Как работает повышающий преобразователь на микросхеме NE555. Какие компоненты нужны для сборки DC-DC преобразователя 12В в 40В. Каковы преимущества и недостатки такой схемы. На что обратить внимание при расчете и сборке.
Содержание
Принцип работы повышающего преобразователя на NE555
Повышающий преобразователь напряжения на микросхеме NE555 позволяет получить более высокое выходное напряжение, чем входное. Как это работает.
Для расчета можно воспользоваться онлайн-калькуляторами или специальными программами. Важно учитывать ограничения компонентов по току и напряжению.
Сборка и настройка преобразователя
При сборке повышающего преобразователя на NE555 следует обратить внимание на несколько моментов:
Использовать качественные компоненты с запасом по мощности
Обеспечить хороший теплоотвод для силовых элементов
Применять толстые дорожки для силовых цепей на печатной плате
Разместить входной и выходной конденсаторы максимально близко к силовым элементам
Использовать экранирование для снижения помех
После сборки преобразователь настраивается путем подбора частоты и скважности для получения нужного выходного напряжения.
Применение повышающего преобразователя на NE555
Повышающий преобразователь напряжения на основе таймера NE555 может использоваться в различных устройствах:
Питание светодиодов от батарей
Зарядка аккумуляторов от солнечных панелей
Питание портативной электроники
Лабораторные источники питания
Системы электропитания в автомобилях
Простота схемы делает такой преобразователь привлекательным для любительских и маломощных применений.
Возможные проблемы и их устранение
При работе с повышающим преобразователем на NE555 могут возникнуть некоторые проблемы:
Перегрев компонентов — использовать радиаторы
Нестабильность выходного напряжения — добавить обратную связь
Высокий уровень помех — применить экранирование и фильтрацию
Низкий КПД — оптимизировать параметры схемы
Выход из строя при перегрузках — добавить защиту по току
Большинство проблем решается правильным выбором компонентов и оптимизацией схемы под конкретную задачу.
Альтернативные схемы повышающих преобразователей
Помимо NE555 существуют и другие варианты построения повышающих преобразователей напряжения:
На специализированных микросхемах (MC34063, LM2577 и др.)
На микроконтроллерах с ШИМ
Многофазные преобразователи для больших мощностей
Резонансные преобразователи с высоким КПД
Преобразователи с мягкой коммутацией
Выбор схемы зависит от требований к КПД, стабильности, мощности и других параметров конкретного применения.
Power Electronics • Просмотр темы
Страница 1 из 1
[ Сообщений: 15 ]
Версия для печати
Пред. тема | След. тема
Автор
Сообщение
Aleksander8
Заголовок сообщения: Step-up на NE555
Добавлено: 25-05, 18:24
Участник
Зарегистрирован: 10-11, 11:33 Сообщения: 75 Откуда: РФ
Появилась задача сделать ламповый предусилитель для бас-гитары. 2*(1-k), где к = Vin/Vout. Если считать по этой формуле, минимальная индуктивность дросселя будет равна 599 мкГн. Каким же всё-таки образом правильно рассчитывать минимальную индуктивность?
_________________ http://valvelab.al.ru/
Вернуться к началу
valvol
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 25-05, 22:01
Магистр
Зарегистрирован: 06-09, 12:59 Сообщения: 9323
Aleksander8 писал(а):
Если считать по этой формуле, минимальная индуктивность дросселя будет равна 599 мкГн. Каким же всё-таки образом правильно рассчитывать минимальную индуктивность?
Трудно что-то сказать, т.к. отсутствуют желаемые режимы работы преобразователя (мощность, частота, режим работы дросселя …), а также информационный источник из которого позаимствована формула. Скачайте книгу Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры, под ред. Найвельта Г.С. Там, начиная с стр. 328, приводится пример расчёта повышающего преобразователя для непрерывного и прерывистого режима работы дросселя.
_________________ «Древние украли все наши лучшие идеи!» — Марк Твен.
Вернуться к началу
Aleksander8
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 25-05, 22:34
Участник
Зарегистрирован: 10-11, 11:33 Сообщения: 75 Откуда: РФ
Извините, не указал источник: http://radiohlam. ru/teory/boost1.htm Расчёт генератора по приведённой схеме: f = 31169 Гц; Ton = 16,7 мС; Toff = 15,2 мС; Vin = 12 В; Vout = 180 В; Iout = 0.02 А.
_________________ http://valvelab.al.ru/
Вернуться к началу
valvol
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 25-05, 23:22
Магистр
Зарегистрирован: 06-09, 12:59 Сообщения: 9323
Aleksander8 писал(а):
Если считать по этой формуле, минимальная индуктивность дросселя будет равна 599 мкГн.
По предложенной методике так и получается. Попробуйте посчитать по более капитальной методике из справочника под редакцией Найвельта.
_________________ «Древние украли все наши лучшие идеи!» — Марк Твен.
Вернуться к началу
Aleksander8
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 26-05, 17:46
Участник
Зарегистрирован: 10-11, 11:33 Сообщения: 75 Откуда: РФ
Спасибо за книгу. По Найвельту коэффициент заполнения импульса меньше единицы при Vin = 12В и Vout = 55В. При необходимости получения более высокого Vout, коэффициент заполнения импульса становится больше единицы, что уже нереально для указанной выше схемы. Не знаю, могут ли ШИМ-контроллеры работать в таком режиме. Если использовать значение коэффициента заполнения импульса из расчёта NE555, то минимальное значение индуктивности получится в пределах от 2300 до 2400 мкГн. Ещё вопрос: возможно ли для применения сердечника дросселя повышающего преобразователя использовать кольца из распылённого железа от компьютерных материнских плат?
_________________ http://valvelab.al.ru/
Вернуться к началу
valvol
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 27-05, 01:56
Магистр
Зарегистрирован: 06-09, 12:59 Сообщения: 9323
Aleksander8 писал(а):
По Найвельту коэффициент заполнения импульса меньше единицы при Vin = 12В и Vout = 55В.
В том-то и проблема, что реальный коэффициент повышения преобразователя конечен. Выход может быть в автотрансформаторном включении дросселя или в последовательном включении нескольких повышающих ступеней.
Aleksander8 писал(а):
Ещё вопрос: возможно ли для применения сердечника дросселя повышающего преобразователя использовать кольца из распылённого железа от компьютерных материнских плат?
Чтобы это решить, надо сначала идентифицировать эти кольца — размеры, цвета раскраски…
_________________ «Древние украли все наши лучшие идеи!» — Марк Твен.
Вернуться к началу
Aleksander8
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 27-05, 09:12
Участник
Зарегистрирован: 10-11, 11:33 Сообщения: 75 Откуда: РФ
valvol писал(а):
В том-то и проблема, что реальный коэффициент повышения преобразователя конечен. Выход может быть в автотрансформаторном включении дросселя или в последовательном включении нескольких повышающих ступеней.
Понятно, что повышать выходное напряжение до бесконечности невозможно. Тем не менее, схема в начале топика работает. Судя по всему, при таком маленьком номинале дросселя, выходное напряжение устанавливается за некоторое количество периодов. Где-то писали, что схема работает, как насос, накачивая выходной электролит, пока накачку не остановит компаратор. Загвоздка в том, что в интернете схем таких несколько. Но как их посчитать, непонятно.
valvol писал(а):
Чтобы это решить, надо сначала идентифицировать эти кольца — размеры, цвета раскраски…
Жёлто\белый 13Х7Х5 — производитель рекомендует — Дроссели DC/DC преобраз-ей до 50 кГц Зелёный\синий 14Х7Х6.5 — производитель рекомендует — Дроссели DC/DC преобраз-ей свыше 50 кГц. Одно дело, рекомендации производителя, и совсем другое — радиолюбительский опыт. Как говорит сатирик М.Задорнов, а что будет, если…? Например, если взять сердечник несмотря на его окраску, по пробной обмотке определить и намотать дроссель 100 мкГн и поставить в вышеуказанную схему? Возможно кто-нибудь так и делал. Понимаю, что не профессионально, но интересно.
_________________ http://valvelab.al.ru/
Вернуться к началу
valvol
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 27-05, 11:20
Магистр
Зарегистрирован: 06-09, 12:59 Сообщения: 9323
Aleksander8 писал(а):
Тем не менее, схема в начале топика работает.
Очень может быть, что при определённых условиях эта схема сможет обеспечить требуемый коэффициент повышения. Главная проблема здесь в дросселе. Существует эффект магнитной вязкости, который ограничивает максимальную скорость изменения индукции в сердечнике. При большом коэффициенте умножения требуемая скорость изменения индукции может быть не достигнута и тогда вся энергия, запасенная в сердечнике в нем и рассеится. Правильный выбор затрудняется отсутствием соответствующих данных от производителя. Можно случайно выбрать или спроектировать правильный дроссель и не иметь проблем, а можно и наоборот. Однако однозначно, что более высокочастотные сердечники меньше подвержены этому эффекту.
Aleksander8 писал(а):
Судя по всему, при таком маленьком номинале дросселя, выходное напряжение устанавливается за некоторое количество периодов. Где-то писали, что схема работает, как насос…
Дроссель должен накапливать энергию потребляемую нагрузкой. Поэтому, при уменьшении его величины, необходимо увеличить частоту коммутации. Что касается проектирования повышающих преобразователей, существует множество методик в той или иной мере учитывающих множество факторов, влияющих на его работу. В справочнике Найвельта приводится достаточно качественная методика. Следую рекомендациям этой методики можно получить гарантированный результат. При отклонении от рекомендаций, результат может быть не достигнут.
Лучше использовать более высокочастотный сердечник, который гарантированно имеет меньшую магнитную вязкость и меньший уровень потерь.
_________________ «Древние украли все наши лучшие идеи!» — Марк Твен.
Вернуться к началу
Aleksander8
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 27-05, 12:13
Участник
Зарегистрирован: 10-11, 11:33 Сообщения: 75 Откуда: РФ
valvol писал(а):
Дроссель должен накапливать энергию потребляемую нагрузкой. Поэтому, при уменьшении его величины, необходимо увеличить частоту коммутации. Что касается проектирования повышающих преобразователей, существует множество методик в той или иной мере учитывающих множество факторов, влияющих на его работу. В справочнике Найвельта приводится достаточно качественная методика. Следую рекомендациям этой методики можно получить гарантированный результат. При отклонении от рекомендаций, результат может быть не достигнут.
По Найвельту к-т заполнения больше единицы, т.е. недостижим для NE555. Используем реальный к-т заполнения приведённой схемы. Подставляем его в формулу вычисления минимальной индуктивности из источника того же автора и получаем Lmin = 2,4 мГн. Получается, что схема работает неким своим собственным образом, противоречащем теории, что было уже интуитивно понятно по проведённым расчётам из двух других источников. Получается, что такие «выкрутасы» не подлежат расчётам .
valvol писал(а):
Лучше использовать более высокочастотный сердечник, который гарантированно имеет меньшую магнитную вязкость и меньший уровень потерь.
Спасибо. Не знал.
_________________ http://valvelab.al.ru/
Вернуться к началу
valvol
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 27-05, 19:50
Магистр
Зарегистрирован: 06-09, 12:59 Сообщения: 9323
Aleksander8 писал(а):
Тем не менее, схема в начале топика работает.
В модели схема работает. При этом дроссель работает в разрывном режиме (ток протекает треугольными импульсами). Амплитуда тока до 2A. Действующее значение тока 0.6A В предлагаемых методиках, критерием для расчёта дросселя являлась непрерывность тока в нем. Поэтому и индуктивность получилась большая. Однако, не смотря на большую индуктивность, дроссели для неразрывного режима подвергаются меньшим импульсным (0.4-0.6А) и действующим (0.33-0.37А) токам и поэтому имеют практически такой же габаритный размер, как и для дросселя в разрывном режиме. Через электронные ключи в неразрывном режиме протекают меньшие токи, что благоприятно сказывается на общей эффективности преобразователя и уровне генерируемого шума. Но суррогатный ШИМ контроллер на 555 не способен формировать импульсную последовательность с заполнением близким к 1. По сути он является неким симбиозом ШИМ и ЧИМ. При старте он формирует импульсы с заполнением 0.546 и частотой 29.2кГц. В номинальном режиме заполнение 0. 467 и частота 34.7кГц. Т.е. особого выбора нет. Если мы хотим использовать 555, то неразрывный режим не достижим. Однако, разрывный режим, не смотря на меньшую эффективность, может быть полезным в случае использования не достаточно быстрого диода VD1 (не Шоттки). В этом случае у диода появляется время на обратное восстановление. А так как сам преобразователь имеет не большую мощность (180В * 0.02А = 3.6Вт), то его эффективность также не очень важна. Вывод: Предложенная в начале схема преобразователя работоспособна и вполне может быть использована по предполагаемому направлению.
_________________ «Древние украли все наши лучшие идеи!» — Марк Твен.
Вернуться к началу
Aleksander8
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 27-05, 23:39
Участник
Зарегистрирован: 10-11, 11:33 Сообщения: 75 Откуда: РФ
Спасибо за подробный ответ. Посмотрел все книги по данной тематике, которые смог найти. Только в одной (без титульного листа, т.е. без указания автора) нашёл режим разрывного тока. К сожалению, расчёт по методике, изложенной в этой книге показал индуктивность дросселя = 2.4-2.7 мГн. Что ещё больше. Придётся просто повторить схему только с расчётом номинала R1 под необходимое выходное напряжение.
_________________ http://valvelab.al.ru/
Вернуться к началу
Aleksander8
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 29-05, 22:04
Участник
Зарегистрирован: 10-11, 11:33 Сообщения: 75 Откуда: РФ
Т. к. повышающий преобразователь является частным случаем обратноходового преобразователя, воспользовался методикой, изложенной в AN-16 от Power Integrations. Если приравнять индуктивность дросселя к индуктивности первичной обмотки трансформатора, взять коэффициент потерь 0,9 (по методике, если он равен 1, то потери на стороне первичной цепи, если нулю, то на стороне вторичной) и К.П.Д.= 0,5, получим индуктивность, равную 76,8 мкГн. При К.П.Д. = 0,8, индуктивность — 124,77 мкГн. С учётом того, что преобразователь работает в режиме прерывистого тока дросселя. Правомерен ли такой подход к расчёту?
_________________ http://valvelab.al.ru/
Вернуться к началу
valvol
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 29-05, 23:51
Магистр
Зарегистрирован: 06-09, 12:59 Сообщения: 9323
Эти методики придуманы для нормальных ШИМ контроллеров, а не для 555. 2*1/(2*180*0.02*30000)=666мкГ Однако эта формула справедлива только для того случае, когда ШИМ-контроллер способен обеспечить соответствующий коэффициент заполнения: D=(Vo-Vi)/Vo Для соотношения Vi=12 и Vo=180 имеем D=(180-12)/180=0.9333
_________________ «Древние украли все наши лучшие идеи!» — Марк Твен.
Вернуться к началу
Aleksander8
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 30-05, 19:17
Участник
Зарегистрирован: 10-11, 11:33 Сообщения: 75 Откуда: РФ
Большое спасибо.
_________________ http://valvelab.al.ru/
Вернуться к началу
valvol
Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
Добавлено: 03-06, 02:01
Магистр
Зарегистрирован: 06-09, 12:59 Сообщения: 9323
Решил создать некую методику именно для 555 таймера. Так как у таймера имеет место комбинированное регулирование, то сначала, для определения параметров индуктивности, необходимо оценить его регулировочную характеристику в крайних точках. Для этого мы должны определить формируемые длительности в зависимости от управляющего напряжения Vc на ножке 5. Используя известное выражение для RC-цепи, определим время зарядки конденсатора C4: t1=-(R5+R6)*C4*ln((Vin-Vc)/(Vin-0.5*Vc)) и время разрядки конденсатора C4: t2=-R6*C4*ln(0.5) Для удобства, сводим все расчёты в таблицу Excel
Здесь вроде бы всё ясно. Во второй и третьей строке рассчитываются параметры импульсной последовательности для различных значений управляющего напряжения Vc. В данном случае, эти значения взяты из модели предложенной схемы. Но можно выбрать и другие. Например, если выкинуть резистор R4, то верхнее значение Vc станет равным Vc = 2 * Vin / 3 = 8В. Нижнее значение Vc устанавливается автоматически схемой регулирования и соответствует ситуации, когда мощность передаваемая преобразователем равна номинальной мощности нагрузки. Для расчёта, необходимо выставить желаемое значение Vc, которое, допустим, на 1.5…2 Вольта ниже верхнего. В 6-й строке для требуемой мощности определяются индуктивность и амплитудное значение тока в индуктивности. Энергия, накапливаемая в индуктивности пропорциональна квадрату амплитуды тока (ток оказывает большее влияние, чем сама индуктивность). Поэтому рассчитанное значение индуктивности не минимальное, а максимальное. В большей индуктивности просто не накопиться требуемая энергия. С другой стороны, некоторое уменьшение индуктивности будет скомпенсировано увеличением тока. Рассчитанные параметры хорошо совпадают с результатами моделирования. Таблицу можно взять здесь.
_________________ «Древние украли все наши лучшие идеи!» — Марк Твен.
Вернуться к началу
Показать сообщения за: Все сообщения1 день7 дней2 недели1 месяц3 месяца6 месяцев1 год Поле сортировки АвторВремя размещенияЗаголовокпо возрастаниюпо убыванию
Страница 1 из 1
[ Сообщений: 15 ]
Видео: DC DC преобразователь на интегральном таймере — Инструкция Чип и Дип
Биржа ProСтанки
Продам HL30A-230WS05-SCND AC-DC Преобразователи напряжения 5В=, 6А, 30Вт, вход, 100-240В~, 47-440 Гц, монтаж на ДИН рейку, 02860511 AEPS Group Новый
Москва (Россия)
Продам HL30A-230WS05-SCN AC-DC Преобразователи напряжения 5В=, 6А, 30Вт, вход, 100-240В~, 47-440 Гц, AEPS Group Новый
Москва (Россия)
Продам NN60A-230S24-SCN AC-DC Преобразователи напряжения 24В=, 2. 5А, 75Вт, вход, 100-240В~, 47-440 Гц, AEPS Group Новый
Москва (Россия)
Добавлено: 22.05.2013 в 16:58 Продолжительность: 01:34
При изготовлении DC-DC преобразователя часто используют специализированные микросхемы, число которых в настоящее время великое множество. Простой повышающий преобразователь напряжения можно собрать по простой схеме импульсного генератора с ШИМ на доступной микросхеме NE555, или на ее многочисленных аналогах. При питании от источника напряжения 12В на выходе можно получить напряжение до 50В. Величина этого напряжения зависит от номинала стабилитрона, установленного на выходе устройства. Коротко о работе схемы. Напряжение питания поступает на таймер, на котором собран генератор импульсов. Импульсы поступают на мощный полевой транзистор, в стоковой цепи которого включена индуктивность. На ней возникает ЭДС, которая выпрямляется мощным диодом Шоттки. Схема стабилизации состоит из транзистора VT2 и стабилитрона. Данная схема работает как компаратор, для которого напряжение стабилизации стабилитрона является опорным. Как только напряжение на конденсаторе С4 превысит величину суммы напряжений стабилизации и порога открывания транзистора, изменится скважность импульсов на выводе «3» микросхемы в сторону уменьшения.
Комментарии
0
Оставить комментарий
Интересные статьи партнеров
Волоконные лазеры — принцип работы, применение и многое другое [Часть 1]
Ручной листогиб для гибки металла — своими руками
Какой мощности необходим лазерный станок для производства металлоконструкций? [Часть 2]
Как сделать шахматную доску с фигурами на лазерном станке? [Подробная инструкция]
Поставка и запуск оптоволоконного лазерного станка XTC-1530H/2000 Raycus в Златоусте
Удивительные скульптуры животных из коряг за авторством Джеффро Уитто
Исчезающие скульптуры Юлиана Фосс-Андре
Могут ли 3D-принтеры печатать переработанным пластиком?