0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему меньшие нагрузки требуют больших индукторов в стабилизаторах напряжения

Почему меньшие нагрузки требуют больших индукторов в стабилизаторах напряжения?

В Замечании по применению MC34063 приведено следующее уравнение для расчета минимального размера индуктора:

Но это означает, что по мере того, как I pk (переключатель) (например, максимальный ток переключения) уменьшается, минимальный размер индуктора увеличивается. Это подтверждается интерактивными калькуляторами, такими как этот , которые показывают тот же эффект.

Почему это так, и означает ли это, что регулятор будет работать только так, как задумано, если он работает при пиковой нагрузке, и, таким образом, мне нужно увеличить размер индуктора, если я хочу справиться с меньшими нагрузками?

Более теоретическое объяснение:

Ток, проходящий через индуктор SMPS, похож на треугольник. Средний ток этого треугольника равен вашей нагрузке. Пиковое значение определяется различными входными и выходными напряжениями, частотой переключения, рабочим циклом и индуктивностью.

Бак конвертерФорма волны для понижающего преобразователя

На первом рисунке показан конвертер доллара. На втором изображены формы волны преобразователя доллара. Он показывает переключатель S, напряжение на катушке индуктивности и ток через катушку индуктивности. Когда переключатель замкнут, напряжение на индуктивности равно Vin-Vout. Когда переключатель разомкнут, напряжение на катушке индуктивности составляет -Vout. Диод принят в этом идеале и поэтому имеет нулевое падение напряжения. У понижающего преобразователя есть правило Vin> Vout, поэтому у вас есть положительное напряжение, «заряжающее» индуктор, и отрицательное напряжение, «разряжающее» индуктор. Скорость изменения тока зависит от этого напряжения и индуктивности. Если вы хотите стабильный выходной сигнал, увеличение должно быть таким же высоким, как и уменьшение. В противном случае вы получите падение или повышение среднего. Существует равновесие. В математике это сводится к следующему:

Уравнение для доллара преобразователь

Первый член формулы описывает увеличение, а второй член описывает уменьшение. Как видите, частота переключения и коэффициент заполнения были упрощены до t_on и t_off. Рабочий цикл зависит только от соотношения между выходным напряжением и входным напряжением. Рабочий цикл не будет меняться при различной нагрузке.

Уровень повышающей и понижающей «скорости» будет изменяться только при изменении входных / выходных напряжений, значения индуктора или частоты переключения. Увеличение частоты переключения приведет к уменьшению повышающей и понижающей частоты, но не всегда возможно увеличить частоту переключения (возможно, вы уже работаете на максимуме). Напряжения ввода / вывода должны оставаться постоянными, это приложение, с которым вы имеете дело. Если вы увеличите индуктор, то изменение тока через индуктор будет падать. Это единственный инструмент, который у вас есть.

Почему это проблема? Ну, в сигналах, которые я показал, конвертер работает нормально. Минимальный ток через индуктор не достигает нуля. Что произойдет, если средний ток упадет так сильно, что индуктор достигнет нуля?

Преобразователь должен будет прибегнуть к прерывистому режиму. Не все конвертеры могут сделать это. Иногда требуется, чтобы преобразователь пропускал циклы. Если преобразователь размыкает переключатель в течение минимального времени, передается определенное количество энергии. Это хранится в конденсаторе, но не потребляется достаточно быстро. Это повлияет на выходное напряжение, что сделает преобразователь нестабильным. Если вы пропустите циклы, преобразователь в основном ждет, пока выходное напряжение не упадет достаточно далеко, прежде чем потребуется еще один цикл.

Читайте так же:
Регулировка камеры на машине

Индуктор с более высоким значением будет означать, что минимальный ток будет ближе к вашему среднему току, возможно, избегая прерывистой работы. Это также подразумевает, почему вы рассчитываете минимальную индуктивность через таблицы данных. Вы всегда можете использовать индуктор большего размера, но меньший может вызвать проблемы при низких нагрузках. Однако, если SMPS также предназначен для обеспечения высокой мощности в ситуациях, индуктор может быть слишком громоздким и дорогим.

Преобразователь, способный переключаться в прерывистый режим, практически без проблем с этим, и вам не нужно проходить через это. MC34063 — довольно старый и универсальный чип, поэтому он немного сложнее.

