Преобразователь DC-DC 200 Вт с 12 В до 220 В: 13 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Всем привет:)

Добро пожаловать в эту инструкцию, где я покажу вам, как я сделал этот преобразователь постоянного тока с 12 вольт на 220 вольт с обратной связью для стабилизации выходного напряжения и защиты от низкого заряда батареи / пониженного напряжения без использования какого-либо микроконтроллера. Несмотря на то, что на выходе подается высоковольтный постоянный ток (а не переменный ток), мы можем запускать светодиодные лампы, зарядные устройства для телефонов и другие устройства на основе SMPS от этого устройства. Этот преобразователь не может работать с индуктивной или трансформаторной нагрузкой, такой как двигатель переменного тока или вентилятор.

В этом проекте я буду использовать популярную ИС управления ШИМ SG3525 для повышения постоянного напряжения и обеспечения необходимой обратной связи для управления выходным напряжением. В этом проекте используются очень простые компоненты, и некоторые из них позаимствованы из старых компьютерных блоков питания. Приступим к строительству!

Запасы

1. Ферритовый трансформатор EI-33 со шпулькой (вы можете купить его в местном магазине электроники или утилизировать от компьютерного блока питания)
2. IRF3205 МОП-транзисторы - 2
3. 7809 регулятор напряжения -1
4. Микросхема ШИМ-контроллера SG3525
5. OP07 / IC741 / или любой другой операционный усилитель IC
6. Конденсатор: 0,1 мкФ (104) - 3
7. Конденсатор: 0,001 мкФ (102) - 1
8. Конденсатор: неполярный керамический конденсатор 3,3 мкФ 400 В
9. Конденсатор: полярный электролитический конденсатор 3,3 мкФ 400 В (можно использовать более высокое значение емкости)
10. Конденсатор: электролитический 47 мкФ
11. Конденсатор: 470 мкФ электролитический
12. Резистор: резисторы 10К-7
13. Резистор: 470К
14. Резистор: 560К
15. Резистор: 22 Ом - 2
16. Переменный резистор / предустановка: 10 кОм -2, 50 кОм - 1
17. UF4007 диодов быстрого восстановления - 4
18. 16-контактный разъем IC
19. 8-контактный разъем IC
20. Винтовые клеммы: 2
21. Радиатор для установки MOSFET и стабилизатора напряжения (от старого компьютерного БП)
22. Perfboard или Veroboard
23. Соединительные провода
24. Набор для пайки

Шаг 1: Сбор необходимых компонентов

Большая часть деталей, необходимых для создания этого проекта, была взята из неработающего блока питания компьютера. Из такого источника питания легко найти трансформатор и диоды быстрого выпрямителя, а также высоковольтные конденсаторы и радиатор для полевых МОП-транзисторов.

Шаг 2: Изготовление трансформатора в соответствии с нашей спецификацией

Наиболее важной частью получения правильного выходного напряжения является обеспечение правильного соотношения между обмотками первичной и вторичной обмоток трансформатора, а также обеспечение того, чтобы провода могли пропускать необходимое количество тока. Для этой цели я использовал сердечник EI-33 и шпульку. Это тот же трансформатор, что и внутри ИИП. Вы также можете найти ядро EE-35.

Теперь наша цель - поднять входное напряжение с 12 вольт примерно до 250-300 вольт, и для этого я использовал 3 + 3 витка в первичной обмотке с центральным отводом и около 75 витков на вторичной стороне. Поскольку первичная сторона трансформатора будет выдерживать больший ток, чем вторичная сторона, я использовал 4 изолированных медных провода вместе, чтобы образовать группу, а затем намотал их на бобину. Это провод 24 AWG, который я купил в местном хозяйственном магазине. Причина объединения 4 проводов в один провод состоит в том, чтобы уменьшить влияние вихревых токов и сделать лучший носитель тока. первичная обмотка состоит из 3 витков с центральным отводом.

Вторичная обмотка состоит примерно из 75 витков изолированного медного провода 23 AWG.

Первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга с помощью изоляционной ленты, намотанной на бобину.

Для получения подробной информации о том, как именно я сделал трансформатор, обратитесь к видео в конце этой инструкции.

Шаг 3: этап осциллятора

SG3525 используется для генерации чередующихся тактовых импульсов, которые используются для альтернативного управления полевыми МОП-транзисторами, которые проталкивают и протягивают ток через первичные обмотки трансформатора, а также для обеспечения управления с обратной связью для стабилизации выходного напряжения. Частоту переключения можно установить с помощью синхронизирующих резисторов и конденсаторов. Для нашего приложения у нас будет частота переключения 50 кГц, которая устанавливается конденсатором 1 нФ на выводе 5 и резистором 10 кОм вместе с переменным резистором на выводе 6. Переменный резистор помогает точно настроить частоту.

