|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Потужний перетворювач напруги 24/12 вольт із високим ККД. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори Майже вся автомобільна техніка (магнітоли, телевізори, холодильники, навіть лампи підсвічування!) розрахована на 12 ±2...3 В і при прямому включенні в мережу 24 В миттєво виходить з ладу. Найпростіший вихід - більш-менш симетрично запитати пристрої від "половинок" штатного акумулятора (наприклад, магнітолу - від одного 12-вольтового акумулятора, а телевізор - від того), але повної симетричності при цьому досягти неможливо в результаті один з акумуляторів постійно перезаряджатиметься а інший - недозаряджатися. і в результаті термін служби обох акумуляторів різко зменшиться. Тому єдиний вихід - знижувати перетворювач напруги до необхідних для такої апаратури 12 В. Для сучасної автомагнітоли на максимальній гучності необхідний струм 2...4 А, РКІ-телевізору - близько 1 А, тому з урахуванням запасу вихідний струм перетворювача повинен бути в районі 5...10 А. При цьому нагрівання силових елементів схеми має бути мінімальним (тобто ККД - максимально можливе), тому що автомобільна техніка часто експлуатується в жаркому кліматі та й сама по собі сильно нагрівається. Схема такого перетворювача показано на рис. 1.11. На таймері DD1.1 зібрано тактовий генератор, його короткі імпульси з виведення 5 запускають ШІМ - модулятор на таймері DD1.2. Через внутрішні особливості мікросхеми 555 тривалість запускаючих імпульсів по входу S повинна бути мінімально можливою, тому генератор на DD1.1 несиметричний - опір резистора R1 (через який конденсатор С1 розряджається) у сотні разів менше опору R2 У більшості випадків висновки R1 взагалі можна закоротити Але краще не ризикувати і впаяти резистор невеликого опору (100...330 Ом).
Принцип роботи пристрою Модулятор зібраний на таймері DD1.2 за звичайною схемою при зменшенні напруги на вході REF зменшується тривалість поодиноких імпульсів (при незмінному періоді) на виході, тобто зменшується вихідна напруга. Терморезистор R4 забезпечує захист від перегріву при нагріванні радіатора ключових транзисторів вище 80...100°С його опір зменшується нижче порога перемикання мікросхеми входу RES (1.0 B), і на виході мікросхеми примусово встановлюється логічний нуль доти, поки транзистори не охолонуть . При цьому обидва ключові транзистори закриті, напруга на виході зникає. Мікросхема має невеликий гістерезис перемикання (близько 40 мВ) на вході RES, тому при надійному тепловому контакті терморезистора з радіатором ніякого брязкоту перемикання немає; для додаткового захисту від наведень до схеми доданий конденсатор С3, його ємність бажано збільшити до сотні мікрофарад. Як драйвер силових транзисторів обрана мікросхема IR2103 (DD2). Для цього пристрою ця мікросхема ідеально підходить за всіма параметрами і при цьому має не надто високу вартість. Один із її входів прямий, другий інверсний; це дозволило заощадити на зовнішньому інверторі. У мікросхему вбудовані логіка, що перешкоджає одночасному відмиканню обох транзисторів (наскрізні струми), і генератор пауз ("мертвий час", dead time) між імпульсами на виходах це дозволило до мінімуму скоротити кількість зовнішніх елементів і займатися побудовою захисту на додаткових логічних елементах. Також у мікросхеми досить потужні для безпосереднього управління вихідними польовими транзисторами виходи завдяки чому зекономлені 4 зовнішні транзистори в емітерних повторювачах і "родзинка" мікросхеми - "плаваюча" напруга верхнього рівня (різниця напруг може досягати 600 В!) з повною електричною розв'язкою. Без цієї "фішки" схему довелося б сильно ускладнювати, вводячи швидкодіючий (і дорогий) оптрон та ще десяток елементів. Мікросхема включена за типовою схемою, висновки 2 і 3 можна з'єднати один з одним, але краще залишити ланцюг R6 С4 для коректної роботи перетворювача при спрацьовуванні термозахисту. Інакше у цій ситуації транзистор нижнього рівня буде постійно відкритий та закоротить вихід. Висновок Vs - загальний провід високовольтної (ізольованої) частини, виведення V, її виведення живлення (+10...