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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Potente convertitore di tensione 24/12 volt ad alta efficienza. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Convertitori di tensione, raddrizzatori, inverter Quasi tutte le apparecchiature automobilistiche (radioregistratori, televisori, frigoriferi, persino retroilluminazione!) sono progettate per 12 V ± 2 ... 3 V e, se collegate direttamente a una rete a 24 V, si guastano immediatamente. La via più semplice è alimentare più o meno simmetricamente i dispositivi dalle "metà" della batteria standard (ad esempio, un registratore radio - da una batteria da 12 volt e una TV - da quella), ma è impossibile per ottenere una simmetria completa, di conseguenza, una delle batterie sarà costantemente ricaricata e l'altra sarà sottocarica. di conseguenza, la durata di entrambe le batterie diminuirà drasticamente. Pertanto l'unica via d'uscita è abbassare il convertitore di tensione ai 12 V richiesti per un dispositivo del genere. Per un'autoradio moderna, al volume massimo, una corrente di 2 ... 4 ... 1 A. Allo stesso tempo, il riscaldamento degli elementi di potenza del circuito dovrebbe essere minimo (cioè l'efficienza è la massima possibile), poiché l'attrezzatura automobilistica viene spesso utilizzata in un clima caldo ed è essa stessa molto calda. Uno schema di un tale convertitore è mostrato in fig. 1.11. Un generatore di clock è assemblato sul timer DD1.1, i suoi brevi impulsi dal pin 5 avviano il modulatore PWM sul timer DD1.2. A causa delle caratteristiche interne del microcircuito 555, la durata degli impulsi di trigger all'ingresso S dovrebbe essere la più breve possibile, quindi il generatore su DD1.1 è sbilanciato - la resistenza del resistore R1 (attraverso il quale è collegato il condensatore C1 scarica) è centinaia di volte inferiore alla resistenza R2. Nella maggior parte dei casi, i terminali R1 possono generalmente essere cortocircuitati, ma è meglio non rischiare e saldare una piccola resistenza (100 ... 330 Ohm).
Principio di funzionamento del dispositivo Il modulatore è assemblato sul timer DD1.2 nel solito modo, quando la tensione all'ingresso REF diminuisce, la durata dei singoli impulsi (con periodo costante) all'uscita diminuisce, cioè la tensione di uscita diminuisce. Il termistore R4 fornisce protezione contro il surriscaldamento quando il radiatore dei transistor chiave viene riscaldato oltre 80...100°C; la sua resistenza diminuisce al di sotto della soglia di commutazione del microcircuito all'ingresso RES (1.0 V), e uno zero logico viene impostato forzatamente al uscita del microcircuito finché i transistor non si raffreddano. In questo caso, entrambi i transistor chiave sono chiusi, la tensione di uscita scompare. Il microcircuito ha una piccola isteresi di commutazione (circa 40 mV) all'ingresso RES, pertanto, con un contatto termico affidabile del termistore con il radiatore, non si verifica alcun rimbalzo di commutazione; per ulteriore protezione contro le interferenze, al circuito viene aggiunto un condensatore C3, è auspicabile aumentare la sua capacità a centinaia di microfarad. Come driver del transistor di potenza è stato scelto il chip IR2103 (DD2). Per questo dispositivo questo microcircuito è ideale sotto tutti gli aspetti e allo stesso tempo ha un costo non troppo elevato. Uno dei suoi ingressi è diretto, il secondo è invertito; ciò ha consentito di risparmiare sul costo di un inverter esterno. Il microcircuito ha una logica incorporata che impedisce lo sblocco simultaneo di entrambi i transistor (attraverso correnti) e un generatore di pause ("tempo morto", tempo morto) tra gli impulsi sulle uscite, ciò ha permesso di ridurre al minimo il numero di interventi esterni elementi e non creare