Ieejas spriegumi līdz 61 V, izejas spriegumi no 0,6 V, izejas strāvas līdz 4 A, iespēja ārēji sinhronizēt un regulēt frekvenci, kā arī regulēt ierobežojošo strāvu, regulēt mīksto palaišanas laiku, visaptveroša slodzes aizsardzība, plaša darba temperatūras diapazons - visas šīs mūsdienu avotu barošanas avotu īpašības ir sasniedzamas, izmantojot jauno līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāju līniju, ko ražo .
Pašlaik STMicro ražoto komutācijas regulatoru mikroshēmu klāsts (1. attēls) ļauj izveidot barošanas avotus (PS) ar ieejas spriegumu līdz 61 V un izejas strāvu līdz 4 A.
Sprieguma pārveidošanas uzdevums ne vienmēr ir viegls. Katrai konkrētai ierīcei ir savas prasības sprieguma regulatoram. Dažreiz liela nozīme ir cenai (patērētāju elektronika), izmēram (pārnēsājama elektronika), efektivitātei (ar baterijām darbināmas ierīces) vai pat produkta izstrādes ātrumam. Šīs prasības bieži ir pretrunā viena otrai. Šī iemesla dēļ nav ideāla un universāla sprieguma pārveidotāja.
Pašlaik tiek izmantoti vairāku veidu pārveidotāji: lineārie (sprieguma stabilizatori), impulsa līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāji, lādiņu pārvades ķēdes un pat barošanas avoti, kuru pamatā ir galvaniskie izolatori.
Tomēr visizplatītākie ir lineārie sprieguma regulatori un pakāpeniski pārslēdzamie DC/DC pārveidotāji. Galvenā atšķirība šo shēmu darbībā ir redzama no nosaukuma. Pirmajā gadījumā strāvas slēdzis darbojas lineārā režīmā, otrajā - atslēgas režīmā. Tālāk ir norādītas šo shēmu galvenās priekšrocības, trūkumi un pielietojums.
Lineārā sprieguma regulatora īpašības
Lineārā sprieguma regulatora darbības princips ir labi zināms. Klasisko integrēto stabilizatoru μA723 tālajā 1967. gadā izstrādāja R. Widlar. Neskatoties uz to, ka elektronika kopš tā laika ir gājusi garu ceļu, darbības principi ir palikuši praktiski nemainīgi.
Standarta lineārā sprieguma regulatora ķēde sastāv no vairākiem pamatelementiem (2. attēls): jaudas tranzistors VT1, atsauces sprieguma avots (VS) un kompensācijas atgriezeniskās saites ķēde uz darbības pastiprinātāja (OPA). Mūsdienu regulatoros var būt papildu funkcionālie bloki: aizsardzības shēmas (no pārkaršanas, no pārslodzes), jaudas pārvaldības ķēdes utt.
Šādu stabilizatoru darbības princips ir diezgan vienkāršs. Op-amp atgriezeniskās saites ķēde salīdzina atsauces sprieguma vērtību ar izejas dalītāja R1/R2 spriegumu. Operētājsistēmas pastiprinātāja izejā veidojas neatbilstība, kas nosaka jaudas tranzistora VT1 aizslēga avota spriegumu. Tranzistors darbojas lineārā režīmā: jo augstāks ir spriegums operētājsistēmas pastiprinātāja izejā, jo zemāks ir vārtu avota spriegums un lielāka VT1 pretestība.
Šī shēma ļauj kompensēt visas ieejas sprieguma izmaiņas. Patiešām, pieņemsim, ka ieejas spriegums Uin ir palielinājies. Tas izraisīs šādu izmaiņu ķēdi: Uin palielinās → Uout palielināsies → palielinās spriegums uz dalītāja R1/R2 → palielinās operētājsistēmas pastiprinātāja izejas spriegums → samazināsies vārtu avota spriegums → palielināsies pretestība VT1 palielināt → Uout samazināsies.
Tā rezultātā, mainoties ieejas spriegumam, izejas spriegums nedaudz mainās.
Kad izejas spriegums samazinās, notiek apgrieztas sprieguma vērtības izmaiņas.
Pazemināta līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāja darbības iezīmes
Klasiskā pazeminošā līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāja vienkāršota shēma (I tipa pārveidotājs, buck-converter, pazeminošs pārveidotājs) sastāv no vairākiem galvenajiem elementiem (3. attēls): jaudas tranzistors VT1, vadības ķēde (CS), filtrs (Lph). -Cph), reversā diode VD1.
Atšķirībā no lineārās regulatora ķēdes, tranzistors VT1 darbojas slēdža režīmā.
Ķēdes darbības cikls sastāv no divām fāzēm: sūkņa fāzes un izlādes fāzes (4....5. attēls).
Sūknēšanas fāzē tranzistors VT1 ir atvērts un caur to plūst strāva (4. attēls). Enerģija tiek uzkrāta spolē Lf un kondensatorā Cf.
Izlādes fāzē tranzistors ir aizvērts, caur to neplūst strāva. Lf spole darbojas kā strāvas avots. VD1 ir diode, kas nepieciešama reversās strāvas plūsmai.
Abās fāzēs slodzei tiek pielikts spriegums, kas vienāds ar spriegumu uz kondensatora Sph.
Iepriekš minētā shēma nodrošina izejas sprieguma regulēšanu, kad mainās impulsa ilgums:
Uout = Uin × (ti/T)
Ja induktivitātes vērtība ir maza, izlādes strāvai caur induktivitāti ir laiks sasniegt nulli. Šo režīmu sauc par intermitējošās strāvas režīmu. To raksturo kondensatora strāvas un sprieguma pulsācijas palielināšanās, kas izraisa izejas sprieguma kvalitātes pasliktināšanos un ķēdes trokšņa palielināšanos. Šī iemesla dēļ intermitējošās strāvas režīms tiek izmantots reti.
Ir pārveidotāja ķēdes veids, kurā “neefektīvā” diode VD1 tiek aizstāta ar tranzistoru. Šis tranzistors atveras pretfāzē ar galveno tranzistoru VT1. Šādu pārveidotāju sauc par sinhronu, un tam ir lielāka efektivitāte.
Sprieguma pārveidošanas ķēžu priekšrocības un trūkumi
Ja vienai no iepriekšminētajām shēmām būtu absolūts pārākums, tad otrā būtu droši aizmirsta. Tomēr tas nenotiek. Tas nozīmē, ka abām shēmām ir priekšrocības un trūkumi. Shēmu analīze jāveic saskaņā ar plašu kritēriju klāstu (1. tabula).
1. tabula. Sprieguma regulatoru ķēžu priekšrocības un trūkumi
| Raksturīgs | Lineārais regulators | Buck DC/DC pārveidotājs |
| Tipisks ieejas sprieguma diapazons, V | līdz 30 | līdz 100 |
| Tipisks izejas strāvas diapazons | simtiem mA | vienības A |
| Efektivitāte | īss | augsts |
| Izejas sprieguma iestatīšanas precizitāte | vienības % | vienības % |
| Izejas sprieguma stabilitāte | augsts | vidēji |
| Radīts troksnis | īss | augsts |
| Ķēdes ieviešanas sarežģītība | zems | augsts |
| PCB topoloģijas sarežģītība | zems | augsts |
| Cena | zems | augsts |
Elektriskās īpašības. Jebkuram pārveidotājam galvenie raksturlielumi ir efektivitāte, slodzes strāva, ieejas un izejas sprieguma diapazons.
Lineāro regulatoru efektivitātes vērtība ir zema un ir apgriezti proporcionāla ieejas spriegumam (6. attēls). Tas ir saistīts ar faktu, ka tranzistoram, kas darbojas lineārā režīmā, samazinās viss “papildu” spriegums. Tranzistora jauda tiek atbrīvota kā siltums. Zema efektivitāte noved pie tā, ka lineārā regulatora ieejas spriegumu un izejas strāvu diapazons ir salīdzinoši neliels: līdz 30 V un līdz 1 A.
Komutācijas regulatora efektivitāte ir daudz augstāka un mazāk atkarīga no ieejas sprieguma. Tajā pašā laikā nav nekas neparasts, ja ieejas spriegums pārsniedz 60 V un slodzes strāvas ir lielākas par 1 A.
Ja tiek izmantota sinhronā pārveidotāja ķēde, kurā neefektīvā brīvgaitas diode tiek aizstāta ar tranzistoru, tad efektivitāte būs vēl lielāka.
Izejas sprieguma precizitāte un stabilitāte. Lineārajiem stabilizatoriem var būt ārkārtīgi augsta parametru precizitāte un stabilitāte (procentu daļas). Izejas sprieguma atkarība no ieejas sprieguma izmaiņām un slodzes strāvas nepārsniedz dažus procentus.
Saskaņā ar darbības principu impulsa regulatoram sākotnēji ir tādi paši kļūdu avoti kā lineārajam regulatoram. Turklāt izejas sprieguma novirzi var būtiski ietekmēt plūstošās strāvas daudzums.
Trokšņa īpašības. Lineārajam regulatoram ir mērena trokšņa reakcija. Ir zema trokšņa līmeņa precizitātes regulatori, ko izmanto augstas precizitātes mērīšanas tehnoloģijā.
Pats komutācijas stabilizators ir spēcīgs traucējumu avots, jo jaudas tranzistors darbojas slēdža režīmā. Radītais troksnis ir sadalīts vadītajā (tiek pārraidīts pa elektropārvades līnijām) un induktīvajos (pārraidīts caur nevadošiem līdzekļiem).
Vadītie traucējumi tiek novērsti, izmantojot zemas caurlaidības filtrus. Jo augstāka ir pārveidotāja darbības frekvence, jo vieglāk ir atbrīvoties no traucējumiem. Mērīšanas ķēdēs komutācijas regulatoru bieži izmanto kopā ar lineāro stabilizatoru. Šajā gadījumā traucējumu līmenis ir ievērojami samazināts.
Ir daudz grūtāk atbrīvoties no induktīvo traucējumu kaitīgās ietekmes. Šis troksnis rodas induktorā un tiek pārraidīts caur gaisu un nevadošiem līdzekļiem. Lai tos novērstu, tiek izmantoti ekranēti induktori un spoles uz toroidāla serdeņa. Izklājot dēli, viņi izmanto nepārtrauktu zemes pildījumu ar daudzstūri un/vai pat izvēlas atsevišķu zemes slāni daudzslāņu dēļos. Turklāt pats impulsu pārveidotājs atrodas pēc iespējas tālāk no mērīšanas ķēdēm.
Veiktspējas īpašības. No shēmas ieviešanas vienkāršības un iespiedshēmas plates izkārtojuma viedokļa lineārie regulatori ir ārkārtīgi vienkārši. Papildus pašam integrētajam stabilizatoram ir nepieciešami tikai pāris kondensatori.
Pārslēgšanas pārveidotājam būs nepieciešams vismaz ārējs L-C filtrs. Dažos gadījumos ir nepieciešams ārējs jaudas tranzistors un ārēja brīvgaitas diode. Tas rada nepieciešamību pēc aprēķiniem un modelēšanas, un iespiedshēmas plates topoloģija kļūst ievērojami sarežģītāka. Papildu plates sarežģītība rodas EMC prasību dēļ.
Cena. Acīmredzot, pateicoties lielajam ārējo komponentu skaitam, impulsu pārveidotājam būs augstas izmaksas.
Noslēgumā var identificēt abu veidu pārveidotāju izdevīgās pielietojuma jomas:
- Lineāros regulatorus var izmantot mazjaudas, zemsprieguma ķēdēs ar augstu precizitāti, stabilitāti un zemu trokšņa līmeni. Piemērs varētu būt mērīšanas un precizitātes shēmas. Turklāt gala risinājuma mazais izmērs un zemās izmaksas var būt ideāli piemērots portatīvajai elektronikai un zemu izmaksu ierīcēm.
- Komutācijas regulatori ir ideāli piemēroti lieljaudas zemsprieguma un augstsprieguma ķēdēm automobiļu, rūpnieciskajā un plaša patēriņa elektronikā. Augsta efektivitāte bieži padara līdzstrāvas/līdzstrāvas izmantošanu par alternatīvu pārnēsājamām un ar akumulatoru darbināmām ierīcēm.
Dažreiz kļūst nepieciešams izmantot lineāros regulatorus ar augstu ieejas spriegumu. Šādos gadījumos varat izmantot STMicroelectronics ražotos stabilizatorus, kuru darba spriegums ir lielāks par 18 V (2. tabula).
2. tabula. STMicroelectronics lineārie regulatori ar augstu ieejas spriegumu
| Vārds | Apraksts | Uin maks, V | Uout nom, V | Iout nom, A | Pašu piliens, B |
| 35 | 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15 | 0.5 | 2 | ||
| 500 mA precizitātes regulators | 40 | 24 | 0.5 | 2 | |
| 2 A regulators | 35 | 0.225 | 2 | 2 | |
| , | Regulējams regulators | 40 | – | 0.1; 0.5; 1.5 | 2 |
| 3 A regulators | 20 | – | 3 | 2 | |
| 150 mA precizitātes regulators | 40 | – | 0.15 | 3 | |
| KFxx | 20 | 2.5: 8 | 0.5 | 0.4 | |
| Īpaši zems paškrišanas regulators | 20 | 2.7: 12 | 0.25 | 0.4 | |
| 5 A regulators ar zemu atslēgšanu un izejas sprieguma regulēšanu | 30 | – | 1.5; 3; 5 | 1.3 | |
| Lexx | Īpaši zems paškrišanas regulators | 20 | 3; 3.3; 4.5; 5; 8 | 0.1 | 0.2 |
| Īpaši zems paškrišanas regulators | 20 | 3.3; 5 | 0.1 | 0.2 | |
| Īpaši zems paškrišanas regulators | 40 | 3.3; 5 | 0.1 | 0.25 | |
| 85 mA regulators ar zemu pašpārtraukumu | 24 | 2.5: 3.3 | 0.085 | 0.5 | |
| Precīzs negatīvā sprieguma regulators | -35 | -5; -8; -12; -15 | 1.5 | 1.1; 1.4 | |
| Negatīvā sprieguma regulators | -35 | -5; -8; -12; -15 | 0.1 | 1.7 | |
| Regulējams negatīvā sprieguma regulators | -40 | – | 1.5 | 2 |
Ja tiek pieņemts lēmums būvēt impulsu barošanas avotu, tad jāizvēlas piemērota pārveidotāja mikroshēma. Izvēle tiek veikta, ņemot vērā vairākus pamatparametrus.
Pazemināto impulsu DC/DC pārveidotāju galvenie raksturlielumi
Ļaujiet mums uzskaitīt galvenos impulsu pārveidotāju parametrus.
Ieejas sprieguma diapazons (V). Diemžēl vienmēr ir ierobežojumi ne tikai maksimālajam, bet arī minimālajam ieejas spriegumam. Šo parametru vērtība vienmēr tiek izvēlēta ar nelielu rezervi.
Izejas sprieguma diapazons (V). Minimālā un maksimālā impulsa ilguma ierobežojumu dēļ izejas sprieguma vērtību diapazons ir ierobežots.
Maksimālā izejas strāva (A). Šo parametru ierobežo vairāki faktori: maksimālā pieļaujamā jaudas izkliede, strāvas slēdžu pretestības galīgā vērtība utt.
Pārveidotāja darba frekvence (kHz). Jo augstāka ir konversijas frekvence, jo vieglāk ir filtrēt izejas spriegumu. Tas ļauj cīnīties ar traucējumiem un samazināt ārējo L-C filtra elementu vērtības, kā rezultātā palielinās izejas strāvas un samazinās izmērs. Tomēr pārveidošanas frekvences palielināšanās palielina jaudas slēdžu pārslēgšanas zudumus un palielina traucējumu induktīvo komponentu, kas ir acīmredzami nevēlams.
Efektivitāte (%) ir neatņemams efektivitātes rādītājs, un tas ir norādīts grafiku veidā dažādiem spriegumiem un strāvām.
Citi parametri (integrēto jaudas slēdžu kanāla pretestība (mOhm), pašstrāvas patēriņš (µA), korpusa termiskā pretestība u.c.) ir mazāk svarīgi, taču arī tie ir jāņem vērā.
Jaunajiem STMicroelectronics pārveidotājiem ir augsts ieejas spriegums un efektivitāte, un to parametrus var aprēķināt, izmantojot bezmaksas programma eDesignSuite.
Impulsu līdzstrāvas/līdzstrāvas līnija no ST Microelectronics
STMicroelectronics DC/DC portfelis nepārtraukti paplašinās. Jaunajām pārveidotāju mikroshēmām ir paplašināts ieejas sprieguma diapazons līdz 61 V ( / / ), lielas izejas strāvas, izejas spriegumi no 0,6 V ( / / ) (3. tabula).
3. tabula. Jauna DC/DC STMicroelectronics
| Raksturlielumi | Vārds | |||||||
| L7987; L7987L | ||||||||
| Rāmis | VFQFPN-10L | HSOP-8; VFQFPN-8L; SO8 | HSOP-8; VFQFPN-8L; SO8 | HTSSOP16 | VFQFPN-10L; HSOP 8 | VFQFPN-10L; HSOP 8 | HSOP 8 | HTSSOP 16 |
| Ieejas spriegums Uin, V | 4.0…18 | 4.0…18 | 4.0…18 | 4…38 | 4.5…38 | 4.5…38 | 4.5…38 | 4.5…61 |
| Izejas strāva, A | 4 | 3 | 4 | 2 | 2 | 3 | 3 | 2 (L7987L); 3 (L7987) |
| Izejas sprieguma diapazons, V | 0,8…0,88 × Uin | 0,8…Uin | 0,8…Uin | 0,85…Uin | 0,6…Uin | 0,6…Uin | 0,6…Uin | 0,8…Uin |
| Darba frekvence, kHz | 500 | 850 | 850 | 250…2000 | 250…1000 | 250…1000 | 250…1000 | 250…1500 |
| Ārējās frekvences sinhronizācija (maks.), kHz | Nē | Nē | Nē | 2000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1500 |
| Funkcijas | Vienmērīgs sākums; pārstrāvas aizsardzība; aizsardzība pret pārkaršanu | |||||||
| Papildu funkcijas | IESPĒJOT; PGOOD | IESPĒJOT | LNM; LCM; AIZLIEGT; Pārsprieguma aizsardzība | IESPĒJOT | PGOOD; aizsardzība pret sprieguma kritumiem; atslēgšanas strāvas regulēšana | |||
| Kristāla darba temperatūras diapazons, °C | -40…150 | |||||||
Visām jaunajām impulsu pārveidotāju mikroshēmām ir mīkstās palaišanas, pārslodzes un pārkaršanas aizsardzības funkcijas.
Līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājus plaši izmanto dažādu elektronisko iekārtu barošanai. Tos izmanto skaitļošanas ierīcēs, sakaru ierīcēs, dažādas shēmas kontrole un automatizācija utt.
Transformatoru barošanas avoti
Tradicionālajos transformatora barošanas blokos barošanas tīkla spriegums tiek pārveidots, visbiežāk samazināts, līdz vajadzīgajai vērtībai, izmantojot transformatoru. Samazinātais spriegums tiek izlīdzināts ar kondensatora filtru. Ja nepieciešams, pēc taisngrieža tiek uzstādīts pusvadītāju stabilizators.
Transformatoru barošanas avoti parasti ir aprīkoti ar lineāriem stabilizatoriem. Šādiem stabilizatoriem ir vismaz divas priekšrocības: zemas izmaksas un neliels siksnas detaļu skaits. Bet šīs priekšrocības mazina zemā efektivitāte, jo ievērojama daļa ieejas sprieguma tiek izmantota vadības tranzistora sildīšanai, kas ir pilnīgi nepieņemami portatīvo elektronisko ierīču darbināšanai.
DC/DC pārveidotāji
Ja iekārta tiek darbināta no galvaniskajiem elementiem vai baterijām, tad sprieguma pārveidošana līdz vajadzīgajam līmenim iespējama tikai ar DC/DC pārveidotāju palīdzību.
Ideja ir pavisam vienkārša: pastāvīgs spiediens tiek pārveidots maiņspriegumā, kā likums, ar frekvenci no vairākiem desmitiem un pat simtiem kilohercu, palielinās (samazinās), pēc tam tiek iztaisnots un padots uz slodzi. Šādus pārveidotājus bieži sauc par impulsu pārveidotājiem.
Piemērs ir pastiprināšanas pārveidotājs no 1,5 V uz 5 V, tikai datora USB izejas spriegums. Līdzīgs mazjaudas pārveidotājs tiek pārdots vietnē Aliexpress.
Rīsi. 1. Pārveidotājs 1.5V/5V
Impulsu pārveidotāji ir labi, jo tiem ir augsta efektivitāte, sākot no 60...90%. Vēl viena impulsu pārveidotāju priekšrocība plaša spektra ieejas spriegums: ieejas spriegums var būt zemāks par izejas spriegumu vai daudz lielāks. Kopumā līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājus var iedalīt vairākās grupās.
Pārveidotāju klasifikācija
Nolaišana, angļu terminoloģijā step-down jeb buks
Šo pārveidotāju izejas spriegums, kā likums, ir zemāks par ieejas spriegumu: bez būtiskiem vadības tranzistora apkures zudumiem var iegūt tikai dažu voltu spriegumu ar ieejas spriegumu 12...50V. Šādu pārveidotāju izejas strāva ir atkarīga no slodzes pieprasījuma, kas savukārt nosaka pārveidotāja ķēdes konstrukciju.
Vēl viens pazeminošā pārveidotāja nosaukums angļu valodā ir chopper. Viena no šī vārda tulkošanas iespējām ir pārtrauktājs. Tehniskajā literatūrā pazeminošo pārveidotāju dažreiz sauc par "smalcinātāju". Pagaidām atcerēsimies tikai šo terminu.
Palielinās, angļu terminoloģijā step-up vai boost
Šo pārveidotāju izejas spriegums ir augstāks par ieejas spriegumu. Piemēram, ar ieejas spriegumu 5V, izejas spriegums var būt līdz 30V, un ir iespējama tā vienmērīga regulēšana un stabilizācija. Diezgan bieži pastiprināšanas pārveidotājus sauc par pastiprinātājiem.
Universālie pārveidotāji - SEPIC
Šo pārveidotāju izejas spriegums tiek uzturēts noteiktā līmenī, ja ieejas spriegums ir augstāks vai zemāks par ieejas spriegumu. Ieteicams gadījumos, kad ieejas spriegums var atšķirties ievērojamās robežās. Piemēram, automašīnā akumulatora spriegums var mainīties 9...14V robežās, bet nepieciešams iegūt stabilu 12V spriegumu.
Invertējošie pārveidotāji
Šo pārveidotāju galvenā funkcija ir radīt apgrieztas polaritātes izejas spriegumu attiecībā pret strāvas avotu. Ļoti ērti gadījumos, kad nepieciešama bipolārā jauda, piemēram.
Visi minētie pārveidotāji var būt stabilizēti vai nestabilizēti, izejas spriegums var būt galvaniski savienots ar ieejas spriegumu vai ar galvanisko sprieguma izolāciju. Tas viss ir atkarīgs no konkrētās ierīces, kurā pārveidotājs tiks izmantots.
Lai pārietu uz tālāku stāstu par līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājiem, jums vismaz vajadzētu saprast teoriju vispārīgi.
Pakāpeniskā pārveidotāja smalcinātājs - buks pārveidotājs
Tās funkcionālā diagramma ir parādīta attēlā zemāk. Bultiņas uz vadiem parāda strāvu virzienus.
2. att. Funkcionālā diagramma smalcinātāja stabilizators
Ieejas spriegums Uin tiek piegādāts ieejas filtram - kondensatoram Cin. VT tranzistors tiek izmantots kā galvenais elements, kas veic augstfrekvences strāvas pārslēgšanu. Tas var būt vai nu. Papildus norādītajām daļām ķēdē ir izlādes diode VD un izejas filtrs - LCout, no kura tiek piegādāts spriegums slodzei Rн.
Ir viegli redzēt, ka slodze ir savienota virknē ar elementiem VT un L. Tāpēc ķēde ir secīga. Kā notiek sprieguma kritums?
Impulsu platuma modulācija - PWM
Vadības ķēde rada taisnstūrveida impulsus ar nemainīgu frekvenci vai pastāvīgu periodu, kas būtībā ir viens un tas pats. Šie impulsi ir parādīti 3. attēlā.
3. att. Kontroles impulsi
Šeit t ir impulsa laiks, tranzistors ir atvērts, t ir pauzes laiks un tranzistors ir aizvērts. Attiecību ti/T sauc par darba cikla darba ciklu, ko apzīmē ar burtu D un izsaka %% vai vienkārši skaitļos. Piemēram, ja D ir vienāds ar 50%, izrādās, ka D=0,5.
Tādējādi D var mainīties no 0 līdz 1. Ar vērtību D=1 atslēgas tranzistors atrodas pilnas vadītspējas stāvoklī, un ar D=0 izslēgšanas stāvoklī, vienkārši sakot, tas ir aizvērts. Nav grūti uzminēt, ka pie D=50% izejas spriegums būs vienāds ar pusi no ieejas.
Ir pilnīgi skaidrs, ka izejas spriegumu regulē, mainot vadības impulsa platumu t un faktiski mainot koeficientu D. Šo regulēšanas principu sauc (PWM). Gandrīz visās impulsu bloki barošanas avots, ar PWM palīdzību tiek stabilizēts izejas spriegums.
Diagrammās, kas parādītas 2. un 6. attēlā, PWM ir “paslēpts” taisnstūros ar apzīmējumu “Vadības ķēde”, kas veic dažas papildu funkcijas. Piemēram, tas var būt mīksts izejas sprieguma palaišana, tālvadības ieslēgšana vai pārveidotāja aizsardzība pret īssavienojumu.
Kopumā pārveidotāji ir kļuvuši tik plaši izmantoti, ka elektronisko komponentu ražotāji ir sākuši ražot PWM kontrolierus visiem gadījumiem. Sortiments ir tik liels, ka, lai tos uzskaitītu, būtu nepieciešama vesela grāmata. Tāpēc nevienam neienāk prātā montēt pārveidotājus, izmantojot diskrētus elementus vai, kā mēdz teikt, “irdenā” formā.
Turklāt gatavus mazjaudas pārveidotājus par zemu cenu var iegādāties Aliexpress vai Ebay. Šajā gadījumā, lai uzstādītu amatieru dizainā, pietiek ar ieejas un izejas vadu pielodēšanu pie tāfeles un iestatīt nepieciešamo izejas spriegumu.
Bet atgriezīsimies pie mūsu 3. attēla. Šajā gadījumā koeficients D nosaka, cik ilgi tas būs atvērts (1. fāze) vai aizvērts (2. fāze). Šīm divām fāzēm ķēdi var attēlot divos zīmējumos. Attēlos NAV RĀDĪT tos elementus, kas netiek izmantoti šajā fāzē.
4. att. 1. fāze
Kad tranzistors ir atvērts, strāva no strāvas avota (galvaniskā elementa, akumulatora, taisngrieža) iet caur induktīvo droseli L, slodzi Rн un uzlādes kondensatoru Cout. Tajā pašā laikā strāva plūst caur slodzi, kondensators Cout un induktors L uzkrāj enerģiju. Strāva iL PAKĀPNĀKI PALIELINĀS, pateicoties induktora induktivitātes ietekmei. Šo fāzi sauc par sūknēšanu.
Pēc slodzes sprieguma sasniegšanas iestatītā vērtība(nosaka vadības ierīces iestatījumi), VT tranzistors aizveras un ierīce pāriet uz otro fāzi - izlādes fāzi. Slēgtais tranzistors attēlā vispār nav parādīts, it kā tas neeksistē. Bet tas nozīmē tikai to, ka tranzistors ir aizvērts.
5. att. 2. fāze
Kad VT tranzistors ir aizvērts, induktors netiek papildināts, jo strāvas avots ir izslēgts. Induktivitātei L ir tendence novērst izmaiņas strāvas stiprumā un virzienā (pašindukcija), kas plūst caur induktora tinumu.
Tāpēc strāva nevar apstāties uzreiz un tiek aizvērta caur “diodes slodzes” ķēdi. Šī iemesla dēļ VD diode tiek saukta par izlādes diodi. Parasti šī ir ātrgaitas Schottky diode. Pēc kontroles perioda, 2. fāzes, ķēde pārslēdzas uz 1. fāzi, un process atkārtojas vēlreiz. Maksimālais spriegums pie aplūkotās ķēdes izejas var būt vienāds ar ieeju, un nekas vairāk. Lai iegūtu izejas spriegumu, kas ir lielāks par ieeju, tiek izmantoti pastiprināšanas pārveidotāji.
Pagaidām mums tikai jāatgādina faktiskā induktivitātes vērtība, kas nosaka divus smalcinātāja darbības režīmus. Ja induktivitāte ir nepietiekama, pārveidotājs darbosies pārrāvuma strāvas režīmā, kas ir pilnīgi nepieņemami barošanas blokiem.
Ja induktivitāte ir pietiekami liela, tad darbība notiek nepārtrauktas strāvas režīmā, kas ļauj, izmantojot izejas filtrus, iegūt pastāvīgu spriegumu ar pieņemamu pulsācijas līmeni. Pastiprināšanas pārveidotāji, kas tiks apspriesti turpmāk, darbojas arī nepārtrauktas strāvas režīmā.
Lai nedaudz palielinātu efektivitāti, izlādes diode VD tiek aizstāta ar MOSFET tranzistoru, kuru īstajā brīdī atver vadības ķēde. Šādus pārveidotājus sauc par sinhroniem. To izmantošana ir pamatota, ja pārveidotāja jauda ir pietiekami liela.
Palieliniet vai pastipriniet pārveidotājus
Pastiprināšanas pārveidotājus galvenokārt izmanto zemsprieguma barošanai, piemēram, no diviem vai trim akumulatoriem, un dažām konstrukcijas sastāvdaļām ir nepieciešams 12...15 V spriegums ar mazu strāvas patēriņu. Diezgan bieži pastiprināšanas pārveidotāju īsi un skaidri sauc par vārdu "pastiprinātājs".
6. att. Pastiprināšanas pārveidotāja funkcionālā diagramma
Ieejas spriegums Uin tiek pievadīts ieejas filtram Cin un tiek piegādāts sērijveidā pieslēgtam L un komutācijas tranzistoram VT. Savienojuma vietai starp spoli un tranzistora noteci ir pievienota VD diode. Slodze Rн un šunta kondensators Cout ir savienoti ar otru diodes spaili.
VT tranzistoru kontrolē vadības ķēde, kas rada stabilas frekvences vadības signālu ar regulējamu darba ciklu D, tāpat kā tika aprakstīts tieši iepriekš, aprakstot smalcinātāja ķēdi (3. att.). VD diode īstajā laikā bloķē atslēgas tranzistora slodzi.
Kad atslēgas tranzistors ir atvērts, spoles L labā izeja saskaņā ar shēmu ir savienota ar barošanas avota Uin negatīvo polu. Caur spoli un atvērto tranzistoru plūst pieaugoša strāva (induktivitātes ietekmes dēļ) no strāvas avota, un enerģija uzkrājas spolē.
Šajā laikā diode VD bloķē slodzes un izejas kondensatoru no komutācijas ķēdes, tādējādi novēršot izejas kondensatora izlādi caur atvērto tranzistoru. Slodze šajā brīdī tiek darbināta ar enerģiju, kas uzkrāta kondensatorā Cout. Protams, spriegums pāri izejas kondensatoram samazinās.
Tiklīdz izejas spriegums nokrītas nedaudz zem iestatītās vērtības (ko nosaka vadības ķēdes iestatījumi), atslēgas tranzistors VT aizveras, un induktīvā uzkrātā enerģija caur diodi VD uzlādē kondensatoru Cout, kas aktivizē slodze. Šajā gadījumā spoles L pašindukcijas emf tiek pievienots ieejas spriegumam un pārnests uz slodzi, tāpēc izejas spriegums ir lielāks par ieejas spriegumu.
Kad izejas spriegums sasniedz iestatīto stabilizācijas līmeni, vadības ķēde atver tranzistoru VT, un process atkārtojas no enerģijas uzkrāšanas fāzes.
Universālie pārveidotāji - SEPIC (viena gala primārā induktora pārveidotājs vai pārveidotājs ar asimetriski noslogotu primāro induktivitāti).
Šādus pārveidotājus galvenokārt izmanto, ja slodzei ir nenozīmīga jauda, un ieejas spriegums mainās attiecībā pret izejas spriegumu uz augšu vai uz leju.
7. att. SEPIC pārveidotāja funkcionālā shēma
Ļoti līdzīgs pastiprināšanas pārveidotāja ķēdei, kas parādīta 6. attēlā, bet ar papildu elementiem: kondensatoru C1 un spoli L2. Tieši šie elementi nodrošina pārveidotāja darbību sprieguma samazināšanas režīmā.
SEPIC pārveidotājus izmanto lietojumos, kur ieejas spriegums ir ļoti atšķirīgs. Piemērs ir 4V-35V līdz 1,23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/down Converter Regulator. Tieši ar šo nosaukumu pārveidotājs tiek pārdots Ķīnas veikalos, kuru diagramma ir parādīta 8. attēlā (lai palielinātu, noklikšķiniet uz attēla).
8. att. SEPIC pārveidotāja shematiskā diagramma
9. attēlā parādīts tāfeles izskats ar galveno elementu apzīmējumu.
9. att. Izskats SEPIC pārveidotājs
Attēlā parādītas galvenās daļas saskaņā ar 7. attēlu. Ņemiet vērā, ka ir divas spoles L1 L2. Pamatojoties uz šo funkciju, varat noteikt, ka tas ir SEPIC pārveidotājs.
Plātnes ieejas spriegums var būt 4...35V robežās. Šajā gadījumā izejas spriegumu var regulēt 1,23...32V robežās. Pārveidotāja darbības frekvence ir 500 KHz Ar maziem izmēriem 50 x 25 x 12 mm, tā nodrošina jaudu līdz 25 W. Maksimālā izejas strāva līdz 3A.
Bet šeit ir jāizsaka piezīme. Ja izejas spriegums ir iestatīts uz 10V, tad izejas strāva nedrīkst būt lielāka par 2,5A (25W). Ar izejas spriegumu 5V un maksimālo strāvu 3A jauda būs tikai 15W. Šeit galvenais ir nepārspīlēt: vai nu nepārsniedziet maksimālo pieļaujamo jaudu, vai arī nepārsniedziet pieļaujamās strāvas robežas.
LM2596 ir pazeminošs līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājs, to bieži ražo gatavu moduļu veidā, kas maksā apmēram $ 1 (meklējiet LM2596S DC-DC 1,25-30 V 3A). Maksājot 1,5 USD, jūs varat iegādāties līdzīgu moduli Ali ar LED ieejas un izejas sprieguma indikāciju, izslēdzot izejas spriegumu un precīzas regulēšanas pogas ar vērtību parādīšanu digitālajos indikatoros. Piekrītu – piedāvājums ir vairāk nekā vilinošs!
Zemāk ir ķēdes shēmašīs pārveidotāja plates (galvenās sastāvdaļas ir atzīmētas attēlā beigās). Pie ieejas ir aizsardzība pret polaritātes maiņu - diode D2. Tas novērsīs regulatora bojājumus nepareizi pievienota ieejas sprieguma dēļ. Neskatoties uz to, ka lm2596 mikroshēma var apstrādāt ieejas spriegumu līdz 45 V saskaņā ar datu lapu, praksē ieejas spriegumam nevajadzētu pārsniegt 35 V ilgstošai lietošanai.
Modelim lm2596 izejas spriegumu nosaka zemāk redzamais vienādojums. Ar rezistoru R2 izejas spriegumu var regulēt no 1,23 līdz 25 V.
Lai gan lm2596 mikroshēma ir paredzēta maksimālai strāvai 3 A nepārtrauktai darbībai, folijas masas mazā virsma nav pietiekama, lai izkliedētu radīto siltumu visā ķēdes darbības diapazonā. Ņemiet vērā arī to, ka šī pārveidotāja efektivitāte ievērojami atšķiras atkarībā no ieejas sprieguma, izejas sprieguma un slodzes strāvas. Efektivitāte var svārstīties no 60% līdz 90% atkarībā no darbības apstākļiem. Tāpēc siltuma noņemšana ir obligāta, ja notiek nepārtraukta darbība ar strāvu, kas lielāka par 1 A.
Saskaņā ar datu lapu, uz priekšu vērstais kondensators ir jāuzstāda paralēli rezistoram R2, īpaši, ja izejas spriegums pārsniedz 10 V - tas ir nepieciešams, lai nodrošinātu stabilitāti. Bet šis kondensators bieži vien nav pieejams Ķīnas lētajos invertora dēļos. Eksperimentu laikā tika pārbaudīti vairāki līdzstrāvas pārveidotāju eksemplāri dažādi apstākļi darbība. Rezultātā mēs nonācām pie secinājuma, ka stabilizators LM2596 ir labi piemērots zemām un vidējām barošanas strāvām digitālās shēmas, bet lielākai jaudai ir nepieciešama siltuma izlietne.
ir elektroniskas ierīces, kas rada izejas spriegumu, kas atšķiras no ieejas sprieguma.Regulējamās jaudas moduļus (līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājus) izmanto, lai izveidotu barošanas kopnes galvaniski izolētās ķēdēs. Tos plaši izmanto, lai darbinātu dažādas elektroniskas ierīces, un tos var atrast arī vadības shēmās, sakaru un skaitļošanas ierīcēs.
Darbības princips
Darbības princips ir ietverts pašā nosaukumā. Tiešais spriegums tiek pārveidots maiņspriegumā. Pēc tam to paceļ vai nolaiž, kam seko iztaisnošana un padeve ierīcei. Līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājus, kas darbojas pēc iepriekš minētā principa, sauc par impulsu pārveidotājiem. Impulsu pārveidotāju priekšrocība ir to augstā efektivitāte: aptuveni 90%.
Līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāju veidi
Buck DC/DC pārveidotāji
Šo pārveidotāju izejas spriegums ir zemāks par ieeju. Piemēram, ar ieejas spriegumu 12-50 V, izmantojot šādus līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājus, izejā var iegūt vairāku voltu spriegumu.
Šo pārveidotāju izejas spriegums ir augstāks nekā ieejas spriegums. Piemēram, ar 5 V ieejas spriegumu jūs varat sagaidīt līdz 30 V izeju.
Sprieguma pārveidotāji atšķiras arī pēc konstrukcijas. Tie var būt:
Moduļu
Šis ir visizplatītākais līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāju veids, tostarp liels skaits lielāko daļu dažādi modeļi. Pārveidotājs ir ievietots metāla vai plastmasas korpusā, izslēdzot piekļuvi iekšējiem elementiem.
PCB montāžai
Šie pārveidotāji ir īpaši paredzēti uzstādīšanai uz iespiedshēmas plates. Tie atšķiras no modulārajiem ar to, ka tiem nav korpusa.
Galvenās īpašības
Darbības parametri
→ Ieejas sprieguma diapazons nozīmē tādus ieejas sprieguma parametrus, pie kuriem pārveidotājs darbosies normālā režīmā saskaņā ar deklarēto funkcionalitāti.
→ Izejas sprieguma diapazons ietver parametrus, ko DC-DC pārveidotājs spēj radīt pie izejas normālas darbības laikā.
→ Veiktspējas (efektivitātes) koeficients ir ieejas un izejas jaudas vērtību attiecība. Efektivitāte ir atkarīga no vairākiem apstākļiem, bet visaugstākā efektivitāte tiek sasniegta pie maksimāli pieļaujamās slodzes. Jo lielāka atšķirība starp ieejas un izejas spriegumu, jo zemāka ir efektivitāte.
→Izejas strāvas ierobežojums. Šī aizsardzība ir pieejama lielākajā daļā mūsdienu stabilizatoru modeļu. Tas darbojas šādi: tiklīdz izejas strāva sasniedz iestatīto vērtību, ieejas spriegums samazinās. Kad izejas strāva ir pieņemamā diapazonā, sprieguma padeve tiek atsākta.
Precizitātes parametri
→ Ripple. Pat ideālos apstākļos ir zināmi "trokšņi", tāpēc tos nav iespējams pilnībā novērst. Mērvienības ir mV. Dažreiz ražotājs tam blakus liek “rr”, kas nozīmē pulsācijas sprieguma diapazonu - no negatīvā maksimuma minimuma līdz pozitīvā maksimumam.
Apskatīsim un salīdzināsim vairāku dažādu cenu kategoriju regulējamo sprieguma pārveidotāju darbību. Sāksim no vienkārša uz sarežģītu.
Apraksts
Šis modelis ir lēts miniatūrs līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājs, ko var izmantot mazu akumulatoru uzlādēšanai. Maksimālā izejas strāva: 2,5 A, tāpēc šim pārveidotājam būs nepieciešams ilgs laiks, lai uzlādētu akumulatorus, kuru jauda ir lielāka par 20 ampērstundām.
Šī ierīce ir vislabāk piemērota iesācējiem, kuri, pamatojoties uz to, varēs salikt barošanas bloku ar izejas spriegumu no 0,8 V līdz 20 V un izejas strāvu līdz 2 A. Šajā gadījumā ir iespējams regulēt gan izejas spriegums, gan izejas strāva.
Šis stabilizators var noturēt līdz 5 A, tomēr praksē pie šīs strāvas vērtības tam būs nepieciešama siltuma izlietne. Bez siltuma izlietnes stabilizators var izturēt līdz 3 A.
Funkcionāls
Sprieguma pārveidotāju XL4005 ne velti sauc par “regulētu”. Tam ir vairāki pielāgojumi. Viena no vērtīgākajām ir iespēja ierobežot izejas strāvu. Piemēram, jūs varat iestatīt izejas strāvas ierobežojumu līdz 2,5 A, un strāva nekad nesasniegs šo vērtību, jo pretējā gadījumā tas nekavējoties izraisīs sprieguma kritumu. Šī aizsardzība ir īpaši svarīga, uzlādējot akumulatorus.
Gaismas diožu klātbūtne arī norāda, ka piedāvātais stabilizators ir lieliski piemērots uzlādes vajadzībām. Ir LED, kas iedegas, kad stabilizators darbojas strāvas ierobežošanas režīmā, tas ir, kad ir ieslēgta izejas pārslodzes aizsardzība. Apakšā ir vēl divas gaismas diodes: viena darbojas, kad notiek uzlāde, otra iedegas, kad uzlāde ir pabeigta.
Ir vērts atzīmēt, ka šis ir ļoti pieņemams un ērti lietojams modelis, kas pilnībā atbilst deklarētajai funkcionalitātei.
Tagad apskatīsim dārgāku un funkcionālāku pārveidotāju, kas ir lieliski piemērots sarežģītākiem un nopietnākiem projektiem.
Apraksts
Šis modelis ir regulējams pazeminošs sprieguma pārveidotājs ar digitālo vadību. To raksturo augsta efektivitāte. Digitālā vadība nozīmē, ka parametri tiek regulēti, izmantojot pogas. Pats modulis ir iedalāms vairākās daļās: DC-DC pārveidotājs, strāvas padeve digitālajai daļai, mērīšanas daļa un digitālā daļa.
Šīs ierīces ieejas spriegums ir no 6 V līdz 32 V. Izejas spriegums ir regulējams no 0 V līdz 30 V. Sprieguma regulēšanas solis ir 0,01 V. Izejas strāva ir regulējama no 0 A līdz 6 A. Regulēšanas solis ir 0,001 A. Pārveidotāja efektivitāte ir līdz 92% . Lai nostiprinātu vadus uz pārveidotāja, ir uzstādīti īpaši skavas. Arī uz tāfeles ir uzraksti: input +, input -, output -, output +. Jaudas daļa ir veidota uz XL4016E1 PWM kontrollera. Tiek izmantota jaudīga desmit ampēru diode MBR1060. Visu kontrolē 8 bitu mikrokontrolleris STM8S003F3. Digitālajai daļai ir UART savienotājs.
Gaismas diodes
Papildus pogām un indikatoram šai ierīcei ir trīs gaismas diodes.
Pirmais (sarkans, ārā) iedegas, kad pārveidotājs piegādā spriegumu izejai. Otrā gaismas diode (dzeltena, CC — pastāvīga strāva) iedegas, kad tiek iedarbināts izejas strāvas ierobežojums. Trešā gaismas diode (zaļa, CV - Constant Voltage) iedegas, kad pārveidotājs pāriet sprieguma ierobežojuma režīmā.
Vadības ierīces
Vadības elementi ir attēloti ar četrām pogām.
Ja mēs skatāmies uz tiem no labās puses uz kreiso pusi, tad pirmā poga ir “OK”, otrā ir “augšup”, trešā ir “uz leju” un ceturtā ir “SET”.
Pārveidotājs tiek palaists, nospiežot pogu “OK”, kas atveras izvēlnē. Ja neatlaižat pogu “OK”, varat redzēt, kā mainās skaitļi: 0-1-2. Šīs ir trīs programmas, kas ir šim pārveidotājam.
Programma “0”: tūlīt pēc sprieguma pieslēgšanas ieejai izejā tiek ieslēgta jauda.Programma “1”: ļauj saglabāt nepieciešamos parametrus.
Programma "2": automātiski parāda parametrus pēc ieslēgšanas.
Lai izvēlētos vajadzīgo programmu, jums ir jāatlaiž poga “OK” brīdī, kad tiek parādīts vēlamais numurs.
Šī ierīce salīdzinoši precīzi parāda spriegumu. Iespējama kļūda spriegumā +/-0,035 V, strāvā +/- 0,006 A. Regulēšana tiek veikta vai nu vienu reizi nospiežot pogas, vai arī turot tās nospiestu.
Ir iespējams parādīt pašreizējos pašreizējos parametrus. Kad vēlreiz nospiežat pogu “OK”, indikatorā tiek parādīta jauda. Ja vēlreiz nospiežat pogu “OK”, jūs varat redzēt pārveidotāja sniegto jaudu.
Šis pārveidotājs ir precīzs un jaudīgs, un tas lieliski tiks galā ar nopietniem uzdevumiem.
Kā izvēlēties sprieguma pārveidotāju
Mūsdienās tirgū ir liels skaits dažādu līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāju modeļu. Populārākie starp tiem ir impulsu pārveidotāji. Bet viņu izvēle ir tik liela, ka ir viegli apjukt. Kam jāpievērš īpaša uzmanība?
♦ Efektivitāte un temperatūras diapazonsDažiem pārveidotājiem ir nepieciešams radiators, lai tie darbotos pareizi un sasniegtu norādīto jaudu. Pretējā gadījumā, lai gan ierīce spēj darboties, tās efektivitāte samazinās. Parasti apzinīgs pārdevējs šo punktu norāda piezīmēs un zemsvītras piezīmēs, ko nevajadzētu atstāt novārtā.
♦ Virsmas montāžas pārveidotāju lodēšanas temperatūra
Šī informācija parasti ir norādīta tehniskajā dokumentācijā.
Un, lai gan parastajai mikroshēmai vajadzētu izturēt temperatūru līdz 280 ° C, labāk ir precizēt šo punktu.♦ Pārveidotāja izmēri
Nelielam pārveidotājam nevar būt ļoti liela jauda. Un, lai gan mūsdienu tehnoloģijas turpina pilnveidoties, to iespējas nav neierobežotas. Pārveidotājam ir nepieciešami noteikti izmēri, lai sastāvdaļas būtu vēsas un izturētu slodzi.
