DC voltaj dönüştürücü. Güçlü DC-DC dönüştürücü. Ürünlerin uygulama alanları

61 V'a kadar giriş voltajları, 0,6 V'tan çıkış voltajları, 4 A'ya kadar çıkış akımları, harici senkronizasyon ve frekans ayarının yanı sıra sınırlama akımının ayarlanması, yumuşak başlatma süresinin ayarlanması, karmaşık yük koruması, a geniş çalışma sıcaklığı aralığı - modern güç kaynaklarının tüm bu özellikleri, üretilen yeni bir DC / DC dönüştürücü hattı ile güç kaynaklarının elde edilebilir.

Şu anda, STMicro tarafından üretilen anahtarlama regülatörleri için mikro devrelerin isimlendirilmesi (Şekil 1), 61 V'a kadar giriş voltajları ve 4 A'ya kadar çıkış akımları ile güç kaynakları (PS) oluşturmanıza olanak tanır.

Gerilimi dönüştürme işi her zaman kolay değildir. Her belirli cihazın voltaj regülatörü için kendi gereksinimleri vardır. Bazen fiyat (tüketici elektroniği), boyut (taşınabilir elektronik), verimlilik (pille çalışan cihazlar) ve hatta ürün geliştirme hızı bile önemli bir rol oynar. Bu gereksinimler genellikle birbiriyle çelişir. Bu nedenle mükemmel ve evrensel bir voltaj dönüştürücü yoktur.

Şu anda, çeşitli dönüştürücü türleri kullanılmaktadır: doğrusal (voltaj stabilizatörleri), DC / DC dönüştürücüler arasında geçiş, yük transfer devreleri ve hatta galvanik izolatörlere dayalı güç kaynakları.

Bununla birlikte, en yaygın olanı doğrusal voltaj regülatörleri ve kademeli anahtarlamalı DC / DC dönüştürücülerdir. Bu şemaların işleyişindeki temel fark, adından bellidir. İlk durumda, güç anahtarı doğrusal modda, ikinci durumda - anahtar modunda çalışır. Bu şemaların başlıca avantajları, dezavantajları ve uygulama alanları aşağıda verilmiştir.

Doğrusal voltaj regülatörünün özellikleri

Doğrusal bir voltaj regülatörünün çalışma prensibi iyi bilinmektedir. Klasik entegre stabilizatör μA723, 1967'de R. Widlar tarafından geliştirildi. Elektronik o zamandan beri çok ileri gitmesine rağmen, çalışma prensipleri pratikte değişmeden kaldı.

Standart bir lineer voltaj regülatör devresi bir dizi temel elemandan oluşur (Şekil 2): ​​bir güç transistörü VT1, bir referans voltaj kaynağı (RV), bir işlemsel yükselticide (OA) bir telafi geri besleme devresi. Modern regülatörler ek fonksiyonel bloklar içerebilir: koruma devreleri (aşırı ısınma, aşırı akım), güç kontrol devreleri vb.

Bu tür stabilizatörlerin çalışma prensibi oldukça basittir. Op-amp geri besleme devresi, referans voltajını R1 / R2 çıkış bölücünün voltajıyla karşılaştırır. Op-amp çıkışında, güç transistörü VT1'in "geçit kaynağı" voltajını belirleyen bir uyumsuzluk oluşur. Transistör lineer modda çalışır: op-amp çıkışındaki voltaj ne kadar yüksek olursa, geçit kaynağı voltajı o kadar düşük ve VT1 direnci o kadar büyük olur.

Bu devre, giriş voltajındaki tüm değişiklikleri telafi etmenizi sağlar. Gerçekten de, giriş voltajının Uin arttığını varsayalım. Bu, aşağıdaki değişiklikler zincirine neden olacaktır: Uin arttı → Uout artacak → bölücü R1 / R2 üzerindeki voltaj artacak → op-amp'in çıkış voltajı artacak → geçit kaynağı voltajı düşecek → VT1'in direnci artacak → Uout azalacak.

Sonuç olarak, giriş voltajı değiştiğinde çıkış voltajı biraz değişir.

Çıkış geriliminde azalma ile gerilim değerlerinde ters değişimler meydana gelir.

Buck DC / DC dönüştürücünün özellikleri

Klasik bir düşürücü DC / DC dönüştürücünün (tip I dönüştürücü, dönüştürücü dönüştürücü, düşürücü dönüştürücü) basitleştirilmiş bir diyagramı birkaç temel öğeden oluşur (Şekil 3): bir güç transistörü VT1, bir kontrol devresi (CS), bir filtre (Lph-Cf), ters diyot VD1.

Doğrusal regülatör devresinden farklı olarak, VT1 transistörü bir anahtar modunda çalışır.

Devrenin döngüsü iki aşamadan oluşur: pompalama aşaması ve boşaltma aşaması (Şekil 4 ... 5).

Pompalama aşamasında, transistör VT1 açıktır ve içinden akım geçer (Şekil 4). Enerji, Lf bobininde ve Cf kondansatöründe depolanır.

Deşarj aşamasında, transistör kapalıdır, içinden akım geçmez. Lph bobini bir akım kaynağı görevi görür. VD1, ters akım akışı için gerekli olan bir diyottur.

Her iki fazda da yüke Cf kondansatörü üzerindeki gerilime eşit bir gerilim uygulanır.

Yukarıdaki devre, darbe süresini değiştirirken çıkış voltajının düzenlenmesini sağlar:

Uout = Uin × (ti / T)

Endüktansın değeri küçükse, endüktanstan geçen deşarj akımının sıfıra ulaşma süresi vardır. Bu moda aralıklı akım modu denir. Çıkış voltajının kalitesinde bir bozulmaya ve devre gürültüsünde bir artışa neden olan, kapasitör boyunca dalgalanma akımı ve voltajındaki bir artış ile karakterizedir. Bu nedenle, aralıklı akım modu nadiren kullanılır.

"Etkisiz" diyot VD1'in bir transistör ile değiştirildiği dönüştürücü devresinin bir varyasyonu vardır. Bu transistör, ana transistör VT1 ile antifazda açılır. Böyle bir dönüştürücüye senkron denir ve daha yüksek bir verime sahiptir.