protezione su elementi logici aggiuntivi. Inoltre, il microcircuito ha uscite sufficientemente potenti da controllare direttamente i transistor ad effetto di campo in uscita, grazie ai quali vengono salvati 4 transistor esterni nei follower dell'emettitore e il "clou" del microcircuito è la tensione "flottante" di livello superiore (la differenza di tensione può raggiungere 600 V!) Con isolamento elettrico completo all'interno del microcircuito stesso. Senza questo "chip", il circuito dovrebbe essere notevolmente complicato introducendo un fotoaccoppiatore ad alta velocità (e costoso) e una dozzina di altri elementi. Il microcircuito è collegato secondo un circuito tipico, i terminali 2 e 3 possono essere collegati tra loro, ma è meglio lasciare la catena R6 C4 per il corretto funzionamento del convertitore quando interviene la protezione termica. Altrimenti, in questa situazione, il transistor di basso livello sarà costantemente acceso e metterà in cortocircuito l'uscita. Conclusione Vs - filo comune della parte ad alta tensione (isolata), uscita V, sua potenza in uscita (+10 ... +20 V). In questo circuito, il transistor inferiore nel circuito (VT2) è ancora aperto, Vs è collegato a un filo comune e il condensatore C5 viene caricato tramite il diodo VD1 quasi alla tensione di alimentazione. Dopo un po ', VT2 si chiuderà, ma la carica sul condensatore C5 rimarrà, poiché la corrente di dispersione è estremamente ridotta. Quando un'unità logica arriva all'ingresso HIN, l'uscita NO sarà collegata tramite un transistor interno al terminale V, ovvero il condensatore caricherà il gate del transistor VT1 e si aprirà. La corrente di dispersione di gate del transistor è estremamente piccola e la sua capacità è centinaia di volte inferiore alla capacità di C5, quindi il transistor è sbloccato fino alla saturazione e l'efficienza del circuito è la più alta possibile. Nel ciclo successivo C5 viene nuovamente ricaricato. Il regolatore di tensione è assemblato su un transistor VT3. Non appena la tensione di uscita supera i 12 V, la corrente scorre attraverso il diodo zener VD2, il transistor si apre leggermente e abbassa la tensione all'ingresso REF del modulatore. La durata dei singoli impulsi diventerà leggermente più breve e verrà raggiunto un equilibrio dinamico. I condensatori C7 o C8 sono necessari per sopprimere il rumore del diodo zener e del transistor, devi solo saldare uno di questi condensatori! Quale viene selezionato durante l'installazione, poiché dipende dall'installazione e dagli elementi utilizzati. Senza condensatori, ci sarà rumore sull'uscita CC (e sentirai come fa la bobina) e l'efficienza diminuirà leggermente a causa del riscaldamento dei transistor, ma se entrambi i condensatori sono saldati, il circuito sarà eccitato. La resistenza del resistore R12 limita il guadagno del circuito di retroazione; quanto più è grande, tanto più instabile funziona il convertitore. Con il valore del resistore specificato, la tensione di uscita, a seconda della corrente di carico, cambia di non più di 0.3 ... 0,5 V, il che è abbastanza per un tale convertitore. Quando si utilizzano transistor con un coefficiente h inferiore, la resistenza del resistore R12 può essere ridotta a 2 ... 10 kOhm. I cavi di alimentazione dell'inverter devono essere collegati direttamente alla batteria. In caso contrario (se collegato dopo l'interruttore di accensione), il sistema di accensione e altre apparecchiature elettriche dell'auto interferiranno con il convertitore; inoltre, lo farà lui stesso. influiscono sull'elettronica della macchina, il che in alcuni casi può risultare pericoloso. Poiché il convertitore, anche quando il carico è spento, consuma una certa corrente di riposo (questo circuito è di circa 30 ... 50 mA), al circuito è stato aggiunto un interruttore sui transistor VT4, VT5. Commuta l'alimentazione solo a un circuito di controllo a bassa potenza, i transistor di uscita sono collegati direttamente alla batteria, quindi non vi è alcuna perdita di potenza nella sezione di potenza. Quando viene applicata una tensione superiore a 5 V all'"ingresso di controllo" (questo ingresso può essere collegato all'interruttore di accensione o collegato a +24 V con qualsiasi interruttore a bassa potenza), il transistor VT4 si apre, sblocca il transistor VT5 e fornisce tensione a il chip stabilizzatore DA1. Vengono utilizzati due transistor in modo che il circuito possa essere pilotato da una tensione positiva; Il condensatore C10 attenua il rimbalzo dei contatti. Non c'è feedback positivo per garantire il funzionamento della chiave dell'interruttore, ma non è necessario che il guadagno dei due transistor sia così grande (decine di migliaia) che il circuito funziona sempre nella modalità chiave. Il resistore R13 protegge il circuito del convertitore da guasti in caso di cortocircuiti accidentali alla custodia e abbassa anche la tensione di ingresso, riducendo il riscaldamento dello stabilizzatore DA1. In assenza di tensione all '"ingresso di controllo", tutti i microcircuiti sono diseccitati, nel microcircuito DD2 i pin 4 e 5, 6 e 7 sono collegati da resistori interni di piccola resistenza ed entrambi i transistor chiave sono chiusi. La corrente consumata in questa modalità è determinata principalmente solo dalla corrente di dispersione dei condensatori di filtro C9 e non supera le centinaia di microampere. Per semplificare il grafico non è mostrato il cablaggio dei circuiti di potenza in figura; questo circuito è sensibile come quelli discussi in precedenza. L'uscita comune del resistore R11 è collegata al condensatore C6, gli elementi di retroazione a sinistra (secondo lo schema) del resistore R12 all'uscita 14 DD1. I condensatori di filtraggio C6 e C9 sono preferibilmente scelti tra due o tre condensatori collegati in parallelo di capacità inferiore. Quando funzionano alla corrente nominale, questi condensatori dovrebbero rimanere freddi per mezz'ora dopo l'accensione del convertitore, dovrebbero riscaldarsi di non più di 5 ... 10 ° C. Ha senso provare a utilizzare condensatori di produttori diversi; in ogni caso, maggiore è la dimensione della custodia del condensatore, a parità di capacità e tensione, migliore sarà la sua prestazione. In un convertitore correttamente assemblato, con una corrente di carico di 3.4 A, il riscaldamento delle custodie dei transistor VT1 e VT2 non supera i 50 ... 70 ° C anche senza radiatori. Pertanto, quando si opera a tale corrente, per ciascun transistor ci saranno abbastanza piccole piastre del dissipatore di calore di 30x50 mm, non dovrebbero toccarsi! Quando si lavora con una corrente di carico fino a 10 A, sono necessari radiatori più seri, almeno un radiatore ad ago con dimensioni di 50x100 mm (per entrambi i transistor, i transistor devono essere isolati da esso, per questo è conveniente utilizzare il montaggio kit di vecchi alimentatori per computer), oppure è possibile attaccare una piastra metallica alla base della custodia del convertitore, posizionarvi sopra i transistor e premere la base della custodia contro qualsiasi "pezzo di ferro" che non si riscalda durante il funzionamento su il corpo macchina, più vicino alle batterie. In questo caso è necessario garantire un buon contatto termico, pulire entrambe le superfici ed è preferibile utilizzare una pasta termoconduttiva. Informazioni sui dettagli La bobina L1 nella versione dell'autore è realizzata in un nucleo corazzato (tazze) con un diametro di 48 e un'altezza di 30 mm, tra le metà del nucleo sono posti due strati di carta da giornale. L'avvolgimento è avvolto in due fili del trasformatore collegati in parallelo con un diametro di 1,5 mm, il numero di giri fino al riempimento del telaio (circa 24 ... 