Преобразователь повышающий: MT3608 DC-DC module, DC-DC преобразователь, повышающий, Uвх=2…24В, Uвых= до 28В, Iвых(max)=2А

Содержание

Повышающий преобразователь напряжения с мощностью до 400Вт. Преобразователи напряжения. Купоны на скидки. Характеристики, внутреннее устройство и обзоры преобразователей

Как-то так получается, что я очень редко пишу обзоры повышающих преобразователей напряжения, а уж чтобы относительно мощный, так вообще вроде впервые. Но так как меня часто спрашивают о подобных преобразователях, то я купил такой специально для обзора.

В заголовке указана цена и стоимость доставки, мне в итоге доставка вышла немного меньше, так как покупал для обзоров не только этот преобразователь, но и понижающий, а также разные мелкие товары.

Преобразователь компактный, как и предыдущие упакован был в антистатический пакет.

Технические характеристики со страницы товара в родном переводе
Входное напряжение: DC8.5V-50V
Входной ток: 15А (макс.) превышает 8А, пожалуйста, увеличьте тепловыделение
Тихий ток: 10 мА (12 В литр 20 в, выходное напряжение, чем выше ток, тем более тихий)
Выходное напряжение: 10-60 в постоянно регулируется
Постоянный диапазон: 0,2-12 А
Температура: от-40 до + 85 градусов (температура окружающей среды слишком высокая, пожалуйста, увеличьте тепловыделение)

Рабочая частота: 150 кГц
Эффективность преобразования: до 96%
Защита от перегрузки по току: Да
Защита от обратной полярности на входе: нет
Установка: резьбовые отверстия 4 2,55 мм
Размер модуля: 67 мм x48мм X 28 мм (ДхШхВ)
Один модуль: 60g

Судя по всему под «тихим током» подразумевается потребление без нагрузки, а под «тепловыделением» охлаждение. В остальном все понятно и так, входное 8.5-50 вольт, выходное 10-60 вольт, ток по входу до 15А, по выходу до 12А.
Есть упоминание защиты по току, но я об этом расскажу отдельно так как есть нюансы.

1, 2. На входе и выходе установлены обычные, дешевые клемники, что при токах до 12-15А выглядит как-то слабовато, лучше провода вообще подключить напрямую.
3. Как элемент защиты от КЗ в нагрузке или преобразователе установили предохранитель на 15 ампер, предохранитель просто запаян в плату.
4. Конденсаторы что на входе, что на выходе 220мкФ 63В, по паре на каждую сторону.

1. Для регулировки стоит два подстроечных резистора, слева регулировка напряжения, справа регулировка тока, отмечу что если регулировка тока реализована корректно, то регулировку напряжения сделали наоборот, т.е. вращение вправо уменьшает напряжение, а не увеличивает.
2. Применен один из самых распространенных ШИМ контроллеров — TL494, можно сказать классика.
3. Силовой транзистор 160N75F03, 75 вольт, 4мОм, 120А.
4. Диодная сборка MBR20100CT, оба силовых компонента установлены на отдельных радиаторах через изоляторы.

Снизу пусто, совсем пусто и кстати видно что оба регулятора установлены в нижнем плече делителя но с небольшой разницей, делитель ОС по напряжению включен в цепь выходного напряжения, а делитель ОС по току в цепь задания опорного напряжения для второго усилителя ошибки, т.е. сигнал с шунта идет прямо на вход ШИМ контроллера.
Возможно потому и получилась путаница с направлением вращения так как в случае с ОС по напряжению увеличение номинала резистора увеличивает чувствительность ОС, а в случае с током уменьшает.

А теперь к тестам и разным странностям в работе.
1. Стартует преобразователь как и заявлено, при 8.5 вольта на входе.
2. Но если подать 8.4 вольта и менее то получаем первую странность, без нагрузки подскакивает ток потребления и выходное напряжение становится уже не 20 вольт, как было установлено, а 85… Чуть поднимаем напряжение, легкий щелчок и имеем опять 20.
3. Минимально можно установить 11.77 вольта.
4. Если поднять напряжение выше чем установленное, то на выходе оно также начнет расти независимо от установки, это особенность StepUp преобразователей, по крайней мере с обычным диодом на выходе. Именно из-за этой особенности он не сможет ограничивать ток при КЗ на выходе.
5, 6. Максимум на выходе получил 67 вольт, напряжение стабильно что при 12, что при 24 вольта. Следует помнить, что конденсаторы стоят на 63 вольта.

Также у меня возник закономерный вопрос насчет питания ШИМ контроллера и входного напряжения. Насколько я помню, у TL494 максимальное напряжение питания 40 вольт, а заявлено входное до 50, но под радиатором нашелся компонент похожий на стабилизатор напряжения.

Так и есть, питается ШИМ контроллер напряжением 17.5 вольта, думаю это напряжение выбрано чтобы обеспечить 15-16 вольт в затворе силового транзистора, кстати на плате просматривается его драйвер на двух транзисторах.
Подал 50 вольт, ничего не сгорело 🙂

Из-за особенности данной топологии для проверки регулировки тока использовал нагрузку в виде светодиодной матрицы.
Ток регулируется относительно плавно и можно сказать что от нуля, по крайней мере можно установить около 30мА, но если попытаться установить еще меньше, то он будет нулевым.
Матрица была заявлена как 100Вт при 33-35 вольт потому я ограничился порогом в 3 ампера, при этом также можно выставить любое промежуточное. Напомню, что такой способ регулировки яркости светодиодов не совсем корректен так как может плыть цветовая температура.

Для проверки зависимости тока от входного напряжения установил ограничение 1.5А и входное напряжение 20 вольт, затем снизил напряжение до 10 вольт, ток немного упал, потом поднял до 30 вольт и опять ток был немного ниже установленного, но что интересно, когда опять выставил входное 20 вольт ток вернулся к предварительно установленному значению. Думаю просто немного плывет опорное напряжение, но как по мне, то не критично.

Поведение преобразователя в разных режимах.
1, 2. Входное 10 вольт, на выходе 40, без проблем получил сначала 2, а потом 2.5 ампера выходного тока, при этом по входу ток был около 11А.
3, 4. Но увидел неприятную особенность, при попытке поднять ток нагрузки до 2.7 ампера источник предсказуемо ушел в режим ограничения тока, но преобразователь пытался работать дальше, при этом на входе было 6 вольт, на выходе соответственно около 5.2-5.4, но ток по входу был 12А, а по выходу 2.7А. Судя по всему транзистор перешел в линейный режим работы и рассеивалось на нем весьма прилично. Через очень малое время напряжение по входу упало еще ниже.

Заметил я данную проблему уже когда отбирал фото так как обычно просто фотографирую процесс тестирования и не всегда замечаю что происходит.

В ходе предыдущего теста преобразователь прилично разогрелся, дал ему немного остыть и продолжил играться.
1. Входное 12 вольт, выход 19 вольт, ток 6А
2. Входное 12 вольт, выходное 24 вольта, ток 5А
3. Входное 24 вольта, выходное 36 вольт, ток 7А
4. Входное 30 вольт, выходное 48, ток 6.5А

В тестах преобразователь вел себя нормально, причем чувствовалось что запас еще есть, также обратил внимание что обычно больше греется диодная сборка чем транзистор.

Далее по задумке должен был идти тест измерения КПД, я выключил нагрузку и пошел за листиком и ручкой для записей, когда пришел, то краем глаза заметил странное моргание показания блока питания (он остался включенным). Ток скакал от нуля до 12А, также менялось и напряжение.

Выключил, попробовал запустить снова, но БП всегда уходил в режим СС, при этом напряжение на выходе почти не менялось и составляло около 3-4 вольт.
Присмотрелся к преобразователю и увидел что расплавился пластмассовый изолятор крепежного винта, т.е. предположу такой сценарий — я экспериментировал с разными нагрузками, потом выключил нагрузку, но сделал это тогда, когда преобразователь ушел в линейный режим и не заметил этого, отошел буквально на минуту, а когда пришел, транзистор получил тепловой пробой и блок питания соответственно ограничивал ток. При этом транзистор ушел не в жесткое КЗ, а имел некое сопротивление и даже пытался работать, но увы, с ним уже все.

Мне хотелось продолжать эксперименты потому сначала попробовал поставить новенький IRF3205, преобразователь без проблем заработал, но у IRF3205 напряжение максимум 55 вольт, против 75 у родного. В итоге вспомнил что есть у меня 110N8F6 оставшиеся от электронной нагрузки, они имеют напряжение до 80 вольт, правда сопротивление у них в полтора раза больше.

Вообще здесь была еще одна дилемма, IRF3205 имеет больше сопротивление, но заметно меньше емкость затвора, у 110N8F6 наоборот, сопротивление немного ниже, но емкость затвора больше (9.1нФ), в идеале было бы поставить родные, они мне даже как-то понравились по параметрам как в плане сопротивления (4мОм), так и в плане емкости (6.7нФ), но у меня их нет 🙁
Кроме того добавил теплопроводящую пасту, изначально её не было. Можно было оставить как есть, но резинки имеют структуру вафельного полотенца, т.е. квадратики с углублениями, потому решил что паста не помешает. Кроме транзистора нанес пасту и под диодную сборку.