Чтобы получить более подробную информацию о работе микросхемы SG3525, перейдите по ссылке на техническое описание микросхемы:

www.st.com/resource/en/datasheet/sg2525.pd…

Шаг 4: этап переключения

Импульсный выход 50 кГц от контроллера ШИМ используется как альтернатива для управления полевыми МОП-транзисторами. Я добавил небольшой токоограничивающий резистор 22 Ом на вывод затвора полевого МОП-транзистора вместе с понижающим резистором 10 кОм для разряда конденсатора затвора. мы также можем настроить SG3525 на добавление небольшого мертвого времени между переключениями полевых МОП-транзисторов, чтобы убедиться, что они никогда не включаются одновременно. Это делается путем добавления резистора 33 Ом между контактами 5 и 7 микросхемы. Центральный ответвитель трансформатора подключен к положительному источнику питания, в то время как два других конца переключаются с помощью полевых МОП-транзисторов, которые периодически подключают путь к земле.

Шаг 5: выходной каскад и обратная связь

Выходной сигнал трансформатора представляет собой импульсный сигнал постоянного тока высокого напряжения, который необходимо выпрямить и сгладить. Это достигается за счет реализации полного мостового выпрямителя с использованием диодов быстрого восстановления UF4007. Тогда конденсаторные батареи по 3,3 мкФ каждая (полярные и неполярные) обеспечивают стабильный выход постоянного тока без каких-либо пульсаций. Необходимо убедиться, что показания напряжения на крышках достаточно высоки, чтобы выдерживать и сохранять генерируемое напряжение.

Для реализации обратной связи, которую я дал, использовал резистивный делитель напряжения на 560 кОм и переменный резистор 50 кОм, выход потенциометра идет на вход усилителя ошибки SG3525 и, таким образом, регулируя потенциометр, мы можем получить желаемое выходное напряжение.

Шаг 6: Реализация защиты от пониженного напряжения

Защита от пониженного напряжения выполняется с помощью операционного усилителя в режиме компаратора, который сравнивает входное напряжение источника с фиксированным опорным значением, генерируемым выводом SG3525 Vref. Порог регулируется с помощью потенциометра 10К. Как только напряжение падает ниже установленного значения, активируется функция отключения контроллера ШИМ, и выходное напряжение не генерируется.

Шаг 7: Принципиальная схема

Это полная принципиальная схема проекта со всеми обсуждаемыми ранее концепциями.

Ладно, хватит теоретической части, теперь давайте пачкаем руки!

Шаг 8: Тестирование схемы на макетной плате

Перед тем как паять все компоненты на плату Veroboard, важно убедиться, что наша схема работает и механизм обратной связи работает должным образом.

ВНИМАНИЕ: будьте осторожны при работе с высоким напряжением, так как это может привести к летальному исходу. Всегда помните о безопасности и не прикасайтесь к каким-либо компонентам при включенном питании. Электролитические конденсаторы могут удерживать заряд в течение некоторого времени, поэтому убедитесь, что он полностью разряжен.

После успешного наблюдения за выходным напряжением я реализовал отсечку по низкому напряжению, и все работает нормально.

Шаг 9: выбор размещения компонентов

Теперь, прежде чем мы начнем процесс пайки, важно зафиксировать положение компонентов таким образом, чтобы мы использовали минимальное количество проводов, а соответствующие компоненты располагались близко друг к другу, чтобы их можно было легко соединить по следам припоя.

Шаг 10: Продолжение процесса пайки

На этом этапе вы можете видеть, что я разместил все компоненты для приложения переключения. Я убедился, что следы от полевых МОП-транзисторов толстые, чтобы пропускать более высокие токи. Кроме того, старайтесь размещать конденсатор фильтра как можно ближе к микросхеме.

Шаг 11: Пайка трансформатора и системы обратной связи

Пришло время починить трансформатор и отремонтировать компоненты для исправления и обратной связи. Стоит отметить, что при пайке необходимо следить за тем, чтобы стороны высокого и низкого напряжения имели хорошее разделение и избегали коротких замыканий. Сторона высокого и низкого напряжения должна иметь общую землю, чтобы обратная связь работала должным образом.

Шаг 12: Завершение модуля

Примерно через 2 часа пайки и проверки того, что моя схема правильно подключена без коротких замыканий, модуль наконец-то был готов!

Затем я отрегулировал частоту, выходное напряжение и отсечку низкого напряжения с помощью трех потенциометров.

Схема работает так, как ожидалось, и дает очень стабильное выходное напряжение.

Мне удалось успешно запустить зарядное устройство для телефона и ноутбука, поскольку они являются устройствами на основе SMPS. Вы можете легко управлять малыми и средними светодиодными лампами и зарядными устройствами с этим устройством. КПД тоже вполне приемлемый - от 80 до 85 процентов. Самая впечатляющая особенность - это то, что без нагрузки потребление тока составляет всего около 80-90 миллиАмпер благодаря обратной связи и управлению!

Надеюсь, вам понравился этот урок. Обязательно поделитесь этим с друзьями, а также оставьте свои отзывы и сомнения в разделе комментариев ниже.

Пожалуйста, посмотрите видео, чтобы увидеть весь процесс сборки и работу модуля. Подумайте о подписке, если вам нравится контент:)

Увидимся в следующем!