30). Una tale bobina è rimasta fredda con una corrente di carico costante di 7 A. Con una corrente di carico fino a 3 ... 5 A, puoi prendere 2-3 anelli K50x40x10 e avvolgere 40 ... 50 giri con un filo di diametro di circa 1 mm in 2...4 fili. Oppure puoi prendere qualsiasi altro nucleo di ferrite per convertitori di impulsi, approssimativamente della stessa dimensione e preferibilmente diviso. Invece del microcircuito NE556, puoi utilizzare due microcircuiti 555 o la sua copia domestica KR1006VI1, invece dei transistor, metti KT817B invece di BC3102 e KT807B invece di VS3107. Il condensatore C5 dovrebbe essere a bassa ESR, cioè a film o ceramico, e il diodo VD1 dovrebbe essere veloce, con bassa capacità e tempo di recupero inverso. In casi estremi, è possibile collegare in parallelo un condensatore elettrolitico con una capacità di 1 μF e una capacità ceramica multistrato (ma non un disco!) Di 0 ... 1 μF e sostituire il diodo con un KD521 o simile. Altrimenti il transistor VT1 diventerà molto caldo. È auspicabile prendere i transistor ad effetto di campo VT1 e VT2 con una resistenza a canale aperto non superiore a 0,03 Ohm; nella versione dell'autore è stato utilizzato KP723A - analoghi di IRFZ46N. Con una corrente di carico fino a 5 A, è meglio utilizzare transistor IRFI4024H a doppia frequenza e più alta: sono realizzati in un pacchetto TO220-5 isolato (ovvero, non è necessario isolare la custodia dal dissipatore di calore) e sono in grado di lavorare insieme al driver IR2103 a frequenze fino a 200...500 kHz (contro 30...70 kHz per IRFZ46 e simili). Il termistore R4 può essere qualsiasi, di piccole dimensioni (per riscaldarsi più velocemente in caso di incidente), con resistenza a temperatura ambiente superiore a 5 kOhm. La protezione termica deve essere calibrata prima dell'uso. Lo facciamo in questo modo: saldiamo i fili ai terminali del termistore, lo mettiamo in diversi sacchetti robusti annidati l'uno nell'altro e lo abbassiamo in acqua bollente. Dopo un minuto, misuriamo la resistenza del termistore (è necessario assicurarsi che acqua o vapore non penetrino all'interno dei sacchetti), moltiplichiamo questo numero per 12 ... 15: questa dovrebbe essere la resistenza del resistore R3. in modo che la protezione termica funzioni ad una temperatura di 80...100°C. Il termistore deve essere montato sul radiatore il più vicino possibile ai transistor, lubrificando accuratamente il punto di contatto con pasta termoconduttrice e avendo cura, se necessario, dell'isolamento elettrico. Inoltre, a volte è necessario scegliere la resistenza del resistore R8: dovrebbe essere tale che quando i terminali del condensatore C3 sono in cortocircuito, la tensione sul terminale 5 DD2 sia zero. Caratteristiche dello stabilimento Grazie alla logica di protezione incorporata nel chip DD2, il convertitore può essere acceso per la prima volta con i transistor a chiave saldati VT1 e VT2, ma per ogni evenienza (improvvisamente le tracce vengono separate in modo errato), forniamo "+" da la batteria tramite una lampadina da 24 V, 1...2 A. I condensatori C7 e C8 non sono saldati. Come carico, colleghiamo due lampadine collegate in serie da una ghirlanda di albero di Natale (12 V, 0,16 A) all'uscita del dispositivo. Durante il normale funzionamento del convertitore, queste lampade dovrebbero essere accese (la tensione all'uscita del convertitore dovrebbe essere di circa 12 V, ma più di 6 ... 