Преобразователь с 12 на 220 своими руками

Введение

В последние годы производители электронных компонентов все чаще используют контрактное производство полупроводниковых приборов. В таких компаниях работают высококлассные специалисты — разработчики и схемотехники, а производство готовых изделий размещается на лучших мировых фабриках, оснащенных самым современным оборудованием. Это связано с очевидными преимуществами, которые получает компания-разработчик:

• резкое снижение накладных расходов, связанных с содержанием собственного высокотехнологичного производства;
• возможность выбора лучших контрактных производителей для обеспечения высокого качества изделий;
• сосредоточение усилий на разработке новых изделий и технологий;
• гарантия длительного жизненного цикла приборов;
• высокая динамика производства, как следствие — низкие сроки поставки продукции конечным потребителям;
• относительно низкая численность сотрудников и одновременно высокий профессиональный уровень.

Все это дает возможность значительно снизить себестоимость изделий и, как следствие, цену для конечного потребителя, обеспечивая при этом высокое качество и передовые схемотехнические решения.

Ярким примером такой компании является Monolithic Power Systems (MPS). MPS была образована в 1997 году в Санта Клара (США). В настоящее время компания насчитывает около 100 человек, среди ее инвесторов — Bank of America, Investar, Aser Venture. Являясь держателем 18 патентов в области технологий BiCMOS и DMOS, компания специализируется на разработке и контрактном производстве силовых интегральных схем для источников питания постоянного тока, твердотельных источников света, драйверов люминесцентных ламп с холодным катодом и аудиоусилителей класса D. В перспективе MPS планирует разработку интегральных контроллеров сетевых источников питания. Передовые технологические решения позволяют интегрировать на одном кристалле цифровые схемы управления, прецизионные аналоговые компоненты и силовые транзисторы и достичь высокой плотности мощности при сверхмалых размерах интегральных схем.

В данной статье будет рассмотрена линейка интегральных схем для источников питания постоянного тока.

Работа повышающих DC DC преобразователей

Такие модели преимущественно используются при работе от источников малой мощности, к примеру, от пары-тройки батареек, а некоторые конструкционные элементы требуют напряжения 12–15 В при малом токопотреблении. Uin поступает на находящийся на входе фильтр Cin и далее – на катушку L и транзистор VT, которые последовательно соединены между собой. В месте соединения катушки и стока транзистора к ним подсоединен диод VD. К его второму выходу подсоединена нагрузка Rн и шунтирующий конденсатор Cout.

Работой транзистора VT управляет микросхема, вырабатывающая управляющий сигнал неизменной частоты с настраиваемым значением D – по аналогии с работой понижающего преобразователя. Диод VD в соответствующие моменты перекрывает нагрузку от ключа.

При разомкнутом ключе вывод L, находящийся справа на схеме, соединяется с минусовым полюсом аккумулятора или другого источника питания Uin. Растущий под действием индуктивности ток от аккумулятора идет через катушку (в ней копится энергия) и разомкнутый транзистор. Одновременно диод VD перекрывает нагрузку и находящийся на выходе конденсатор, не допуская его разряда из-за открытости транзистора.

В то же время нагрузка получает питание из запасов конденсатора Cout, и напряжение на выходном конденсаторе снижается. Когда оно становится меньше заданной величины (согласно настройкам управляющей схемы), ключ-транзистор VT перекрывается, и накопленная в дросселе электроэнергия через диод VD заряжает конденсатор Cout, подпитывающий нагрузку. Электродвижущая сила самоиндукции катушки L суммируется с Uвх и идет в нагрузку, поэтому наблюдается прирост напряжения Uвых˃Uвх. Когда величина Uвых достигает заданного уровня стабилизации, управляющая схема инициирует открытие транзистора VT, и процесс циклически продолжается.