Предвижу вопрос, а не лучше ли изолировать радиатор от платы, а не транзистор от радиатора. С точки зрения отвода тепла да, так лучше, но так вы попутно получите антенну излучающую в эфир на частоте преобразования, как минимум от радиатора транзистора.

КПД измерялся в разных режимах, для начала входное 12 вольт, выходное 19 и 24 вольта, максимальная мощность по выходу была 131Вт.
Здесь и в следующем тесте шкала по горизонтали кратна току в 0.5А.

Здесь сразу три теста, входное 24 и выходное 36 вольт, а также входное 30/36 вольт и выходное 48 вольт.
Видно что преобразователь в таком режиме добрался до заявленных 96%, максимальная мощность нагрузки в тесте была 333Вт (48 вольт 8 ампер).

Заметил что есть зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, для примера на тесте с выходным напряжением 48 вольт и током 0.5-8А.

В ходе теста на прогрев плата просто лежала на столе без активного охлаждения.

Тест проводился в двух режимах, сначала при входном 12 и выходном 24 вольта, ток нагрузки 2, 3.7 и 4.5А, первые два теста по 20 минут, третий 10 минут.
Преобразователь вел себя очень даже неплохо, собственно потому я и провел третий тест с током 4.5А.

Больше всего грелся выходной диод, 85 градусов, транзистор и дроссель имели температуру примерно на 7-10 градусов меньше.

Второй тест был при входном 30 и выходном 48 вольт, два прогона по 20 минут с токами 3 и 4.5А.
Ну здесь температура уже существенно выше, а так как и разница вход/выход больше, то увеличился нагрев транзистора и его температура превысила порог в 100 градусов.

Для большей наглядности сделал три графика потерь на преобразователе в трех режимах — 12-19В, 24-36В и 30-48В, шкала внизу кратна току нагрузки в 0.5А.
Соответственно на основании этого графика и предыдущих измерений можно оценить максимальные режимы и температуры.

Размах пульсаций по выходу измерялся как и у предыдущих преобразователей, с подключением параллельно щупу конденсаторов 1 и 0.1мкФ.
Вообще я ожидал что размах пульсаций будет большим, это характерная черта StepUp преобразователей, но как-то не думал что все будет настолько плохо.
Для начала входное напряжение 12 вольт, выходное 24, ток нагрузки 0, 1.7, 3.4 и 5.1А, при этом пульсации под нагрузкой были от 0.4 до 1 вольта!

Далее сокращенный тест в других режимах
1, 2. Входное 12 вольт, выходное 19, токи 3.5 и 7А
3, 4. Входное 24, выходное 36 вольт, токи 3.5 и 7А
5, 6. Входное 30, выходное 48 вольт, токи 3.5 и 7А.

Фактически при указанных напряжениях и токах нагрузки выходная мощность составляла примерно 40-50 и 80-100%.
В последнем режиме размах составил 1.2 вольта. Да, конечно можно сказать что основной размах не такой и большой, а полный составляют короткие импульсы, но они довольно широкие. Виной всему и сама топология преобразователя и поганые конденсаторы и неоптимальная разводка платы.

Ну и под конец сравнительное фото четырех преобразователей, три понижающих и один повышающий
1. 10 (8) ампер
2. 20 (15) ампер
3. 12 (10) ампер
4. обозреваемый

Теперь выводы и боюсь они будут неутешительными.
Нет, преобразователь работает и по своему даже неплохо, но есть куча недоработок которые могут осложнить ему жизнь и надо их учитывать при эксплуатации.
1. При входном напряжении ниже чем 8.4 вольта работает нестабильно выдавая на выход повышенное напряжение
2. При снижении входного напряжения под нагрузкой может перейти в линейный режим работы, спасает только отключение по входу. Проявляется с БП имеющим режим ограничения тока, с аккумуляторами вряд ли будет, но необходимо следить чтобы напряжение по входу не падало ниже 9-10 вольт.
3. Нагрев можно сказать что умеренный, но зависит от режима работы
4. Пульсации, для нормальной работы надо менять выходные конденсаторы на конденсаторы, а не их массогабаритные макеты, также хорошо бы поставить LC фильтр по выходу.
5. Защита от КЗ только в виде предохранителя, помните что выходное напряжение не может быть ниже входного более чем на 0.5-0.6 вольта.

Что сразу надо доработать:
1. Заменить выходные конденсаторы
2. Нанести теплопроводящую пасту и проверить прижим транзистора и диодной сборки
3. Для повышения КПД можно поставить более эффективную диодную сборку.
4. Желательно заменить или вообще убрать родные клемники.

Если коротко, работать будет, возможно даже будет работать неплохо, но если во время работы под нагрузкой напряжение сильно просядет и БП уйдет в режим СС, то будет беда. При работе от аккумуляторов должен работать неплохо, но пульсации по выходу лучше все таки фильтровать.

Как вариант, можно использовать для заряда аккумуляторов, например заряжать батарею 18-20 вольт от 12 вольт аккумулятора автомобиля.
Подключаем без нагрузки, выставляем необходимое напряжение, потом выкручиваем влево регулировку тока (пока подстроечный резистор не начнет щелкать или просто около 20 оборотов), подключаем разряженную батарею (нагрузку) через амперметр выставляем ток заряда.

На этом все, надеюсь что было полезно.

Простые повышающие DC/DC преобразователи своими руками, схемы

Устройствами с батарейным питанием сейчас уже никого не удивишь, всевозможных игрушек и гаджетов питающихся от аккумулятора или батарейки найдется с десяток в каждом доме. Между тем, мало кто задумывался над количеством разнообразных преобразователей, которые используются для получения необходимых напряжений или токов от стандартных батарей. Эти самые преобразователи делятся на несколько десятков различных групп, каждая со своими особенностями, однако в данный момент времени мы говорим про понижающие и повышающие преобразователи напряжения, которые чаще всего называются AC/DC и DC/DC преобразователями. В большинстве случаев для построения таких конвертеров используются специализированные микросхемы, позволяющие с минимальным количеством обвязки построить преобразователь определенной топологии, благо микросхем питания на рынке сейчас великое множество.

Рассматривать особенности применения данных микросхем можно бесконечно долго, особенно с учетом целой библиотеки даташитов и аппноутов от производителей, а также бесчисленного числа условно-рекламных обзоров от представителей конкурирующих фирм, каждая из которых старается представить свой продукт наиболее качественным и универсальным. В этот раз мы будем использовать дискретные элементы, на которых соберем несколько простейших повышающих DC/DC преобразователей, служащих для того, чтобы запитать небольшое маломощное устройство, к примеру, светодиод, от 1 батарейки с напряжением 1,5 вольт. Данные преобразователи напряжения можно смело считать проектом выходного дня и рекомендовать для сборки тем, кто делает свои первые шаги в удивительный мир электроники.

Итак, схема первая:


Схема простого DC/DC
преобразователя №1

На данной схеме представлен релаксационный автогенератор, представляющий собой блокинг-генератор со встречным включением обмоток трансформатора. Принцип работы данного преобразователя следующий: при включении , ток протекающий через одну из обмоток трансформатора и эмиттерный переход транзистора – открывает его, в результате чего он открывается и больший ток начинает течь через вторую обмотку трансформатора и открытый транзистор. В результате в обмотке, подключенной к базе транзистора наводится ЭДС, запирающая транзистор и ток через него обрывается. В этот момент энергия, запасенная в магнитном поле трансформатора, в результате явления самоиндукции, высвобождается и через светодиод начинает протекать ток, заставляющий его светиться. Затем процесс повторяется.

Компоненты, из которых можно собрать этот простой повышающий преобразователь напряжения, могут быть совершенно различными. Схема, собранная без ошибок, с огромной долей вероятности будет корректно работать. Мы пробовали использовать даже транзистор МП37Б – преобразователь отлично функционирует! Самым сложным является изготовление трансформатора – его надо намотать сдвоенным проводом на ферритовом колечке, при этом количество витков не играет особой роли и находится в диапазоне от 15 до 30. Меньше – не всегда работает, больше – не имеет смысла. Феррит — любой, брать N87 от Epcos не имеет особого смысла, также как и разыскивать M6000НН отечественного производства. Токи в цепи протекают мизерные, поэтому размер колечка может быть очень небольшим, внешнего диаметра в 10 мм будет более чем достаточно. Резистор сопротивлением около 1 килоома (никакой разницы между резисторами номиналом в 750 Ом и 1,5 КОм обнаружено не было). Транзистор желательно выбрать с минимальным напряжением насыщения, чем оно меньше – тем более разряженную батарейку можно использовать. Экспериментально были проверены: МП 37Б, BC337, 2N3904, MPSh20. Светодиод – любой имеющийся, с оговоркой, что мощный многокристальный будет светиться не в полную силу.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

Размер платы 15 х 30 мм, и может быть уменьшен до менее чем 1 квадратного сантиметра при использовании SMD-компонентов и достаточно маленького трансформатора. Без нагрузки данная схема не работает.