Если вы не можете установить индуктор большего размера, добавьте минимальную нагрузку самостоятельно.

Преобразователь напряжения DC/DC +400В для счетчика Гейгера (MC34063)

Обычно в схемах дозиметров и индикаторов радиоактивности применяют для питания счетчиковГейгера источники на основе однотранзисторного блокинг-генератора. Конечно, такая схема проста, но у неё есть и недостатки — практически полное отсутствие стабилизации выходного напряжения, которое поступает на анод счетчика Гейгера.

А ведь чувствительность счетчика Гейгера напрямую зависит от напряжения между его электродами. Кроме того, есть трудности с налаживанием схемы источника высокого напряжения, потому что выходное напряжение никак не регулируется, и если его величина не соответствует необходимой, приходится перематывать вторичную обмотку импульсного трансформатора.

Поэтому считаю вполне обоснованным построение схемы источника питания счетчика Гейгера на схемы повышающего DC/DC преобразователя напряжения с широтно-импульсной модуляцией, обеспечивающей регулировку выходного напряжения и его поддержание стабильным.

Принципиальная схема

Схема источника построена по схеме повышающего DC/DC преобразователя напряжения на микросхеме MC34063 с трансформаторным выходом. Почти по типовой схеме её включения. На схеме показан источник питания — батарея типа «Кроны». Но напряжение питания может быть и больше и меньше.

Микросхема МС34063 может работать в пределах напряжения питания от ЗV до 40V. Например, можно запитать схему от автомобильного источника 12V, или гальванической батареи напряжением 3V, 4,5V, 6V, либо от сетевого зарядного устройства для сотовых телефонов или от USB-порта персонального компьютера (напряжение 5V). Кстати, от изменения напряжения питания во всем допустимом диапазоне выходное напряжение почти не изменяется.

Принципиальная схема преобразователя напряженияиз 9В в +400В для счетчика Гейгера на микросхеме MC34063

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя напряженияиз 9В в +400В для счетчика Гейгера на микросхеме MC34063.

Принцип работы МС34063 многократно описан в различной литературе, и останавливаться здесь на нем нет смысла. Напомню, что стабилизация осуществляется подачей пониженного резистивным делителем напряжения с выхода на компараторный вход микросхемы (на вывод 5). И от соотношения плеч этого делителя напряжения как раз и зависит величина выходного напряжения.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце внешним диаметром 28 мм (можно больше или меньше, где-то от 20 до 30 мм). Первичная обмотка — 20 витков провода ПЭВ 0,43. Вторичная обмотка — 400 витков провода ПЭВ 0,12. Сначала наматывают вторичную обмотку, потом на неё — первичную.

Между обмотками проложить тонкую фторопластовую изоляцию (например, размотанную с провода МГТФ).

Налаживание

Устанавливаем R1 в верхнее по схеме положение. Включаем питание. Если источник не заработал сразу — поменять местами выводы одной из обмоток трансформатора.

Читайте так же:
Вызвать мастера для регулировки пластиковых окон

Понижающий преобразователь с регулировкой напряжения и тока

Автор канала Radioblogful снова со своими преобразователями.
Сегодня речь о понижающем преобразователе из тех, что автор заказывал, с регулировкой напряжения и тока.
Сегодня тестируем самый навороченный модуль. Здесь уже не нужно припаивать проводки, стоят два клеммника, разъем USB, микросхемка та же самая, XL4015E1. Можно рассчитывать на самый положительный результат в плане качества выпрямленного напряжения после преобразователя.

1

Далее, здоровенный диод защитный, «защита от дурака»; два электролита 220 50 Вольт; экран, на котором будет отображаться выходное напряжение и ток на выходе. И уже не один, а два переменника, вернее, подстроечника. Многоборотных — один, одним можно выставить выходное напряжение, а вторым можно ограничить выходной ток. И еще две кнопочки, пока неясно, для чего, — видимо, для каких-то настроек. К нему, в отличие от этого, автор распечатал большой мануал, потому что модуль в самом деле довольно интересный, и из него можно собрать полноценный блок питания с регулировкой тока и регулировкой напряжения.

Просто выпаиваем и складываем в какую-то коробочку эти два подстроечника, а на их место запаиваем переменные резисторы соответствующего сопротивления.