Gerilim dönüştürme devrelerinin avantajları ve dezavantajları

Yukarıdaki şemalardan birinin mutlak üstünlüğü olsaydı, ikincisi güvenle unutulurdu. Ancak bu gerçekleşmez. Bu, her iki planın da avantajları ve dezavantajları olduğu anlamına gelir. Şemaların analizi çok çeşitli kriterlere göre yapılmalıdır (Tablo 1).

Tablo 1. Voltaj regülatör devrelerinin avantajları ve dezavantajları

Elektriksel özellikler. Herhangi bir dönüştürücü için ana karakteristikler verimlilik, yük akımı, giriş ve çıkış voltaj aralığıdır.

Lineer regülatörler için verim değeri küçüktür ve giriş gerilimi ile ters orantılıdır (Şekil 6). Bunun nedeni, tüm "fazla" voltajın, doğrusal modda çalışan transistör boyunca düşmesidir. Transistörün gücü ısı olarak serbest bırakılır. Düşük verimlilik, lineer regülatörün giriş voltajı ve çıkış akımı aralığının nispeten küçük olmasına neden olur: 30 V'a kadar ve 1 A'ya kadar.

Anahtarlama regülatörünün verimliliği çok daha yüksektir ve giriş voltajına daha az bağlıdır. Aynı zamanda, 60 V'tan fazla giriş voltajları ve 1 A'dan fazla yük akımları nadir değildir.

Etkin olmayan bir geri dönüş diyotunun bir transistör ile değiştirildiği bir senkron dönüştürücü devresi kullanılıyorsa, verimlilik daha da yüksek olacaktır.

Çıkış voltajının kesinliği ve kararlılığı. Lineer stabilizatörler son derece yüksek doğruluk ve parametre stabilitesine (yüzdelik kesirler) sahip olabilir. Çıkış voltajının giriş voltajındaki değişime ve yük akımına bağımlılığı yüzde birkaçını geçmez.

Darbe regülatörü, çalışma prensibine göre başlangıçta lineer regülatör ile aynı hata kaynaklarına sahiptir. Ek olarak, çıkış voltajının sapması, akan akım miktarından önemli ölçüde etkilenebilir.

Gürültü özellikleri. Doğrusal regülatör, orta düzeyde bir gürültü özelliğine sahiptir. Yüksek hassasiyetli ölçüm teknolojisinde kullanılan düşük gürültülü hassas regülatörler bulunmaktadır.

Güç transistörü bir anahtar modunda çalıştığından, anahtarlama regülatörünün kendisi güçlü bir parazit kaynağıdır. Üretilen bozulmalar, iletken (elektrik hatları aracılığıyla iletilen) ve endüktif (iletken olmayan ortam yoluyla iletilen) olarak ikiye ayrılır.

Alçak geçiren filtreler kullanılarak iletilen gürültü ortadan kaldırılır. İnvertörün çalışma frekansı ne kadar yüksek olursa, gürültüden kurtulmak o kadar kolay olur. Ölçüm devrelerinde, genellikle lineer stabilizatör ile birlikte bir anahtarlama regülatörü kullanılır. Bu durumda, parazit seviyesi önemli ölçüde azalır.

Endüktif girişimin zararlı etkilerinden kurtulmak çok daha zordur. Bu girişim indüktörde meydana gelir ve hava ve iletken olmayan ortam yoluyla iletilir. Bunları ortadan kaldırmak için, toroidal bir çekirdek üzerindeki bobinler olan korumalı indüktörler kullanılır. Levha döşenirken, çok katmanlı levhalarda sağlam bir zemin bir poligonla doldurulur ve / veya hatta ayrı bir zemin katmanı seçilir. Ek olarak, darbe dönüştürücünün kendisi ölçüm devrelerinden mümkün olduğunca uzaklaştırılır.

Operasyonel özellikler. Devre uygulamasının basitliği ve PCB yerleşimi açısından, lineer regülatörler son derece basittir. Entegre stabilizatörün kendisine ek olarak, sadece birkaç kapasitör gereklidir.

Anahtarlama dönüştürücüsü, en az bir harici L-C filtresi gerektirecektir. Bazı durumlarda, harici bir güç transistörü ve harici bir geri dönüş diyotu gereklidir. Bu, hesaplama ve modelleme ihtiyacına yol açar ve baskılı devre kartının topolojisi önemli ölçüde karmaşıktır. Kartın ek bir komplikasyonu EMC gereksiniminden kaynaklanmaktadır.

Fiyat. Açıkçası, çok sayıda harici bileşen nedeniyle bir darbe dönüştürücü pahalı olacaktır.

Sonuç olarak, her iki tip dönüştürücünün de avantajlı uygulama alanlarını belirlemek mümkündür:

• Doğrusal regülatörler, yüksek doğruluk, kararlılık ve düşük gürültü gereksinimleri ile düşük güçlü alçak gerilim devrelerinde uygulanabilir. Bir örnek, ölçüm ve hassas devreler olacaktır. Ek olarak, nihai çözümün küçük boyutu ve düşük maliyeti, taşınabilir elektronikler ve bütçe cihazları için ideal olabilir.
• anahtarlama regülatörleri, otomotiv, endüstriyel ve tüketici elektroniğindeki yüksek güçlü düşük ve yüksek voltajlı devreler için idealdir. Yüksek verimlilik, genellikle taşınabilir ve pille çalışan cihazlar için DC / DC kullanımını tartışmasız hale getirir.

Bazen yüksek giriş voltajlarında lineer regülatör kullanmak gerekli hale gelir. Bu gibi durumlarda, STMicroelectronics tarafından üretilen, çalışma gerilimleri 18 V'un üzerinde olan stabilizatörleri kullanabilirsiniz. (Tablo 2).

Tablo 2. Yüksek Giriş Voltajlı STMicroelectronics Lineer Regülatörleri

Darbeli bir güç kaynağı oluşturmaya karar verilirse, uygun bir dönüştürücü mikro devre seçilmelidir. Seçim, bir dizi temel parametre dikkate alınarak yapılır.

Buck-Down Anahtarlamalı DC / DC Dönüştürücülerin Temel Özellikleri

Darbe dönüştürücülerin ana parametrelerini listeleyelim.