Вторая схема — это типовой степ-ап преобразователь, выполненный на двух транзисторах. Плюсом данной схемы является то, что при её изготовлении не надо мотать трансформатор, а достаточно взять готовый дроссель, но она содержит больше деталей, чем предыдущая.


Схема простого DC/DC преобразователя №2

Принцип работы сводится к тому, что ток через дроссель периодически прерывается транзистором VT2, а энергия самоиндукции направляется через диод в конденсатор C1 и отдается в нагрузку. Опять же, схема работоспособна с совершенно различными компонентами и номиналами элементов. Транзистор VT1 может быть BC556 или BC327, а VT2 BC546 или BC337, диод VD1 – любой диод Шоттки, например, 1N5818. Конденсатор C1 – любого типа, емкостью от 1 до 33 мкФ, больше не имеет смысла, тем более, что можно и вовсе обойтись без него. Резисторы – мощностью 0,125 или 0,25 Вт (хотя можно поставить и мощные проволочные, ватт эдак на 10, но это скорее расточительство чем необходимость) следующих номиналов: R1 — 750 Ом, R2 — 220 КОм, R3 – 100 КОм. При этом, все номиналы резисторов могут быть совершенно свободно заменены на имеющие в наличии в пределах 10-15% от указанных, на работоспособности правильно собранной схемы это не сказывается, однако влияет на минимальное напряжение, при котором может работать наш преобразователь.

Самая важная деталь — дроссель L1, его номинал также может отличаться от 100 до 470 мкГн (экспериментально проверены номиналы до 1 мГн – схема работает стабильно ), а ток на который он должен быть рассчитан не превышает 100 мА. Светодиод – любой, опять же с учетом того, что выходная мощность схемы весьма невелика.Правильно собранное устройство сразу же начинает работать и не нуждается в настройке.

Напряжение на выходе можно стабилизировать, установив стабилитрон необходимого номинала параллельно конденсатору C1, однако следует помнить, что при подключении потребителя напряжение может проседать и становиться недостаточным. ВНИМАНИЕ! Без нагрузки данная схема может вырабатывать напряжение в десятки или даже сотни вольт! В случае использования без стабилизируещего элемента на выходе, конденсатор C1 окажется заряжен до максимального напряжения, что в случае последующего подключения нагрузки может привести к её выходу из строя!

Преобразователь также выполнен на плате размером 30 х 15 мм, что позволяет прикрепить его на батарейный отсек типа размера AA. Разводка печатной платы выглядит следующим образом:

Обе простые схемы повышающих преобразователей можно сделать своими руками и с успехом применять в походных условиях, например в фонаре или светильнике для освещения палатки, а также в различных электронных самоделках, для которых критично использование минимального количества элементов питания.

 

Повышающий преобразователь напряжения с мощностью до 400Вт

Как-то так получается, что я очень редко пишу обзоры повышающих преобразователей напряжения, а уж чтобы относительно мощный, так вообще вроде впервые. Но так как меня часто спрашивают о подобных преобразователях, то я купил такой специально для обзора.

В заголовке указана цена и стоимость доставки, мне в итоге доставка вышла немного меньше, так как покупал для обзоров не только этот преобразователь, но и понижающий, а также разные мелкие товары.

Преобразователь компактный, как и предыдущие упакован был в антистатический пакет.

Технические характеристики со страницы товара в родном переводе
Входное напряжение: DC8.5V-50V
Входной ток: 15А (макс.) превышает 8А, пожалуйста, увеличьте тепловыделение
Тихий ток: 10 мА (12 В литр 20 в, выходное напряжение, чем выше ток, тем более тихий)
Выходное напряжение: 10-60 в постоянно регулируется
Постоянный диапазон: 0,2-12 А
Температура: от-40 до + 85 градусов (температура окружающей среды слишком высокая, пожалуйста, увеличьте тепловыделение)
Рабочая частота: 150 кГц
Эффективность преобразования: до 96%
Защита от перегрузки по току: Да
Защита от обратной полярности на входе: нет
Установка: резьбовые отверстия 4 2,55 мм
Размер модуля: 67 мм x48мм X 28 мм (ДхШхВ)
Один модуль: 60g

Судя по всему под «тихим током» подразумевается потребление без нагрузки, а под «тепловыделением» охлаждение. В остальном все понятно и так, входное 8.5-50 вольт, выходное 10-60 вольт, ток по входу до 15А, по выходу до 12А.
Есть упоминание защиты по току, но я об этом расскажу отдельно так как есть нюансы.

1, 2. На входе и выходе установлены обычные, дешевые клемники, что при токах до 12-15А выглядит как-то слабовато, лучше провода вообще подключить напрямую.
3. Как элемент защиты от КЗ в нагрузке или преобразователе установили предохранитель на 15 ампер, предохранитель просто запаян в плату.
4. Конденсаторы что на входе, что на выходе 220мкФ 63В, по паре на каждую сторону.

1. Для регулировки стоит два подстроечных резистора, слева регулировка напряжения, справа регулировка тока, отмечу что если регулировка тока реализована корректно, то регулировку напряжения сделали наоборот, т.е. вращение вправо уменьшает напряжение, а не увеличивает.
2. Применен один из самых распространенных ШИМ контроллеров — TL494, можно сказать классика.
3. Силовой транзистор 160N75F03, 75 вольт, 4мОм, 120А.
4. Диодная сборка MBR20100CT, оба силовых компонента установлены на отдельных радиаторах через изоляторы.

Снизу пусто, совсем пусто и кстати видно что оба регулятора установлены в нижнем плече делителя но с небольшой разницей, делитель ОС по напряжению включен в цепь выходного напряжения, а делитель ОС по току в цепь задания опорного напряжения для второго усилителя ошибки, т.е. сигнал с шунта идет прямо на вход ШИМ контроллера.
Возможно потому и получилась путаница с направлением вращения так как в случае с ОС по напряжению увеличение номинала резистора увеличивает чувствительность ОС, а в случае с током уменьшает.

Отдельное спасибо коллеге ksiman-у за предоставленную схему, думаю она здесь будет полезна.

А теперь к тестам и разным странностям в работе.
1. Стартует преобразователь как и заявлено, при 8.5 вольта на входе.
2. Но если подать 8.4 вольта и менее то получаем первую странность, без нагрузки подскакивает ток потребления и выходное напряжение становится уже не 20 вольт, как было установлено, а 85… Чуть поднимаем напряжение, легкий щелчок и имеем опять 20.
3. Минимально можно установить 11.77 вольта.
4. Если поднять напряжение выше чем установленное, то на выходе оно также начнет расти независимо от установки, это особенность StepUp преобразователей, по крайней мере с обычным диодом на выходе. Именно из-за этой особенности он не сможет ограничивать ток при КЗ на выходе.
5, 6. Максимум на выходе получил 67 вольт, напряжение стабильно что при 12, что при 24 вольта. Следует помнить, что конденсаторы стоят на 63 вольта.

Также у меня возник закономерный вопрос насчет питания ШИМ контроллера и входного напряжения. Насколько я помню, у TL494 максимальное напряжение питания 40 вольт, а заявлено входное до 50, но под радиатором нашелся узел стабилизатора питания ШИМ контроллера.

Так и есть, питается ШИМ контроллер напряжением 17.5 вольта, думаю это напряжение выбрано чтобы обеспечить 15-16 вольт в затворе силового транзистора, кстати на плате просматривается его драйвер на двух транзисторах.
Подал 50 вольт, ничего не сгорело 🙂

Из-за особенности данной топологии для проверки регулировки тока использовал нагрузку в виде светодиодной матрицы.
Ток регулируется относительно плавно и можно сказать что от нуля, по крайней мере можно установить около 30мА, но если попытаться установить еще меньше, то он будет нулевым.
Матрица была заявлена как 100Вт при 33-35 вольт потому я ограничился порогом в 3 ампера, при этом также можно выставить любое промежуточное. Напомню, что такой способ регулировки яркости светодиодов не совсем корректен так как может плыть цветовая температура.

Для проверки зависимости тока от входного напряжения установил ограничение 1.5А и входное напряжение 20 вольт, затем снизил напряжение до 10 вольт, ток немного упал, потом поднял до 30 вольт и опять ток был немного ниже установленного, но что интересно, когда опять выставил входное 20 вольт ток вернулся к предварительно установленному значению. Думаю просто немного плывет опорное напряжение, но как по мне, то не критично.

Поведение преобразователя в разных режимах.
1, 2. Входное 10 вольт, на выходе 40, без проблем получил сначала 2, а потом 2.5 ампера выходного тока, при этом по входу ток был около 11А.
3, 4. Но увидел неприятную особенность, при попытке поднять ток нагрузки до 2.7 ампера источник предсказуемо ушел в режим ограничения тока, но преобразователь пытался работать дальше, при этом на входе было 6 вольт, на выходе соответственно около 5.2-5.4, но ток по входу был 12А, а по выходу 2.7А. Судя по всему транзистор перешел в линейный режим работы и рассеивалось на нем весьма прилично. Через очень малое время напряжение по входу упало еще ниже.
Заметил я данную проблему уже когда отбирал фото так как обычно просто фотографирую процесс тестирования и не всегда замечаю что происходит.