+20). У цій схемі поки відкритий нижній за схемою транзистор (VT2), Vs з'єднаний із загальним дротом, і конденсатор С5 заряджається через діод VD1 майже до напруги живлення. Через деякий час VT2 закриється, але заряд на конденсаторі С5 залишиться, оскільки струм витоку дуже малий. Коли на вхід HIN надійде логічна одиниця, вихід АЛЕ з'єднається внутрішнім транзистором з виведенням V, тобто конденсатор зарядить затвор транзистора VT1 і він відкриється. Струм витоку затвора транзистора вкрай малий, яке ємність у сотні разів менше ємності С5, тому транзистор відмикається до насичення, і ККД схеми виходить максимально можливим. У наступному такті С5 знову заряджається. Регулятор напруги зібрано на транзисторі VT3. Як тільки вихідна напруга перевищить 12, через стабілітрон VD2 потече струм, транзистор відкриється і знизить напругу на вході REF модулятора. Тривалість поодиноких імпульсів стане трохи меншою, і настане динамічний баланс. Конденсатори С7 або С8 потрібні для придушення шумів стабілітрона та транзистора, впаювати потрібно лише один із цих конденсаторів! Який саме підбирається при налаштуванні, так як це залежить від монтажу та елементів, що використовуються. Без конденсаторів на виході постійної напруги буде присутній шум (і буде чути, як шумить котушка), а ККД трохи знизиться за рахунок розігріву транзисторів, якщо ж впаяти обидва конденсатори схема буде збуджуватися. Опір резистора R12 обмежує коефіцієнт посилення ланцюга зворотного зв'язку чим він більший, тим нестійкіше працює перетворювач. При зазначеному номіналі резистора вихідна напруга, залежно від струму навантаження, змінюється лише на 0.3...0,5 У, чого для такого перетворювача цілком достатньо. При використанні транзисторів з меншим коефіцієнтом h опір резистора R12 можна зменшити до 2...10 кОм. Провід живлення перетворювача потрібно підключити безпосередньо до акумулятора. Інакше (якщо підключити після замку запалювання) система запалювання та інше електрообладнання автомобіля створюватимуть перешкоди для перетворювача; крім того, він сам буде. впливати на електроніку машини, а це в деяких випадках може бути небезпечним. Так як перетворювач навіть при відключеному навантаженні споживає деякий холостий струм спокою (ця схема приблизно 30...50 мА), до схеми був доданий вимикач на транзисторах VT4, VT5. Він комутує живлення тільки малопотужної схеми, що управляє, вихідні транзистори з'єднані з акумулятором безпосередньо, тому немає втрат потужності в силовій частині. При подачі на "вхід керування" напруги вище 5 В (цей вхід можна підключити до замку запалювання або будь-яким малопотужним перемикачем з'єднати з +24 В) транзистор VT4 відкривається, відмикає транзистор VT5 та подає напругу на мікросхему стабілізатора DA1. Два транзистори використовуються для того, щоб схемою можна було керувати позитивною напругою; конденсатор С10 згладжує брязкіт контактів. Тут немає позитивного зворотного зв'язку для забезпечення ключового режиму роботи вимикача, але він і не потрібний коефіцієнт посилення двох транзисторів настільки величезний (десятки тисяч), що схема завжди працює в ключовому режимі. Резистор R13 захищає схему перетворювача від виходу з ладу при коротких випадкових замиканнях на корпус, а також знижує вхідну напругу, зменшуючи нагрівання стабілізатора DA1. За відсутності напруги на "вході керування" всі мікросхеми знеструмлені, в мікросхемі DD2 висновки 4 і 5, 6 і 7 з'єднані внутрішніми резисторами невеликого опору, і обидва ключові транзистори закриті. Споживаний струм у цьому режимі визначається в основному тільки струмом витоку конденсаторів С9, що фільтрують, і не перевищує сотень мікроампер. Для спрощення графіки розведення ланцюгів живлення малюнку не показано до неї дана схема так само чутлива, як і розглянуті раніше. Общин виведення резистора R11 підключається до конденсатора С6, елементи зворотного зв'язку лівіше (за схемою) резистора R12 висновку 14 DD1. Фільтруючі конденсатори С6 та С9 бажано набрати з двох-трьох паралельно з'єднаних конденсаторів меншої ємності. При роботі на номінальному струмі ці конденсатори повинні залишатися холодними через півгодини після включення перетворювача, вони повинні нагрітися не більше ніж на 5...10°С. Має сенс спробувати використати конденсатори різних виробників; у будь-якому випадку, чим більший розмір корпусу конденсатора при тих же ємності та напрузі, тим краще він працюватиме. У правильно зібраному перетворювачі при струмі навантаження 3.4 А, нагрівання корпусів транзисторів VT1 і VT2 не перевищує 50...70°С навіть без радіаторів. Тому при роботі на такому струмі буде достатньо невеликих пластин-тепловідводів розміром 30x50 мм на кожен транзистор, вони не повинні стикатися! При роботі зі струмом навантаження до 10 А потрібні радіатори більш серйозні як мінімум голчастий радіатор розмірами 50x100 мм (на обидва транзистори при цьому транзистори потрібно ізолювати від неї, для цього зручно використовувати комплект кріплення від старих комп'ютерних блоків живлення), або можна прикріпити в основу корпусу перетворювача металеву пластину, поставити на неї транзистори і притиснути основу корпусу до будь-якої "железяки" на корпусі машини, що не нагрівається в процесі роботи, ближче до акумуляторів. При цьому потрібно забезпечити хороший тепловий контакт зачистити обидві поверхні і бажано використовувати теплопровідну пасту. Про деталі Котушка L1 в авторському варіанті виготовлена в броньовому сердечнику (чашках) діаметром 48 і висотою 30 мм, між половинками сердечника прокладено два шари газетного паперу. Обмотка намотана в два паралельно з'єднані трансформаторні дроти діаметром 1,5 мм, кількість витків до заповнення каркаса (приблизно 24...30). Така котушка залишалася холодною при постійному струмі навантаження 7 А. При струмі навантаження до 3...5 А можна взяти 2-3 кільця К50х40х10 і намотати 40...50 витків дротом діаметром близько 1 мм в 2...4 дроти. Або можна взяти будь-який інший феритовий сердечник для імпульсних перетворювачів, приблизно таких же розмірів, і бажано розрізний. Замість мікросхеми NE556 можна використовувати дві мікросхеми 555 або її вітчизняну копію КР1006ВІ1 замість транзисторів BC817 поставити КТ3102Б, а замість ВС807 - КТ3107Б. Конденсатор С5 має бути з низьким ESR, тобто плівковим або керамічним, а діод VD1 - швидкодіючим, з малими ємністю та часом зворотного відновлення. В крайньому випадку можна паралельно включити електролітичний конденсатор ємністю 1 мкФ і багатошаровий керамічний (але не дисковий!) ємністю 0...1 мкФ, а діод замінити на КД521 або аналогічний. Інакше транзистор VT1 сильно грітиметься. Польові транзистори VT1 та VT2 бажано взяти з опором каналу у відкритому стані не більше 0,03 Ом, в авторському варіанті використовувався КП723А – аналоги IRFZ46N. При струмі навантаження до 5 А найкраще використовувати здвоєні та високочастотні транзистори IRFI4024H - вони виготовлені в ізольованому корпусі ТО220-5 (тобто не потрібно ізолювати його корпус від тепловідведення) і здатні працювати спільно з драйвером IR2103 на частотах до 200... кГц (проти 500...30 кГц для IRFZ70 та аналогічних). Терморезистор R4 може бути будь-яким малогабаритним (щоб швидше нагрівався у разі аварії), з опором при кімнатній температурі вище 5 кОм. Перед використанням термозахист потрібно відкалібрувати. Це робимо так: припаюємо до висновків терморезистора дроту, кладемо його в кілька вкладених один в одного міцних пакетиків і опускаємо в киплячу воду. Через хвилину вимірюємо опір терморезистора (потрібно переконатися, що вода або пара не потрапили всередину пакетиків), множимо це число на 12...15 - таким має бути опір резистора R3. щоб термозахист спрацьовував за температури 80...100°С. Терморезистор потрібно закріпити на радіаторі якомога ближче до транзисторів, ретельно змастивши місце контакту теплопровідною пастою та потурбуючись при необхідності про електричну ізоляцію. Також іноді потрібно підібрати опір резистора R8 - воно має бути таким, щоб при закорочених висновках конденсатора С3 на 5 виводі DD2 була нульова напруга. Особливості налагодження Завдяки вбудованій логіці захисту в мікросхему DD2 перше включення перетворювача можна проводити з впаяними ключовими транзисторами VT1 і VT2, але про всяк випадок (раптом доріжки неправильно розведені) "+" від акумулятора подаємо через лампочку на 24 В, 1...2 А. Конден С7 і С8 не припаюємо. Як навантаження підключаємо до виходу пристрою дві