Повышающий преобразователь напряжения dc dc

Повышающий DC-DC преобразователь. Принцип работы

Иногда надо получить высокое напряжение из низкого. Например, для высоковольтного программатора, питающегося от 5ти вольтового USB, надыбать где то 12 вольт.

Как быть? Для этого существуют схемы DC-DC преобразования. А также специализированные микросхемы, позволяющие решить эту задачу за десяток деталек.

Принцип работы
Итак, как сделать из, например, пяти вольт нечто большее чем пять? Способов можно придумать много — например заряжать конденсаторы параллельно, а потом переключать последовательно. И так много много раз в секунду. Но есть способ проще, с использованием свойств индуктивности сохранять силу тока.

Чтобы было предельно понятно покажу вначале пример для сантехников.

Фаза 1

Заслонка открывается и мощный поток жидкости начинает сливаться в никуда. Смысл лишь в том, чтобы этим потоком как следует разогнать турбину. Накачать ее энергией, передав энергию источника в кинетическую энергию турбины.

Фаза 2

Заслонка резко закрывается. Потоку больше деваться некуда, а турбина, будучи разогнанной продолжает давить жидкость вперед, т.к. не может мгновенно встать. Причем давит то она ее с силой большей чем может развить источник. Гонит жижу через клапан в аккумулятор давления. Откуда же часть (уже с повышеным давлением) уходит в потребитель. Откуда, благодаря клапану, уже не возвращается.

Фаза 3

Скорость турбины на излете, энергия перешла в давление в аккумуляторе. Сил продавить клапан, подпертный с той стороны набитым давлением уже не хватает. Вот вот и все встанет.

Но в этот момент вновь открывается заслонка и турбина вновь разгоняется, набирает энергию из источника, превращая энергию потока в энергию вращающихся масса металла.

Потребитель, тем временем, потихоньку жрет из аккумулятора.

Фаза 4

Назад к схемам
Вылезаем из подвала, скидываем фуфайку сантехника, забрасываем газовый ключ в угол и с новыми знаниями начинаем городить схему.

Вместо турбины у нас вполне подойдет индуктивность в виде дросселя. В качестве заслонки обычный ключ (на практике — транзистор), в качестве клапана естественно диод, а роль аккумулятора давления возьмет на себя конденсатор. Кто как не он способен накапливать потенциал. Усе, преобразователь готов!

Фаза 1

Ключ замкнут. Ток от источника начинает, фактически, работать на катушку. Накачивая ее энергией.

Фаза 2

Ключ размыкается, но катушку уже не остановить. Запасенная в магнитном поле энергия рвется наружу, ток стремится поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В результате, напряжение на выходе с катушки резко подскакивает (чтобы пробить путь току) и прорвавшись сквозь диод набивается в конденстор. Ну и часть энергии идет в нагрузку.

Фаза 3

Ключ тем временем замыкается и катушка снова начинает нажирать энергию. В то же время нагрузка питается из конденсатора, а диод не дает току уйти из него обратно в источник.

Фаза 4

Ключ размыкается и энергия из катушки вновь ломится через диод в конденсатор, повышая просевшее за время фазы 3 напряжение. Цикл замыкается.

Как видно из процесса, видно, что за счет большего тока с источника, мы набиваем напряжение на потребителе. Так что равенство мощностей тут должно соблюдаться железно. В идеальном случае, при КПД преобразователя в 100%:

Так что если наш потребитель требует 12 вольт и кушает при этом 1А, то с 5 вольтового источника в преобразователь нужно вкормить целых 2.4А При этом я не учел потерь источника, хотя обычно они не очень велики (КПД обычно около 80-90%).

Если источник слаб и отдать 2.4 ампера не в состоянии, то на 12ти вольтах пойдут дикие пульсации и понижение напряжения — потребитель будет сжирать содержимое конденсатора быстрей чем его туда будет забрасывать источник.

Схемотехника
Готовых решений DC-DC существует очень много. Как в виде микроблоков, так и специализированных микросхем. Я же не буду мудрить и для демонстрации опыта приведу пример схемы на MC34063A которую уже использовал в примере понижающего DC-DC преобразователя.

Работа
Питание через токовый шунт Rsc идет в дроссель L1 оттуда через ключ (SWC/SWE) на землю и через диод D1 на накопительный конденсатор C2. C него на нагрузку. Прям как в схеме приведенной выше. Остальные элементы для задания режима работы микросхемы.

• SWC/SWE выводы транзисторного ключа микросхемы SWC — это его коллектор, а SWE — эмиттер. Максимальный ток который он может вытянуть — 1.5А входящего тока, но можно подключить и внешний транзистор на любой желаемый ток (подробней в даташите на микросхему).
• DRC — коллектор составного транзистора
• Ipk — вход токовой защиты. Туда снимается напряжение с шунта Rsc если ток будет превышен и напряжение на шунте (Upk = I*Rsc) станет выше чем 0.3 вольта, то преобразователь заглохнет. Т.е. для ограничения входящего тока в 1А надо поставить резистор на 0.3 Ом. У меня на 0.3 ома резистора не было, поэтому я туда поставил перемычку. Работать будет, но без защиты. Если что, то микросхему у меня убьет.
• TC — вход конденсатора, задающего частоту работы.
• CII — вход компаратора. Когда на этом входе напряжение ниже 1.25 вольт — ключ генерирует импульсы, преобразователь работает. Как только становится больше — выключается. Сюда, через делитель на R1 и R2 заводится напряжение обратной связи с выхода. Причем делитель подбирается таким образом, чтобы когда на выходе возникнет нужное нам напряжение, то на входе компаратора как раз окажется 1.25 вольт. Дальше все просто — напряжение на выходе ниже чем надо? Молотим. Дошло до нужного? Выключаемся.
• Vcc — Питание схемы
• GND — Земля

Все формулы по расчету номиналов приведены в даташите. Я же скопирую из него сюда наиболее важную для нас таблицу:

Конденсатор С1 призван оградить питающую цепь от бросков. Потому и взят побольше. Резистор R1 у меня взят на 1.5кОм, а R2 на 13кОм, что дает нам напряжение выхода в 12 вольт. В качестве диода надо выбирать диод Шоттки. Например 1N5819.