Giriş voltajı aralığı (V). Ne yazık ki, yalnızca maksimumda değil, aynı zamanda minimum giriş voltajında ​​da her zaman bir sınırlama vardır. Bu parametrelerin değeri her zaman bir miktar marjla seçilir.

Çıkış voltajı aralığı (V). Minimum ve maksimum darbe süresindeki sınırlama nedeniyle, çıkış voltajı değerleri aralığı sınırlıdır.

Maksimum çıkış akımı (A). Bu parametre bir dizi faktörle sınırlıdır: izin verilen maksimum harcanan güç, güç anahtarlarının direncinin nihai değeri, vb.

Dönüştürücü çalışma frekansı (kHz). Dönüştürme frekansı ne kadar yüksek olursa, çıkış voltajını filtrelemek o kadar kolay olur. Bu, parazitle mücadele etmenize ve harici L-C filtre elemanlarının değerlerinin değerlerini düşürmenize, bu da çıkış akımlarında bir artışa ve boyutlarda bir azalmaya yol açmanıza olanak tanır. Bununla birlikte, dönüştürme frekansındaki bir artış, güç anahtarlarının anahtarlama kayıplarını arttırır ve açıkça istenmeyen olan girişimin endüktif bileşenini arttırır.

Verimlilik (%), verimliliğin ayrılmaz bir göstergesidir ve çeşitli voltaj ve akım değerleri için grafikler şeklinde verilir.

Parametrelerin geri kalanı (entegre güç anahtarlarının kanal direnci (mΩ), kendi akım tüketimi (μA), kasanın termal direnci vb.) daha az önemlidir, ancak bunlar da dikkate alınmalıdır.

STMicroelectronics tarafından üretilen yeni dönüştürücüler, yüksek giriş voltajına ve verimliliğe sahiptir ve parametreleri ücretsiz eDesignSuite yazılımı kullanılarak hesaplanabilir.

ST Microelectronics'ten darbeli DC / DC hattı

STMicroelectronics'in DC / DC portföyü sürekli genişlemektedir. Yeni dönüştürücü mikro devreler, 61 V'a (/) kadar genişletilmiş bir giriş voltajı aralığına, yüksek çıkış akımlarına, 0,6 V'tan (/ /) çıkış voltajlarına sahiptir (tablo 3).

Tablo 3. Yeni DC / DC STMicroelectronics

Darbe dönüştürücülerin tüm yeni mikro devreleri, yumuşak başlatma, aşırı akım ve aşırı ısınmaya karşı koruma işlevlerine sahiptir.

Geçenlerde bir mikrodenetleyiciye bir dijital cihaz monte ettim ve saha koşullarında güç kaynağı ile ilgili soru ortaya çıktı, 12 volt voltaj ve yaklaşık 50 mA akım gerektiriyor. Ayrıca, voltaj dalgalanmasına karşı çok hassastır ve birkaç anahtarlamalı güç kaynağından, bir tür ekipmandan çalışmak istemedi. İnternette arama yaptıktan sonra en uygun ve en ucuz seçeneklerden birini buldum: DC-DC yükseltici dönüştürücü bir mikro devrede MC34063... Hesaplama için bir hesap makinesi programı kullanabilirsiniz. Gerekli parametreleri ekledim (artış ve azalış olarak çalışabilir) ve aşağıdaki sonucu aldım:

Mikro devrenin besleme voltajı 40 volt'u geçmemeli ve akım 1,5 A'yı geçmemelidir. Ağda ve smd parçalarının altında baskılı devre kartları var ama elimde yok, bu yüzden kendim yapmaya karar verdim. Orada çizilmiş iki adet 0,2 ohm direnç olduğunu unutmayın. Sadece 5 watt'lık bir tane vardı, onun için yaptım ama daha azını bulsam başka bir yere lehimleyip fazlalığı keserdim.

R1 - 1.5 kOhm'daki direnç yerine, çıkış voltajını düzenlemek için 5 kOhm'luk bir trimmer koydum. Bu arada, 7'den 16'ya kadar oldukça iyi bir aralıkta düzenler, daha fazlası mümkündür, ancak çıkış kapasitörü 16 volt, bu yüzden daha fazla yükseltmedim.

Ve şimdi, kısaca, dönüştürücünün çalışması. 3 volt uyguladı, 12 volt çıkışını ayarladı (R1) - ve güç 2,5 volta düşürüldüğünde ve 11 volta yükseltildiğinde bu voltajı tutar!

2,5 V ve 20 mA yük ile çalıştırıldığında devrenin 220 mA tükettiğini eklemeye devam ediyor. Diğer özelliklerin yanı sıra baskılı devre kartının çizimini de forumda görebilirsiniz.

Boost DC-DC CONVERTER makalesini tartışın

LM2596 giriş voltajını (40 V'a kadar) düşürür - çıkış ayarlanabilir, akım 3 A'dır. Arabadaki LED'ler için idealdir. Çok ucuz modüller - Çin'de yaklaşık 40 ruble.

Texas Instruments, yüksek kaliteli, güvenilir, uygun fiyatlı ve ucuz, kullanımı kolay DC-DC kontrolörleri LM2596 üretir. Çinli fabrikalar, temelinde süper ucuz darbe azaltma dönüştürücüler üretiyor: LM2596 için bir modülün fiyatı yaklaşık 35 ruble (teslimat dahil). Hemen 10 adetlik bir parti satın almanızı tavsiye ederim - onlar için her zaman bir kullanım olacak, 50 adet sipariş verirken fiyat 32 rubleye ve 30 ruble'den az olacak. Mikro devrenin sargısının hesaplanması, akım ve voltajın ayarlanması, uygulanması ve dönüştürücünün bazı dezavantajları hakkında daha fazla bilgi edinin.

Tipik kullanım yöntemi, düzenlenmiş bir voltaj kaynağıdır. Bu sabitleyiciye dayanarak, anahtarlamalı bir güç kaynağı yapmak kolaydır, bunu kısa devreye dayanabilecek basit ve güvenilir bir laboratuvar güç kaynağı olarak kullanıyorum. Kalitenin tutarlılığı (hepsi aynı fabrikada yapılmış gibi görünüyor - ve beş ayrıntıda hata yapmak zordur) ve veri sayfası ve beyan edilen özelliklerle tam uyum için çekicidirler.