послідовно з'єднані лампочки від ялинкової гірлянди (12, 0,16 А). При нормальній роботі перетворювача ці лампочки повинні горіти (напруга на виході перетворювача повинна бути близько 12 В, але більше 6...8 В і менше 15 В), лампочка живлення світитися не повинна, струм через неї не більше 200 мА. Заодно перевіряємо правильність роботи вимикача, хоча він при правильному монтажі та справних деталях ніколи не вимагає налаштування, і переконуємося, що струм, що споживається, в режимі "вимкнено" не перевищує 1 мА. Якщо він більше випаюємо конденсатори С9 і повторюємо вимір: якщо він зменшився ставимо якісніші конденсатори, якщо залишився незмінним впаюємо ті ж конденсатори і між виводами затвора та витоку обох польових резисторів припаюємо по резистору опором 10 кОм. При роботі перетворювач не повинен свистіти, якщо є звук, потрібно збільшити робочу частоту, зменшивши ємності конденсаторів С1 і С2. Якщо навіть при ємностях 200 пФ високочастотний писк не пропадає швидше за все, схема збуджується. Після цього відключаємо навантаження і вимірюємо споживаний схемою струм він повинен бути в межах 40 ... 70 мА. Якщо він набагато більше це означає, що індуктивність котушки L1 недостатня і потрібно або збільшити робочу частоту (якщо схема і так працює на ультразвуковій (нечутній) частоті, краще цього не робити!), або намотати на котушку ще десяток-другий витків. Далі замість лампочки в ланцюзі живлення включаємо амперметр з межею вимірів більше 5 А, а до виходу підключаємо лампочку зі струмом споживання 2...4 А (тобто її потужність 24...48 Вт). Струм, що споживається схемою від акумулятора, повинен бути приблизно в 2 рази менше струму через лампочку, обидва польові транзистори без радіаторів грітися не повинні (при струмі навантаження 2 А) або на максимальному струмі повинні повільно розігрітися приблизно до 50...70°С. Причому температура обох транзисторів має бути приблизно однаковою. Якщо VT2 гріється помітно сильніше, ніж VT1, потрібно переконатися у наявності сигналу з його затворі з допомогою послідовно з'єднаних світлодіода і резистора опором 1...10 кОм, включати їх між загальним дротом і затвором транзистора. Якщо світлодіод світиться набагато слабше, ніж на затворі VT1, або світиться зовсім потрібно збільшити ємність конденсатора С4. Так як захист струму (від короткого замикання) у схемі не передбачена, навантаження потрібно підключати через плавкий запобіжник на 5...10 А. Його можна розмістити в автомобільному блоці запобіжників або в корпусі (на плюсовому проводі) перетворювача. При струмі навантаження 5 А дроти від акумулятора повинні бути перетином понад 1 мм (мідь), дроти до навантаження понад 1,5 мм, при великих струмах дроти повинні бути товщі. Використовуючи потужніші транзистори з меншим опором каналу, вихідний струм при тому ж нагріванні схеми можна підвищити в кілька разів, але тоді потрібно буде замінити мікросхему драйвера. IR2103 "ледве справляється" з транзисторами IRFZ46, і потужніші транзистори вона може просто не розкачати. Ідеальна заміна мікросхеми IR2183 - повний аналог за характеристиками, цоколівкою висновків і типом корпусу, але з вихідним струмом до 1,7 А. Її слід просто впаяти на місце IR2103, без будь-яких змін на платі. Місткість конденсатора С5 у такому разі бажано збільшити в кілька разів (мінімум 1 мкФ), він повинен бути плівковим. Автори: Кашкаров А. П., Колдунов А. С.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ розділ сайту Блоки живлення. Добірка статей ▪ стаття Паскаль Блез. Біографія вченого ▪ стаття Коли з'явився кетчуп? Детальна відповідь ▪ стаття Роботи із впливом на привибійну зону свердловин. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Економічний електронний кіт. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Швидке вилучення кубічного кореня. Секрет фокусу
Коментарі до статті: Євген Як переробити наведену схему для одержання регульованої напруги 12в/27в 500 вт для живлення колекторного авіаційного двигуна, встановленого разом з автомобільним акумулятором на садовому візку. Дякую. ![[крик]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/cry.gif){kind=small}
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page