Отпаяем провода от этого модуля, прикрутим их и приступим к тесту. Тестовый стенд тот же самый: мультиметр, показывает входное напряжение; осциллограф — показывает, насколько сильно шумит модуль без нагрузки и под нагрузкой; и электронная нагрузочка, которая и нагрузочка, и в тоже же время будет отображать и напряжение на выходе, и ток.

Питание, как можно заметить, то же самое, чистейшее, как слеза. Это аккумулятор на 6 вольт и аккумулятор на 12 Вольт. Вначале протестируем на 6 вольтах, потом на 12 вольтах. В общем, можно бесконечно рассказывать обо всем, но пора перепаивать проводки.

Автор показал только самую вершину айсберга, вот эту сторону платы, а ведь на обратной стороне (в отличие от предыдущих двух модулей, где не было вообще ничего, только текстолит и пара пятачков запаянных) — вот такая красотища. Это LM358, операционный усилитель, еще один LM358, и какой-то, похожий на шунт. А это какая-то секретная китайская микросхема, залитая лаком или краской, название которой невозможно разобрать. То есть все сделано для того, чтобы это дело работало долго, успешно и хорошо.
Продолжение с 5 минуты на видео о преобразователе, в нем предусмотрена регулировка не только напряжения, но и тока.

Регулируемый понижающий DC-DC преобразователь напряжения


Схема понижающего регулируемого DC-DC модуля наверху. Позволяет конструировать регулируемые блоки питания с выходным током до 3 ампера.
Конструктивно модуль содержит в себе выпрямитель переменного тока и импульсный преобразователь напряжения. Модуль можно запитывать как переменным, так и постоянным напряжением, причём входное переменное напряжение может быть до 32 вольта, а постоянное напряжение до 40 вольт. Входное напряжение поступает на диодный мост, где выпрямляется, потом сглаживается конденсаторами C1 и C2 и далее поступает на импульсный понижающий преобразователь напряжения на микросхеме LM2576. На ней же и происходит регулирование выходного напряжения. Выходное напряжение регулируется потенциометром P1. Указанный джампер J1 должен быть в разомкнутом состоянии. Выходное напряжение сглаживается LC фильтром и поступает на выходные клеммы. Выходной ток может быть до 3 ампера, регулирование выходного напряжения составляет от 1,2 до 35 вольт. Светодиод на плате индицирует о входном напряжении. Схема довольно простая, её легко повторить в домашних условиях, чертёж платы и расположение деталей на ней внизу.

Данный модуль можно использовать в маломощных регулируемых блоках питаниях, можно заряжать аккумуляторы, питать светодиодные ленты и т п.

Читайте так же:
Арматура смывного бачка унитаза регулировка

Мощный DC/DC преобразователь12/5В на MC34063

Иногда возникает необходимость поставить мощный понижающий преобразователь напряжения в автомобиле, особенно когда предстоит долгая дорога и будет подключаться много гаджетов.
Устройство снижает 12 вольт бортовой сети автомобиля до 5 вольт для питания через USB разъёмы многочисленные устройства, такие как телефоны, регистраторы, навигаторы и т п. Преобразователь выполнен импульсным, так как линейный стабилизатор будет хорошо греться. Устройство собрано на базе популярной ШИМ микросхемы MC34063, в которой уже есть генератор импульсов и схема стабилизации выходного напряжения. Преобразователи на этой микросхеме получаются простыми и легко повторяемыми. Большинство деталей в этой схеме можно достать из не работающего блока питания компьютера. Итак, напряжение из борт сети, через фильтр питания на DR1 поступает на MC34063. Она генерирует импульсы, которые поступают на драйвер управления полевым транзистором VT1, питание которого поступает со вторичной обмотки выходного трансформатора и оно выше напряжения бортовой сети, может составлять порядка 20 вольт. Сделано это для того, чтоб полевой транзистор надёжно и быстро открывался и закрывался. Первичная обмотка трансформатора используется как стандартный дроссель для импульсных преобразователей. Напряжение с него потом фильтруется конденсаторами C5, C6 и дросселем DR4. Для стабилизации выходного напряжения выходное напряжение через резистор R2 поступает на вход обратной связи микросхемы MC34063. Преобразователь напряжения спокойно и без нагрева выдерживает нагрузку в 5 ампер, на нагрузке 10 ампер уже нужен хороший обдув радиатора VT2 и VD2, которые установлены на общий теплоотвод через термопрокладки.
Полевой транзистор можно заменить на любой другой с аналогичными параметрами, можно IRF3205. Диод VD2 диодная сборка из блока питания компа. Трансформатор мотают на кольце из прессмалоя жёлтого цвета так же взятого из блока питания компьютера. Первичная обмотка содержит 30 витков проводом с диаметром 2 мм. Вторичная обмотка содержит 60 витков проводом потоньше, какой будет в наличии. Дросселя также выдернуты из компа, толстым проводом в один ряд намотанные которые. При использовании с током нагрузки 5 и более ампер, желательно использовать кулер для обдува радиатора.