Başka bir uygulama alanı, bir darbe akımı stabilizatörüdür. yüksek güçlü LED'lerin güç kaynağı... Bu mikro devre üzerindeki modül, 10 Watt'lık bir otomotiv LED matrisi bağlamanıza izin verecek ve ayrıca kısa devre koruması sağlayacaktır.

Bir düzine satın almanızı şiddetle tavsiye ederim - kesinlikle işe yarayacaklar. Kendi yollarında benzersizdirler - 40 volta kadar giriş voltajları ve yalnızca 5 harici bileşen gereklidir. Bu uygundur - kablo kesitini azaltarak akıllı evin güç kaynağı veriyolundaki voltajı 36 volta yükseltebilirsiniz. Böyle bir modülü tüketim noktalarına koyuyoruz ve gerekli 12, 9, 5 volta veya ihtiyaca göre ayarlıyoruz.

Onları daha ayrıntılı olarak ele alalım.

çip özellikleri:

• Giriş voltajı - 2,4 - 40 volt (HV versiyonunda 60 volta kadar)
• Çıkış voltajı - sabit veya ayarlanabilir (1.2 ila 37 volt)
• Çıkış akımı - 3 ampere kadar (iyi soğutma ile - 4,5A'ya kadar)
• Dönüşüm frekansı - 150 kHz
• Muhafaza - TO220-5 (delikten montaj) veya D2PAK-5 (yüzeye montaj)
• Verimlilik - düşük voltajlarda %70-75, yüksek voltajlarda %95'e kadar

1. Stabilize voltaj kaynağı
2. dönüştürücü devre
3. Veri Sayfası
4. LM2596 tabanlı USB şarj cihazı
5. Akım sabitleyici
6. Ev yapımı cihazlarda kullanın
7. Çıkış akımı ve voltajının ayarlanması
8. LM2596'nın geliştirilmiş analogları

Geçmiş - lineer stabilizatörler

Başlangıç ​​olarak, LM78XX (örneğin 7805) veya LM317 gibi standart lineer voltaj dönüştürücülerinin neden kötü olduğunu açıklayacağım. İşte bunun basitleştirilmiş bir diyagramı.

Böyle bir dönüştürücünün ana unsuru, kontrollü bir direnç olarak "orijinal" anlamında bulunan güçlü bir bipolar transistördür. Bu transistör bir Darlington çiftinin parçasıdır (akım aktarım oranını artırmak ve devreyi çalıştırmak için gereken gücü azaltmak için). Temel akım, çıkış voltajı ile referans voltajı tarafından belirtilen referans voltajı arasındaki farkı yükselten işlemsel bir yükseltici tarafından ayarlanır. klasik hata yükseltici devresine göre açılır.

Böylece dönüştürücü, direnci yük ile seri olarak açar ve örneğin yük boyunca tam olarak 5 voltun sönmesi için direncini kontrol eder. Voltaj 12 volttan 5'e düştüğünde (7805 mikro devreyi kullanmanın çok yaygın bir durumu), 12 volt girişinin dengeleyici ile yük arasında “stabilizatörde 7 volt + 5” oranında dağıtıldığını hesaplamak kolaydır. yükte volt ”. Yarım amperlik bir akımda, yükte 2,5 watt ve 7805'te - 3,5 watt'a kadar serbest bırakılır.

"Ekstra" 7 voltun stabilizatörde basitçe söndürülerek ısıya dönüştüğü ortaya çıktı. Birincisi, bu soğutma ile ilgili sorunlara neden olur ve ikincisi, güç kaynağından çok fazla enerji alır. Bir prizden güç verildiğinde, bu çok korkutucu değildir (yine de çevreye zararlı olsa da) ve pil veya şarj edilebilir güç kaynağı ile bu unutulmamalıdır.

Diğer bir sorun ise, bu yöntemi kullanarak bir yükseltici dönüştürücü yapmanın genellikle imkansız olmasıdır. Genellikle böyle bir ihtiyaç ortaya çıkar ve yirmi ila otuz yıl önce bu sorunu çözme girişimleri dikkat çekicidir - bu tür planların sentezi ve hesaplanması ne kadar zordu. Bu türdeki en basit şemalardan biri 5V-> 15V itme-çekme dönüştürücüdür.

Galvanik izolasyon sağladığı kabul edilmelidir, ancak transformatörü etkisiz bir şekilde kullanır - herhangi bir zamanda birincil sargının sadece yarısı devreye girer.

Kötü bir rüya gibi unutalım ve modern devrelere geçelim.

Voltaj kaynağı

Şema

Mikro devre, bir düşürücü dönüştürücü olarak kullanım için uygundur: güçlü bir bipolar anahtar içeride, regülatör bileşenlerinin geri kalanını eklemeye devam ediyor - hızlı bir diyot, bir endüktans ve bir çıkış kapasitörü, ayrıca bir giriş sağlamak da mümkündür kapasitör - sadece 5 parça.

LM2596ADJ versiyonunda ayrıca bir çıkış voltajı ayar devresi gereklidir, bunlar iki direnç veya bir değişken dirençtir.

LM2596 tabanlı buck voltaj dönüştürücü devresi:

Tüm devre birlikte:

Burada yapabilirsin LM2596'da veri sayfasını / veri sayfasını indirin.

Çalışma prensibi: Cihazın içindeki bir PWM sinyali tarafından kontrol edilen güçlü bir anahtar, endüktansa voltaj darbeleri gönderir. Tam voltaj A noktasında zamanın %x'inde ve voltajın sıfır olduğu zamanın %(1 – x)'inde mevcuttur. LC filtresi, x * besleme voltajına eşit bir DC bileşeni çıkararak bu dalgalanmaları düzeltir. Transistör kapalıyken diyot devreyi kapatır.

Ayrıntılı iş tanımı

Endüktans, içinden geçen akımdaki değişime direnir. A noktasında bir voltaj göründüğünde, bobin büyük bir negatif kendi kendine endüksiyon voltajı oluşturur ve yük üzerindeki voltaj, besleme voltajı ile kendi kendine endüksiyon voltajı arasındaki farka eşit olur. Yük boyunca endüktans akımı ve voltajı giderek artmaktadır.