У диодов Шоттки заметно ниже падение напряженияна pn переходе, а еще ниже паразитная емкость этого перехода, что позволяет ему работать с меньшими потерями на больших частотах. Микросхема может работать на входном напряжении от 3 вольт.

Опыт
Для примера по быстрому развел микромодульчик, забирающий 5 вольт и выдающий 12 вольт. Схема уже приведена выше, а печатка получилась такой:

Вытравил, спаял…

Запитал от 5 вольт и нагрузил на 12ти вольтовую светодиодную линейку. КПД у моего преобразователя, кстати, получился так себе — не выше 50% т.к. слишком маленькая индуктивность дросселя и большая емкость конденсатора С3, но иного под рукой не оказалось.

Вот так вот. Простая схемка, а позволяет решить ряд проблем.

Источник: http://easyelectronics.ru/povyshayushhij-dc-dc-preobrazovatel-princip-raboty.html

Bмпульсныt преобразователей напряжения DC-DC

  
Преобразователь DC-DC это устройство, призванное из напряжения одного уровня получить одно или несколько напряжений другого уровня.

Иногда это бывает совершенно необходимо в нашей практике, например если мы конструируем устройство с низковольтным питанием от Li-Ion аккумулятора а в схеме этого устройства есть операционные усилители, требующие питания от двухполярного источника ∓15В. Или другой пример.

Предположим нам нужно питать устройство на микроконтроллере с номинальным напряжением 5 вольт от литий ионного аккумулятора.  В этом и подобных случаях на разработчику приходится использовать преобразователи постоянного напряжения.
 

В этой статье речь пойдет об импульсных преобразователях, имеющих очевидные преимущества, главное из которых — высокий КПД. Импульсные преобразователи нпаряжения — это очень широкий класс устройств.

Они могут быть стабилизированные или нестабилизированные, с гальванической развязкой входа от выхода или без таковой.

Сейчас производители электронных компонентов выпускают большой ряд специальных микросхем для использования в приложениях DC-DC.

Преобразователи, собранные на таких чипах имеют стабильные характеристики и высокую надежность. тем не менее импульсный преобразователь можно собрать и на обычных дискретных транзисторах. В этой статье приводятся несколько очень простых схем, которые можно использовать для решения несложных конструкторских задач.
  

Очень распространенная микросхема MAX232  служит для преобразования интерфейса UART в сигналы стандарта интерфейса RS232.

В составе этой микросхемы уже есть встроенные преобразователи напряжения, которые мы можем использовать в своих корыстных целях. Схема 1.

такой преобразователь может обеспечить напряжение ∓

9В при небольшом токе 5..8 мА. Такой преобразователь можно использовать для питания одного — двух операционных усилителей. основное преимущество — это простота. Целесообразно применять эту схему если что-то нужно сделать быстро, а под рукой нет ничего кроме микросхемы MAX232 

Схема 2. Простой нестабилизированный преобразователь на двух транзисторах
 

Одна из самых простых схем. параметры такого преобразователя зависят от параметров используемых транзисторов, частоты преобразования и характеристик трансформатора. Схема, изображенная на рисунке работает на частоте около 50 кГц.    Трансформатор T1 — самодельный. Его можно намотать на ферритовом кольце из материала 2000НМ размером 10х6х4.

первичная обмотка состоит из 20 витков с отводом от середины. Вторичная — 140 витков также с отводом от середины. Диаметр провода — не менее 0.2 мм. Транзисторы можно заменить на BC546 или другие. если к преобразователю не подключена нагрузка, он практически не потребляет ток от источника питания. В этом одно из его преимуществ (кроме простоты). 

Схема 3.

Простой нестабилизированный преобразователь — мультивибратор.

Следующая практическая схема — это двухтактный преобразователь на четырех транзисторах. сердцем схемы является обычный мультивибратор на двух транзисторах VT1 и VT2.  Драйверами для обмоток импульсного трансформатора служат транзисторы VT3 и VT4.

Ко вторичной обмотке импульсного трансформатора подключен однополупериодный выпрямитель на диоде VD3. Пульсации выходного напряжения сглаживаются конденсатором C3. Выходное напряжение этого преобразователя можно менять в широких пределах изменением числа витков вторичной обмотки трансформатора.  Схема 4.

Стабилизированный преобразователь на двух транзисторах.  
Интересная схема, позволяющая питать от низковольтного источника (например от одного щелочного элемента 1.5 В.) например, небольшое устройство на микроконтроллере,  требующем питания 5 В. Схема пытается поддерживать на выходе постоянное напряжение около 4.7 В.

Если ошибиться, то преобразователь не заработает. В этом случае поменяйте местам провода одной из обмоток. Катушка L1 — любой дроссель с индуктивностью в районе 10 мкГн. Дроссель можно использовать промышленный или намотать самому. Измерить индуктивность можно с помощью вот этого недорогого  прибора.

Дроссель совместно с конденсатором C3 сглаживает пульсации выходного напряжения.   

Схема 4. Стабилизированный  3 В. → 12 В. DC-DC преобразователь на MAX734.
  

 

Этот довольно качественный и удобный преобразователь построен на основе специализированной микросхемы от компании MAXIM. Можно применить для получения напряжения +12 вольт в устройстве, работающем от единственного источника питания с напряжением от 3 до 5 вольт.

Дроссель L1 можно намотать на небольшом  ферритовом кольце или на маленьком ферритовом стержне. Индуктивность катушек удобно измерять вот эти приборчиком. Схема обеспечивает на выходе ток 120 мА. Микросхему MAX734 можно заказать здесь. 

Схема 5.

Очень простой преобразователь на специализированном чипе.
  

 

Еще один DC-DC преобразователь с использованием микросхемы от MAXIM. Главное преимущество — исключительная простота и неприхотливость этой схемы. В устройстве всего 4 детали, включая микросхему МАХ631.

Главное и очевидное предназначение такого преобразователя — питание схемы, рассчитанной на 5 В. от источника с более низким напряжением 3.2 вольта. Например от одного Li-Ion аккумулятора.   микросхему МАХ631 можно заказать здесь.  

Схема 6.

Стабилизированный DC-DC преобразователь с двухполярным выходом ∓12 В
 
 

  

Эта очень полезная схема может пригодиться если в вашей конструкции есть только один источник питания 4..5 вольт, но вам необходимо использовать компоненты, требующие двухполярного питания. например операционные усилители (ОУ). Сердцем преобразователя является микросхема LM2587-12.