8 V e inferiore a 15 V), la spia di alimentazione non dovrebbe accendersi, la corrente che lo attraversa non deve superare i 200 mA. Allo stesso tempo, controlliamo il corretto funzionamento dell'interruttore, sebbene non richieda mai una regolazione con un'installazione corretta e parti riparabili, e ci assicuriamo che la corrente consumata in modalità "spento" non superi 1 mA. Se è maggiore saldiamo i condensatori C9 e ripetiamo la misura: se diminuisce mettiamo condensatori migliori, se rimane invariato saldiamo gli stessi condensatori e saldiamo un resistore da 10 kΩ tra i terminali gate e source di entrambi i resistori di campo. Durante il funzionamento, il convertitore non deve fischiare se si sente del rumore, è necessario aumentare la frequenza operativa riducendo le capacità dei condensatori C1 e C2. Se anche con capacità di 200 pF il cigolio ad alta frequenza non scompare, molto probabilmente il circuito è eccitato. Successivamente, spegniamo il carico e misuriamo la corrente consumata dal circuito, dovrebbe essere compresa tra 40 e 70 mA. Se è molto più grande, significa che l'induttanza della bobina L1 è insufficiente ed è necessario aumentare la frequenza operativa (se il circuito funziona già a una frequenza ultrasonica (non udibile), è meglio non farlo!), Oppure avvolgere ancora una dozzina o due giri sulla bobina. Successivamente, invece di una lampadina nel circuito di alimentazione, accendiamo un amperometro con un limite di misurazione superiore a 5 A e colleghiamo all'uscita una lampadina con un consumo di corrente di 2 ... 4 A (ovvero la sua potenza è di 24...48 W). La corrente consumata dal circuito dalla batteria dovrebbe essere circa 2 volte inferiore alla corrente attraverso la lampadina, entrambi i transistor ad effetto di campo senza radiatori non dovrebbero riscaldarsi (con una corrente di carico di 2 A) o alla corrente massima dovrebbero lentamente riscaldare fino a circa 50...70°C. Inoltre, la temperatura di entrambi i transistor dovrebbe essere approssimativamente la stessa. Se VT2 si riscalda notevolmente più di VT1, è necessario assicurarsi che ci sia un segnale al suo gate utilizzando un LED collegato in serie e un resistore da 1 ... 10 kOhm, collegarli tra il filo comune e il gate del transistor. Se il LED si illumina molto più debole rispetto al gate VT1 o non si illumina affatto, è necessario aumentare la capacità del condensatore C4. Poiché nel circuito non è prevista la protezione di corrente (contro il cortocircuito), il carico deve essere collegato tramite un fusibile da 5 ... 10 A. Può essere posizionato nella scatola dei fusibili dell'auto o nella custodia (sul cavo positivo) di il convertitore. Con una corrente di carico di 5 A, i fili della batteria dovrebbero essere più di 1 mm (rame), i fili del carico dovrebbero essere più di 1,5 mm, a correnti elevate i fili dovrebbero essere più spessi. Utilizzando transistor più potenti con una resistenza di canale inferiore, la corrente di uscita può essere aumentata più volte con lo stesso riscaldamento del circuito, ma sarà necessario sostituire il chip del driver. L'IR2103 "cela a malapena" con i transistor IRFZ46 e potrebbe semplicemente non far oscillare i transistor più potenti. Il sostituto ideale del chip IR2183 è un analogo completo in termini di caratteristiche, piedinatura e tipo di pacchetto, ma con una corrente di uscita fino a 1,7 A. Dovrebbe essere semplicemente saldato al posto dell'IR2103, senza alcuna modifica sulla scheda. In questo caso, è opportuno aumentare più volte la capacità del condensatore C5 (almeno 1 μF), deve essere un film. Autori: Kashkarov A. P., Koldunov A. S.
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Commenti sull'articolo: Evgenii Come convertire il circuito di cui sopra per ottenere una tensione regolata 12v / 27v 500 watt per alimentare un motore aeronautico collettore installato con una batteria per auto su un carrello da giardino. Grazie. ![[piangere]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/cry.gif){kind=small}
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