A noktasında voltaj kaybolduktan sonra, bobin yükten ve kapasitörden akan aynı akımı korumaya çalışır ve diyottan toprağa kapatır - yavaş yavaş düşer. Bu nedenle, yük üzerindeki voltaj her zaman giriş voltajından daha azdır ve görev döngüsüne bağlıdır.

çıkış voltajı

Modül dört versiyonda üretilir: 3.3V (indeks –3.3), 5V (indeks –5.0), 12V (indeks –12) ve regüle edilmiş versiyon LM2596ADJ ile. Elektronik şirketlerinin depolarında büyük miktarlarda bulunduğundan ve bir eksiklikle karşılaşmanız olası olmadığından, özel sürümü her yerde kullanmak mantıklıdır - ve ek olarak sadece iki kuruşluk direnç gerektirir. Ve tabii ki 5 volt versiyonu da popüler.

Stoktaki miktar son sütundadır.

Çıkış voltajını bir DIP anahtarı şeklinde ayarlayabilirsiniz, bunun iyi bir örneği burada gösterilmiştir veya bir döner anahtar şeklinde. Her iki durumda da, bir hassas direnç pili gereklidir - ancak voltajı bir voltmetre olmadan da ayarlayabilirsiniz.

Çerçeve

İki paket seçeneği vardır: TO-263 düzlemsel montaj paketi (model LM2596S) ve TO-220 açık delik paketi (model LM2596T). LM2596S'nin düzlemsel versiyonunu kullanmayı tercih ediyorum, çünkü bu durumda anakartın kendisi soğutucudur ve ek bir harici soğutucu satın almaya gerek yoktur. Ek olarak, mekanik direnci, en azından tahtaya bile bir şeye vidalanması gereken TO-220'nin aksine çok daha yüksektir - ancak düzlemsel versiyonu kurmak daha kolaydır. LM2596T-ADJ mikro devresini güç kaynaklarında kullanmanızı tavsiye ederim çünkü kasasından büyük miktarda ısıyı çıkarmak daha kolay.

Giriş voltajı dalgalanma yumuşatma

Akım düzeltmesinden sonra etkili bir "akıllı" stabilizatör olarak kullanılabilir. Mikro devre, çıkış voltajının değerini doğrudan izlediğinden, giriş voltajındaki dalgalanmalar, mikro devrenin dönüşüm oranında ters orantılı bir değişikliğe neden olacak ve çıkış voltajı normal kalacaktır.

Bundan, LM2596'yı transformatör ve doğrultucudan sonra bir düşürücü dönüştürücü olarak kullanırken, giriş kapasitörünün (yani diyot köprüsünden hemen sonra duranın) küçük bir kapasiteye (yaklaşık 50-100 μF) sahip olabileceği sonucu çıkar.

Çıkış kondansatörü

Yüksek dönüştürme frekansı nedeniyle, çıkış kapasitörünün de büyük bir kapasiteye sahip olması gerekmez. Güçlü bir tüketicinin bile bu kapasitörü bir döngüde önemli ölçüde yerleştirmek için zamanı olmayacaktır. Hesaplayalım: 100μF'lik bir kapasitör, 5V çıkış voltajı ve 3 amper tüketen bir yük alın. Kondansatörün toplam yükü q = C * U = 100e-6 μF * 5 V = 500e-6 μC'dir.

Bir dönüşüm döngüsünde, yük dq = I * t = 3 A * 6.7 μs = 20 μC kapasitörden alacak (bu, kapasitörün tam şarjının sadece %4'ü kadardır) ve hemen yeni bir döngü başlayacaktır ve dönüştürücü, kondansatöre yeni bir enerji kısmı koyacaktır.

En önemlisi, giriş ve çıkış kapasitörleri olarak tantal kapasitörler kullanmayın. Doğrudan veri sayfalarına yazarlar - "güç devrelerinde kullanmayın", çünkü kısa süreli aşırı gerilimleri bile çok kötü bir şekilde tolere ederler ve yüksek darbe akımlarını sevmezler. Sıradan alüminyum elektrolitik kapasitörler kullanın.

Verimlilik, verimlilik ve ısı kaybı

Bipolar bir transistör güçlü bir anahtar olarak kullanıldığından verimlilik o kadar yüksek değildir - ve 1.2V mertebesinde sıfır olmayan bir voltaj düşüşüne sahiptir. Bu nedenle düşük voltajlarda verimdeki düşüş.

Gördüğünüz gibi, giriş ve çıkış voltajları arasındaki fark yaklaşık 12 volt olduğunda maksimum verim elde edilir. Yani, voltajı 12 volt düşürmeniz gerekirse, minimum miktarda enerji ısıya girecektir.

Dönüştürücü verimliliği nedir? Bu, akım kayıplarını karakterize eden bir değerdir - Joule-Lenz yasasına göre tamamen açık güçlü bir anahtarda ısının serbest bırakılması için ve geçici süreçler sırasındaki benzer kayıplar için - anahtar açıkken, örneğin sadece yarısı. Her iki mekanizmanın etkileri büyüklük olarak karşılaştırılabilir olabilir, bu nedenle her iki kayıp yolunu da unutmayın. Dönüştürücünün "beynine" güç sağlamak için az miktarda güç de kullanılır.

İdeal olarak, voltajı U1'den U2'ye ve çıkış akımı I2'ye dönüştürürken, çıkış gücü P2 = U2 * I2'dir, giriş gücü buna eşittir (ideal durum). Bu, giriş akımının I1 = U2 / U1 * I2 olacağı anlamına gelir.

Bizim durumumuzda, dönüşümün birin altında bir verimi vardır, bu nedenle enerjinin bir kısmı cihazın içinde kalacaktır. Örneğin, verimlilik η ile, çıkış gücü P_out = η * P_in ve kayıplar P_loss = P_in-P_out = P_in * (1-η) = P_out * (1-η) / η olacaktır. Elbette dönüştürücü, belirtilen çıkış akımını ve voltajını korumak için giriş akımını artırmak zorunda kalacaktır.