Импульсный трансформатор можно реализовать на ферритовом кольце или на броневом сердечнике. Индуктивность первичной обмотки должна быть около  22 мкГ (измерить можно этим прибором), а отношение чисел витков первичной обмотки к вторичным  =   1:2.5.

Схема 7.

Стабилизированный DC-DC преобразователь на два разных напряжения

  
Если в вашей конструкции есть цифровые микросхемы с напряжением питания как 5 так и 3.3 В то может пригодиться этот преобразователь. Схема работает от напряжения в районе 3 В и позволяет получить на выходе напряжения 3.3 и 5 В. Ток нагрузки по каждому выходу может достигать 150 мА. Как видим из схемы, в устройстве применяются 2 микросхемы MCP1252 от компании MICROCHIP

  

   Схема 8. DC-DC преобразователь на два разных напряжения на микросхемах компании YCL Elektronics

   
DC-DC преобразователи на разные напряжения можно собрать на чипах, которые выпускает компания YCL Elektronics. В данном случает это микросхемы DC-102R в канале минус 5 В и DC-203R в канале +12 В. По выходу -5 В ток нагрузки может достигать 360 мА. По выходу +12 В ток меньше — 150 мА.

Схема 9. DC-DC повышающий преобразователь на MAX1724EZK33
  

 

Этот DC-DC преобразователь на микросхеме MAX1724EZK33 от фирмы MAXIM может работать от очень низкого входного напряжения 1.2 В. Например от одного никель — кадмиевого аккумулятора. На выходе получаем стабилизированное напряжение +3.3 В при токе до 150 мА.

Работоспособность сохраняется при снижении входного напряжения примерно до 0.9 В. Если вы ходите получить на выходе напряжение +5В то используйте аналогичную микросхему MAX1724EZK50     

Схема 10. Импульсный регулируемый стабилизатор на напряжение +2.8 — +5 В.

 

   

Это понижающий импульсный стабилизатор. работает он от входного напряжения 12.6 В (стандартное напряжение автомобильного аккумулятора). на выходе получаем стабилизированное напряжение от 2.8 до 5 вольт при токе до 500 мА. Стабилизатор собран на микросхеме TL497.

Эту недорогую но полезную микросхему можно заказать в Китае. Очевидно, что главное назначение такого стабилизатора — обеспечение питания и зарядки пятивольтовых гаджетов от бортовой сети автомобиля напряжением 12.6 в.

Подстроечным резистором R3 можно регулировать выходное напряжение а от номинала резистора R1 зависит порог срабатывания внутренней сземы ограничения тока короткого замыкания. Ток КЗ задается формулой:
Iкз(А)= 0,5/R1(Ом)  

Схема 11.

Импульсный инвертор постоянного напряжения
  

  
Простейшая схема, которую вы можете использовать если в вашей конструкции кроме напряжения питания +5 В нужно еще отрицательное напряжение -5 В. Собрано устройство на микросхеме ICL7660. Ток по цепи -5 В может достигать 20 мА.

Схема 12. Нестабилизированный двухступенчатый DC-DC преобразователь напряжения
  

Микросхема MAX660 удваивает напряжение, поступающее на ее вход.      

Схема 13. Импульсный стабилизированный повышающий DC-DC преобразователь напряжения
  

  

Это стандартная схема включения MAX1674, взятая из даташита микросхемы. Преобразователь может работать от низкого напряжения питания — вплоть до 1 вольта. На выходе имеем стабильное напряжение +5В при токе до 200 мА. КПД преобразователя составляет 94%. Купить микросхему можно недорого в Китае.     

Источник: https://musbench.com/e_power/ibp_sch_set.html

Простые повышающие DC/DC преобразователи своими руками для батарейного питания

Устройствами с батарейным питанием сейчас уже никого не удивишь, всевозможных игрушек и гаджетов питающихся от аккумулятора или батарейки найдется с десяток в каждом доме.

Между тем, мало кто задумывался над количеством разнообразных преобразователей, которые используются для получения необходимых напряжений или токов от стандартных батарей.

В большинстве случаев для построения таких конвертеров используются специализированные микросхемы, позволяющие с минимальным количеством обвязки построить преобразователь определенной топологии, благо микросхем питания на рынке сейчас великое множество.

Рассматривать особенности применения данных микросхем можно бесконечно долго, особенно с учетом целой библиотеки даташитов и аппноутов от производителей, а также бесчисленного числа условно-рекламных обзоров от представителей конкурирующих фирм, каждая из которых старается представить свой продукт наиболее качественным и универсальным.

В этот раз мы будем использовать дискретные элементы, на которых соберем несколько простейших повышающих DC/DC преобразователей, служащих для того, чтобы запитать небольшое маломощное устройство, к примеру, светодиод, от 1 батарейки с напряжением 1,5 вольт.

Данные преобразователи напряжения можно смело считать проектом выходного дня и рекомендовать для сборки тем, кто делает свои первые шаги в удивительный мир электроники.

Итак, схема первая:

Схема простого DC/DC

преобразователя №1

Принцип работы данного преобразователя следующий: при включении , ток протекающий через одну из обмоток трансформатора и эмиттерный переход транзистора – открывает его, в результате чего он открывается и больший ток начинает течь через вторую обмотку трансформатора и открытый транзистор.

В результате в обмотке, подключенной к базе транзистора наводится ЭДС, запирающая транзистор и ток через него обрывается. В этот момент энергия, запасенная в магнитном поле трансформатора, в результате явления самоиндукции, высвобождается и через светодиод начинает протекать ток, заставляющий его светиться. Затем процесс повторяется.

Компоненты, из которых можно собрать этот простой повышающий преобразователь напряжения, могут быть совершенно различными. Схема, собранная без ошибок, с огромной долей вероятности будет корректно работать.

Меньше – не всегда работает, больше – не имеет смысла. Феррит — любой, брать N87 от Epcos не имеет особого смысла, также как и разыскивать M6000НН отечественного производства.

Токи в цепи протекают мизерные, поэтому размер колечка может быть очень небольшим, внешнего диаметра в 10 мм будет более чем достаточно. Резистор сопротивлением около 1 килоома (никакой разницы между резисторами номиналом в 750 Ом и 1,5 КОм обнаружено не было).

Транзистор желательно выбрать с минимальным напряжением насыщения, чем оно меньше – тем более разряженную батарейку можно использовать. Экспериментально были проверены: МП 37Б, BC337, 2N3904, MPSH10. Светодиод – любой имеющийся, с оговоркой, что мощный многокристальный будет светиться не в полную силу.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

Размер платы 15 х 30 мм, и может быть уменьшен до менее чем 1 квадратного сантиметра при использовании SMD-компонентов и достаточно маленького трансформатора. Без нагрузки данная схема не работает.

Вторая схема — это типовой степ-ап преобразователь, выполненный на двух транзисторах. Плюсом данной схемы является то, что при её изготовлении не надо мотать трансформатор, а достаточно взять готовый дроссель, но она содержит больше деталей, чем предыдущая.

Схема простого DC/DC преобразователя №2

Принцип работы сводится к тому, что ток через дроссель периодически прерывается транзистором VT2, а энергия самоиндукции направляется через диод в конденсатор C1 и отдается в нагрузку. Опять же, схема работоспособна с совершенно различными компонентами и номиналами элементов.

Транзистор VT1 может быть BC556 или BC327, а VT2 BC546 или BC337, диод VD1 – любой диод Шоттки, например, 1N5818. Конденсатор C1 – любого типа, емкостью от 1 до 33 мкФ, больше не имеет смысла, тем более, что можно и вовсе обойтись без него.

При этом, все номиналы резисторов могут быть совершенно свободно заменены на имеющие в наличии в пределах 10-15% от указанных, на работоспособности правильно собранной схемы это не сказывается, однако влияет на минимальное напряжение, при котором может работать наш преобразователь.

Самая важная деталь — дроссель L1, его номинал также может отличаться от 100 до 470 мкГн (экспериментально проверены номиналы до 1 мГн – схема работает стабильно ), а ток на который он должен быть рассчитан не превышает 100 мА. Светодиод – любой, опять же с учетом того, что выходная мощность схемы весьма невелика.Правильно собранное устройство сразу же начинает работать и не нуждается в настройке.

Напряжение на выходе можно стабилизировать, установив стабилитрон необходимого номинала параллельно конденсатору C1, однако следует помнить, что при подключении потребителя напряжение может проседать и становиться недостаточным.

ВНИМАНИЕ! Без нагрузки данная схема может вырабатывать напряжение в десятки или даже сотни вольт! В случае использования без стабилизируещего элемента на выходе, конденсатор C1 окажется заряжен до максимального напряжения, что в случае последующего подключения нагрузки может привести к её выходу из строя!

Преобразователь также выполнен на плате размером 30 х 15 мм, что позволяет прикрепить его на батарейный отсек типа размера AA. Разводка печатной платы выглядит следующим образом:

Обе простые схемы повышающих преобразователей можно сделать своими руками и с успехом применять в походных условиях, например в фонаре или светильнике для освещения палатки, а также в различных электронных самоделках, для которых критично использование минимального количества элементов питания.

Источник: https://oao-sozvezdie.ru/6-stati/45-prostye_povyshayuchshie_preobrazovateli_dlya_batareynogo_pitaniya/

DC-DC Преобразователи440

ADM660ANZ, DC-DC конвертер 1.5-7В 100мА, (-40…+85) [DIP-8]Со складаПр-во: Analog DevicesТип преобразователя: step-up, switched capacitor, doubler, invertingДиапазон входных напряжений, В: 1.5…7Диапазон выходных напряжений, В: -7…-14Максимальный выходной ток, А: 0.1Рабочая частота, кГц: 120Тип корпуса: dip8Добавить к сравнению Со склада 140 руб. ×от 5 шт. — 123 руб.от 50 шт. — 120 руб. ADM660ARZ, DC-DC конвертер 1.5-7В 100мА, (-40…+85) [SO-8]Со складаПр-во: Analog DevicesТип преобразователя: step-up, switched capacitor, doubler, invertingДиапазон входных напряжений, В: 1.5…7Диапазон выходных напряжений, В: -7…-14Максимальный выходной ток, А: 0.1Рабочая частота, кГц: 120Тип корпуса: so8Добавить к сравнению Со склада 150 руб. ×от 5 шт. — 135 руб.от 50 шт. — 132 руб. Добавить к сравнению Со склада 230 руб. ×от 5 шт. — 213 руб.от 50 шт. — 210 руб. Добавить к сравнению Со склада 230 руб. ×от 5 шт. — 213 руб.от 50 шт. — 210 руб. Добавить к сравнению Со склада 220 руб. ×от 5 шт. — 208 руб.от 50 шт. — 205 руб. Добавить к сравнению Со склада 280 руб. ×от 10 шт. — 259 руб.от 100 шт. — 256 руб. Добавить к сравнению Со склада 78 руб. ×от 23 шт. — 51 руб.от 45 шт. — 45 руб. Добавить к сравнению Со склада 48 руб. ×от 5 шт. — 38 руб.от 50 шт. — 35 руб. Добавить к сравнению Со склада 370 руб. ×от 5 шт. — 356 руб.от 50 шт. — 353 руб. Добавить к сравнению Со склада 85 руб. ×от 5 шт. — 75 руб.от 50 шт. — 72 руб. Добавить к сравнению Со склада 150 руб. ×от 5 шт. — 133 руб.от 50 шт. — 130 руб. Добавить к сравнению Со склада 85 руб. ×от 5 шт. — 75 руб.от 50 шт. — 72 руб. Добавить к сравнению Со склада 85 руб. ×от 5 шт. — 75 руб.от 50 шт. — 72 руб. Добавить к сравнению Со склада 140 руб. ×от 5 шт. — 128 руб.от 50 шт. — 125 руб. Добавить к сравнению Со склада 97 руб. ×от 5 шт. — 87 руб.от 50 шт. — 84 руб. Добавить к сравнению Со склада 110 руб. ×от 5 шт. — 100 руб.от 50 шт. — 98 руб. Добавить к сравнению Со склада 650 руб. ×от 5 шт. — 636 руб.от 50 шт. — 633 руб. Добавить к сравнению Со склада 120 руб. ×от 5 шт. — 108 руб.от 50 шт. — 105 руб. L4978, DC-DC преобразователь 2А STEP DOWN [DIP-8]Со складаПр-во: ST MicroelectronicsТип преобразователя: step-downДиапазон входных напряжений, В: 8…50Диапазон выходных напряжений, В: 3.3…50Максимальный выходной ток, А: 2Рабочая частота, кГц: 100…300Тип корпуса: dip8Добавить к сравнению Со склада 140 руб. ×от 5 шт. — 123 руб.от 50 шт. — 120 руб. Добавить к сравнению Со склада 130 руб. ×от 5 шт. — 116 руб.от 50 шт. — 113 руб. Страницы Ctrl ← предыдущая Ctrl → следующая

Источник: https://www.chipdip.ru/catalog/ic-dc-dc-converters

DC DC

Главная > Теория > DC DC

Импульсные источники питания обеспечивают более высокую эффективность, чем обычные линейные. Они могут повышать напряжение, понижать и инвертировать. Некоторые устройства изолируют выходное напряжение от входного.

Повышающий преобразователь напряжения 12/35 В

Общее понятие о преобразователях DC DC

Линейные стабилизаторы, используемые в трансформаторных БП, поддерживают постоянное выходное напряжение благодаря элементу схемы, например, транзистору, на котором осаждается избыточное напряжение. Система управления постоянно контролирует выходное напряжение и корректирует его падение на этом элементе.

Линейные стабилизаторы имеют некоторые преимущества:

• отсутствие помех;
• низкая цена и простота эксплуатации.

Но такое устройство не лишено недостатков:

• избыточное напряжение преобразуется в тепло;
• нет возможности увеличить напряжение.

Преобразователи dc в dc импульсного типа представляют собой схемы, способные конвертировать один уровень напряжения в другой, используя катушки и конденсаторы, временно сохраняя в них энергию и разряжая их таким образом, чтобы получить конечные желаемые уровни сигнала.

Принцип работы импульсного преобразователя

Преобразователи напряжения

Основа для работы многих преобразователей – явление самоиндукции. Допустим, есть катушка индуктивности, через которую протекает постоянный ток. Если внезапно прервать протекание тока, в магнитном поле, индуцированном вокруг катушки, возникает ЭДС самоиндукции и, соответственно, напряжение с обратной полярностью на ее клеммах.

Важно! Контролируя ток и время переключения схемы, можно регулировать напряжение самоиндукции.

Импульсный преобразователь – электронная схема, содержащая катушку, которая циклически подключается к источнику питания и отключается.

1. Если индуцированное напряжение добавляется к входному, то получается повышающий преобразователь;
2. При включении катушки так, чтобы индуцированное в ней напряжение вычиталось из напряжения ИП, будет схема понижения напряжения.

Так как катушка требует циклической зарядки, в схеме необходим конденсатор, который будет фильтровать сигнал и поддерживать постоянное выходное напряжение.

Важно! Фильтрация не идеальна – выходное напряжение всегда является импульсным. Чрезмерный уровень этих помех может привести к неисправности схемы, например, к приостановке микроконтроллера.

Параметры импульсных преобразователей

Основные технические характеристики устройств, указываемые производителем:

1. Выходное напряжение. Может быть зафиксировано (нерегулируемо) или установлено в определенном диапазоне. В случае возможных отклонений производитель должен указать их пределы, например, 5В +/- 0,2 В;
2. Максимальный выходной ток;
3. Входное напряжение;
4. Эффективность. Понимается, как отношение выходной мощности к входной. Разница между ними – это потери, выделяющиеся в виде тепла. Показатель выражается в процентах. Чем ближе к 100%, тем лучше.

Важно! Эффективность зависит еще от условий работы. Поэтому следует внимательно изучить примечания к каталогам производителей в поисках графиков. Может оказаться, что очень дорогой преобразователь имеет параметры хуже, чем намного более дешевые, оптимизированные для работы при другом питающем напряжении.

Входное напряжение, в зависимости от типа инвертора, может быть:

• ниже выходного, если схема повышающая (boost);
• выше выходного, если преобразователь понижающий (buck);
• выше или ниже, но в пределах диапазона (sepic).

Повышающие преобразователи незаменимы, когда необходимо поднять напряжение. Допустим, устройство оснащено литий-ионным аккумулятором 3,6 В и ЖК-дисплеем, предназначенным для питания 5 В.

Важно! В целом, повышение напряжения происходит с меньшей эффективностью, чем его понижение. Поэтому лучше иметь источник высокого напряжения, которое будет уменьшено до надлежащего, чем наоборот.

В случае третьей конфигурации входное напряжение может колебаться, решение о его повышении или понижении принимает сама схема, чтобы получить стабильный сигнал на выходе. Эти преобразователи идеально подходят для работы в схемах, где напряжение питания мало отличается от желаемого. Хотя диапазон регулирования может быть большим. Например, на входе – 4-35 В, на выходе – 1,23-32 В.

Так как потери мощности малы, преобразователь напряжения dc dc хорошо подходит для схем с питанием от низковольтных аккумуляторов. Он полезен, например, когда управляющая электроника питается от 5 В, а исполнительные компоненты – от батареи 12 В.

Стабилизатор 7805

В случае применения импульсного преобразователя с эффективностью 90% мощность, потребляемая от батареи, равна 1,11 Вт. Потери – всего 0,11 Вт. Температура модуля поднимется практически незаметно.

Кроме трех типов преобразователей dc dc существуют еще инвертирующие, меняющие полярность выходного сигнала. Такая схема нужна для питания операционных усилителей.

Широтно-импульсная модуляция

Как сделать бензогенератор своими руками

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – это тип сигнала, используемый для изменения количества энергии, отправляемой на нагрузку. Он широко используется в цифровых схемах, которые должны эмулировать аналоговый сигнал.

Импульсный сигнал

Вырабатываемые импульсы являются прямоугольными, относительная ширина которых может изменяться по сравнению с периодом. Результат этого соотношения называется рабочим циклом, а его единицы представлены в процентах:

D = t/T x 100%, где:

• D – рабочий цикл;
• t – время, когда сигнал положительный;
• Т – период.

Рабочий цикл изменяется таким образом, что среднее значение сигнала является приблизительным напряжением, которое требуется получить. Меняя значение D, можно управлять ключевым транзистором, что применяется почти во всех схемах импульсных преобразователей.

Работа понижающего преобразователя

Фундаментальная схема состоит из индуктивности, конденсатора, диода, ключевого транзистора. Транзистор служит для переключения сигнала с высокой частотой и управляется с помощью ШИМ. Рабочим циклом D задается время открытия и закрытия транзистора.

Работа понижающего преобразователя

1. Когда транзистор открыт, ток проходит через катушку, нагрузочное сопротивление и конденсатор. В дросселе и конденсаторе накапливается энергия, а ток увеличивается не скачкообразно, а постепенно. В это время диод заперт;
2. При достижении заданного уровня напряжения, что определяет параметры управления транзистором, транзистор запирается, но за счет ЭДС самоиндукции в дросселе ток начинает протекать по контуру, образованному с участием открытого диода, так как полярность на катушке изменилась. При этом ток медленно уменьшается со скоростью Uout/L.

Регулируя управление транзистором, можно получить необходимый уровень напряжения, но не выше входного.

Повышающий преобразователь

Его схема содержит те же элементы, что и понижающее устройство, но соединение их отличается. Открытием транзистора по-прежнему управляют настройки ШИМ.

Функциональная схема повышающего преобразователя

1. При открытом транзисторе ток проходит через дроссель и транзистор. Ток в катушке увеличивается со скоростью Vin/L, и она запасает энергию. Диод на этом этапе закрыт, чтобы не позволить разрядиться через транзистор выходному конденсатору, который, в свою очередь, питает нагрузочное сопротивление;
2. При понижении напряжения меньше определенного уровня транзистор закрывается управляющим сигналом. Диод открывается, и выходной конденсатор подзаряжается. Напряжение входа суммируется с напряжением, генерируемым на катушке, и выходной сигнал оказывается выше;
3. При достижении пределов заданного напряжения тиристор опять открывается, и цикл повторяется.

В преобразователях SEPIC схема построена по комбинированному принципу. В ней устанавливается еще один дроссель и конденсатор. Компоненты L1 и C2 работают для повышения напряжения, L2 и C1 – для понижения напряжения.

Схема преобразователя SEPIC

Преобразователь напряжения с гальванической развязкой

Изолированные dc dc преобразователи требуются в широком диапазоне применений, включая измерение мощности, промышленные программируемые логические контроллеры (PLC), источники питания с биполярным транзистором с изоляцией (IGBT) и т. д. Они используются для обеспечения гальванической изоляции, повышения безопасности и помехоустойчивости.

В зависимости от точности регулирования выходного напряжения, dc dc преобразователи с гальванической развязкой делятся на три категории:

• регулируемые;
• нерегулируемые;
• полурегулируемые.

У таких устройств входная цепь изолирована от выходной. Самая простая схема прямоходового преобразователя имеет две изолированных цепи: в одной – ключевой транзистор и трансформатор, в другой – катушка индуктивности, конденсатор, нагрузочное сопротивление. На транзистор подается импульсный управляющий сигнал с рабочим циклом D.

Схема однотактного прямоходового и обратноходового преобразователя

1. Когда транзистор открыт, то диод VD пропускает ток, а D1 заперт. Ток протекает по контуру через катушку, конденсатор и нагрузку. В катушке идет накопление энергии;
2. При запирании транзистора напряжение на трансформаторных обмотках изменяет знак, поэтому VD закрывается, а D1 начинает пропускать ток, который протекает по контуру между катушкой, D1, конденсатором и нагрузочным сопротивлением. Выходное напряжение будет равно:

Uout = (w2/w1) x D, где w2, w1 – количество витков двух обмоток трансформатора.

Так работает схема прямоходового однотактного преобразователя. Существуют обратноходовые схемы и двухтактные, с подачей энергии на выход в течение обоих преобразовательных циклов. Для снижения потерь вместо диодов применяются МОП-транзисторы.

Видео

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/dc-dc.html

Полный обзор DC-DC преобразователя на MT3608

Главная » Статьи » ЭЛЕКТРОНИКА

Полный обзор DC-DC преобразователя на MT3608

​Товар  можно купить тутСегодня в обзоре знаменитый DC-DC повышающий преобразователь напряжения на базе микросхемы MT3608. Плата популярна среди любителей создавать что-то своими руками. Применяется в частности для построения самодельных внешних зарядных устройств (power bank).

Сегодня мы проведем очень детальный обзор, изучим все достоинства и выясним недостатки 

Стоит такая плата всего 0,5$, зная, что в ходе обзора предстоят жесткие тесты, которые могут обернуться выходном из строя плат, я купил сразу несколько штук. 

Плата весьма неплохого качества, монтаж двухсторонний, если быть точнее почти вся обратная сторона — масса, одновременно играет роль теплоотвода. Габаритные размеры 36 мм * 17 мм * 14 мм

Производитель указывает следующие параметры 

На плате имеется подстроечный многооборотный резистор с сопротивлением 100кОм, предназначен для регулировки выходного напряжения. Изначально, для работы конвертора нужно покрутить переменник 10 шагов против часовой стрелки, лишь после этого схема начнет повышать напряжение, иными словами — до половины переменник крутится вхолостую. 

На плате подписан вход и выход, поэтому проблем с подключением не возникнет.  Перейдем непосредственно к тестам.  1) Заявленное максимальное напряжение 28 Вольт, что соответствует реальному значению

2) Минимальное напряжение, при котором плата начинает работу — 2 Вольт, скажу, что это не совсем так, плата сохраняет работоспособность при таком напряжении, но начинает работу от 2,3-2,5 Вольт  3) Максимальное значение входного напряжения составляет 24 Вольт, скажу, что одна из 8 и купленных плат у меня не выдержила такое напряжение на входе, остальные сдали экзамен на отлично. 

4) Режим короткого замыкания на выходе.

Лабораторный блок питания, от которого питается источник, снабжен системой ограничения по току, при КЗ на выходе потребление с лабораторного БП составляет 5 А (это максимум, что может дать ЛБП).

6) Что будет, если перепутать полярность подключения. Этот тест хорошо виден в ролике, плата попросту сгорает с дымом, притом сгорает именно микросхема.

7) Ток холостого хода всего 6мА, очень неплохой результат. 

8) Теперь выходной ток. На вход подается напряжение 12 Вольт, на выходе 14, т.е разница вход-выход всего 2 Вольт, обеспечены наилучшие условия работы и если с таким раскладом схема не выдаст 2 Ампер, значит при других значениях вход-выход она этого обеспечить не может. 

Температурные тесты  P.S. в ходе тестов дроссель начал попахивать лаком и в связи с этим он был заменен на более хороший, по крайней мере диаметр провода нового дросселя раза в 2 толще, чем у родного.  В случае этих тестов на вход платы подается напряжение 12 Вольт, на выходе выставлено 14

Тепловыделение на дросселе, дроссель уже заменен

Тепловыделение на диоде 

 

Тепловыделение на микросхеме 

Как видим температура в некоторых случаях выше 100 гр, но стабильна.  Нужно также указать, что в таких условиях работы выходные параметры значительно ухудшаются, что и стоило ожидать.

Как видим при выходном токе 2А, напряжение просаживается, поэтому рекомендую эксплоатировать платку при токах 1-1,2Ампер максимум, при больших значениях теряется стабильность выходного напряжения, а также перегревается микросхема, дроссель и выходной выпрямительный диод. 

9) Осциллограмма выходного напряжения, где наблюдаем пульсации. 

 

Ситуация исправиться если параллельно выходу запаять электролит (35-50Вольт), емкость от 47 до 220мкФ.(можно до 470, больше уже нет смысла) 

Рабочая частота генератора около 1,5МГц

Погрешность тестов не более 5%

Категория: ЭЛЕКТРОНИКА | Добавил: Admin (2016-08-11)

Источник: http://www.kit-shop.org/publ/elektronika/obzor_mt3608/443-1-0-51

Интегральный повышающе-понижающий DC/DC преобразователь с КПД до 95%, выходным током 1.5 А и диапазоном входных и выходных напряжений от 2.5 В до 15 В

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июль 2015

Richard Cook, Linear Technology

LT Journal of Analog Innovation

Многоэлементные батареи большой емкости становятся все более привычными в носимых устройствах и промышленных приборах, получающих энергию от нескольких источников.

Для максимального продления времени работы батарей и поддержки различных источников энергии стабилизаторы напряжения в подобных системах питания должны быть способны регулировать выходное постоянное напряжение, даже если их входное напряжение меньше, больше или равно выходному. Достичь этого можно использованием двух отдельных преобразователей с двумя микросхемами контроллеров.

Но более привлекательным решением является использование одного повышающе-понижающего DC/DC преобразователя, который обеспечит такие критически важные для портативных устройств атрибуты, как небольшие размеры, простота и высокий КПД.

Микросхема LTC3111 представляет собой интегральный повышающе-понижающий преобразователь с диапазонами входных и выходных напряжений от 2.5 В до 15 В и током нагрузки до 1.5 А. Она позволяет преобразовывать энергию различных источников, таких как одно- и многоэлементные Li-Ion батареи, свинцово-кислотные аккумуляторы, блоки конденсаторов, порты USB и сетевые адаптеры.

В дополнение к широкому диапазону рабочих напряжений, LTC3111 использует разработанную Linear Technology оригинальную архитектуру управления ШИМ, эффективно устраняющую джиттер и электромагнитные помехи, возникающие на границах между повышающим и понижающим режимами.

Это позволяет упростить, а то и вовсе исключить из системы дорогие фильтры и экраны, защищающие чувствительные к шумам преобразователи данных или радиочастотные цепи.

Точный входной порог управляющего вывода позволяет аккуратно запрограммировать напряжение включения преобразователя.

Встроенные в устройство функции защиты, такие как ограничение выходного тока и отключение при перегреве или коротком замыкании, гарантируют надежную работу в жестких условиях эксплуатации.

Для приложений критичных к размерам компонентов установленная по умолчанию частота переключения 800 кГц может быть увеличена до 1.5 МГц.

Рисунок 1.

Конструкция преобразователя мощностью 18 Вт,  основанного на микросхеме LTC3111.

На Рисунке 1 показана конструкция преобразователя на основе LTC3111, отдающего в нагрузку мощность 18 Вт при напряжении 12 В. Схема занимает на печатной плате менее 180 мм2.

При сопоставимой выходной мощности это решение компактнее, чем повышающе-понижающий преобразователь на основе контроллера, и намного эффективнее, чем содержащая две индуктивности сложная схема с топологией SEPIC.

Микросхема LTC3111 выпускается в 16-выводных корпусах со сниженным тепловым сопротивлением: DFN размером 3 мм × 4 мм, или MSOP.

Использование точного порогового напряжения входа RUN в схемах с одно-, двух- и трехэлементными Li-Ion батарями

Вывод RUN микросхемы может использоваться либо для включения/выключения преобразователя цифровым сигналом, либо для точной установки порога блокировки при пониженном напряжении с помощью резистивного делителя, включенного между выводом VIN и землей. Пороговое напряжение входа RUN микросхемы LTC3111, равное 1.

2 В (±5% в диапазоне температур), позволяет изменять напряжение включения преобразователя.

После того, как преобразователь включен из-за наличия гистерезиса 120 мВ на входе RUN запрет работы преобразователя произойдет тогда, когда входное напряжение упадет до уровня на 10% меньшего, чем напряжение, при котором произошло включение.

Рисунок 2.

В этой схеме, которая может питаться от одно-, двух- и трехэлементных Li-Ion батарей, используется высокая точность порогового напряжения вывода RUN преобразователя LTC3111.

На Рисунке 2 изображена практическая схема, в которой точность порога вывода RUN используется для включения/выключения преобразователя LTC3111 при питании от одно-, двух- или трехэлементных Li-Ion батарей. Для случая одноэлементной батареи сопротивление R на выводе RUN равно 267 кОм, и LTC3111 включается, когда напряжение на входе превысит 3.3 В, а выключается – когда опустится ниже 3 В.

Рисунок 3.

Отклик преобразователя на линейное изменение входного  напряжения при использовании свойства вывода RUN для случая одноэлементной батареи.

Этот метод может быть применен к схемам с двух- и трехэлементными батареями, для чего сопротивление резистора R нужно изменить в соответствии с таблицей на Рисунке 2. На Рисунке 3 показан отклик преобразователя на медленное линейное изменение напряжения VIN для случая одноэлементной батареи.