В ходе предыдущего теста преобразователь прилично разогрелся, дал ему немного остыть и продолжил играться.
1. Входное 12 вольт, выход 19 вольт, ток 6А
2. Входное 12 вольт, выходное 24 вольта, ток 5А
3. Входное 24 вольта, выходное 36 вольт, ток 7А
4. Входное 30 вольт, выходное 48, ток 6.5А

В тестах преобразователь вел себя нормально, причем чувствовалось что запас еще есть, также обратил внимание что обычно больше греется диодная сборка чем транзистор.

Далее по задумке должен был идти тест измерения КПД, я выключил нагрузку и пошел за листиком и ручкой для записей, когда пришел, то краем глаза заметил странное моргание показания блока питания (он остался включенным). Ток скакал от нуля до 12А, также менялось и напряжение.
Выключил, попробовал запустить снова, но БП всегда уходил в режим СС, при этом напряжение на выходе почти не менялось и составляло около 3-4 вольт.
Присмотрелся к преобразователю и увидел что расплавился пластмассовый изолятор крепежного винта, т.е. предположу такой сценарий — я экспериментировал с разными нагрузками, потом выключил нагрузку, но сделал это тогда, когда преобразователь ушел в линейный режим и не заметил этого, отошел буквально на минуту, а когда пришел, транзистор получил тепловой пробой и блок питания соответственно ограничивал ток. При этом транзистор ушел не в жесткое КЗ, а имел некое сопротивление и даже пытался работать, но увы, с ним уже все.

Мне хотелось продолжать эксперименты потому сначала попробовал поставить новенький IRF3205, преобразователь без проблем заработал, но у IRF3205 напряжение максимум 55 вольт, против 75 у родного. В итоге вспомнил что есть у меня 110N8F6 оставшиеся от электронной нагрузки, они имеют напряжение до 80 вольт, правда сопротивление у них в полтора раза больше.
Вообще здесь была еще одна дилемма, IRF3205 имеет больше сопротивление, но заметно меньше емкость затвора, у 110N8F6 наоборот, сопротивление немного ниже, но емкость затвора больше (9.1нФ), в идеале было бы поставить родные, они мне даже как-то понравились по параметрам как в плане сопротивления (4мОм), так и в плане емкости (6.7нФ), но у меня их нет 🙁
Кроме того добавил теплопроводящую пасту, изначально её не было. Можно было оставить как есть, но резинки имеют структуру вафельного полотенца, т.е. квадратики с углублениями, потому решил что паста не помешает. Кроме транзистора нанес пасту и под диодную сборку.

Предвижу вопрос, а не лучше ли изолировать радиатор от платы, а не транзистор от радиатора. С точки зрения отвода тепла да, так лучше, но так вы попутно получите антенну излучающую в эфир на частоте преобразования, как минимум от радиатора транзистора.

КПД измерялся в разных режимах, для начала входное 12 вольт, выходное 19 и 24 вольта, максимальная мощность по выходу была 131Вт.
Здесь и в следующем тесте шкала по горизонтали кратна току в 0.5А.

Здесь сразу три теста, входное 24 и выходное 36 вольт, а также входное 30/36 вольт и выходное 48 вольт.
Видно что преобразователь в таком режиме добрался до заявленных 96%, максимальная мощность нагрузки в тесте была 333Вт (48 вольт 8 ампер).

Заметил что есть зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, для примера на тесте с выходным напряжением 48 вольт и током 0.5-8А.

В ходе теста на прогрев плата просто лежала на столе без активного охлаждения.

Тест проводился в двух режимах, сначала при входном 12 и выходном 24 вольта, ток нагрузки 2, 3.7 и 4.5А, первые два теста по 20 минут, третий 10 минут.
Преобразователь вел себя очень даже неплохо, собственно потому я и провел третий тест с током 4.5А.
Больше всего грелся выходной диод, 85 градусов, транзистор и дроссель имели температуру примерно на 7-10 градусов меньше.

Второй тест был при входном 30 и выходном 48 вольт, два прогона по 20 минут с токами 3 и 4.5А.
Ну здесь температура уже существенно выше, а так как и разница вход/выход больше, то увеличился нагрев транзистора и его температура превысила порог в 100 градусов.

Для большей наглядности сделал три графика потерь на преобразователе в трех режимах — 12-19В, 24-36В и 30-48В, шкала внизу кратна току нагрузки в 0.5А.
Соответственно на основании этого графика и предыдущих измерений можно оценить максимальные режимы и температуры.

Размах пульсаций по выходу измерялся как и у предыдущих преобразователей, с подключением параллельно щупу конденсаторов 1 и 0.1мкФ.
Вообще я ожидал что размах пульсаций будет большим, это характерная черта StepUp преобразователей, но как-то не думал что все будет настолько плохо.
Для начала входное напряжение 12 вольт, выходное 24, ток нагрузки 0, 1.7, 3.4 и 5.1А, при этом пульсации под нагрузкой были от 0.4 до 1 вольта!

Далее сокращенный тест в других режимах
1, 2. Входное 12 вольт, выходное 19, токи 3.5 и 7А
3, 4. Входное 24, выходное 36 вольт, токи 3.5 и 7А
5, 6. Входное 30, выходное 48 вольт, токи 3.5 и 7А.

Фактически при указанных напряжениях и токах нагрузки выходная мощность составляла примерно 40-50 и 80-100%.
В последнем режиме размах составил 1.2 вольта. Да, конечно можно сказать что основной размах не такой и большой, а полный составляют короткие импульсы, но они довольно широкие. Виной всему и сама топология преобразователя и поганые конденсаторы и неоптимальная разводка платы.

Ну и под конец сравнительное фото четырех преобразователей, три понижающих и один повышающий
1. 10 (8) ампер
2. 20 (15) ампер
3. 12 (10) ампер
4. обозреваемый

Теперь выводы и боюсь они будут неутешительными.
Нет, преобразователь работает и по своему даже неплохо, но есть куча недоработок которые могут осложнить ему жизнь и надо их учитывать при эксплуатации.
1. При входном напряжении ниже чем 8.4 вольта работает нестабильно выдавая на выход повышенное напряжение
2. При снижении входного напряжения под нагрузкой может перейти в линейный режим работы, спасает только отключение по входу. Проявляется с БП имеющим режим ограничения тока, с аккумуляторами вряд ли будет, но необходимо следить чтобы напряжение по входу не падало ниже 9-10 вольт.
3. Нагрев можно сказать что умеренный, но зависит от режима работы
4. Пульсации, для нормальной работы надо менять выходные конденсаторы на конденсаторы, а не их массогабаритные макеты, также хорошо бы поставить LC фильтр по выходу.
5. Защита от КЗ только в виде предохранителя, помните что выходное напряжение не может быть ниже входного более чем на 0.5-0.6 вольта.

Что сразу надо доработать:
1. Заменить выходные конденсаторы
2. Нанести теплопроводящую пасту и проверить прижим транзистора и диодной сборки
3. Для повышения КПД можно поставить более эффективную диодную сборку.
4. Желательно заменить или вообще убрать родные клемники.

Если коротко, работать будет, возможно даже будет работать неплохо, но если во время работы под нагрузкой напряжение сильно просядет и БП уйдет в режим СС, то будет беда. При работе от аккумуляторов должен работать неплохо, но пульсации по выходу лучше все таки фильтровать.

На этом все, надеюсь что было полезно.

Повышающие преобразователи постоянного тока. — Компоненты и технологии

Для получения высокого напряжения в системах с питанием от батарей или аккумуляторов используют последовательное включение нескольких питающих элементов. Однако из-за ограничений, накладываемых на габариты устройств, это не всегда возможно.

Выход — в использовании повышающих импульсных преобразователей постоянного тока. Принцип их действия основан на применении магнитного поля катушки индуктивности для поочередного запасания энергии и передачи ее в нагрузку с другим уровнем напряжения. Благодаря малым потерям они хорошо подходят для задач, где требуется высокий КПД. Для снижения пульсаций выходного напряжения к выходу преобразователя подключаются конденсаторы. Повышающие импульсные преобразователи, обсуждаемые в этой статье, используются для получения более высокого напряжения, в то время как понижающие импульсные преобразователи, обсуждавшиеся в предыдущей статье [1], нужны для получения более низкого напряжения. Напомним, импульсные преобразователи, имеющие внутренние ключи на полевых транзисторах, называются регуляторами, а устройства, для которых необходимы внешние полевые транзисторы, — контроллерами импульсных преобразователей.

Повышение напряжения становится возможным благодаря свойству катушки индуктивности противостоять изменениям тока. В процессе заряда катушка индуктивности играет роль нагрузки и запасает энергию, а в процессе разряда она играет роль источника энергии. Напряжение в фазе разряда зависит от скорости изменения тока, а не от исходного заряжающего напряжения. Это позволяет получить выходное напряжение, отличное от напряжения на входе.