Источник: zen.yandex.ru

Микросхемы, необходимые для реализации устройства

Устройство LM317 является регулируемым трехконтактным стабилизатором положительного напряжения, способный обеспечить ток больше, чем 1,5 А в диапазоне выходного напряжения от 1,25 В до 37 В. Требуется только два внешних резистора для регулировки выходного напряжения. Устройство включает ограничение тока, защиту от тепловой перегрузки и безопасную защиту рабочей зоны. Защита от перегрузки остается работоспособной, даже если терминал ADJUST отключен.

Читайте так же:
Регулировка размера изображения на экране монитора

Мы будем использовать два таких стабилизатора, один из которых будет настроен на выходное напряжение 1.8 В для питания цифровой части, а другой будет настроен на выходное напряжение 4 В для питания аналоговой части. Эта микросхема была выбрана еще и потому, что имеет выводы, которые позволяют собрать разрабатываемый источник питания на макете.

На рисунках 2 и 3 приведены функциональная блок-схема и схема включения стабилизатора соответственно.

Рис.12. Функциональная блок – схема.

Рис.13. Схема включения стабилизатора.

DC-DC преобразователь ICL7660.

Простое преобразование логического питания +5 В для питания ±5В;

Простое умножения напряжения (Vout= (-) nVin);

Типичная энергоэффективность 98%;

Широкий диапазон рабочих напряжений от 1,5 В до 10 В;

Простота использования – требуется только 2 внешних некритических пассивных компонента;

ICL7660 – это преобразователь напряжения, способный преобразовывать положительное напряжение в диапазоне от +1,5 В до +10 В к соответствующему отрицательному напряжению от -1,5 В до -10 В. Требуется только два внешних электролитических конденсатора по 10 мкФ для работы преобразователя.

Как уже говорилось ранее эту схему мы используем для того чтобы получить отрицательное значение напряжение, которое необходимо для питания аналоговой части. Преобразователь мы подключим к одному из стабилизаторов, на котором по условиям технического задания будет получено напряжение 4 В. Таким образом мы получим нужное двухполярное питание, которое необходимо для того, чтобы питать аналоговую часть носимого устройства На рисунке 4 приведена схема включения данного преобразователя, которую мы будем использовать в данной работе.

Рис. 14. Схема включения DC-DC преобразователя.

3. Микросхема mc34063 схема включения

MC34063 – универсальная микросхема для самых простых импульсных преобразователей. На ней без применения внешних переключающих транзисторов можно строить понижающие, повышающие и инвертирующие преобразователи. А это основные типы преобразователей, не имеющих гальванической развязки.

Основные технические характеристики MC34063

Широкий диапазон значений входных напряжений: от 3 В до 40 В;

Высокий выходной импульсный ток: до 1,5 А;

Регулируемое выходное напряжение;

Частота преобразователя до 100 кГц;

Точность внутреннего источника опорного напряжения: 2%;

Ограничение тока короткого замыкания;

Низкое потребление в спящем режиме.

Понять как работает микросхема проще всего по структурной схеме. Разберем по пунктам:

Источник опорного напряжения 1,25 В;

Компаратор, сравнивающий опорное напряжение и входной сигнал с входа 5;

Генератор импульсов сбрасывающий RS-триггер;

Элемент И объединяющий сигналы с компаратора и генератора;

RS-триггер устраняющий высокочастотные переключения выходных транзисторов;

Транзистор драйвера VT2, в схеме эмиттерного повторителя, для усиления тока;

Простой способ борьбы с помехами при разработке источника питания

Специалисты Analog Devices рекомендуют при разработке источника питания всегда добавлять в схему входной конденсатор, что показано на примере схемы понижающего преобразователя на базе ADP2360. Рассчитать оптимальную схему поможет специальная среда моделирования LTspice® от ADI.