Технические характеристики преобразователя напряжения заявленные производителем

• Производитель: ONEVER
• Номинальная мощность: 200 Вт
• Коэффициент полезного действия (КПД): 90 %
• Входное напряжение постоянного тока: 12 В
• Максимальный ток потребления: 8.3 А
• Выходное напряжение:переменного тока: 220 В ± 10 %
• Максимальный выходной ток: 0.45 A
• Выходная частота переменного тока: 50 Гц ± 2 Гц
• Выход мощность: 200 Вт
• Пиковая мощность: 400 Вт
• Выходное напряжение на порт USB: 5 В
• Форма выходного сигнала: модифицированная синусоида
• Защита от перегрузки: есть
• Защита от перегрева: есть
• Порог срабатывания защиты от перегрева: 70 °C
• Рабочая температура: 0 – 40 °C
• Защита от перенапряжения: есть
• Защита от обратной полярности: есть
• Звуковая сигнализация о низком уровне батареи: есть
• Напряжение отключения при низком входном напряжении (без нагрузки): 10 В ± 1 В
• Напряжение отключения при высоком входном напряжении (без нагрузки): 15 В ± 1 В
• Встроенный вентилятор охлаждения: есть
• Материал корпуса: алюминий
• Размеры: 87 х 64 х 38 мм
• Вес: 0.23 кг

Трансформатор и диоды

Трансформатор, установленный на выходе, необходимо наматывать на ферритовом кольце. Это кольцо можно снять все в том же блоке питания от персонального компьютера. Для первичной обмотки применяется провод в лаковой изоляции сечением 0,6 мм. Наматывается 10 витков, и от середины делается отвод. Сверху нужно намотать вторичную обмотку, она должна содержать 80 витков. Вместо него можно использовать готовый трансформатор, который устанавливается в серийных источниках бесперебойного питания.

Высокочастотные диоды, используемые в конструкции, можно заменить аналогичными с маркировкой FR107 или FR207. При правильно проведенном монтаже схема заработает сразу же после включения, никакой настройки не потребуется. Выходной ток может составить не более 2,5 А, но лучше, чтобы конструкция работала при токе не больше 1,5 А (подключение нагрузки мощностью примерно 300 Вт). Можно сказать, что вы собрали из металлолома устройство, китайский аналог которого стоит порядка 3-4 тыс. руб.

Повышение переменного напряжения

Повысить переменное напряжение можно двумя способами – использовать трансформатор или автотрансформатор. Основная разница между ними состоит в том, что при использовании трансформатора есть гальваническая развязка между первичной и вторичной цепью, а при использовании автотрансформатора её нет.

Интересно! Гальваническая развязка – это отсутствие электрического контакта между первичной (входной) цепью и вторичной (выходной).

Рассмотрим часто возникающие вопросы. Если вы попали за границы нашей необъятной родины и электросети там отличаются от наших 220 В, например, 110В, то чтобы поднять напряжение со 110 до 220 Вольт нужно использовать трансформатор, например, такой как изображен на рисунке ниже:

Следует сказать о том, что такие трансформаторы можно использовать «в любую сторону». То есть, если в технической документации вашего трансформатора написано «напряжение первичной обмотки 220В, вторичной – 110В» – это не значит, что его нельзя подключить к 110В. Трансформаторы обратимы, и, если на вторичную обмотку подать, те же 110В – на первичной появится 220В или другое повышенное значение, пропорциональные коэффициенту трансформации.

Следующая проблема, с которой многие сталкиваются – низкое напряжение в электросети, особенно часто это наблюдается в частных домах и в гаражах. Проблема связана с плохим состоянием и перегрузкой линий электропередач. Чтобы решить эту проблему – вы можете использовать ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Большинство современных моделей могут как понижать, так и плавно повышать параметры сети.

Схема его изображена на лицевой панели, а на объяснениях принципа действия мы останавливаться не будем. ЛАТРы продаются разных мощностей, тот что на рисунке примерно на 250-500 ВА (вольт-амперы). На практике встречаются модели до нескольких киловатт. Такой способ подходит для подачи номинальных 220 Вольт на конкретный электроприбор.

