros”.

Esta modificação também tem algumas desvantagens:

1. A placa ficou mais alta, portanto, para não danificar o “sanduíche”, foram aparafusados ​​​​parafusos, permitindo que a placa seja instalada em uma superfície plana sem riscos.

2. A faixa operacional das tensões de entrada diminuiu. Anteriormente, a tensão de entrada podia chegar a 35v. Agora o limite superior foi reduzido para 20 V devido à limitação da tensão de entrada do MT3608. Mas no meu caso isso não é absolutamente crítico.

Conversor universal para automóvel (conversor) "DC/DC".

Este é um conversor DC/DC simples e universal (conversor de tensão única corrente direta para outro). Sua tensão de entrada pode ser de 9 a 18 V, com tensão de saída de 5 a 28 volts, podendo ser alterada se necessário na faixa de aproximadamente 3 a 50V. A tensão de saída deste conversor pode ser menor que a tensão de entrada ou maior.
A potência fornecida à carga pode atingir até 100 W. A corrente de carga média do conversor é de 2,5-3 amperes (dependendo da tensão de saída, e com uma tensão de saída de, por exemplo, 5 volts, a corrente de carga pode ser de 8 amperes ou mais).
Este conversor é adequado para diversas finalidades, como alimentar laptops, amplificadores, TVs portáteis e outros eletrodomésticos a partir da rede de bordo de 12V do carro, além de carregar celulares, dispositivos USB, equipamentos 24V, etc.
O conversor é resistente a sobrecargas e curtos-circuitos na saída, pois os circuitos de entrada e saída não são galvanicamente conectados entre si e, por exemplo, a falha de um transistor de potência não levará à falha da carga conectada, e apenas da tensão será perdido na saída (bem, o fusível de proteção irá queimar).

Imagem 1.
Circuito conversor.

O conversor é construído no chip UC3843. Diferente circuitos convencionais de conversores semelhantes, aqui o elemento produtor de energia não é um indutor, mas sim um transformador, com relação de espiras de 1:1, e portanto sua entrada e saída são isoladas galvanicamente uma da outra.
A frequência operacional do conversor é de cerca de 90-95 kHz.
Selecione a tensão operacional dos capacitores C8 e C9 dependendo da tensão de saída.
O valor do resistor R9 determina o limite de corrente do conversor. Quanto menor for o seu valor, maior será a corrente limite.
Em vez do resistor de ajuste R3, você pode instalar um resistor variável e usá-lo para regular a tensão de saída, ou instalar uma série de resistores constantes com valores fixos de tensão de saída e selecioná-los com uma chave.
Para ampliar a faixa de tensões de saída, é necessário recalcular o divisor de tensão R2, R3, R4, de forma que a tensão no pino 2 do microcircuito seja de 2,5 volts na tensão de saída necessária.

Figura 2.
Transformador.

O núcleo do transformador é usado em fontes de alimentação de computador AT, ATX, nas quais o DGS (indutor de estabilização de grupo) é enrolado. O núcleo de coloração é branco-amarelado, qualquer núcleo adequado pode ser usado. Núcleos de fontes de alimentação semelhantes e cores azul esverdeado também são adequados.
Os enrolamentos do transformador são enrolados em dois fios e contêm 2x24 voltas, fio com diâmetro de 1,0 mm. O início dos enrolamentos é indicado por pontos no diagrama.

É aconselhável usar aqueles com baixa resistência de canal aberto como transistores de potência de saída. Em particular, SUP75N06-07L, SUP75N03-08, SMP60N03-10L, IRL1004, IRL3705N. E também precisam ser selecionados com a tensão máxima de operação, dependendo da tensão máxima de saída. A tensão máxima de operação do transistor não deve ser inferior a 1,25 da tensão de saída.
Como diodo VD1, pode-se usar um diodo Schottky emparelhado, com tensão reversa de pelo menos 40V e corrente máxima de pelo menos 15A, também preferencialmente em pacote TO-220. Por exemplo SLB1640 ou STPS1545, etc.

O circuito foi montado e testado em uma protoboard. O transistor de efeito de campo 09N03LA, arrancado de uma “placa-mãe morta”, foi usado como transistor de potência. O diodo é um diodo Schottky emparelhado SBL2045CT.

Figura 3.
Teste 15V-4A.

Testando o inversor com tensão de entrada de 12 volts e tensão de saída de 15 volts. A corrente de carga do inversor é de 4 amperes. A potência de carga é de 60 watts.

Figura 4.
Teste 5V-8A.

Testando o inversor com tensão de entrada de 12 volts, tensão de saída de 5V e corrente de carga de 8A. A potência de carga é de 40 watts. Transistor de potência usado no circuito = 09N03LA (SMD da placa-mãe), D1 = SBL2045CT (das fontes de alimentação do computador), R9 = 0R068 (0,068 Ohm), C8 = 2 x 4700 10V.

A placa de circuito impresso desenvolvida para este dispositivo tem dimensões de 100x38 mm, levando em consideração a instalação de transistor e diodo em radiador. Signet no formato Sprint-Layout 6.0, em anexo.

Abaixo nas fotos está uma versão de montagem deste circuito usando componentes SMD. O sinete foi projetado para componentes SMD, tamanho 1206.

Figura 5.
Opção de montagem do conversor.