12V -> 5V ve 1A çıkış akımını dönüştürürken, mikro devredeki kaybın 1,3 watt ve giriş akımının 0,52A olacağını varsayabiliriz. Her durumda, bu, minimum 7 watt kayıp verecek ve giriş ağından (bu işe yaramaz iş dahil) 1 amper tüketecek herhangi bir doğrusal dönüştürücüden daha iyidir - iki katı kadar.

Bu arada, LM2577 mikro devresi üç kat daha düşük çalışma frekansına sahiptir ve geçici işlemlerde daha az kayıp olduğu için verimliliği biraz daha yüksektir. Bununla birlikte, ekstra para ve kart boyutu olan jikle ve çıkış kondansatör derecelendirmelerinin üç katına ihtiyaç duyar.

Çıkış akımının arttırılması

Mikro devrenin zaten oldukça yüksek çıkış akımına rağmen, bazen daha da fazla akım gerekir. Bu durumdan nasıl çıkılır?

1. Birkaç dönüştürücü paralel bağlanabilir. Tabii ki, tam olarak aynı çıkış voltajına ayarlanmaları gerekir. Bu durumda, Geri Besleme voltajı ayar devresinde basit SMD dirençleri ile yapmak mümkün değildir; dirençleri %1 doğrulukla kullanmanız veya voltajı değişken bir dirençle manuel olarak ayarlamanız gerekir.

LM2596 için USB şarj cihazı

Çok kullanışlı bir seyahat USB şarj aleti yapabilirsiniz. Bunu yapmak için regülatörü 5V'luk bir voltaja ayarlamanız, bir USB bağlantı noktası sağlamanız ve şarj cihazına güç sağlamanız gerekir. Çin'de satın alınan ve 11,1 voltta 5 amper saat sağlayan bir radyo modeli lityum polimer pil kullanıyorum. Bu çok - yeterli 8 kez normal bir akıllı telefonu şarj edin (verimlilik hariç). Verimlilik dikkate alındığında, en az 6 kez ortaya çıkacaktır.

Telefona şarj cihazına bağlı olduğunu ve iletilen akımın sınırsız olduğunu söylemek için USB soketinin D+ ve D- pinlerine kısa devre yaptırmayı unutmayınız. Bu olay olmadan, telefon bir bilgisayara bağlı olduğunu düşünecek ve çok uzun bir süre 500mA akımla şarj olacaktır. Ayrıca, böyle bir akım telefonun mevcut tüketimini bile telafi etmeyebilir ve pil hiç şarj olmaz.

Ayrıca, bir çakmak soketi olan bir araç aküsünden ayrı bir 12V giriş sağlayabilir ve kaynakları bir anahtarla değiştirebilirsiniz. Tam şarj olduktan sonra pili kapatmayı unutmamak için cihazın açık olduğunu bildirecek bir LED takmanızı tavsiye ederim, aksi takdirde dönüştürücüdeki kayıplar birkaç gün içinde yedek pili tamamen boşaltacaktır.

Böyle bir pil çok uygun değildir, çünkü yüksek akımlar için tasarlanmıştır - daha az yüksek akımlı bir pil bulmaya çalışabilirsiniz ve daha küçük ve daha hafif olacaktır.

Akım sabitleyici

Çıkış akımı ayarı

Yalnızca ayarlanabilir çıkış voltajına sahip modelde mevcuttur (LM2596ADJ). Bu arada, Çinliler ayrıca voltaj ve akım regülasyonu ve her türlü gösterge ile kartın böyle bir versiyonunu yapıyor - kısa devre korumalı LM2596'ya dayalı hazır bir akım dengeleyici modülü xw026fr4 adı altında satın alınabilir.

Hazır bir modül kullanmak istemiyorsanız ve bu devreyi kendiniz yapmak istiyorsanız - bir istisna dışında karmaşık bir şey yok: mikro devre akımı kontrol etme yeteneğine sahip değil, ancak ekleyebilirsiniz. Bunu nasıl yapacağımı anlatacağım ve yol boyunca zor noktaları netleştireceğim.

Başvuru

Akım sabitleyici, yüksek güçlü LED'lere güç sağlamak için gereken bir şeydir (bu arada, mikrodenetleyici projem yüksek güçlü LED sürücü), lazer diyotları, elektrokaplama, pil şarjı. Voltaj stabilizatörlerinde olduğu gibi, iki tür cihaz vardır - doğrusal ve darbe.

Klasik lineer akım regülatörü LM317'dir ve sınıfında oldukça iyidir - ancak mevcut 1.5A limiti birçok yüksek güçlü LED için yeterli değildir. Bu dengeleyiciyi harici bir transistörle çalıştırsanız bile, üzerindeki kayıplar kabul edilemez. Tüm dünya, yedek güç ampullerinin güç tüketimi konusunda bir varil yuvarlanıyor, ancak burada LM317 %30'luk bir verimlilikle çalışıyor.Bu bizim yöntemimiz değil.

Ancak mikro devremiz, birçok çalışma moduna sahip bir darbe voltaj dönüştürücüsü için uygun bir sürücüdür. Kayıplar minimumdur, çünkü transistörlerin doğrusal çalışma modları uygulanmaz, sadece anahtar olanlar.

Başlangıçta voltaj stabilizasyon devreleri için tasarlanmıştı, ancak birkaç eleman onu bir akım stabilizatörüne dönüştürüyor. Gerçek şu ki, mikro devre bir geri bildirim olarak tamamen “Geri Bildirim” sinyaline dayanıyor, ancak ona ne göndereceğimiz zaten bizim işimiz.

Standart bir anahtarlama devresinde, bu bacağa dirençli bir çıkış voltajı bölücüsünden voltaj verilir. 1.2V dengedir, eğer Geri Besleme daha az ise - sürücü görev döngüsünü arttırır, daha fazla ise - azalır. Ancak bu girişe akım şantından voltaj uygulayabilirsiniz!

şant

Örneğin, 3A'lık bir akımda, nominal değeri 0,1 Ohm'dan fazla olmayan bir şant almanız gerekir. Böyle bir dirençte, bu akım yaklaşık 1W serbest bırakacaktır, bu yüzden bu çok fazla. 0.033 Ohm'luk bir direnç, 0.1V'luk bir voltaj düşüşü ve 0.3W'lık bir ısı salınımı elde ederek bu tür üç şöntü paralel hale getirmek daha iyidir.