Если вам нужно дёшево поднять напряжение во всем доме, ваш выбор — релейный стабилизатор. Они также продаются с учетом разных мощностей и модельный ряд подходит для большинства типовых случаев (3-15 кВт). Устройство основано также на автотрансформаторе. О том, как выбрать стабилизатор напряжения для дома, мы рассказали в статье, на которую сослались.

Окончательная сборка импульсного преобразователя напряжения.

Перед окончательной сборкой, все элементы схемы были соединены многожильным проводом, и была проверена способность схемы принимать и отдавать энергию.

Для предотвращения замыкания, импульсный преобразователь напряжения был со стороны контактов заизолирован силиконовым герметиком.

Затем все элементы конструкции были размещены в корпусе от «Кроны». Для того, чтобы передняя крышка с разъёмом не утапливалась внутрь, между передней и задней стенками была вставлена пластинка из целлулоида. После чего, задняя крышка была закреплена клеем «88Н».

Для зарядки модернизированной «Кроны» пришлось изготовить дополнительный кабель со штекером типа Джек 3,5мм на одном из концов. На другом конце кабеля, для снижения вероятности короткого замыкания, были установлены стандартные приборные гнёзда, вместо аналогичных штекеров.

Обзор лучших автоинверторов

Для составления рейтинга были использованы следующие параметры:

• мощность;
• качество выходного напряжения;
• поведение при перегрузках;
• комплектация;
• дополнительные функции (если есть);
• отзывы в реале и интернете;
• внешний вид;
• средняя цена в марте 2016 года.

МАП «Энергия» 900

Мощность 900 ватт, входное напряжение 10-15 вольт. Выходное напряжение со минимальным количеством гармоник и частотой 50 герц. При нагрузке свыше 1,3 киловатт автоматически отключается. Если нагрузка соответствует норме, то напряжение стабильно. Может использоваться как мощное пускозарядное устройство (обратное преобразование из 220 в 12 вольт). Внешний вид – большая и тяжелая коробка с цифровым индикатором и переключателями. Стоимость 35 тысяч рублей.

Штиль PS12/300

Мощность 300 ватт, входное напряжение 10,5–14 вольт. Выходное напряжение с минимумом количеством гармоник и частотой 50-60 герц. Если нагрузка на выходе менее 300 ватт, то напряжение стабильно. При увеличении мощности нагрузки напряжение начинает падать. Инвертор комплектуется проводами и разъемами для подключения к автомобильному аккумулятору, а также переходником для прикуривателя. На вид серая неказистая коробка на резиновых ножках. Стоимость 4500 рублей.

MobilEn SP-150

Заявленная мощность 150 ватт, но на испытаниях выдерживал нагрузку в 180 ватт, не снижая напряжения. Подключение дополнительной нагрузки приводит к срабатыванию защиты. При перегрузке сигнализирует легким, но неприятным писком. После отключения пищит очень громко. Выходное напряжение с минимумом гармоник частотой 50-60 герц. Оснащен штатным USB-портом, поэтому можно использовать для зарядки телефона, фотоаппарата, видеокамеры или iPod. Внешний вид – небольшая прямоугольная коробка, на одном торце которой расположена стандартная розетка, на другой сдвоенный провод с переходником на прикуриватель. Стоимость 1300 рублей.

MeanWell A301‑150‑F3

Мощность 150 ватт, входное напряжение 10,5–15 вольт. Выходное напряжение с минимумом гармоник и частотой 50-55 герц. При увеличении нагрузки до 175 ватт происходит автоматическое отключение. Оснащен стандартной розеткой и шнуром питания с переходником для прикуривателя. На вид серебристый аккуратный цилиндр. Стоимость 3500 рублей.

AcmePower DS-120

Заявленная мощность 120 ватт, но хорошо работает лишь при нагрузке менее 100 ватт. При увеличении мощности нагрузки до 107-110 ватт устройство автоматически выключается. Выходное напряжение со средним количеством гармоник и частотой 50-60 герц. Оснащен штатным USB-портом, поэтому можно использовать для зарядки телефона, фотоаппарата, видеокамеры или iPod. В комплект входит провод с переходником для прикуривателя. Внешний вид – аккуратная небольшая плоская коробочка из черного/серого пластика. Стоимость 750 рублей. 