В работе источника питания реальные условия никогда не будут совпадать с идеальными. Чтобы построить надежную энергосистему, необходимо учитывать реальные факторы, в том числе паразитные помехи. Когда мы используем источники питания, мы гарантируем, что DC/DC-преобразователь, такой как импульсный стабилизатор, может выдерживать определенный диапазон входного напряжения и генерировать необходимое выходное напряжение с достаточным уровнем тока. Входное напряжение часто указывается в виде диапазона, потому что обычно не регулируется точно. Однако для надежной работы источника питания всегда должно быть входное напряжение в допустимом диапазоне, доступном для импульсного регулятора.

Читайте так же:
Полярность синхронизации на мониторе

Например, стандартный диапазон входного напряжения для источника питания 12 В может находиться в диапазоне 8…16 В. На рисунке 1 показан понижающий преобразователь (Buck-топология), при котором мы получаем 3,3 В из номинального напряжения 12 В.

Рис. 1. Понижающий импульсный стабилизатор, показанный вместе с источником (постоянного) напряжения

Рис. 1. Понижающий импульсный стабилизатор, показанный вместе с источником (постоянного) напряжения

Однако при проектировании DC/DC-преобразователя недостаточно учитывать только минимальные и максимальные значения входного напряжения. На рисунке 1 показан понижающий преобразователь, имеющий ключ в верхнем плече. Скорость переключения ключа должна быть максимально высокой, чтобы проявлялись только минимальные коммутационные потери. Именно это и заставляет импульсный ток течь по цепи питания. Не каждый источник напряжения может без проблем передавать такие импульсные токи. Как результат преобразования, мы наблюдаем на входе импульсного регулятора падение напряжения. Для того чтобы минимизировать эти потери, нужны резервные конденсаторы прямо на входе источника питания. На рисунке 1 такой конденсатор обозначен как CIN.

Рис. 2. Схема рисунка 1 с добавлением паразитных элементов (помех) цепи питания и самого источника напряжения

Рис. 2. Схема рисунка 1 с добавлением паразитных элементов (помех) цепи питания и самого источника напряжения

На рисунке 2 показана схема, аналогичная изображенной на рисунке 1, но с добавлением паразитных элементов цепи питания и с самим источником напряжения. Внутреннее сопротивление источника напряжения (Rseries), индуктивность и сопротивление цепи питания (цепь R, L), а также любое ограничение тока являются ключевыми характеристиками источника напряжения, которые необходимо учитывать, чтобы гарантировать бесперебойную работу импульсного источника. По большей части, правильный выбор входных конденсаторов может обеспечить правильную работу всей схемы питания.

Первый шаг для моделирования источника питания должен заключаться в том, чтобы взять рекомендуемое значение емкости для CIN из таблицы данных для микросхемы импульсного стабилизатора. Однако надо учесть, если источник напряжения или цепь питания обладают особыми характеристиками, имеет смысл смоделировать комбинацию источника напряжения и импульсного регулятора. На рисунке 3 показано моделирование, выполненное в среде моделирования LTspice® от Analog Devices.

Рис. 3. Моделирование с помощью LTspice для проверки поведения входного напряжения импульсного стабилизатора

Рис. 3. Моделирование с помощью LTspice для проверки поведения входного напряжения импульсного стабилизатора

На рисунке 3 представлена упрощенная модель понижающего преобразователя на базе ADP2360, в которой входное напряжение IN генерируется идеальным источником напряжения. На схеме для источника напряжения не определено внутреннее сопротивление и не указаны паразитные значения для цепи питания между источником напряжения и импульсным стабилизатором, поэтому предполагается, что на вывод VIN ADP2360 всегда подается фиксированное напряжение. Следовательно, нет необходимости добавлять входной конденсатор (CIN). Однако при работе в реальных условиях входной конденсатор всегда требуется, потому что источник напряжения и цепь питания не идеальны. Если среда моделирования, такая как LTspice, также используется для проверки поведения с различными входными конденсаторами, необходимо использовать источник напряжения со внутренним сопротивлением и цепь питания с паразитными значениями сопротивления и индуктивности, как показано на рисунке 2.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector