DC-DC повышающий преобразователь HV: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Шаг 1. Введение в эксплуатацию и электронику

Как работает повышающий преобразователь? Основной принцип: повышающий преобразователь работает в два этапа: ВКЛ и ВЫКЛ. Во включенном состоянии полупроводниковый переключатель проводит ток, в катушке индуктивности накапливается ток, создавая электромагнитное поле, в этом поле накапливается энергия. В состоянии ВЫКЛ. Полупроводниковый переключатель не проводит ток, и электромагнитное поле разрушается. Когда поле коллапсирует, энергия, хранящаяся в нем, не может выйти через полупроводниковый переключатель, поэтому она проходит через диод в нагрузку / конденсатор с гораздо более высоким напряжением. Это происходит несколько тысяч раз в секунду с помощью импульсов от микросхемы таймера NE555, и в результате появляется возможность заряжать высоковольтный конденсатор от источника низкого напряжения. Ниже приведены некоторые советы для тех из вас, кто плохо разбирается в электронике. R-резистор VR-переменный резистор (также называемый потенциометром) B-батарея V-источник напряжения C-конденсатор D-диод L-индуктор U / IC-интегральная схема Q-транзистор / IGBT M-MOSFET GND-земля (отрицательный вывод Аккумулятор для портативных приложений) Некоторые диаграммы и диаграммы показаны ниже, чтобы помочь вам в дальнейшем.

_ ПОСЕТИТЕ МОЙ ВЕБ-САЙТ ДЛЯ БОЛЬШЕ ПРОЕКТОВ: БУДУЩИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Шаг 2: повышающий преобразователь Protoboard 500 В

Этот повышающий преобразователь предназначен для людей с умеренным опытом работы в области электроники.

Если у вас есть ресурсы, я рекомендую сделать версию этого устройства с печатной платой, потому что она проще, меньше по размеру и с меньшей вероятностью выйдет из строя. Однако не стесняйтесь делать версию прототипа, если место не является проблемой.

Эта схема занимает минимум 1,75 дюйма x 1,5 дюйма x 1 дюйм и может безопасно работать от 8,4 В до 31,2 В. Максимальное входное и выходное напряжение 500 В. Я рекомендую вход для батареи не менее 12 В.

ОПАСНО ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ Это устройство может генерировать смертельное напряжение, а конденсаторы, которые вы заряжаете, могут сохранять смертельный заряд в течение нескольких часов. Пожалуйста, наденьте перчатки для электриков и защитные очки во время работы и соблюдайте все меры безопасности.

Характеристики:

Стоимость проекта: - 17 долларов США + доставка Mouser - 5 долларов США + доставка Coilcraft PCV-2-394-05L (перейдите по ссылке и введите номер детали, чтобы купить) - Средняя общая стоимость с доставкой - 35 долларов -

Размеры: 1,75 "x 1,5" x 1 "Входное напряжение: от 8,4 до 31,2 В Диапазон выходного напряжения: от 100 до 500 В Выходная мощность:

- Вход 12 В Максимум 36 Вт + -20% Заряженный блок конденсаторов 290 Дж за 8 с - Вход 24 В Максимум 92 Вт + -20% Заряженный блок конденсаторов 1468 Дж за 16 с

Выходная мощность, измеренная с использованием 1-2 свинцово-кислотных аккумуляторов 12 В 34 А-ч для источника практически постоянного напряжения

Основным ограничением того, сколько энергии можно потреблять от ваших батарей, является ESR аккумуляторных батарей.

--- Для достижения наилучших результатов используются сильноточные батареи или батареи, предназначенные для устройств Power RC --- NiCd являются лучшими (за исключением Li-poly). Для следующих батарей может быть рассчитана расчетная максимальная мощность. ESR = эквивалентное последовательное сопротивление. = Внутреннее сопротивление

NiCD / NiMH 12 В AAA ESR = 350-400 мОм 28-30 Вт 12 В AA ESR = 150-300 мОм 31-34 Вт 24 В AAA ESR = 700-800 мОм 60-80 Вт 24 В AA ESR = 300-600 мОм 75-85 Вт

Предупреждение. Слишком большой ток от ваших аккумуляторов может снизить их емкость, срок службы и привести к перегреву аккумулятора. Следите за температурой аккумуляторов.

Примечание. Отверстия Protoboard не подходят для контактов MOSFET и Diode, просверливание отверстия 1/32 решает эту проблему, хотя вам, возможно, придется припаять выводы к соседним контактным площадкам.

Шаг 3: Детали повышающего преобразователя Protoboard на 500 В

Инструменты:

• Паяльник
• Электрический припой (предпочтительно канифольный сердечник 0,032 дюйма)
• Антистатический ремешок на запястье
• Перчатки электрика
• Безопасные очки

Материалы: - Protoboard (The Link - это прототип, который я использовал, наборы Protoboard) Детали, купленные у Mouser: U2- Регулятор напряжения -Номер входной батареи-8,4–12 В LF60CV-12–13,2 В LD1086V90–13,2–16,8 В LM7809ACT- От 16,8 В до 26,4 В LM7812ACT-26,4 В до 31,2 В LM317 Любой TO-220 (R1 = 500 Ом R2 = 5,5 кОм) См. Техническое описание --- Проверьте, что выходное напряжение составляет 15 В для LM317 --- Для C1, C2, C3, и CT используют номинальное напряжение в соответствии со следующим: Напряжение батареи ………. Номинальное напряжение конденсатора = 16 В Cap = 25 В Cap = 50 В Cap - Тип C2 в соответствии с используемым регулятором: --LF60CV ElectrolyticLD1086V90 ElectrolyticLM7809ACT CeramicLM7812ACT CeramicLM317 Electrolytic - C1 и C3 - керамический диск или MLCC с выводами 5% -20% или от -20% до + 80% ---- CT - керамический диск или MLCC с выводами 1% -10% ---- Все резисторы, кроме Rdiv1, составляют 1/10 Вт или больше --- 2 разъема 8-DIP-C1- 0,33 мкФ (330 нФ) или более-C2- 10 мкФ-C3- 0,01 мкФ (10 нФ) -CB1- Любая батарея конденсаторов, которую вы хотите зарядить-CT- 0,022 мкФ (22 нФ) -LEDPWR- указывает, что питание подано-LEDREG- указывает, что желаемое напряжение R eached-LEDGATE - указывает, что NE555 подает напряжение на MOSFET-R1, R2, R3 - 1 кОм (= 12 В) 1% -5% -RA- 15 кОм (2% или лучше) -RB- 10 кОм (2% или лучше) - Rdiv1- 1 МОм (2% или лучше, 1/4 Вт или больше) -Rdiv2- Используемое значение регулятора (2% или лучше) LF60CV 11 кОмLD1086V90 16 кОмLM7809ACT 16 кОмLM7812ACT 22,3 кОмLM317 28 кОм-U1- 1 (тот же чип) - LM393AN-U3- SE555P-VR1- Потенциометр 10 кОм (точнее будет многооборотный) -M1- FCA47N60 (F) -D1- RURG3060 (Используйте RURG30120, если это ваш первый электронный проект) Coilcraft: L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (перейдите по ссылке и введите номер детали, чтобы купить) НОМЕРА КОНТАКТОВ НА СХЕМЕ ЩЕЛКНИТЕ «i» В НАЧАЛЕ СХЕМЫ ДЛЯ БОЛЬШОГО СКАЧИВАЕМОГО ВИДА

Шаг 4: повышающий преобразователь на 500 В на печатной плате

Если у вас есть ресурсы, я настоятельно рекомендую вам сделать этот повышающий преобразователь для печатной платы вместо прототипа. Изготовленная на заказ печатная плата будет более компактной и будет иметь гораздо лучший внешний вид. Эта схема занимает только 1 5/8 "x 1 1/4" x 1 "и может безопасно работать от 8,4 В до 31,2 В и выходного сигнала максимум 500 В. Я настоятельно рекомендую использовать батарею не менее 12 В, если ваша цель - максимальная мощность. Размер этой версии также может быть уменьшен до 1 5/8 "x 1 1/4" x 3/8 ", если индуктор размещен подальше от вашей цепи, как это делается в большинстве койлганов для убедительности. ОПАСНО ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ Это устройство может генерировать смертельное напряжение, а конденсаторы, которые вы заряжаете, могут сохранять смертельные заряды в течение нескольких часов, носить перчатки электрика и защитные очки во время работы и принимать все меры безопасности Технические характеристики: Стоимость проекта: - 20 долларов США + доставка Mouser - 5 долларов США + доставка Coilcraft PCV-2-394-05L (перейдите по ссылке и введите номер детали, чтобы купить) -> = 15 долларов + доставка MPJA - Средняя общая стоимость с доставкой - <50 долларов - Входное напряжение: от 8,4 В до 31,2 Диапазон выходного напряжения: от 100 В до 500 В Выходная мощность: - ТЕСТ 1-12 В, вход 48 Вт макс. + -20% заряжена батарея конденсаторов 290 Дж за 6 с - ТЕСТ 2 - Вход 12 В макс. 45 Вт + -20% заряжена батарея конденсаторов 1160 Дж за 26 с - вход 24 В Выходная мощность подлежит уточнению с использованием 1-2 свинцово-кислотных аккумуляторов 12 В 34 А-ч для источника практически постоянного напряжения. Каждый тест проводился 5 раз, лучший из которых показан. Основным ограничением того, сколько энергии может потребляться от ваших батарей, является ESR батарейных блоков. Для достижения наилучших результатов используются батареи с высоким номинальным током или батареи, предназначенные для устройств Power RC. poly) Для следующих аккумуляторов можно определить расчетную максимальную мощность. ESR = эквивалентное последовательное сопротивление = внутреннее сопротивление. Можно использовать щелочные аккумуляторы, но я настоятельно рекомендую перезаряжаемые сильноточные аккумуляторы. Могут использоваться более низкие напряжения, но следует ожидать более низкой выходной мощности. NiCD / NiMH 12 В AAA ESR = 350-400 мОм 28-30 Вт 12 В AA ESR = 150-300 мОм 31-34 Вт 24 В AAA ESR = 700-800 мОм 60-80 Вт 24 В AA ESR = 300-600 мОм 75-85 Вт Предупреждение - слишком большой ток от Ваши батареи могут уменьшить их емкость, срок службы и привести к перегреву батарей, следите за температурой батареи во время тестирования.

Шаг 5: Детали повышающего преобразователя на 500 В для печатной платы

Инструменты:

• Паяльник
• Электрический припой (предпочтительно канифольный сердечник 0,032 дюйма)
• Антистатический ремешок на запястье
• Перчатки электрика
• Безопасные очки
• Любой герметичный пластиковый или стеклянный контейнер с множественным замком (пример)

Материалы: MPJA или Amazon:

• ХЛОРИД ЖЕЛЕЗА (приобретите большую упаковку, если вы планируете производить больше печатных плат)
• По 2 штуки RESIST PEN или Industrial Sharpie
• МЕДНАЯ ДОСКА (Выберите для этого проекта 3 x 5, 4 x 6 или 6 x 9)

Детали, приобретенные у Mouser: Для C1, C2, C3 и CT используйте номинальное напряжение в соответствии со следующим: Напряжение батареи ………. Номинальное напряжение конденсатора = 16 В конденсатор = 25 В конденсатор = 50 В конденсатор U2- Регулятор напряжения - DPAK (TO-252) Номер детали входа батареи от -8,4 В до 12 В LF60ABDT-от 12 до 13,2 В LF90ABDT-от 13,2 до 16,8 В MC7809E-от 16,8 В до 26,4 В MC7812E-26,4 В до 31,2 В LM317M (R1 = 500 Ом R2 = 5,5 кОм) - Тип C2 в соответствии с используемым регулятором: --LF60ABDT ElectrolyticLF90ABDT ElectrolyticMC7809E CeramicMC7812E CeramicLM317M Electrolytic - C1, C3, C4 и C5 относятся к MLCC SMD / SMT 5-20% или от -20% до + 80% ---- CT MLCC SMD / SMT 1% -10% ---- Все резисторы, кроме Rdiv1, составляют 1/10 Вт или больше - 4-значное число после значения размера (например, 0805 или 1210) -C1-10uF 1210-C2- 10uF 1210- C3- 0,22 мкФ (220 нФ) 0805-C4- 0,01 мкФ (10 нФ) 0805-C5- 0,01 мкФ (10 нФ) 0805-CB1- Любая батарея конденсаторов, которую вы хотите зарядить-CT- 0,022 мкФ (22 нФ) 0805-LEDPWR- Указывает мощность 1206-LEDREG- Указывает, что достигнуто желаемое напряжение 1206-LEDGATE- Указывает, что NE555 подает напряжение на e MOSFET 1206-R1, R2, R3-1 кОм (= 12 В) 1% -5% 0805-RA- 15 кОм (2% или лучше) 0805-RB- 10 кОм (2% или лучше) 0805-Rdiv1- 1 МОм (2% или лучше, 1/4 Вт или больше) 1206-Rdiv2- 0805 Используемое значение регулятора (2% или лучше) LF60ABDT 11 кОм LF90ABDT 16 кОм MC7809E 16 кОм MC7812E 22,3 кОмLM317M 28 кОм-SW1- номинальное напряжение выше 5-61,1 при входном напряжении Чип) - LM393AM SOIC-8-U3- SE555D SOIC-8-VR1- Потенциометр 10 кОм (многооборотный будет более точным) -M1- FCA47N60 (F) -D1- RURG3060 (Пожалуйста, используйте RURG30120, если это один из ваших первые электронные проекты) Coilcraft: -L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (перейдите по ссылке и введите номер детали, чтобы купить) НОМЕРА ПИН-кода НА СХЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЕ НАЖМИТЕ «i» В НАЧАЛЕ СХЕМЫ ДЛЯ БОЛЬШЕ СКАЧАТЬ ABLE VIEW

Шаг 6: Конструкция повышающего преобразователя на 500 В на печатной плате

Первый шаг в создании печатной платы - спроектировать вашу печатную плату с помощью DipTrace (щелкните ссылку и загрузите бесплатное программное обеспечение DipTrace 2). Вы также можете использовать макет печатной платы, показанный на рисунках ниже. Следующим шагом является размещение дизайна на печатной плате. вы можете сделать это двумя способами: с помощью лазерного принтера (быстро, легко, и если вы можете найти его, чтобы взять его, я рекомендую его) и отслеживание рук (очень много времени) - ЛАЗЕРНЫЕ ПРИНТЕРЫ-ПРИНТЕРЫ НЕ БУДУТ РАБОТАТЬ ПО ЭТОЙ ССЫЛКЕ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ КАК СДЕЛАТЬ ПЛАТУ ПЛАТЫ Инструменты:

• Медная оболочка
• Индустриальный маркер или стойкий перманентный маркер (промышленный маркер Sharpie можно найти в Lowes)
• Утюг / гладильная доска
• Травитель (хлорид железа)
• Любой герметичный пластиковый или стеклянный контейнер с множественным замком (пример)

Если у вас есть лазерный принтер, просто возьмите каталог, телефонную книгу или газетную бумагу. Это тип дешевой бумаги, которая очень легкая и, что самое главное, разваливается в воде, проверьте лист бумаги в воде, чтобы убедиться. Вам нужно будет приклеить бумагу к обычному листу подачи принтера (показано на рисунке ниже). Вам нужно только приклеить ее к верхней части листа, убедитесь, что она как можно более плоская по отношению к листу принтера, чтобы, когда он Подача через принтер не мнется. Загрузите файл ниже (Boost Converter, SMT2) (вам потребуется загрузить бесплатное ПО DipTrace 2). Откройте файл и щелкните Предварительный просмотр в разделе ФАЙЛ. Убедитесь, что выбор объектов такой, как показано на рисунке, и флажок «Зеркальное отражение» установлен. Нажмите «Печать», в окне «Печать» выберите «Свойства». В окне «Свойства» выберите вкладку «Графика» и в квадрате тьмы выберите ТЕМНЫЙ. Загрузите бумагу с наклеенной на нее дешевой бумагой в принтер и нажмите «Печать». Ваша бумага должна выглядеть так, как показано на 5-м изображении. Используйте это для определения размера вашей печатной платы и вырежьте медное покрытие с помощью Dremel или настольной пилы, режьте медленно. Включите утюг и установите наивысшую настройку (обычно хлопок). Подождите, пока он нагреется… В ожидании, тщательно очистите медный элемент горячей водой с мылом, тщательно высушите его. Когда утюг нагреется, положите его на гладильную доску медной стороной вверх. Обрежьте распечатанный ЛАЗЕРНЫЙ макет так, чтобы он был размером с медное покрытие. Положите лист бумаги стороной с тонером вниз и положите утюг на бумагу, покрытую медью. Надавите вниз с умеренной силой и подождите несколько минут. Теперь медь и бумага должны быть склеены. Поместите кусок, он будет ГОРЯЧИМ, в емкость с теплой мыльной водой и подождите пять минут. Подождав, возьмите кусок, промойте его теплой водой и осторожно потрите верхнюю часть бумаги, пока не останется тонер. Подправьте макет перманентным маркером. ПЕРЕЙДИТЕ К СЛЕДУЮЩЕМУ ШАГУ - ОТСЛЕЖИВАНИЕ РУК - Медное покрытие - Травление - Постоянный маркер промышленного класса или сопротивления (Промышленный уровень можно найти в Lowes, трудно найти, возможно, вы спросите, где он, если вы найдете его где-то еще, дайте мне знать об этом Я могу опубликовать его) - Пластиковый контейнер Распечатайте 6-ю картинку в большом масштабе, используйте детали в качестве ориентира и нарисуйте следы перманентным маркером как можно лучше. Это будет утомительно, поэтому будьте готовы потратить несколько получасов, делая даже простые трассировки. Кажется, проще, да, это не так. ПЕРЕЙДИТЕ К СЛЕДУЮЩЕМУ ШАГУ

Шаг 7: Заключительные вопросы

Ниже показано, как заряжать несколько банков, чтобы, если один разряжается, другие не будут.