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.

Если предположить, что управляющая электроника берет ток 200 мА, то мощность потребления будет 5 В х 200 мА = 1 Вт. При использовании стабилизатора 7805 для снижения напряжения мощность, потребляемая от батареи, составит 12 В х 200 мА = 2,4 Вт. Мощность, которую приемник не будет принимать, – 1,4 Вт, преобразуется в тепло. Нагрев стабилизатора будет значительным.

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.

История — линейные стабилизаторы

Для начала, объясню чем плохи стандартные линейные преобразователи напряжения вроде LM78XX (например 7805) или LM317. Вот его упрощённая схема.

Главный элемент такого преобразователя — мощный биполярный транзистор, включенный в своём «исконном» значении — как управляемый резистор. Этот транзистор входит в состав пары Дарлингтона (для увеличения коэффициента передачи по току и снижения мощности, необходимой на работу схемы). Базовый ток задаётся операционным усилителем, который усиливает разность между выходным напряжением и заданным с помощью ИОН (источник опорного напряжения), т.е. он включен по классической схеме усилителя ошибки.

Таким образом, преобразователь просто включает резистор последовательно с нагрузкой, и управляет его сопротивлением чтобы на нагрузке гасилось, к примеру, ровно 5 вольт. Нетрудно посчитать что при понижении напряжения с 12 вольт до 5 (очень частый случай применения микросхемы 7805) входные 12 вольт распределяются между стабилизатором и нагрузкой в отношении «7 вольт на стабилизаторе + 5 вольт на нагрузке». На токе в полампера на нагрузке выделяется 2.5 ватта, а на 7805 — целых 3.5 ватта.

Получается что «лишние» 7 вольт просто гасятся на стабилизаторе, превращаясь в тепло. Во-первых, из-за этого возникают проблемы с охлаждением, а во-вторых на это уходит много энергии из источника питания. При питании от розетки это не очень страшно (хотя всё равно наносится вред экологии), а при батарейном или аккумуляторном питании об этом нельзя не помнить.

Другая проблема — таким методом вообще невозможно сделать повышающий преобразователь. Часто такая потребность возникает, и попытки решить этот вопрос двадцать-тридцать лет назад поражают — насколько сложен был синтез и расчёт таких схем. Одна из простейших схем такого рода — двухтактный преобразователь 5В->15В.

Нужно признать, что он обеспечивает гальваническую развязку, однако он неэффективно использует трансформатор — каждый момент времени задействована лишь половина первичной обмотки.

Забудем это как страшный сон и перейдём к современной схемотехнике.

Преобразователь напряжения 12-220 своими руками (простая схема)

Начальная цель для проекта была сделать мощный 12 на 220 преобразователь. Основное достоинство данного устройства, это простота сборки, выполненная по двухтактной схеме. Всего 2 полевых транзистора, без каких-либо задающих генераторов. Даже, если опыта работы в таком деле, как сборка преобразователя, но есть огромное желание попробовать, то в этом нет ничего сложного, вы можете собрать без труда его своими руками.

Необязательно покупать какие-то детали для устройства, все компоненты можно найти у себя дома в старой технике.

Давайте посмотрим видеоролик преобразователя:

Что касается параметров преобразователя, к сожалению, выходная частота переменная, но вы легко ее можете превратить в постоянный ток, устанавливая на выходе выпрямитель и большой конденсатор с расчетной емкостью где-то 100 микрофарат, при напряжении в 400 вольт. Рабочая частота зависит от лц-контура. В качестве катушки у нас идет первичная обмотка катушки. Установлены 2 дросселя. Обмотка не имеет отвод.

Что касается схемы, она вам позволит снять до 500 ватт или полкиловатта выходной мощности, при этом не будет никаких задающих цепей и прочих конструкций.