Mūsdienās ir milzīgs skaits dažādu miniatūru regulējamu devēju ar un bez indikācijām, ar papildu funkcijas gan ar, gan bez programmām. Šādus līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājus var izmantot dažādiem mērķiem atkarībā no izstrādātāja iztēles. Mūsdienu tehnoloģijas ļauj apvienot jaudu, precizitāti, miniatūru izmēru un pieņemamu cenu.
Viena no populārākajām ierīcēm iesācēju radioamatieru darbnīcā ir regulējams barošanas avots. Es jau runāju par to, kā neatkarīgi salikt regulējamu barošanas avotu, izmantojot mikroshēmu MC34063. Bet tam ir arī ierobežojumi un trūkumi. Pirmkārt, tas ir spēks. Otrkārt, izejas sprieguma indikācijas trūkums.
Šeit es runāšu par to, kā ar minimālu laiku un piepūli montēt regulējamu barošanas avotu 1,2–32 volti un maksimālo izejas strāvu līdz 4 ampēriem.
Lai to izdarītu, mums ir nepieciešami divi ļoti svarīgi elementi:
Transformators, ar izejas spriegumu līdz ~25...26 voltiem. Es jums pastāstīšu tālāk par to, kā to paņemt un kur to atrast;
Gatavs regulējama līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāja modulis ar iebūvētu voltmetru, kura pamatā ir mikroshēma XL4015.
Visizplatītākie un lētākie moduļi, kuru pamatā ir mikroshēmas XL4015 un LM2956. Lētākais variants ir modulis bez digitālais voltmetrs. Sev iegādājos vairākas šādu līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāju versijas, bet visvairāk man patika modulis, kas balstīts uz XL4015 mikroshēmu ar iebūvētu voltmetru. Par to mēs runāsim.
Tā viņš izskatās. Es to nopirku Aliexpress, šeit ir saite. Izmantojot meklēšanu, varat izvēlēties sev piemērotāko pēc cenas un modifikācijas.
aizmugurējā puse dēļi un sānskats.
Galvenās moduļa īpašības:
Neaizmirsīsim, ka ražotājiem patīk uzpūst savu produktu īpašības. Spriežot pēc atsauksmēm, optimālākais šī līdzstrāvas-līdzstrāvas moduļa izmantošanas variants ir darboties ar ieejas spriegumu līdz 30 voltiem un strāvas patēriņu līdz 2 ampēriem.
DC-DC moduļa vadība.
Uz DC-DC moduļa iespiedshēmas plates ir divas vadības pogas un izejas sprieguma regulators - parasts daudzpagriezienu mainīgais rezistors.
Īsi nospiežot pogu 1 atspējo/iespējo voltmetra indikāciju. Sava veida dimmer. Ērti, ja to darbina akumulators.
Īsi nospiediet pogu 2 jūs varat pārslēgt voltmetra darbības režīmu, proti, uz indikatora parādot ieejas vai izejas spriegumu. Lietojot kopā ar akumulatoru, varat kontrolēt akumulatora spriegumu un novērst dziļu izlādi.
Voltmetra rādījumu kalibrēšana.
Vispirms izmantojiet pogu 2, lai atlasītu, kuru spriegumu rādīt voltmetra displejā (ievades vai izejas). Pēc tam izmantojiet multimetru, lai izmērītu līdzstrāvas spriegumu (ieejas vai izejas) spailēs. Ja tas atšķiras no voltmetra parādītā sprieguma, mēs sākam kalibrēšanu.
Nospiediet 2. pogu 3-4 sekundes. Displejam vajadzētu kļūt tumšam. Atlaidīsim pogu. Šajā gadījumā displejā parādīsies rādījumi un sāks mirgot.
Tālāk, īsi nospiežot taustiņus 1 un 2, mēs samazinām vai palielinām parādītā sprieguma vērtību ar soli 0,1 V. Ja nepieciešams palielināt rādījumus, piemēram, no 12.0V uz 12.5V, tad nospiediet pogu 2 5 reizes Ja nepieciešams samazināt no 12V uz 11.5V, tad attiecīgi nospiediet pogu 1 5 reizes.
Kad kalibrēšana ir pabeigta, nospiediet pogu 2 uz 5 sekundēm. Šajā gadījumā voltmetra displeja rādījumi pārstās mirgot - kalibrēšana ir pabeigta. Varat arī nedarīt neko, un pēc 10 sekundēm voltmetrs iziet no kalibrēšanas režīma.
Lai saliktu barošanas bloku, papildus pašam DC/DC modulim ir nepieciešams transformators, kā arī neliela ķēde - diodes tilts un filtrs.
Šeit ir diagramma, kas mums ir jāsamontē.
(Attēls ir noklikšķināms. Noklikšķiniet uz tā, lai atvērtu jaunā logā)
Par transformatoru T1 es runāšu nedaudz vēlāk, bet tagad apskatīsim diodes tiltu VD1-VD4 un filtru C1. Es nosaukšu šo ķēdes daļu taisngriezis. Nākamais fotoattēlā - nepieciešamās detaļas lai to saliktu.
Uz tāfeles ar marķieri iespiedshēmu platēm uzzīmēju topošo drukāto celiņu izkārtojumu. Pirms tam uz tāfeles izveidoju elementu izvietojuma skici un izvadīju savienojošos vadītājus. Pēc tam, izmantojot veidni, es atzīmēju urbšanas vietas uz sagataves. Es urbju pirms kodināšanas dzelzs hlorīdā, jo, urbjot pēc kodināšanas, ap caurumiem var palikt iespiedumi un viegli sabojāt apmales ap caurumiem.
Pēc tam apstrādājamo detaļu pēc kodināšanas nožāvēju un ar vaitspirtu nomazgāju no marķiera lakas aizsargkārtu. Pēc tam apstrādājamo priekšmetu vēlreiz nomazgāju un nožāvēju, vara sliedes notīrīju ar sodu smilšpapīrs un visas sliedes skārdināja ar lodmetālu. Tā tas notika.
Mazliet par aprēķiniem. Tā kā visu darīju ātri un ceļos, tad, protams, bija arī daži “avārijas”. Pirmkārt, es izveidoju dēli abpusēju, bet tas nebija nepieciešams. Fakts ir tāds, ka caurumi nav metalizēti, un pēc tam to pašu savienotāju lodēt šādā abpusējā iespiedshēmas platē nav viegls uzdevums. Vienā pusē kontaktus var pielodēt bez problēmām, bet otrā dēļa pusē nevar. Tāpēc es cietu.
Gatavs taisnotājs.
Tīkla slēdža vietā SA1 uz laiku pielodēja džemperi. Uzstādīti ieejas un izejas savienotāji, kā arī savienotājs transformatora pieslēgšanai. Savienotājus uzstādīju, domājot par modularitāti un lietošanas ērtumu, lai nākotnē būtu iespējams ātri un bez lodēšanas savienot taisngrieža bloku ar dažādiem DC-DC moduļiem.
FU1 kā drošinātāju izmantoja gatavu drošinātāju ar turētāju. Ļoti ērti. Un sprieguma kontakti ir pārklāti, un drošinātāja nomaiņa bez lodēšanas nav problēma. Teorētiski ir piemērots jebkura dizaina un tipa korpusa drošinātājs.
Kā diodes tiltu (VD1 - VD4) es izmantoju RS407 bloku ar maksimālo priekšējo strāvu 4 ampēri. RS407 diodes tilta analogi ir KBL10, KBL410. Diodes tiltu var samontēt arī no atsevišķām taisngriežu diodēm.
Šeit ir vērts saprast, ka pats regulējamais DC-DC modulis ir paredzēts maksimālajai strāvai 5 ampēri, taču tas var izturēt šādu strāvu tikai tad, ja XL4015 mikroshēmā ir uzstādīts radiators, un SS54 diodei uz tāfeles, strāva ir 5A - maksimums!
Neaizmirsīsim arī to, ka ražotāji mēdz pārvērtēt savu produktu iespējas un to kalpošanas laiku pie šādām slodzēm. Tāpēc es pats nolēmu, ka šādu moduli var noslogot ar strāvu līdz 1 - 2 ampēriem. Mēs runājam par pastāvīgu, ilgstošu slodzi, nevis periodisku (pulsu).
Šādā situācijā diodes tiltu var izvēlēties līdzstrāvai 3-4 ampēri. Tam vajadzētu būt daudz rezerves. Atgādināšu, ja diožu tiltu saliek no atsevišķām diodēm, tad katrai no tiltā iekļautajām diodēm ir jāiztur maksimālais strāvas patēriņš. Mūsu gadījumā tas ir 3-4 ampēri. Diezgan piemērotas ir diodes 1N5401 - 1N5408 (3A), KD257A (3A) utt.
Arī montāžai būs nepieciešams elektrolītiskais kondensators C1 ar jaudu 470 - 2200 μF. Labāk izvēlēties kondensatoru 63V darba spriegumam, jo DC-DC pārveidotāja maksimālais ieejas spriegums var būt līdz 36V vai pat 38...40V. Tāpēc prātīgāk ir uzstādīt kondensatoru pie 63 V. Ar rezervēm un uzticamību.
Šeit atkal ir vērts saprast, ka viss ir atkarīgs no tā, kāds spriegums jums būs DC-DC moduļa ieejā. Ja, piemēram, plānojat izmantot moduli 12 voltu LED sloksnes barošanai un moduļa ieejas līdzstrāvas-līdzstrāvas spriegums ir tikai 16 volti, tad elektrolītiskais kondensators var tikt piegādāts ar darba spriegumu 25 volti vai vairāk.
Es iestatīju to uz maksimumu, jo plānoju izmantot šo moduli un salikto taisngriezi ar dažādiem transformatoriem, kuriem ir atšķirīgs izejas spriegums. Tāpēc, lai nelodētu kondensatoru katru reizi, uzliku uz 63V.
Jebkurš tīkla transformators ar diviem tinumiem ir piemērots kā transformators T1. Primārais tinums (Ⅰ) ir tīkls, un tam jābūt konstruētam 220 V maiņstrāvas spriegumam, sekundārajam tinumam (Ⅱ) jārada spriegums, kas nepārsniedz 25–26 voltus.
Ja ņemat transformatoru, kura izeja būs lielāka par 26 voltiem maiņstrāvas, tad pēc taisngrieža spriegums jau var būt lielāks par 36 voltiem. Un, kā mēs zinām, DC-DC pārveidotāja modulis ir paredzēts ieejas spriegumam līdz 36 voltiem. Ir arī vērts ņemt vērā faktu, ka 220 V mājsaimniecības barošanas avotā spriegums dažreiz ir nedaudz pārāk augsts. Sakarā ar to, pat ja tikai īslaicīgi, taisngrieža izejā var veidoties diezgan ievērojams sprieguma “lēciens”, kas pārsniegs mūsu modulim pieļaujamo spriegumu 38...40 volti.
Aptuvenais izejas sprieguma aprēķins Tu ārā pēc diodes taisngrieža un filtra uz kondensatora:
U out = (U T1 - (V F *2))*1,41.
Maiņspriegums transformatora T1 sekundārajā tinumā (Ⅱ) - U T1;
Sprieguma kritums ( Uz priekšu sprieguma kritums ) uz taisngriežu diodēm - V F. Tā kā diožu tiltā strāva plūst caur divām diodēm katrā pusciklā, tad V F reiziniet ar 2. Diodes montāžai situācija ir tāda pati.
Tātad RS407 datu lapā es atradu šādu rindu: Maksimālais priekšējais sprieguma kritums katram tilta elementam pie 3.0A maksimuma- 1 volts. Tas nozīmē, ka, ja caur kādu no tilta diodēm plūst 3 ampēru līdzstrāva, tad pāri tai tiks zaudēts 1 volts spriegums ( katram tilta elementam - katram tilta elementam). Tas ir, mēs ņemam vērtību V F= 1V un, tāpat kā atsevišķu diožu gadījumā, reiziniet vērtību V F par diviem, jo katrā pusciklā strāva plūst caur diviem diodes komplekta elementiem.
Vispār, lai nesabojātu smadzenes, to ir noderīgi zināt V F taisngriežu diodēm tas parasti ir aptuveni 0,5 volti. Bet tas ir ar nelielu priekšējo strāvu. Palielinoties, palielinās arī sprieguma kritums V F ieslēgts p-n krustojums diode. Kā redzam, vērtība V F ar priekšējo strāvu 3A RS407 komplekta diodēm jau ir 1V.
Tā kā rektificētā (pulsējošā) sprieguma maksimālā vērtība tiek atbrīvota uz elektrolītiskā kondensatora C1, galīgais spriegums, ko iegūstam pēc diodes tilta ( U T1 - (V F*2)) jāreizina ar Kvadrātsakne no 2, proti √2 ~ 1.41 .
Tātad ar šo vienkāršo formulu mēs varam noteikt filtra izejas spriegumu. Tagad atliek tikai atrast piemērotu transformatoru.
Kā transformatoru es izmantoju jaudas bruņu transformatoru TP114-163M.
Diemžēl precīzus datus par to neatradu. Sekundārā tinuma izejas spriegums bez slodzes ir ~19,4V. Šī transformatora aptuvenā jauda ir ~7 W. Es skaitīju līdz.
Turklāt es nolēmu salīdzināt iegūtos datus ar sērijas transformatoru parametriem TP114(TP114-1, TP114-2,...,TP114-12). Šo transformatoru maksimālā izejas jauda ir 13,2 W. Vispiemērotākie parametri transformatoram TP114-163M izrādījās TP114-12. Spriegums uz sekundārā tinuma dīkstāves režīmā ir 19,4 V, un zem slodzes - 16 V. Nominālā slodzes strāva - 0,82A.
Manā rīcībā bija arī cits transformators, arī TP114 sērijas. Te tas ir.
Spriežot pēc izejas sprieguma (~22,3V) un lakoniskā marķējuma 9M, šī ir transformatora modifikācija TP114-9. TP114-9 parametri ir šādi: nominālais spriegums - 18V; nominālā slodzes strāva - 0,73A.
Pamatojoties uz pirmo transformatoru ( TP114-163M) Varēšu uztaisīt regulējamo barošanas bloku 1,2...24 volti, bet šis ir bez slodzes. Ir skaidrs, ka, pieslēdzot slodzi (strāvas patērētāju), spriegums transformatora izejā samazināsies, un iegūtais spriegums DC-DC pārveidotāja izejā arī samazināsies par vairākiem voltiem. Tāpēc šis punkts ir jāņem vērā un jāpatur prātā.
Pamatojoties uz otro transformatoru ( TP114-9) tagad jums būs regulējams barošanas avots 1,2...28 volti. Tas ir arī bez slodzes.
Par izejas strāvu. Ražotājs norādīja, ka DC-DC pārveidotāja maksimālā izejas strāva ir 5A. Spriežot pēc atsauksmēm, maksimums 2A. Bet, kā redzat, man izdevās atrast diezgan mazjaudas transformatorus. Tāpēc maz ticams, ka varēšu izspiest pat 2 ampērus, lai gan tas viss ir atkarīgs no līdzstrāvas-līdzstrāvas moduļa izejas sprieguma. Jo mazāks tas ir, jo vairāk strāvas varat iegūt.
Jebkuram mazjaudas skuveklim šis barošanas avots lieliski iederēsies. Šeit tiek darbināta “smieklu bumba” ar spriegumu 9V un strāvu aptuveni 100 mA.
Un tas jau nodrošina 12 voltu LED lenti aptuveni 1 metru garumā.
Ir arī šī līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāja vieglā Lite versija, kas arī ir samontēta uz XL4015E1 mikroshēmas.
Vienīgā atšķirība ir iebūvēta voltmetra trūkums.
Parametri līdzīgi: ieejas spriegums 4...38V, maksimālā strāva 5A (ieteicams ne vairāk kā 4,5A). Ir reāli to izmantot ar ieejas spriegumu līdz 30V, 30V vai vairāk. Slodzes strāva ne vairāk kā 2...2,5A. Ja to noslogojat vairāk, tas jūtami uzsilst un, protams, samazinās kalpošanas laiks un uzticamība.