Мощный преобразователь напряжения 12/5 вольт по простой схеме. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

Такой 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 DD1 собраны умножитель напряжения и тактирующий генератор (рис. 1.10).

Рис. 1.10 (нажмите для увеличения)

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 С3, 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 С3 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 на полевом транзисторе VT2 и дросселе L1 В качестве обратноходового диода используется транзистор VT3 В мощных понижающих импульсниках в этом месте лучше всего ставить именно транзисторы 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 обратноходовой 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 подстроечныи 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-образные 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 С3. 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, отключите-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 включения 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 пластинку-теплоотвод (КРЕН с такой силой греется уже при токе 0,2 А).

Вместо 1RFZ46 в авторском варианте стоят их белорусские аналоги. КП723А с сопротивлением канала 0,1 Ом и менее, транзисторы КТ315 можно заменить любыми кремниевыми структуры n-p-n. 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.

Авторы: Кашкаров А.П., Колдунов А.С.

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Перовскиты улучшили автомобильные катализаторы 04.06.2021 Британские и корейские химики сумели продлить жизнь платиновым катализаторам для очистки автомобильных выхлопов. Они сначала ввели платину в решетку перовскита, а затем восстановили ее и получили наночастицы, равномерное распределенные по поверхности перовскита. В результате катализатор стал не только стабильнее, но и эффективнее, так как кислород из перовскитной решетки усилил каталитическое действие платины. Выхлоп автомобилей содержит в себе одновременно несколько ядовитых газов: это газообразные углеводороды, монооксид угдерода СО, оксиды азота NO и NO2. Для того чтобы эти вещества не попадали в атмосферу, их пропускают через каталитический конвертер. Очистка включает в себя несколько процессов - окисление монооксида углерода и остатков газообразных углеводородов, восстановление примесей оксидов азота до молекулярного азота N2 и удаление аммиака, который получается из оксидов азота в виде побочного продукта. Лучшими катализаторами считаются благородные металлы - платина и палладий. Чаще всего в конвертерах используют катализатор из пористого оксида алюминия c добавками от половины до двух массовых процентов платины в виде наночастиц. Это позволяет экономить ценный металл и делать катализаторы дешевле. Однако, при высокой температуре платиновые наночастицы постепенно собираются в более крупные частицы и агломераты (этот процесс называют спеканием), от этого эффективность катализатора снижается. Поэтому чем старше автомобиль, тем больше вредных газов он выбрасывает в атмосферу. Джон Ирвайн (John T. S. Irvine) из Сент-Эндрюсского университета и его коллеги из Южной Кореи и Великобритании попробовали продлить жизнь платиновых наночастиц, поместив их в другую матрицу - титанаты лантана со структурой перовскита. Полученные композиты оказались отличными катализаторами: полная конверсия СО на Pt-LCT произошла уже при температуре 190 градусов Цельсия. В случае коммерчески доступного катализатора Pt-Al203, полной конверсии можно добиться только при температуре 220 градусов Цельсия. Конверсия других примесных газов тоже была в среднем на 20 процентов выше, чем у Pt-Al203 в тех же условиях. Причина такой высокой активности Pt-LCT - каталитическое действие поверхностного кислорода из перовскитной решетки, которое усилило действие частиц платины.

Другие интересные новости:

▪ Разработан стабильный нанографеновый магнит

▪ В Европе USB Type-C стал стандартным зарядным разъемом для смартфонов

▪ Диета улучшает настроение

▪ Новинки электронной техники и мода на одежду

▪ Надувное тормозное устройство в рюкзаке

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Молниезащита. Подборка статей

▪ статья Телефон. История изобретения и производства

▪ статья Кто первым запустил бумажного змея? Подробный ответ

▪ статья Бармен. Должностная инструкция

▪ статья Уменьшение влияния электросварочных аппаратов на сеть. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электрооборудование кранов. Общие требования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026