Мощный преобразователь 12 в 5 вольт схема. Блок питания. Принципиальная схема преобразователя LM2576T
В настоящее время, импульсные преобразователи используются практически везде и очень часто заменяют классические , на которых, как правило, при больших токах происходят значительные потери в виде тепла.
Приведенная здесь схема является простым импульсным понижающим преобразователем (Step-Down) с 12В до 5В . Схема построена на основе популярной и недорогой микросхеме .
Устройство предназначено для работы с автомобильной бортовой сетью 12В и может использоваться для зарядки/питания GPS навигаторов или мобильных телефонов, оснащенных разъемом USB.
В режиме ожидания схема полностью отключается от источника питания, а во время нормальной работы отключается сразу же после отключения нагрузки. Запуск преобразователя осуществляется путем кратковременного нажатия на кнопку и если к выходу не была ранее подключена нагрузка, например телефон, то преобразователь автоматически выключится.
Описание работы преобразователя напряжения с 12 на 5 вольт
Как уже было сказано ранее, схема построена на микросхеме MC34063, которая представляет собой контроллер, содержащий основные компоненты, необходимые для изготовления DC-DC преобразователей.
MC34063 содержит температурную компенсацию, источник опорного напряжения, компаратор и генератор с регулируемым заполнением. Кроме того, данная микросхема содержит схему ограничения тока и внутренний ключ, который может работать с токами до 1,5 А.
Для изготовления преобразователя требуется ОУ, дроссель, диод и несколько резисторов и конденсаторов. На рисунке ниже представлена полная принципиальная схема преобразователя.
Сердцем устройства является уже упомянутый ранее чип DD2 (MC34063), а так же дроссель L1 и диод Шоттки VD1. Диод выполняет очень важную роль — благодаря ему происходит закрытие контура для протекания тока от дросселя L1, возникающего после отключения внутреннего выходного ключа MC34063.
Конденсатор C3 определяет частоту работы внутреннего генератора DD2 и при емкости в 470pf частота будет составлять около 50 кГц. Резистор R5 отвечает за ограничение тока преобразователя и через него протекает весь импульсный ток, поступающий далее на дроссель L1. Ограничение тока установлено на уровне около 1,1 А.
Конденсатор C1 фильтрует напряжение питания. Выходной фильтр представляет собой конденсатор C4, а стабилитрон VD3 мощностью 1,3 Вт защищает схему от возможного кратковременного повышения напряжения.
Очень важным элементом является R3, R7, так как он отвечает за величину выходного напряжения. Их соотношение подобрано таким образом, что при выходном напряжении 5В на входе 5 компаратора микросхемы DD2 было напряжение 1,25В.
Большим преимуществом данной схемы является возможность автоматического выключения питания после отключения нагрузки. За эту функцию отвечает транзистор VT1 и резисторы R1,R2. В выключенном состоянии резистор R1 обеспечивает правильную отсечку транзистора VT1. Запуск системы осуществляется через кратковременное нажатие кнопки SW1.
Преобразователь запускается, а транзистор VT2 далее поддерживает низкий уровень на базе VT1. Резистор R2 ограничивает ток базы транзистора VТ1.
Для контроля тока, потребляемого нагрузкой, используется операционный усилитель DD1 (). Он работает в качестве неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления равным 1000. Коэффициент усиления определяется номиналами резисторов R8 и R9.
Конденсатор C2 фильтрует напряжение питания усилителя. Для управления транзистором VT2 используется делитель напряжения на резисторах R4 и R6, с коэффициентом деления 2.
Незначительное падение напряжения на измерительном резисторе (шунте) R11 порядка 5-6мВ приведет к открытию транзистора VT2 и поддержанию работы преобразователя. Таким образом, для поддержания работы преобразователя достаточно чтобы ток потребления был порядка 25-30мА. Светодиод VD2 выполняет роль индикатора питания, а его ток ограничен резистором R10.
(80,4 Kb, скачано: 1 155)
Всем привет! Это не обзор, а так сказать, мини-тест DC-DC конвертера 12В - 5В 3А. Подобный преобразователь напряжения уже рассматривался на Mysku (к сожалению, я его не смог найти, но надеюсь, что всё-таки найду), и тот обзор склонил меня к покупке аналогичного DC-DC конвертера, но у другого продавца, и немного другого исполнения, поэтому речь пойдёт об различиях этих моделей.
С момента заказа прошло ровно три недели, и преобразователи приехали ко мне в мелком пакете. Трэк-номера мне не дали. Вот фото:
Надо сказать, что заказывая эти преобразователи, я планировал их немного переделать, а именно изменить цепь, задающую выходное напряжение, чтобы получить на выходе напряжение 3,3в, при нужном мне токе не более 1А. Что мне удастся это сделать, я был просто уверен.
Первым делом я снял с одного преобразователя заднюю крышку, чтобы вынуть печатную плату и надругаться над ней. И тут меня ждало горькое разочарование! Печатная плата со всем содержимым была залита жёстким непрозрачным компаундом, из которого торчали только входные и выходные провода! Это было очень неожиданно и неприятно. По этой причине фотографий с расчленёнкой не будет, как не будет и переделки преобразователя на 3,3 вольта. Но главное, что когда я ещё раз внимательно прочитал описание конвертера на сайте, то понял, что он и должен быть залитым, это указано прямым текстом. В общем сам дрова.
Вот фотки со снятой нижней крышкой, правда фоткал на сей раз мобльником.
Что там у преобразователя внутри, совершенно непонятно, а очень хотелось бы знать. Единственное, что удалось разглядеть, так это слегка выступающий из компаунда уголок электролитического конденсатора, зелёного с золотым, то есть вроде не самого плохого, но то, что он стоит так криво, совсем не радует. Общая глубина заливки порядка 12мм, то есть плата с элементами имеет высоту не более 10мм. Компаунд жёсткий, эпоксидный, как и говорится на сайте, но если заливка выполнена без предварительного обволакивания, то есть вероятность растрескивания элементов конвертера. Как правило производители даже пассивных компонентов запрещают прямую заливку «жёсткими» компаундами.
Оставалось только испытать преобразователь как есть, так как применение для него, в принципе, уже найдено. Погонял я его в трёх режимах, на выходном токе в 1А, 2А и 3А, при входном напряжении от 12 до 17 вольт. При токе в 1А нагрев незначительный, при токе в 2А нагрев уже заметный, причём, видимо, теплопроводность компаунда выше, чем пластика, и снаружи преобразователь куда холоднее, чем если пощупать сам компаунд. Думаю, при токе в 2А преобразователь может работать неограниченно долго даже при повышенной до 40-50 градусов внешней температуре. При токе нагрузки в 3А преобразователь нагревался очень заметно снаружи, а прикосновение к компаунду уже обжигало, так что я бы не стал использовать его долгое время в таком режиме, да ещё при повышенной температуре. 2А для многих применений достаточно.
Напряжение на выходе было очень стабильным, без нагрузки составляло 5,12в, с нагрузкой 1А - 5,10В, с нагрузкой 2А - 5,08В, с нагрузкой 3А - 5,07В. Думаю, это больше влияло сопротивление проводов, а у самого преобразователя просадка вообще практически нулевая.
Испытал также, какое минимальное напряжение на входе преобразователя. Так, при токе нагрузки в 2А напряжение на выходе начинало снижаться при снижении входного напряжения ниже 7 вольт. По моему нормально.
Планирую купить +30 Добавить в избранное Обзор понравился +5 +30Такой преобразователь может понадобиться для питания сильноточных 5-вольтовых схем от автомобильного аккумулятора, зарядки от него же литиевых аккумуляторов (тогда выходное напряжение придется уменьшить до 4 В); в авторском же варианте используется для питания внешнего компьютерного DVD-RW (USB) от автомобильного аккумулятора. Этот привод и сам по себе довольно сильно греется в процессе работы, поэтому охлаждать еще и микросхему линейного стабилизатора просто нечем. А импульсники знамениты своей экономичностью.
На микросхеме DDI собраны умножитель напряжения и тактирующий генератор (рис. 1.10).
Умножитель необходим из-за того, что в схеме используются более дешевые и распространенные полевые транзисторы с каналом n-типа. Для полного отпирания полевого транзистора с изолированным затвором и индуцируемым каналом (к этому типу относятся все транзисторы серии IRF) напряжение на его затворе нужно поднять на 3…5 В выше напряжения на стоке – так что здесь без умножителя не обойтись.
Умножитель собран на элементах СЗ, VD1, VD2 и фильтрующем конденсаторе С4 по типовой схеме. Для ограничения напряжения (оно может подняться до 22 В, а для микросхемы 555 напряжение выше 18 В опасно) добавлен резистор R5. Благодаря ему напряжение на конденсаторе С4 составляет около 17…18 В, этого достаточно для нормальной работы полевого транзистора и недостаточно для пробоя микросхемы. Конденсатор СЗ может быть или многослойным керамическим (в виде параллелепипеда, для поверхностного монтажа), или пленочным, но не дисковым керамическим! Иначе, из-за значительного внутреннего сопротивления конденсатора, напряжение на С4 не повысится выше 15… 16 В даже без резистора R5, и ключевой транзистор будет сильно греться. Конденсатор С4 может быть рассчитан на 16 В.
Собственно широтно-импульсный модулятор собран на таймере DD2. Через конденсатор С2 и транзистор VT1 на вход S таймера поступают очень короткие синхроимпульсы с выхода генератора – чем они короче, тем лучше (иначе выход таймера может возбуждаться). Емкости 10 пФ вполне достаточно, ее можно даже уменьшить до 5 пФ.
Регулировка длительности выходных импульсов производится через вход REF (вывод 5 микросхемы). Длительность выходного импульса равняется времени, за которое конденсатор С5 заряжается от нуля до напряжения на этом входе, то есть при уменьшении напряжения REF длительность импульсов (и напряжение на выходе) уменьшается, при напряжении менее 1,5 В она становится равной нулю.
Принцип работы устройства
Преобразователь напряжения построен по классической схеме m полевом транзисторе VT2 и дросселе L1. В качестве обратноходово- го диода используется транзистор VT3. В мощных понижающю импульсниках в этом месте лучше всего ставить именно транзисто ры – так как ток обратного хода практически равен прямому току, и если падение напряжения на ключевом транзисторе (VT2 по схеме) легко уменьшить до минимума, то с диодами все гораздо сложнее. В итоге получается парадокс: ключевой транзистор – холодный, дроссель почти не греется, зато диод – как утюг! А ведь чем меньше нагрев – тем выше КПД схемы, и с отводом тепла меньше проблем.
Транзистор VT3 работает в противофазе с ключевым транзистором VT2 благодаря инвертору на микросхеме DD3. Так как обрат- ноходовой диод должен быть открыт не все время простоя ключевого транзистора, а только небольшое (иначе он будет замыкать через дроссель выход схемы) время сразу после закрытия ключевого транзистора (именно в это время импульс тока обратного хода имеет наибольшую амплитуду), в схему добавлен конденсатор С6 и – для точной настройки – подстроечный резистор R8. Все остальное время транзистор VT3 работает как диод – благодаря встроенному мощному защитному диоду между выводами стока и истока. То есть от замены диода транзистором хуже точно не будет.
Стабилизатор напряжения собран на стабилитроне VD3 и транзисторе VT4. Точность и величина выходного напряжения зависят только от качества и напряжения стабилизации стабилитрона. Его можно заменить микросхемой TL431.
Дроссель L1 можно намотать на каркасе трансформатора от старой радиоточки. Берем провод диаметром 1 мм (для тока нагрузки до 2 А) и мотаем до заполнения каркаса (около сотни витков). Так как дроссель работает на постоянном токе, то между пластинами обязателен диэлектрический зазор – то есть засовываем все Ш-об- разные пластины в одном направлении и между ними и «палочками» прокладываем 1-2 слоя газетной бумаги (или трансформаторной, если у вас есть), после чего все это дело очень хорошо сжимаем. Можно намотать дроссель и на ферритовом кольце диаметром примерно 30…40 мм, но опять-таки его лучше разрезать и снова склеить, или взять специальный разрезной сердечник (ферритовые чашки – диаметром 20…30 мм и высотой 15…20 мм, примерно 50…80 витков).
Налаживание
Полностью собираем схему, не впаиваем только транзисторы VT2 и VT3. Подключаем питание – напряжение на выводах питания DD2 должно быть на 4…6 В больше напряжения питания; если оно меньше – убеждаемся в наличии генерации (напряжение на выходе генератора должно равняться половине питающего), уменьшаем сопротивление резистора R5, если это не помогает – ставим более качественный конденсатор СЗ. Если напряжение питания DD2 больше 18 В – увеличиваем сопротивление резистора R5. После этого впаиваем оба транзистора и уменьшаем сопротивление R8 до нуля. К выходу подключаем мощную нагрузку (рекомендуется – автомобильную лампочку на 12 В, 20 Вт) и подаем питание +12 В через подключенный амперметр. Если все работает нормально, напряжение на лампочке будет примерно равно напряжению стабилизации стабилитрона, а потребляемый схемой ток будет раза в два меньше тока через лампочку (в авторском варианте – 0,5 А). Теперь отключаем лампочку-нагрузку. Напряжение на выходе должно увеличиться не более чем на 0,2…0,3 В, а напряжение на входе REF DD2 должно быть в пределах 0,8…2,5 В относительно общего провода. Если оно близко к нулю, следует уменьшить емкость конденсатора С5 раза в два.
Включите-отключите нагрузку: дроссель при этом должен коротко «стукать» (это цепь обратной связи отрабатывает резкое изменение тока нагрузки), никаких свистов (самовозбуждения) быть не должно. Если возникает возбуждение – скорее всего, неправильно нарисованы дорожки.
После этого можно начинать настройку «умного диода» (VT3). Медленно вращайте движок подстроечного резистора R8 – потребляемый схемой ток (+12 В) начнет уменьшаться – примерно на 5…10%. Этот ток раньше расходовался исключительно на нагрев корпуса транзистора VT3. Но в какое-то время может возникнуть самовозбуждение выходного каскада – потребляемый схемой ток резко возрастает в 2…3 раза. Движок R8 нужно установить в такое положение, при котором потребляемый ток уменьшился, но до возбуждения еще далеко. Снова отключите-включите нагрузку, отклю- чите-включите питание: возбуждения выхода и свиста в дросселе (даже очень короткого!) быть не должно. Если это не так – нужно чуть уменьшить сопротивление R8 и повторить провокацию.
Благодаря такой схеме в^слючения транзистора VT3 он хоть и греется, но заметно слабее, чем хороший диод Шоттки (КД213, 1N5822). При токе нагрузки до 1…1,5 А радиаторы для обоих транзисторов не нужны, при токе до 3 А к корпусу VT3 нужно прикрутить небольшую пластин- ку-теплоотвод (КРЕН с такой силой греется уже при токе 0,2 А).
КТ315 можно заменить любыми кремниевыми структуры п-р-п. Электролиты С7 и С8 желательно набрать из нескольких соединенных параллельно меньшей емкости, параллельно им можно включить парочку пленочных или многослойных керамических конденсаторов емкостью 0,1 мкФ и более.
При повторении схемы особое внимание нужно уделить проводам питания – все элементы и все провода должны быть подключены именно так, как показано на рисунке! Не экономьте на спичках – иначе замучитесь с настройкой! Дорожки, нарисованные на рисунке более толстой линией, должны быть потолще – минимум 1,5…2 мм.
Повышающий DC-DC преобразователь 5-12 вольт, проще всего собрать на LM2577, которая обеспечивает выход 12V, используя входной сигнал 5V и максимальный ток нагрузки 800 мА. М\С LM2577 - это повышающий прямоходовый импульсный преобразователь. Она доступна в трех различных версиях выходного напряжения: 12 В, 15 В и регулируемая. Вот подробная документация .
Схема на ней требует минимального количества внешних компонентов, а также такие регуляторы экономически эффективным и простые в использовании. Другие особенности: встроенный генератор на фиксированной частоте 52 кГц, который не требует никаких внешних компонентов, мягкий режим запуска для снижения пускового тока и режим регулирования по току для улучшения отклонении входного напряжения и выходной переменной нагрузки.
Характеристики преобразователя на LM2577
- Входное напряжение 5 В постоянного тока
- Выходное 12 В постоянного тока
- Нагрузочный ток 800 мА
- Функция плавного пуска
- Отключение при перегреве
Здесь применена регулируемая микросхема LM2577-adj . Для получения других выходных напряжений надо изменить величину резистора обратной связи R2 и R3. Выходное напряжение рассчитывается по формуле:
V Out = 1.23V (1+R2/R3)
В общем LM2577 стоит недорого, дроссель в этой схеме унифицированный - на 100 мкГн и предельный ток 1 А. Благодаря импульсной работе каких-то больших радиаторов для охлаждения не требуется - так что эту схему преобразователя можно смело рекомендовать для повторения. Особенно она пригодится в случаях, когда из USB выхода надо получить 12 вольт.