В одноэлементной конфигурации напряжение на выходе VOUT появляется тогда, когда входное напряжение достигает 3.3 В, и выключается при 3 В. Аналогичным образом этот график может быть масштабирован для случая двух- и трехэлементных батарей, для которых пороги включения/выключения будут равны 6.

6 В/6 В и 9.9 В/9 В, соответственно.

Хорошая точность порогового напряжения входа RUN может также использоваться в тех случаях, когда минимальное входное напряжение источника должно быть ограничено допустимым уровнем разряда таких устройств, как батареи конденсаторов, свинцово-кислотные или NiCd аккумуляторы.

Рисунок 4.

Зависимость КПД от выходного тока для вариантов с одно-, двух- и трехэлементными Li-Ion батареями.

Кривые на Рисунке 4 показывают зависимость КПД от выходного тока для вариантов с одно-, двух- и трехэлементными батареями, работающими при их типовых напряжениях. Максимальный КПД, превышающий 90%, достигается при подключении батареи, состоящей из трех элементов.

Заметим, что максимальный ток нагрузки при выходном напряжении 5 В уменьшается, когда входное напряжение становится ниже 6 В.

В технической документации на LTC3111 приведены графики, показывающие зависимость максимального выходного тока от входного напряжения в режиме ШИМ и пульсирующем режиме для различных выходных напряжений, с помощью которых можно определить, поддерживается ли заданная нагрузка в определенном диапазоне входных напряжений.

Питание преобразователя от нескольких источников

Широкий диапазон рабочих напряжений LTC3111 делает простой организацию питания устройств от нескольких входных источников.

На Рисунке 5 показано типичное приложение, в котором микросхема LTC4412 контролера PowerPath (в корпусе SOT-23) выбирает один из двух входных источников с наибольшим напряжением.

Равное всего 20 мВ прямое падение напряжения на P-канальном MOSFET микросхемы LTC4412 сводит к минимуму потери мощности. В этой схеме LTC4412 подключает к преобразователю LTC3111 источник с бóльшим напряжением: Li-Ion батарею с напряжением 7.2 В или 12-вольтовый сетевой адаптер.

Рисунок 5.

Микросхема LTC4412 контролера PowerPath выбирает наибольше напряжение для питания преобразователя LTC3111.

На Рисунке 6 показан график зависимости КПД от тока нагрузки для выходного напряжения 3.3 В при питании преобразователя от двух источников. Достигнутый здесь КПД превышает 89%. При включенном пульсирующем режиме типовой ток потребления в состоянии ожидания равен 49 мкА, что позволяет более чем на две декады расширить диапазон токов нагрузки, в котором сохраняется высокий КПД.

Рисунок 6.

Зависимость КПД LTC3111 от тока нагрузки при VOUT = 3.3 В, VIN = 7.2 В и 12 В.

В LTC3111 имеется схема, минимизирующая изменения коэффициента передачи цепи обратной связи, что существенно улучшает отклик схемы на скачки нагрузки. Из осциллограммы, приведенной Рисунке 7, можно увидеть, что в повышающем режиме при токе нагрузки 1 А, емкости выходного конденсатора 22 мкФ и длительности фронтов 20 мкс, выбросы VOUT не превышают 50 мВ, или 1.5%.

Рисунок 7.

Выбросы выходного напряжения, при VOUT = 3.3 В и скачкообразном изменении входного напряжения от 7.2 В до 12 В и обратно.

Использование LTC3111 для получения регулируемого выходного напряжения

Для таких приложений, как управление двигателями, освещение или параметрический контроль источников питания микросхема LTC3111 может быть сконфигурирована как регулируемый источник напряжения. Это может быть сделано многими способами. Один из них показан на Рисунке 8: добавление суммирующего резистора (R3) между выводом обратной связи FB и управляющим напряжением VCONTROL.

Рисунок 8.

Использование LTC3111 в качестве регулируемого источника напряжения.

Программируемое выходное напряжение может быть рассчитано по формуле:

где

R1 – сопротивление резистора, включенного между выводами VOUT и FB, R2 – сопротивление резистора, соединяющего FB с землей,

R3 – сопротивление резистора, соединяющего вывод FB и вход VCONTROL.

На Рисунке 9 показана реакция выхода на управляющее напряжение, линейно изменяющееся от 0 В до 1.2 В с частотой 100 Гц. Соответствующее выходное напряжение изменяется от 10 В до 2.5 В, что соответствует инвертирующему коэффициенту передачи от VCONTROL к VOUT, равному 6.2. Малошумящее ШИМ-управление обеспечивает низкие искажения и высокое качество репликации входного сигнала.

Рисунок 9.

Отклик выхода LTC3111 на внешнее управляющее напряжение.

При использовании LTC3111 в качестве стабилизатора с регулируемым выходным напряжением допустимая нагрузка по току уменьшается, когда VOUT > VIN (то есть, когда микросхема работает в режиме повышения). На Рисунке 10 показано, что максимально допустимый выходной ток существенно зависит от коэффициента повышения преобразователя.

Рисунок 10.

Зависимость максимального выходного тока в режиме ШИМ от выходного напряжения при VIN = 5 В.

Например, допустимый выходной ток при VOUT= 2VIN будет примерно вдвое меньше, чем при VOUT= VIN.

В приведенном выше примере выход нагружался фиксированным током 500 мА, который микросхема способна отдавать при всех выходных напряжениях.

Чтобы гарантированно обеспечить устойчивость преобразователя, параметры цепи частотной компенсации петли ОС определяются при самом большом коэффициенте повышения (VIN = 5 В, VOUT = 10 В).

Заключение

Габариты такого решения и КПД преобразования еще больше выигрывают от наличия внутренних MOSFET ключей с сопротивлением 90 мОм и корпусов со сниженным тепловым сопротивлением.

Низкий ток, потребляемый в пульсирующем режиме, расширяет область высокого КПД до нескольких декад токов нагрузки, позволяя увеличить время автономной работы многих устройств с батарейным питанием.

Материалы по теме

1. Datasheet Linear Technology LTC3111
2. Datasheet Linear Technology LTC4412

Перевод: Алексей Ревенко по заказу РадиоЛоцман

Источник: https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=160728