Ancak Geribildirim girişi 1,2V gerektirir ve bizde yalnızca 0,1V vardır. Daha fazla direnç koymak mantıksızdır (ısı 150 kat daha fazla salınacaktır), bu yüzden bu voltajı bir şekilde arttırmaya devam ediyor. Bu işlemsel bir amplifikatör kullanılarak yapılır.

Ters çevirmeyen op-amp amplifikatörü

Klasik devre, daha basit ne olabilir?

birleştiriyoruz

Şimdi, girişine akım şantını bağladığımız LM358 op-amp'e dayanan normal voltaj dönüştürücü devresini ve amplifikatörü birleştiriyoruz.

Güçlü bir 0.033 ohm direnç şönttür. Paralel bağlanmış üç 0.1 Ohm dirençten yapılabilir ve izin verilen güç tüketimini artırmak için 1206 durumunda SMD dirençleri kullanın, bunları küçük bir boşlukla (yakın değil) yerleştirin ve dirençlerin etrafında bir bakır tabakası bırakmaya çalışın. ve mümkün olduğunca onların altında. Jeneratör moduna olası bir geçişi ortadan kaldırmak için Geri Besleme çıkışına küçük bir kapasitör bağlanır.

Hem akımı hem de voltajı düzenleriz

Geri besleme girişine her iki sinyali de koyalım - hem akım hem de voltaj. Bu sinyalleri birleştirmek için diyotlarda geleneksel bir kablolama "VE" devresi kullanacağız. Akım sinyali voltaj sinyalinden yüksekse, baskın olacaktır ve bunun tersi de geçerlidir.

Planın uygulanabilirliği hakkında birkaç söz

Çıkış voltajını ayarlayamazsınız. Hem çıkış akımını hem de voltajı aynı anda düzenlemek imkansız olsa da - bunlar "yük direnci" katsayısı ile birbirleriyle orantılıdır. Ve güç kaynağı ünitesi "sabit çıkış voltajı, ancak akım aşıldığında voltajı düşürmeye başlarız" gibi bir senaryo uygularsa, yani. CC / CV zaten bir şarj cihazıdır.

LM358 için sınır bu olduğundan devre için maksimum besleme voltajı 30V'dur. Op-amp bir zener diyot tarafından çalıştırılıyorsa, bu sınır 40V'a (veya LM2596-HV versiyonuyla 60V'a) genişletilebilir.

İkinci versiyonda, her iki diyot da aynı teknolojik süreç çerçevesinde ve aynı silikon gofret üzerinde yapıldığından, diyot düzeneğini toplama diyotları olarak kullanmak gerekir. Parametrelerinin dağılımı, ayrı ayrı diyotların parametrelerinin dağılımından çok daha az olacaktır - bu nedenle, yüksek izleme değerleri doğruluğu elde edeceğiz.

Ayrıca op-amp üzerindeki devrenin uyarılmadığını ve üretim moduna girmediğini de dikkatlice izlemeniz gerekir. Bunu yapmak için, tüm iletkenlerin ve özellikle LM2596'nın pim 2'sine bağlı olan yolun uzunluğunu azaltmaya çalışın. Op-amp'yi bu parçanın yakınına yerleştirmeyin, ancak SS36 diyotu ve filtre kapasitörünü LM2596 kasasına daha yakın yerleştirin ve bu elemanlara bağlı minimum topraklama döngüsü alanını sağlayın - minimum dönüş yolu uzunluğunun "LM2596 olmasını sağlamak gerekir. -> VD / C -> LM2596".

LM2596'nın cihazlarda uygulanması ve kartın kendi kendine kablolanması

Cihazlarımda hazır modül şeklinde olmayan bir mikro devre kullanımı hakkında ayrıntılı olarak konuştum. başka bir makale, dikkate alınan: bir diyot seçimi, kapasitörler, jikle parametreleri ve ayrıca doğru kablolama ve birkaç ek püf noktası hakkında konuştu.

Daha fazla gelişme için fırsatlar

LM2596'nın geliştirilmiş analogları

En kolay yol, bu mikro devreden sonra gitmektir. LM2678... Aslında, bu, verimliliğin% 92'ye yükselmesi sayesinde yalnızca alan etkili bir transistöre sahip aynı kademeli dönüştürücüdür. Doğru, 5 yerine 7 bacağı var ve pin-to-pin uyumlu değil. Bununla birlikte, bu çip çok benzer ve geliştirilmiş verimliliğe sahip basit ve kullanışlı bir seçenek olacaktır.

L5973D- 2.5A'ya kadar ve biraz daha yüksek verimlilik sağlayan oldukça eski bir mikro devre. Ayrıca dönüşüm frekansının (250 kHz) neredeyse iki katıdır - bu nedenle daha düşük endüktans ve kapasitör değerleri gereklidir. Bununla birlikte, doğrudan araba ağına koyarsanız ne olduğunu gördüm - çoğu zaman parazitle devre dışı kalıyor.

ST1S10- yüksek verimli (verim %90) DC – DC kademeli dönüştürücü.

• 5-6 harici bileşen gerektirir;

ST1S14- yüksek voltajlı (48 volta kadar) kontrolör. Yüksek çalışma frekansı (850 kHz), 4A'ya kadar çıkış akımı, Power Good çıkışı, yüksek verimlilik (%85'ten daha kötü değil) ve aşırı yük akımına karşı koruma devresi, onu 36 voltluk bir kaynaktan bir sunucuya güç sağlamak için muhtemelen en iyi dönüştürücü yapar.

Maksimum verimliliğe ihtiyacınız varsa, entegre olmayan kademeli DC – DC kontrolörlere yönelmeniz gerekecektir. Entegre kontrolörlerle ilgili sorun, hiçbir zaman soğuk güç transistörlerine sahip olmamalarıdır - tipik kanal direnci 200mΩ'den yüksek değildir. Bununla birlikte, yerleşik bir transistörsüz bir denetleyici alırsanız, herhangi bir transistörü, hatta yarım miliohm kanal direncine sahip AUIRFS8409-7P'yi seçebilirsiniz.

Harici transistörlü DC-DC dönüştürücüler

Sonraki bölüm

Bazen düşük olandan yüksek voltaj almanız gerekir. Örneğin, 5 voltluk bir USB ile çalışan yüksek voltajlı bir programcı için 12 volt civarında bir yere ekleyin.

Nasıl olunur? Bunun için DC-DC dönüşüm devreleri bulunmaktadır. Bu sorunu bir düzine parçada çözmenize izin veren özel mikro devrelerin yanı sıra.

Çalışma prensibi
Peki, örneğin beş volttan beşten fazla bir şey nasıl yapılır? Birçok yol düşünebilirsiniz - örneğin, kapasitörleri paralel olarak şarj edin ve ardından seri olarak değiştirin. Ve saniyede birçok kez. Ancak mevcut gücü korumak için endüktans özelliklerini kullanmanın daha kolay bir yolu var.

Çok netleştirmek için, önce tesisatçılar için bir örnek göstereceğim.

Faz 1

Kapak aniden kapanır. Akışın gidecek başka yeri yoktur ve hızlanan türbin sıvıyı ileri doğru itmeye devam eder, çünkü anında ayağa kalkamaz. Dahası, onu kaynağın geliştirebileceğinden daha büyük bir kuvvetle bastırır. Bulamacı vanadan basınç akümülatörüne yönlendirir. Bir parça (zaten artan basınçla) nereden tüketiciye gidiyor. Valf sayesinde nereden, geri dönmez.

3. Aşama

Ve yine damper kapanır ve türbin, sıvıyı aküye şiddetle itmeye başlar. Aşama 3'te orada oluşan kayıpların yenilenmesi.

Diyagramlara geri dön
Bodrumdan çıkıyoruz, tesisatçının sweatshirtünü atıyoruz, gaz anahtarını köşeye atıyoruz ve yeni bilgilerle devreyi çitle çevirmeye başlıyoruz.

Türbin yerine, bobin şeklinde bir endüktans oldukça uygundur. Bir damper olarak, geleneksel bir anahtar (pratikte bir transistör), bir valf olarak, doğal olarak bir diyot ve bir kapasitör, bir basınç akümülatörünün rolünü üstlenecektir. Ondan başka kim potansiyel biriktirebilir. Bıyık, dönüştürücü hazır!

Faz 1

Anahtar açılır, ancak bobin durdurulamaz. Manyetik alanda depolanan enerji dışa doğru patlar, akım, anahtarın açıldığı andaki ile aynı seviyede tutulma eğilimindedir. Sonuç olarak, bobin çıkışındaki voltaj keskin bir şekilde yükselir (akımın yolunu kırmak için) ve diyotu kırarak bir kapasitöre doldurulur. Enerjinin bir kısmı yüke gidiyor.

3. Aşama

Anahtar açılır ve bobinden gelen enerji tekrar diyottan kondansatöre geçer ve 3. fazda düşen voltajı arttırır. Döngü kapalı.

İşlemden görülebileceği gibi, kaynaktan gelen daha büyük akım nedeniyle tüketicideki voltajı arttırdığımız görülebilir. Dolayısıyla burada kapasitelerin eşitliğine dikkat edilmelidir. İdeal olarak, %100 dönüştürücü verimliliği ile:

U kaynağı * I kaynağı = U eksileri * I eksileri

Yani tüketicimiz 12 volt gerektiriyorsa ve aynı anda 1A yiyorsa, 5 voltluk bir kaynaktan dönüştürücüye 2.4A kadar beslemek gerekir.Aynı zamanda kaynak kayıplarını hesaba katmadım, genellikle çok büyük olmasalar da (verimlilik genellikle yaklaşık %80-90'dır).

Kaynak zayıfsa ve 2,4 amper veremiyorsa, 12 voltta vahşi dalgalanmalar ve voltajda bir düşüş olacaktır - tüketici, kapasitörün içeriğini kaynağın oraya atacağından daha hızlı tüketecektir.

devre
Çok sayıda hazır DC-DC çözümü var. Hem mikro bloklar hem de özel mikro devreler şeklinde. Akıllı olmayacağım ve deneyimi göstermek için örnekte zaten kullandığım MC34063A üzerinde bir devre örneği vereceğim.

• SWC mikro devresinin transistör anahtarının SWC / SWE pimleri toplayıcıdır ve SWE vericidir. Çekebileceği maksimum akım giriş akımının 1,5A'sı kadardır, ancak istediğiniz herhangi bir akıma harici bir transistör de bağlayabilirsiniz (daha fazla ayrıntı mikro devre üzerindeki veri sayfasında).
• DRC - kompozit transistör toplayıcı
• Ipk - akım koruma girişi. Orada, akım aşılırsa ve şant üzerindeki voltaj (Upk = I * Rsc) 0,3 volttan yüksek olursa, Rsc şöntünden voltaj çıkarılır, o zaman dönüştürücü duracaktır. Onlar. giriş akımını 1A ile sınırlamak için 0,3 ohm'luk bir direnç koymanız gerekir. 0,3 ohm'luk bir direncim yoktu, o yüzden oraya bir jumper koydum. Çalışacak, ancak korumasız. Bir şey olursa, o zaman mikro devre beni öldürür.
• TC - çalışma frekansını ayarlayan kapasitörün girişi.
• CII - karşılaştırıcı girişi. Bu girişteki voltaj 1,25 voltun altına düştüğünde anahtar darbe üretir, dönüştürücü çalışır. Büyüdükçe kapanır. Burada R1 ve R2 üzerindeki bölücü vasıtasıyla çıkıştan geri besleme gerilimi başlatılır. Ayrıca bölücü, ihtiyacımız olan voltaj çıkışta göründüğünde karşılaştırıcının girişinde 1,25 volt olacak şekilde seçilir. O zaman her şey basit - çıkış voltajı gerekenden düşük mü? harmanlıyoruz. doğru mu anladın Kapatıyoruz.
• Vcc - Devre Gücü
• GND - Zemin

Değerleri hesaplamak için tüm formüller veri sayfasında verilmiştir. Bizim için en önemli tabloyu buradan kopyalayacağım:

Kazınmış, lehimlenmiş...

İşte bu kadar. Basit bir şema, ancak bir takım sorunları çözmenize izin verir.