Se não houver necessidade de regular a tensão de saída na saída deste conversor, o resistor variável R3 pode ser eliminado e o resistor R2 pode ser selecionado para que a tensão de saída do conversor corresponda à necessária.

Arquivo para o artigo

O LM2596 é um conversor DC-DC abaixador, geralmente produzido na forma de módulos prontos, custando cerca de US$ 1 (procure por LM2596S DC-DC 1,25-30 V 3A). Pagando US$ 1,5, você pode comprar um módulo semelhante no Ali com indicação de LED de tensão de entrada e saída, desligamento da tensão de saída e botões de ajuste fino com exibição de valores em indicadores digitais. Concordo - a oferta é mais do que tentadora!

Abaixo está diagrama de circuito desta placa conversora (os principais componentes estão marcados na imagem no final). Na entrada existe proteção contra inversão de polaridade - diodo D2. Isto evitará que o regulador seja danificado por tensão de entrada conectada incorretamente. Apesar do chip lm2596 poder processar tensões de entrada de até 45 V de acordo com a ficha técnica, na prática a tensão de entrada não deve exceder 35 V para uso a longo prazo.

Para lm2596, a tensão de saída é determinada pela equação abaixo. Usando o resistor R2, a tensão de saída pode ser ajustada de 1,23 a 25 V.

Embora o chip lm2596 seja projetado para uma corrente máxima de 3 A de operação contínua, a pequena superfície da massa da folha não é suficiente para dissipar o calor gerado em toda a faixa operacional do circuito. Observe também que a eficiência deste conversor varia muito dependendo da tensão de entrada, tensão de saída e corrente de carga. A eficiência pode variar de 60% a 90% dependendo das condições de operação. Portanto, a dissipação de calor é obrigatória se ocorrer operação contínua em correntes superiores a 1 A.

De acordo com a ficha técnica, o capacitor feedforward deve ser instalado em paralelo com o resistor R2, principalmente quando a tensão de saída ultrapassar 10 V - isso é necessário para garantir a estabilidade. Mas esse capacitor muitas vezes não está presente nas placas inversoras baratas chinesas. Durante os experimentos, várias cópias de conversores DC foram testadas sob diversas condições operacionais. Como resultado, chegamos à conclusão de que o estabilizador LM2596 é adequado para correntes de alimentação baixas e médias circuitos digitais, mas para saídas de maior potência é necessário um dissipador de calor.

Um gerador de pulso push-pull, no qual, devido ao controle proporcional de corrente dos transistores, as perdas de comutação são significativamente reduzidas e a eficiência do conversor é aumentada, é montado nos transistores VT1 e VT2 (KT837K). A corrente de realimentação positiva flui através dos enrolamentos III e IV do transformador T1 e da carga conectada ao capacitor C2. O papel dos diodos que retificam a tensão de saída é desempenhado pelas junções emissoras dos transistores.

Uma particularidade do gerador é a interrupção das oscilações quando não há carga, o que resolve automaticamente o problema de gerenciamento de energia. Simplificando, esse conversor ligará sozinho quando você precisar alimentar algo dele e desligará quando a carga for desconectada. Ou seja, a bateria de alimentação pode ficar constantemente conectada ao circuito e praticamente não ser consumida quando a carga é desligada!

Para determinada entrada UВx. e saída UBix. tensões e o número de voltas dos enrolamentos I e II (w1), o número necessário de voltas dos enrolamentos III e IV (w2) pode ser calculado com precisão suficiente usando a fórmula: w2=w1 (UOut. - UBx. + 0,9) /(UBx-0,5). Os capacitores têm as seguintes classificações. C1: 10-100 µF, 6,3 V. C2: 10-100 µF, 16 V.

Os transistores devem ser selecionados com base em valores aceitáveis corrente base (não deve ser menor que a corrente de carga!!!) E emissor de tensão reversa - base (deve ser maior que o dobro da diferença entre as tensões de entrada e saída!!!) .

Montei o módulo Chaplygin para fazer um dispositivo para recarregar meu smartphone durante uma viagem, quando o smartphone não pode ser carregado em uma tomada de 220 V. Mas, infelizmente... O máximo que consegui extrair usando 8 baterias conectadas em paralelo. é cerca de 350-375 mA de corrente de carga a 4,75 V. tensão de saída! Embora o telefone Nokia da minha esposa possa ser recarregado com este dispositivo. Sem carga, meu Módulo Chaplygin produz 7 V com tensão de entrada de 1,5 V. Ele é montado com transistores KT837K.

A foto acima mostra o pseudo-Krona, que utilizo para alimentar alguns dos meus dispositivos que requerem 9 V. Dentro do case da bateria Krona há uma bateria AAA, um conector estéreo através do qual ela é carregada e um conversor Chaplygin. É montado com transistores KT209.

O transformador T1 é enrolado em um anel de 2.000 nm com dimensões K7x4x2, ambos os enrolamentos são enrolados simultaneamente em dois fios. Para evitar danificar o isolamento nas bordas afiadas externas e internas do anel, corte-as arredondando as bordas afiadas com uma lixa. Primeiro são enrolados os enrolamentos III e IV (ver diagrama), que contêm 28 voltas de fio com diâmetro de 0,16 mm, depois, também em dois fios, os enrolamentos I e II, que contêm 4 voltas de fio com diâmetro de 0,25 mm .

Boa sorte e sucesso a todos que decidirem replicar o conversor! :)

 

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