На самой плате генератора помимо транзистора установлены также стабилитроны для стабилизации затворного напряжения. Затворный ограничитель есть еще и на 470 ОМ, для конструкции подойдет от 100 до 670 ОМ можно использовать.

Помимо этого установлены 2 диода.

При использовании одного общего теплоотвода, в обязательном порядке их нужно изолировать прокладками и изолирующими шайбами.

Перегревается у вас будет чуток-дроссель, поэтому его нужно обмотать проводом с диаметром до 2 мм.

Трансформатор использовался готовый 220 вольт с первичной обмоткой. Обмотка состоит из 8 витков толстого провода.

Схема может быть без средней точки или со средней точкой.

В нашем случае подключена лампа накаливания в 11 ват. Нам ее нужно засветить полным накалом.

От постоянного тока можно запитать все указанные выше приборы. Нельзя запитывать холодильник, пылесос, микроволновку. Можно запитать зарядку от телефона, ноутбука и даже компьютер.

Шаг 2: Аккумулятор

Сперва мы конечно же займёмся батареей. Часть, которая питает весь наш внешний аккумулятор. Если вы хотите мощное устройство, он должен быть большим. Эта схема рассчитана на один литиевый аккумулятор. Я использовал аккумулятор от Kokam. Меня устроил показатель 30000mAh. Вы можете выбрать вариант большей или меньшей ёмкости в зависимости от того, что вы хотите получить.

Kokam достаточно сложно найти и они дорогие, но не беспокойтесь. Если вы не смогли отыскать такой пауэр банк, можете соединить параллельно несколько более мелких батареек, для получения такой же ёмкости. Вольтаж останется тем же. Таким образом, подойдут все мелкие батарейки, используемые для моделей с дистанционным управлением и игрушек. Просто соедините их как на фотографии. Аккумуляторы 18650 также сойдут для наших потребностей!

Не забудьте о предохранителе. Я использовал предохранитель на 40A, так как в моём случае ток в режиме быстрой зарядки равен 30A. Если вы не планируете заряжать его так быстро, можете использовать меньшие предохранители.

Изготовление автомобильного инвертора

Инверторное устройство, способное преобразовывать 12 вольт в 220, становится незаменимым во время путешествий на автомобиле. Многие виды бытовой техники смогут работать в отрыве от стационарных источников питания. Единственным серьезным ограничением является величина максимально допустимой нагрузки, находящейся в пределах нескольких сотен ватт. Конечно, можно воспользоваться и более мощными инверторами, но в этом случае наступит очень быстрая разрядка аккумулятора.

В зависимости от расходования тока, нагрузка бывает активной, с максимальным потреблением энергии, и реактивной, когда энергия, полученная от батареи, потребляется частично. Характер нагрузки необходим для того, чтобы рассчитать максимальную мощность. Например, самая большая нагрузка, планируемая к подключению, составляет 300 Вт. Сам же инвертор должен обладать мощностью на 25% больше. По расчетам мощность устройства выходит 375 Вт, поэтому наиболее близким по этому значению прибором будет инвертор на 400 Вт.

По такой же схеме рассчитывается преобразователь, изготавливаемый собственными силами. Устройство с нормальной сборкой или схема простого инвертора обеспечивает потребности в освещении, зарядке телефонов, подключении телевизора и других устройств первой необходимости. Как уже отмечалось, не рекомендуется пользоваться мощными приборами, которые очень быстро сажают АКБ.

Для изготовления простейшего преобразователя будут нужны силовые транзисторы и мультивибратор. Такие устройства могут нормально работать даже в условиях резких перепадов температур. В условиях жаркой погоды понадобится система дополнительного охлаждения транзисторов, чтобы избежать их перегрева и выхода из строя. В большинстве случаев можно обойтись обычным кулером от компьютера, установленным на радиатор охлаждения.

Сегодня в конструкциях инверторов уже не используются обычные трансформаторы, которые обеспечивали высокочастотные преобразования на 220В. В преобразователях применяются импульсные схемы, обеспечивающие такой же результат. Для самодельного устройства подойдет микросхема К561ТМ2 с двумя D-триггерами. Один триггер DD1 является задающим генератором, а второй – DD1.2 – служит делителем частоты. Преобразование напряжения осуществляется силовыми транзисторами КТ827 или КТ819. Более качественное преобразование выполняется полевыми транзисторами IRFZ44, выдающими максимально чистую синусоиду.

Для получения контура частотой 50 Гц используется вторичная обмотка с параллельно соединенными конденсаторами электролитического типа и нагрузка. Без этой нагрузки, подключаемой на выходе, устройство не будет работать. Только после подключения какого-либо потребителя, начнется преобразование напряжения из 12 вольт в 220. Существенным недостатком подобных схем является не совсем качественное выходное напряжение. Чтобы увеличить мощность устройства потребуются более эффективные, но и более дорогостоящие транзисторы. Конденсатор, подключаемый к выходу, рассчитывается на минимальное напряжение в диапазоне от 250 до 300 вольт.

Фазы работы понижающего преобразователя

Коэффициент D влияет на длительность открытия или закрытия ключа:

1. Фаза 1 – накачка. Когда ключ-транзистор разомкнут, ток от батарейки, аккумулятора или другого источника идет по направлению от дросселя L на нагрузку Rн и заряжаемый конденсатор Cout. Конденсатор и дроссель при этом копят электроэнергию. Величина тока iL плавно растет под воздействием индуктивности дросселя. Этот этап называется накачкой. Когда напряжение на нагрузке достигает фиксированной величины, транзистор VT перекрывается, и стартует этап разряда.

2. Фаза 2 – разряд. Транзистор VT сомкнут, и дроссель не накапливает энергию, т.к. источник отключен. Изменению значения и направленности тока, идущего через обмотку дросселя, препятствует индуктивность L (эффект самоиндукции). В результате движение тока не прекращается в один миг, и происходит его замыкание по линии «диод-нагрузка». По этой причине диод VD называется разрядным. Обычно в этих целях используется быстродействующий диод Шоттки. По окончании 2-й фазы процесс циклически повторяется.

Предельное значение Uвых в этой схеме равно Uвх и не может превышать его. Для получения Uвых˃ Uвх используются повышающие преобразователи.

Глава 1 — Принцип работы преобразователя по топологии boost

• Стадия накопления заряда. В момент включения преобразователя выходная емкость С2 находится под потенциалом V_in, т.к. ток проходит через дроссель L1 и диод VD1. Управляющее устройство (ШИМ-контроллер или DSP) начинает генерировать ШИМ-сигнал и подает его на затвор транзистора VT1. При открытии транзистора VT1 получается, что цепь замыкается, индуктивность L1 подключается с источнику питания и начинает накапливать энергию. Ток через VD1 не протекает, т.к. потенциал на катоде у него выше (около V_in), чем потенциал на аноде (потенциал GND, около 0В).
• Стадия разряда индуктивности. Теперь ШИМ-сигнал меняет свое значение с 1 на 0 и транзистор VT1 закрывается. В этот момент дроссель L1 стремится поддержать значение тока, путем увеличения потенциала. На входе дросселя потенциал все тем же V_in, а следовательно потенциал вырастает в точке «дроссель-сток VT1-анод VD1». Когда потенциал в данной точке станет больше, чем потенциал на катоде VD1 ток начнет протекать через VD1 в нагрузку и параллельно заряжать выходную емкость С2. На этой стадии цепь так же замыкается, но уже не через VT1, а через путь «L1-VD1-C2-нагрузка»:

_outon

• Чтобы увеличить напряжение на выходе — необходимо увеличить коэффициент заполнения (duty);
• Чтобы уменьшить напряжение на выходе — необходимо уменьшить коэффициент заполнения (duty).

• Опыт №1. Входное напряжение (V_in) равно 12В, коэффициент заполнения ШИМ-сигнала составляет 0,75:
• Опыт №2. Входное напряжение (V_in) равно 12В, коэффициент заполнения ШИМ-сигнала составляет 0,5:
• Опыт №3. Входное напряжение (V_in) равно 12В, коэффициент заполнения ШИМ-сигнала составляет 0,25:

Доработка мультиметра.

Мультиметр DT-830B сразу же заработал от модернизированной «Кроны». А вот тестер M890C+ пришлось немного доработать.

Дело в том, что в большинстве современных мультиметров задействована функция автоматического отключения питания. На картинке показана часть панели управления мультиметра, где обозначена данная функция.

Схема автоотключения (Auto Power Off) работает следующим образом. При подключении батареи, заряжется конденсатор С10. При включении питания, пока конденсатор C10 разряжается через резистор R36, на выходе компаратора IC1 удерживается высокий потенциал, что приводит к отпиранию транзисторов VT2 и VT3. Через открытый транзистор VT3 напряжение питания и попадает в схему мультиметра.

Как видите, для нормальной работы схемы, нужно подать питание на С10 ещё до того, как включится основная нагрузка, что невозможно, так как наша модернизированная «Крона», напротив, включится только тогда, когда появится нагрузка.

В общем, вся доработка заключалась в установке дополнительной перемычки. Для неё я выбрал место, где это было сделать удобнее всего.

К сожалению, обозначения элементов на электрической схеме не совпали с обозначениями на печатной плате моего мультиметра, поэтому точки для установки перемычки нашёл так. Прозвонкой выявил нужный вывод выключателя, а шину питания +9V определил по 8-ой ножке операционного усилителя IC1 (L358).

Глава 2 — Ограничения проектирования boost преобразователя

Выходное напряжение не должно превышать входное более, чем в 3…4 раза.
Тут наверняка набегут специалисты и расскажут, как они в часах на ИН-12 с помощью MC34063 повышали напряжение boost-ом из +5В аж в целых +180В! Это конечно замечательно, но давайте прикинем коэффициент заполнения для данного случая, чтобы поднять напряжение из 5В в 180В надо заставить работать преобразователь при коэффициенте около 0,972(!). Думаю не надо рассказывать, что это плохая идея, что на большой частоте переходные процесс при коммутации транзисторов будут иметь сопоставимую длительность, а может даже и большую.
Так же при таком коэффициенте заполнения получается, что транзистор открыт почти всегда, а значит через него протекает ток и мы получаем максимально возможное значение статических потерь, а значит и низкий КПД.
К чему это собственно ведет… на малой мощности (тот самый случай с mc34063) гарантирована нестабильная работа, низкая надежность, пульсации тока и низкий КПД в совокупности с повышенным нагревом силовых элементов

На большой мощности — бабах.
Для примера обратите внимание на PFC, все они работают при соотношение максимум 1:4, а именно тот самый универсальный вход 85…265VAC или же стабилизатор напряжения с их 90…310VAC. Так же в качестве примера можно рассмотреть сетевые инверторы с MPPT, там при выходе 800В на вход подается 200…600VDC, то есть соотношение 1:4;

Напряжение на транзисторе

Данное ограничение тесно связано с тезисом о соотношение выше и вот почему… Транзистор VT1 должен иметь напряжение сток-исток равное минимум выходному напряжению, а в реальных устройствах иметь еще и запас хотя бы 20% на пульсации. Высоковольтные ключи имеют большое сопротивление канала, а при большом соотношении напряжений и ток на входе будет очень большим, что приведет к большим потерям на транзисторе;

Напряжение диода. Если внимательно посмотреть на схему преобразователя, то станет понятно, что к диоду VD1 прикладывается напряжение равное выходному, то есть если у вас выход 400В, то и диод должен выдерживать эти 400В.
В связи с этим у данной топологии есть интересный «плюс», т.к. диод высоковольтный и в нем протекает ток в разы ниже, чем ток через транзистор, то во многих решениях применение диода Шоттки или SiC-диода позволит получить меньшие потери, чем применение синхронной топологии (полумост на транзисторах). Это касается решений с выходом от 200В и более, а синхронный вариант топологии в основном актуален лишь до напряжения около 100В;

Напряжение конденсаторов. Вроде очевидный момент, но на всякий случай уточню — выходной конденсатор должен выдерживать напряжение равное выходному, что во многих задачах, где применяют boost может составлять и 400, и 800 и даже 1500VDC.

Приложения

Бытовые и коммерческие здания

Этот символ , который может быть представлен Unicode , символ 2393 (⎓) находится на многих электронных устройствах , которые либо требуют или производят постоянный ток.

Постоянный ток обычно используется во многих приложениях со сверхнизким напряжением и некоторых приложениях с низким напряжением , особенно там, где они питаются от батарей или солнечных энергетических систем (поскольку оба могут производить только постоянный ток).

Для большинства электронных схем требуется источник питания постоянного тока .

Бытовые установки постоянного тока обычно имеют розетки , разъемы , переключатели и приспособления , отличные от тех, которые подходят для переменного тока. В основном это происходит из-за более низких напряжений, что приводит к более высоким токам для выработки той же мощности .

Обычно важно соблюдать полярность при работе с устройствами постоянного тока, если только устройство не оснащено диодным мостом для исправления этого положения.

EMerge Alliance — открытая отраслевая ассоциация, разрабатывающая стандарты распределения электроэнергии постоянного тока в гибридных домах и коммерческих зданиях .

Автомобильная промышленность

В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток. Автомобильная батарея обеспечивает питание для запуска двигателя, освещения и системы зажигания. Генератор представляет собой устройство переменного тока , который использует выпрямитель для создания постоянного тока для зарядки аккумулятора. В большинстве автомашин, работающих на шоссе, номинально используются системы на 12  В. Многие тяжелые грузовики, сельскохозяйственная техника или землеройная техника с дизельными двигателями используют системы на 24 В. В некоторых старых автомобилях использовалось напряжение 6 В, например, в оригинальном классическом Volkswagen Beetle . В какой-то момент для автомобилей рассматривалась электрическая система на 42 В , но от этого было мало пользы. Для экономии веса и экономии провода металлический каркас автомобиля часто подключается к одному полюсу батареи и используется в качестве обратного проводника в цепи. Часто отрицательный полюс является соединением «заземления» шасси, но положительный полюс может использоваться в некоторых колесных или морских транспортных средствах.

Телекоммуникации

В аппаратуре связи телефонной станции используется стандартный источник питания -48 В постоянного тока. Отрицательная полярность достигается заземлением положительной клеммы системы питания и аккумуляторной батареи . Это сделано для предотвращения отложения электролиза . В телефонных установках есть система батарей, обеспечивающая поддержание питания абонентских линий во время перебоев в подаче электроэнергии.

Другие устройства могут получать питание от телекоммуникационной системы постоянного тока с использованием преобразователя постоянного тока в постоянный для обеспечения любого удобного напряжения.

Многие телефоны подключаются к витой паре проводов и используют тройник смещения, чтобы внутренне отделить переменную составляющую напряжения между двумя проводами (аудиосигнал) от составляющей постоянного напряжения между двумя проводами (используется для питания телефона. ).

Передача электроэнергии высокого напряжения

В системах передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (HVDC) постоянный ток используется для основной передачи электроэнергии, в отличие от более распространенных систем переменного тока. Для передачи на большие расстояния системы HVDC могут быть менее дорогими и иметь более низкие электрические потери.

Другой

Приложения, использующие топливные элементы (смешивание водорода и кислорода вместе с катализатором для производства электроэнергии и воды в качестве побочных продуктов), также производят только постоянный ток.

Электрические системы легких самолетов обычно имеют напряжение 12 В или 24 В постоянного тока, аналогичные автомобильным.

Похожие записи:

Регулятор оборотов двигателя на 555 таймере с обратной связью Зачем нужен и как выбрать ик-прожектор для видеокамер 6 способов использования старых колонок Кремниевые выпрямительные диоды 1n5400 Datasheet texas instruments tl082ip Магнитный двигатель своими руками сделать возможно!