Повышающий регулятор, упрощенная схема которого приведена на рис. 1, состоит из двух ключей, двух конденсаторов и катушки индуктивности.

Рис. 1. Схема повышающего преобразователя, отражающая две основные фазы его работы

Во избежание нежелательного «сквозного тока» управление ключами осуществляется таким образом, что только один из них активен в отдельно взятый момент времени. В фазе 1 (tON) ключ В разомкнут, а ключ А замкнут. Катушка индуктивности подключена к «земле», и ток протекает от VIN на «землю». Поскольку напряжение на катушке индуктивности имеет положительную полярность, ток возрастает, и в катушке индуктивности запасается энергия. В фазе 2 (tOFF) ключ А разомкнут, а ключ В замкнут. Катушка индуктивности подключена к нагрузке, и ток протекает от VIN в нагрузку. Поскольку напряжение на катушке индуктивности имеет отрицательную полярность, ток убывает, и энергия, запасенная в катушке индуктивности, передается в нагрузку. Указанные параметры двухфазового режима работы представлены на рис. 2 в виде временных диаграмм.

Рис. 2. Временные диаграммы работы повышающего преобразователя

Импульсный преобразователь может работать в непрерывном или прерывистом режиме. При работе в непрерывном режиме (continuous conduction mode, ССМ) ток через катушку индуктивности никогда не падает до нуля. При работе в прерывистом режиме (discontinuous conduction mode, DCM) ток через катушку индуктивности может падать до нуля. Уровень пульсаций тока, обозначенный на рис. 2 как ΔIL, определяется по формуле ΔIL = (VIN×tON)/L. В нагрузку попадает постоянный ток, равный среднему значению тока через катушку индуктивности, а ток пульсаций протекает через выходной конденсатор.

Схема повышающего импульсного преобразователя включает в себя генератор, контур управления с ШИМ и коммутируемые полевые транзисторы (рис. 3).

Рис. 3. Схема повышающего импульсного преобразователя

Преобразователи, в которых в качестве ключа В используется диод Шоттки, называются асинхронными, а преобразователи, в которых в качестве ключа В используется полевой транзистор, — синхронными. В схеме на рис. 3 ключи А и В реализованы с помощью внутреннего полевого транзистора с каналом N-типа и внешнего диода Шоттки соответственно, и, таким образом, она представляет собой асинхронный повышающий импульсный регулятор. В системах с пониженным энергопотреблением, в которых требуются изоляция нагрузки и малый ток в неактивном состоянии, можно добавить внешние полевые транзисторы, как показано на рис. 4. Подача напряжения ниже 0,3 В на вывод EN устройства отключает преобразователь и полностью отсоединяет вход от выхода.

Рис. 4. Типичная схема включения ADP1612/ADP1613

Основным рабочим режимом в современных повышающих синхронных импульсных преобразователях является режим широтно-импульсной модуляции. При этом частота импульсов поддерживается постоянной, а их длительность (tON) изменяется для регулировки выходного напряжения. Средняя мощность, выдаваемая в нагрузку, пропорциональна коэффициенту заполнения импульсной последовательности:

Например, при желаемом выходном напряжении 15 В и доступном входном напряжении 5 В:

Вследствие закона сохранения энергии входная мощность равна сумме мощности, выдаваемой в нагрузку, и любых потерь. Ввиду высокой эффективности преобразования небольшими потерями при вычислении мощности можно пренебречь. Таким образом, входной ток можно аппроксимировать выражением:

Так, например, если ток нагрузки равен 300 мА при выходном напряжении 15 В, то IIN = 900 мА при входном напряжении 5 В, то есть примерно в три раза больше выходного тока. Таким образом, с ростом выходного напряжения доступный ток нагрузки убывает.

Для стабилизации выходного напряжения в повышающих преобразователях используется обратная связь по напряжению или по току. Управляющий контур позволяет поддерживать уровень выходного напряжения при изменении нагрузки. Повышающие импульсные преобразователи для систем с малым энергопотреблением обычно работают с частотой импульсов в диапазоне от 600 кГц до 2 МГц. Работа на высокой частоте коммутации позволяет использовать катушки индуктивности меньших габаритов, однако при каждом удвоении частоты КПД падает примерно на 2%. В повышающих импульсных преобразователях ADP1612 и ADP1613 частоту коммутации можно выбрать при помощи вывода FREQ. При подключении вывода FREQ к «земле» устанавливается частота 650 кГц, при которой достигается максимальный КПД, а при подключении вывода FREQ к VIN устанавливается частота 1,3 МГц, позволяющая уменьшить габариты внешних компонентов.

Катушка индуктивности, являющаяся ключевым компонентом повышающего импульсного преобразователя, запасает энергию в интервале tON и передает эту энергию на выход через выходной выпрямитель в интервале tOFF. Для достижения компромисса между малым уровнем пульсаций тока через катушку индуктивности и высоким КПД в техническом описании ADP1612/ADP1613 рекомендуется использовать катушки индуктивности с номиналом от 4,7 до 22 мкГн. В общем случае, при одинаковых размерах, катушка с малой индуктивностью обладает бóльшим током насыщения и меньшим последовательным сопротивлением, однако при этом она также имеет больший пиковый ток, что может приводить к снижению КПД, повышенным пульсациям и росту шума. Для уменьшения габаритов катушки индуктивности и повышения стабильности лучше использовать повышающий импульсный преобразователь, работающий в прерывистом режиме. Пиковый ток через катушку индуктивности (максимальный входной ток плюс половина тока пульсаций) должен быть ниже номинального тока насыщения катушки, а максимальный постоянный входной ток должен быть ниже предельного рабочего среднеквадратического тока катушки индуктивности.

Ключевые спецификации и определения повышающего импульсного преобразователя

Диапазон входных напряжений

Диапазон входных напряжений повышающего импульсного преобразователя определяет наименьшее полезное входное напряжение питания.

Ток по цепи заземления (рабочий ток)

IQ — это постоянный ток смещения, не поступающий в нагрузку. Устройства с малым значением IQ дают больший КПД. Параметр IQ может быть указан в спецификации для различных условий работы.

Ток в неактивном режиме

Это входной ток, потребляемый при неактивном уровне сигнала на выводе разрешения. Малое значение этого тока важно для поддержания долговременной работы в режиме ожидания, когда устройство находится в «спящем» режиме.

Коэффициент заполнения импульсной последовательности

Рабочий коэффициент заполнения импульсной последовательности должен быть меньше максимального коэффициента заполнения импульсной последовательности; в противном случае стабилизация выходного напряжения поддерживаться не будет. Так, например при VIN = 5 В и VOUT = 15 В, D = (VOUT VIN)/VOUT = 67%. Максимальный коэффициент заполнения импульсной последовательности у ADP1612 и ADP1613 составляет 90%.

Диапазон выходных напряжений

Точнее — диапазон поддерживаемых выходных напряжений. Выходное напряжение повышающего импульсного преобразователя может быть фиксированным или регулируемым. Во втором случае для задания желаемого выходного напряжения используются внешние резисторы.

Предельный ток

В спецификациях на повышающие импульсные преобразователи обычно указывается предельный пиковый ток, а не ток нагрузки. Обратите внимание на то, что чем больше разница между VIN и VOUT, тем меньше доступный ток нагрузки. Максимальный доступный выходной ток определяется пиковым предельным током, входным напряжением, выходным напряжением, значением частоты коммутации и номиналом катушки индуктивности.

Стабилизация по входному напряжению

Стабилизация по входному напряжению — это изменение выходного напряжения, вызываемое изменением входного напряжения.

Стабилизация по току нагрузки

Стабилизация по току нагрузки — это изменение выходного напряжения, вызываемое изменением выходного тока.

Мягкий запуск

Важно, чтобы повышающие импульсные преобразователи имели функцию мягкого запуска, которая бы обеспечивала контролируемое линейное нарастание выходного напряжения во избежание чрезмерных выбросов выходного напряжения. Интервал мягкого запуска некоторых повышающих импульсных преобразователей можно регулировать при помощи внешнего конденсатора. Когда конденсатор мягкого запуска заряжается, он ограничивает пиковый ток. Регулируемый мягкий запуск позволяет изменять время запуска в соответствии с требованиями системы.

Отключение при перегреве (Thermal Shutdown, TSD)

Если температура полупроводникового перехода становится выше определенного предельного значения, схема отключения при перегреве отключает преобразователь. Повышенная температура полупроводниковых переходов может быть следствием работы при повышенном токе, плохого охлаждения печатной платы или высокой температуры окружающей среды. Схема защиты от перегрева имеет гистерезис, который предотвращает возврат схемы в нормальный рабочий режим до тех пор, пока температура кристалла не станет ниже предустановленного значения.

Блокировка при пониженном напряжении (Undervoltage lockout, UVLO)

Если входное напряжение становится ниже порогового значения, то микросхема автоматически отключает ключ цепи питания и переходит в режим пониженного энергопотребления. Это предотвращает возможное ошибочное поведение при низких входных напряжениях и включение мощного устройства в условиях, когда невозможно обеспечение его нормальной работы.

Заключение

ИМС повышающих импульсных преобразователей для схем с пониженным энергопотреблением избавляют разработчиков от ряда проблем при проектировании преобразователей постоянного тока, позволяя использовать апробированные решения. Примеры расчета параметров проекта и номиналов компонентов даются в разделе технического описания ИМС, посвященном ее практическому применению. Еще больше упростить задачу проектирования позволяет инструмент проектирования ADIsimPower [4]. Дополнительную информацию можно получить, связавшись с инженерами по применению компании Analog Devices или посетив технический форум компании EngineerZone по ссылке http://ez.analog.com. Руководства по выбору повышающих импульсных преобразователей компании Analog Devices, технические описания и статьи по применению можно найти на http://www.analog.com/power.

Литература

  1. Мараско К. Эффективное применение понижающих преобразователей постоянного тока производства компании Analog Devices // Компоненты и технологии. 2011. № 10.
  2. http://www.analog.com/en/power-management/switching-regulators-integrated-fet-switches/products/index.html
  3. http://www.analog.com/en/power-management/switching-controllers-external-switches/products/index.html
  4. http://designtools.analog.com/drPowerWeb/dtPowerMain.aspx
  5. Marasco K. How to Apply Low-Dropout Regulators Successfully. Analog Dialogue. 2009. Vol. 43. № 3.

Повышающий преобразователь постоянного тока с 8-32 В до 45-390 В

Для чего он нужен с такими параметрами? В принципе можно и обойтись без него, повышающий трансформатор и диодный мост могут заменить этот прибор запросто. Но небольшие габариты и возможность регулировки выходного напряжения делают этот девайс достойным того, чтобы обратить на него внимание. Утилитарное предназначение с сайта продавца:
1. Зарядка конденсаторов питания электромагнитных пушек.
2. Питание электронных устройств.
3. Испытания высоким напряжением
4. Борьба с хомяками
В данном обзоре я рассмотрю его применение в тестах китайских безродных электролитических конденсаторов.

Габариты: 60х50х22
Вес: 55 грамм
Сборка-пайка на четверочку, флюс кое-где не отмыт.


Силовой Переключающий элемент — RU7088R — MOSFET, 70V, 80A
Остальные микросхемы с заботливо потертыми производителем маркировками.
Вход защищен от переплюсовки автомобильным предохранителем на 10А.
Выходная мощность 40 Ватт (Пиковая 70 Ватт)
Максимальный ток 0,2 А
Ток покоя: 15 мА
Рабочая частота: 75 кГц
Алгоритм работы: Подаем на вход 8-32 В DC, подстроечным резистором выставляем требуемое напряжение на выходе. (изменение входного напряжения в заданном диапазоне не влияет на выходное!)
По факту при 8 вольтах преобразователь работает нестабильно. При 10 В нестабильно работает под нагрузкой. Нормально работает от 12 В и выше.
Выход Мин и Макс:


Перед тем, как перейти к экспериментам, напоминаю — на разных частях платы присутствует высокое напряжение, которое опасно для ваших любимых дорогостоящих приборов!
Купил я как-то парочку конденсаторов на Алиэкспресс и написал про них обзор: Алюминиевый электролитический конденсатор 2200 мкФ 450 В Hitachi или «Hitachi»
Кому лень ходить по ссылкам: при низковольтных измерениях – отличные конденсаторы. Но аборигены mySKU.me методом запугивания убедили меня, что вряд ли они будут работать при высоком напряжении, и красивый взрыв с эффектно разлетающимися конфетти из фольги неизбежен. Я переложил на всякий случай конденсаторы из ящика стола в сейф для хранения оружия и запретил к нему подходить всем, кроме тещи.


Собрал вот такой стенд на лоджии (благо там сейчас ремонт):

Для пущего эффекта разложил все равномерно вокруг конденсатора. Подключил и токоизмерительные клещи, и термопару примотал изолентой к корпусу- я же серьезный исследователь. Камеру засунул в аквабокс.

Подготовка

Экипировался в хоккейную ракушку, маску сварщика, в бандану из противопожарной кошмы (защитил все круглое), примотал к рукам палки для скандинавской ходьбы – манипуляторы, кнопки нажимать. Позвонил в МЧС: «Не спите». «Нет, не спим», — ответили в МЧС. «Это, вообще-то, не вопрос был, а пожелание.»
Все вроде бы готово. Обратил внимание, что ветер стих, смолкли птицы, перестал плакать маленький ребенок за стеной, только несмазанные детские качели внизу заунывно скрипели потревоженные чьей-то беспечной рукой… Хотел перекреститься, но куда-там, чертовы палки…


Включил, наблюдал в щелочку, напряжение росло. На электродах конденсатора, у меня-то нервы железные. За несколько секунд напряжение достигло максимума в 394 В, температура на корпусе электролита не менялась в течении 10 минут. Т. е. конденсатор прошел тест на живучесть. Порадовался, но чувство легкого разочарования осталось…
После выключения питания конденсатор довольно долго разряжается. Ускорение этого процесса с помощью металлического предмета приводит к вспышке, хлопку и порче металлического предмета.
Если не удалось использовать китайский электролит в качестве китайской петарды, придется его использовать по прямому назначению.
Что можно и нужно измерить? Правильно – ток утечки при заданном напряжении. У меня максимально возможное 394 В, на нем и будем мерить.

У идеального конденсатора ток утечки стремится к нулю. В реальности все не так, поэтому смотрим в таблицу и выбираем оттуда значение, которое ток не должен превышать. Для моего конденсатора 2200 мкФ на 394 вольтах не более 5,5 мА.
Схема подключения приборов при измерении:

Методика измерения — замыкаете накоротко амперметр, полностью заряжаете конденсатор, контролируя напряжение вольтметром. После полного заряда размыкаете амперметр – он показывает ток утечки. Если уверенны в своем амперметре, то можете его входы не замыкать, тогда еще и ток заряда посмотрите.


Для испытуемого конденсатора ток утечки в норме. От этого он не стал японским, но его смело можно использовать.
Выводы:
Не знаю, годен ли обозреваемый в качестве источника питания, пульсации я осциллографом не смотрел, но заряжать конденсаторы, пытать шпионов и убивать хомяков данным устройством можно.
Плюсы:
+ работает
+ приличный изменяемый диапазон выходного напряжения
+ есть возможность выбора входного напряжения
Минусы:
— можно предъявить претензии к качеству пайки и отмывки платы. Не критично, но все же.
Если нужен источник высокого напряжения, можно брать.

Повышающий DC-DC преобразователь 150 Ватт

   Повышающий DC-DC преобразователь 150 Ватт — это импульсный повышающий регулируемый стабилизатор постоянного напряжения. Имеет высокий КПД. Данный преобразователь можно применять в широком спектре устройств. К преимуществам данного преобразователя можно отнести работу в ощутимом диапазоне входного напряжения, вместе с большим КПД это дает хорошие результаты.

У преобразователь предусмотрены крепежные отверстия под винт, так же установлены монтажные столбики под винт. Есть клемные зажимы, провода можна зажать в зажимную клем колодку. Возможно использование данного преобразователя с повышенными выходными токами, но для этого прийдеться улучить охлаждение и установить вентилятор для обдува.

Спецификация продукта

  • Входное напряжение, (В.) : 10 — 32
  • Выходное напряжение, (В) : 12 — 35
  • Выходной ток нагрузки, (А, номинальный) : 6
  • Выходной ток нагрузки, (А, средний) : 10 — (повышенный нагрев)
  • Выходной ток нагрузки, (А, макс) : 16 — (с использованием улучшенного радиатора и активного охлаждения)
  • Выходная мощность, (Вт) : 150
  • Класс защиты, IP : 20
  • Размер ДxШxВ, (мм) : 65x47x27
  • Вес в упаковке, (кг) : 0,0642
Характеристики
.Артикул 00000546
.Вес в упаковке (кг) 0,0642
.Входное напряжение, В 10 — 32
.Выходное напряжение, В 12 — 35
.Выходной ток нагрузки, А 6
.Класс защиты, IP 20
.Размер ДxШxВ, мм 65x47x27

Принцип работы повышающего DC-DC преобразователя Об электровелосипедах

DC-DC преобразователи находят применение в разнообразных мобильных аппаратах, электронике, вычислительной технике, АСУ, телекоммуникационных приборах. Они применяются для повышения или понижения напряжения на выходе (Uвых) относительно его исходного значения, а также для смены полярности.

Виды DC-DC преобразователей

Есть разные типы преобразователей DC-DC:

  1. Без катушки индуктивности, собранные с использованием конденсаторов. Есть варианты с неменяющимся и настраиваемым напряжением. Такие инверторы подходят для питания нагрузок низкой мощности. Для сборки схемы регулируемого преобразователя DC-DC не нужно иметь моточные компоненты. Это позволяет собирать модули компактных размеров с минимальными расходами.
  2. С катушкой индуктивности, без гальванической развязки. Содержат 1 источник питания в изоляции. Способ преобразования (повышение, понижение, смена полярности) зависит от позиции ключа. В качестве ключевых составляющих обычно используются полевые транзисторы (FET) и биполярные транзисторы с затвором в изоляции (IGBT).

Устройства с индуктивностью бывают:

  1. Повышающего типа. Принцип работы и микросхемы DC-DC повышающих преобразователей будут рассмотрены далее.
  2. Понижающие – с транзистором-ключом. Для его управления применяется широтно-импульсный модулятор.
  3. С возможностью регулирования величины Uвых – подходят для получения повышенного или пониженного значения выходного напряжения. Находят применение в приборах, в которых напряжение задает Li-ion элемент питания, и его напряжение постепенно снижается. Такой инвертор с легкостью поддерживает заданное выходное значение.
  4. С произвольной величиной Uвых, т.е. с возможностью его повышения и понижения. Используются такие преобразователи напряжения DC-DC в схемах, в которых напряжение задает накопитель энергии Li-ion типа. Их номинальное напряжение в процессе эксплуатации элементов питания снижается, и возникает необходимость его изменения до выходного значения 3,3 В.
  • С гальванической развязкой. Содержат импульсные трансформаторы с рядом обмоток. Между цепями входа и выхода связи нет. Между значениями напряжения на концах наблюдается значительная разница потенциалов. В частности, такие конвертеры применяются в блоках питания импульсных фотовспышек с Uвых около 400 В.

Принцип работы DC-DC преобразователя

Рассмотрим принцип работы и схему подключения DC-DC преобразователя повышающего типа. Допустим, нам нужно повысить напряжение 5 В до нужной величины. Есть несколько путей для реализации этой задачи. Можно параллельно заряжать, а затем последовательно переключать конденсаторы.

Но выполнять эти действия нужно со скоростью нескольких переключений в секунду. Для этих целей и используются описываемые устройства. Они содержат минимум 2 полупроводника (диод и транзистор), минимум 1 накопитель энергии (конденсатор, катушку индуктивности или оба элемента). Для снижения пульсаций напряжения на концах конвертера устанавливаются выполненные из конденсаторов фильтры.

 

Принцип работы повышающего конвертера таков:

  1. Во включенном состоянии ключ S замкнут, и индуктивный ток возрастает. Происходит накапливание энергии индуктивностью.
  2. В выключенном состоянии ключ разомкнут. Катушка держит запас энергии в магнитном поле. Избыточная энергия из катушки повышает напряжение. Индуктивный ток следует через обратный диод D, конденсатор С и нагрузку R. Накопленная энергия частично идет к потребляющему устройству, остальная – запасается в конденсаторе.
  3. Ключ повторно замыкается. Энергия собирается в катушке индуктивности. Потребитель получает энергию из запасов конденсатора.

Фактически работа инвертора подобна действию турбины. В таком случае индуктивным дросселем выступает турбина, заслонкой, управляющей водным потоком – транзистор, диодом – клапан, а конденсатором – накопительный резервуар. Вначале выполняется разгон турбины при помощи открытия заслонки. Вода в процессе слива отчасти отдает энергию маховику и раскручивает его.

Затем заслонка закрывается. Вращающаяся турбина толкает воду, в результате чего клапан приоткрывается, и вода частично поступает в накопитель. Остальная часть водного потока идет к потребителю, но уже имеет возросшее давление от накопителя. Ход воды в обратном направлении блокируется клапаном. На последнем этапе турбина замедляется. Повторно открывается заслонка, и вода вращает маховик. Потребитель на этом этапе получает воду из накопительного резервуара. Далее цикл повторяется.

Читайте в нашей предыдущей статье о переделке велосипеда в e-bike для езды со скоростью 50–60 км/ч.

 

Перейти в раздел инверторы DC-DC

 

Повышающие преобразователи

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Разберитесь в принципах работы повышающих преобразователей.
  • • Переключающий транзистор
  • • Цепь маховика
  • Обратите внимание на ограничения выходного напряжения.
  • Распознавайте различные источники входного сигнала.
  • Понять взаимосвязь между шириной импульса переключения и выходным напряжением.

Повышающий преобразователь

Импульсные источники питания могут использоваться для многих целей, включая преобразователи постоянного тока в постоянный. Часто, хотя источник постоянного тока, такой как батарея, может быть доступен, его доступное напряжение не подходит для питаемой системы. Например, двигатели, используемые в электромобилях, требуют гораздо более высоких напряжений, порядка 500 В, чем те, которые могут питаться от одной батареи. Даже если бы использовались батареи батарей, дополнительный вес и занимаемое пространство были бы слишком велики, чтобы их можно было использовать на практике.Решением этой проблемы является использование меньшего количества батарей и повышение доступного постоянного напряжения до необходимого уровня с помощью повышающего преобразователя. Другая проблема с батареями, большими или маленькими, заключается в том, что их выходное напряжение изменяется по мере использования доступного заряда, и в какой-то момент напряжение батареи становится слишком низким для питания цепи, на которую подается питание. Однако, если этот низкий выходной уровень можно снова повысить до полезного уровня с помощью повышающего преобразователя, срок службы батареи может быть увеличен.

Вход постоянного тока в повышающий преобразователь может быть от многих источников, а также от батарей, таких как выпрямленный переменный ток от сети или постоянный ток от солнечных панелей, топливных элементов, динамо-машин и генераторов постоянного тока. Повышающий преобразователь отличается от понижающего преобразователя тем, что его выходное напряжение равно или превышает его входное напряжение. Однако важно помнить, что, поскольку мощность (P) = напряжение (V) x ток (I), если выходное напряжение увеличивается, доступный выходной ток должен уменьшаться.

Рис.3.2.1 Базовая схема повышающего преобразователя

На рис. 3.2.1 показана принципиальная схема повышающего преобразователя. Однако в этом примере переключающий транзистор представляет собой силовой полевой МОП-транзистор, при переключении мощности используются как биполярные силовые транзисторы, так и полевые МОП-транзисторы, выбор определяется током, напряжением, скоростью переключения и соображениями стоимости. Остальные компоненты такие же, как те, что используются в понижающем преобразователе, показанном на рис. 3.1.2, за исключением того, что их положение было изменено.

Повышающий преобразователь Работа

Рис. 3.2.2 Работа повышающего преобразователя при включении

На рис. 3.2.2 показано действие схемы во время начального высокого периода высокочастотной прямоугольной волны, подаваемой на затвор полевого МОП-транзистора при запуске. В это время полевой МОП-транзистор проводит ток, замыкая короткое замыкание с правой стороны L1 на отрицательную входную клемму питания. Следовательно, ток течет между положительной и отрицательной клеммами питания через L1, который накапливает энергию в своем магнитном поле.В остальной части цепи практически не протекает ток, поскольку комбинация D1, C1 и нагрузки представляет собой гораздо более высокий импеданс, чем путь непосредственно через полевой МОП-транзистор с высокой проводимостью.

Рис. 3.2.3 Токовый путь при выключенном полевом МОП-транзисторе

На рис. 3.2.3 показан путь тока во время низкого периода цикла прямоугольной волны переключения. Поскольку полевой МОП-транзистор быстро выключается, внезапное падение тока заставляет L1 производить обратную ЭДС. с противоположной полярностью по отношению к напряжению на L1 в течение периода включения, чтобы ток не протекал.Это приводит к двум последовательным напряжениям: питающему напряжению V IN и противоэдс (V L ) на L1, последовательно соединенных друг с другом.

Это более высокое напряжение (V IN + V L ), теперь, когда нет пути тока через MOSFET, смещает D1 в прямом направлении. Результирующий ток через D1 заряжает C1 до V IN + V L за вычетом небольшого прямого падения напряжения на D1, а также питает нагрузку.

Рис. 3.2.4 Токовый путь с MOSFET на

Фиг.3.2.4 показывает действие схемы во время MOSFET в периоды после первоначального запуска. Каждый раз, когда полевой МОП-транзистор проводит, катод D1 более положительный, чем его анод, из-за заряда на C1. Таким образом, D1 выключен, поэтому выход схемы изолирован от входа, однако нагрузка продолжает получать питание V IN + V L от заряда на C1. Хотя заряд C1 уходит через нагрузку в течение этого периода, C1 перезаряжается каждый раз, когда MOSFET выключается, таким образом поддерживая почти постоянное выходное напряжение на нагрузке.

Теоретическое выходное напряжение постоянного тока определяется входным напряжением (V IN ), деленным на 1 минус рабочий цикл (D) сигнала переключения, который будет некоторым числом от 0 до 1 (соответствует от 0 до 100%) и поэтому может быть определена по следующей формуле:

Пример:

Если прямоугольная волна переключения имеет период 10 мкс, входное напряжение составляет 9 В, а включение составляет половину периодического времени, то есть 5 мкс, то выходное напряжение будет:

В ВЫХ = 9 / (1-0.5) = 9 / 0,5 = 18 В (минус падение напряжения на выходном диоде)

Поскольку выходное напряжение зависит от рабочего цикла, важно, чтобы он точно контролировался. Например, если рабочий цикл увеличился с 0,5 до 0,99, полученное выходное напряжение будет:

В ВЫХОД = 9 / (1- 0,99) = 9 / 0,01 = 900 В

Однако, прежде чем этот уровень выходного напряжения будет достигнут, это, конечно, может привести к серьезным повреждениям (и появлению дыма), поэтому на практике, если схема не предназначена специально для очень высоких напряжений, изменения в рабочем цикле сохраняются намного ниже, чем указано в этом примере.

Рис. 3.2.5 Работа повышающего преобразователя

Нажмите кнопку воспроизведения, чтобы начать.

Просмотрите пути тока в периоды включения и выключения переключающего транзистора. Обратите внимание, что работа в течение первого периода включения отличается от более поздних периодов, поскольку конденсатор (C) не заряжается до конца первого периода включения.

Посмотрите, как магнитное поле вокруг индуктора растет и схлопывается, и наблюдайте за изменением полярности напряжения на L.

Наблюдайте за эффектом пульсации во время включения и выключения переключающего транзистора.

См. Входное напряжение и обратную ЭДС. В L добавить, чтобы получить выходное напряжение больше, чем входное напряжение.

Щелкните паузу, чтобы удерживать видео во включенном или выключенном состоянии.

Нажмите «Воспроизвести», чтобы продолжить воспроизведение видео с точки удержания.

I.C. Повышающий преобразователь

Рис. 3.2.6 Типичный I.C. Повышающий преобразователь (LM27313)

Из-за легкости, с которой повышающие преобразователи могут подавать большие перенапряжения, они почти всегда будут включать некоторые регуляторы для управления выходным напряжением, а их много I.Cs. изготовленные для этой цели Типичный пример I.C. Повышающий преобразователь показан на рис. 3.2.6, в данном примере — LM27313 от Texas Instruments. Этот чип разработан для использования в системах с низким энергопотреблением, таких как КПК, фотоаппараты, мобильные телефоны и устройства GPS.

В этой схеме соответствующая часть выходного напряжения (V OUT ), зависящая от соотношения R2: R3, используется в качестве образца и сравнивается с опорным напряжением внутри I.C. Это создает напряжение ошибки, которое используется для изменения рабочего цикла переключающего генератора, позволяя получить диапазон автоматически регулируемых повышающих напряжений от 5 В до 28 В.

LM27313 содержит внутренний генератор, работающий на фиксированной частоте около 1,6 МГц. Переключающий транзистор FET также является внутренним и переключает ток через L1 через клемму SW. Также обратите внимание, что для D1 используется диод Шоттки с соответствующими номинальными значениями напряжения и тока, чтобы минимизировать потери из-за прямого падения напряжения на диоде и обеспечить высокую скорость переключения. I.C. также имеет функцию отключения (SHDN), управляемую внешней логикой, с помощью которой повышающий преобразователь может быть отключен, когда он не требуется, для экономии заряда батареи.

Цепи защиты

Другие функции безопасности, обеспечиваемые I.C. отключение по перегрузке по току, при котором переключатель отключается от цикла к циклу, если обнаружен слишком большой ток, и возможность отключения по перегреву.

Устойчивость

Еще одна проблема, с которой сталкиваются разработчики высокочастотных повышающих преобразователей, — это стабильность, поскольку на частотах МГц как отрицательная, так и положительная обратная связь может возникать просто из-за электромагнитных полей, излучаемых между компонентами внутри схемы, особенно там, где компоненты схемы находятся в непосредственной близости, как в макеты поверхностного монтажа.Поэтому C2 добавляется для повышения стабильности и предотвращения возможных колебаний из-за возникновения нежелательной положительной обратной связи.

Как выбрать индуктор для повышающего преобразователя

Ниже приведены пошаговые инструкции по выбору катушки индуктивности для повышающего преобразователя. Это доказано многими продуктами, выпущенными на рынок.

1. Выберите значение индуктивности

а. Определите частоту коммутации повышающего преобразователя

.

Пример: Fsw = 300 кГц

г.Определите входное и выходное напряжение

Пример: Vin = 12 В, Vout = 24 В

г. Определить рабочий цикл

Рабочий цикл = 1 — (Vin / Vout)

Пример:

Рабочий цикл = 1 — (Vin / Vout) = 1 — (12V / 24V) = 50%

г. Знайте максимальный ток нагрузки, (Iload)

Пример: Iload_max = 10A

e. Знать входной ток (Iin)

Входной ток = Vout X Iload_max / Vin

Пример:

Входной ток = Vout X Iload_max / Vin = 24 В X 10 A / 12 В = 20 A

Приведенное выше уравнение — это всего лишь быстрый метод; не так точно, но более чем достаточно для работы.

ф. Предположим пульсирующий ток (пульсация)

Чтобы определить величину индуктивности, необходимо принять ток пульсаций.

Практическое правило — 10% -30% входного тока.

Пример: пульсация = 10% X Iin = 0,1 X 20A = 2A

г. Вычислите значение индуктивности, используя уравнение ниже

.

L = [(Рабочий цикл / Fsw) X Vin] / [пульсация]

Пример:

L = [(0,5 / 300 кГц) X 12 В] / [2A] = 10 мкГн

Где;

Рабочий цикл

— рабочий цикл повышающего преобразователя

Fsw — Частота коммутации повышающего преобразователя

Vin — входное напряжение повышающего преобразователя

Vsw_drop — падение напряжения на переключателе (для идеального можно принять 0)

Ripple — пульсации тока индуктора

Vout — Выходное напряжение повышающего преобразователя

2.Выбор значения индуктивности на основе каталожной детали и повторный расчет тока пульсации

Если полученное значение индуктивности не является стандартным значением, вам необходимо выбрать стандартное значение. Затем перепишите уравнение индуктивности, чтобы получить соответствующий ток пульсаций на основе выбранной индуктивности.

Вычисленная выше индуктивность уже является стандартным значением.

3.

Вычислить пиковый ток (Ipeak)

Пиковый ток будет основой номинального тока насыщения катушки индуктивности.Фактическая катушка индуктивности должна иметь номинальный ток насыщения выше, чем вычисленный пиковый ток.

Ipeak = [Пульсация рабочего цикла X — 2 X Нагрузка — рябь] / [2 X (Рабочий цикл — 1)]

Пример:

Ipeak = [0,5 X 2A — 2 X 10A — 2A] / [2 X (0,5 — 1)] = 21A

4.

Вычислить среднеквадратичный ток

Среднеквадратичный ток необходим для определения номинального продолжительного тока индуктора.

Irms = [рябь / sqrt (3)] + Ipeak — рябь

Пример:

Irms = [пульсация / sqrt (3)] + Ipeak — пульсация = [2A / sqrt (3)] + 21A — 2A = 20.15А

5.

Окончательный выбор детали

Выберите индуктивность с индуктивностью 10 мкГн. Выберите тот, который имеет наименьший допуск. Среднеквадратичное значение тока индуктора должно быть выше 20,15 А. Считайте максимальное напряжение 75%. Номинальный ток насыщения индуктора должен быть выше 21 А. Подойдет 75% максимального стресса.

Связанные

Импульсный преобразователь постоянного тока в постоянный

»Примечания по электронике

— краткое изложение или учебное пособие по схеме и работе повышающего или повышающего регулятора с использованием методов импульсного источника питания.


Схемы источников питания SMPS Праймер и руководство Включает:
Импульсный источник питания Как работает SMPS Понижающий понижающий преобразователь Повышающий повышающий преобразователь Конвертер Buck Boost

См. Также: Обзор электроники блока питания Линейный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Одним из преимуществ технологии импульсного источника питания является то, что ее можно использовать для создания повышающего или повышающего преобразователя / регулятора.

Повышающие преобразователи или регуляторы

используются во многих случаях от небольших источников питания, где может потребоваться более высокое напряжение, до гораздо более высоких требований к мощности.

Часто существуют требования к напряжению выше, чем обеспечивается доступным источником питания — напряжения для усилителей мощности ВЧ в мобильных телефонах — лишь один из примеров.

Основы повышающего повышающего преобразователя

Схема повышающего преобразователя во многом похожа на понижающий преобразователь. Однако топология схемы повышающего преобразователя немного отличается.Основная схема повышающего преобразователя или повышающего преобразователя состоит из катушки индуктивности, диода, конденсатора, переключателя и усилителя ошибки со схемой управления переключателем.

Схема повышающего повышающего преобразователя работает за счет изменения количества времени, в течение которого индуктор получает энергию от источника.

На основной блок-схеме работы повышающего преобразователя можно увидеть, что выходное напряжение, возникающее на нагрузке, воспринимается усилителем считывания / ошибки и генерируется напряжение ошибки, которое управляет переключателем.

Обычно переключатель повышающего преобразователя управляется широтно-импульсным модулятором, переключатель остается включенным дольше, поскольку нагрузка потребляет больше тока и напряжение имеет тенденцию падать, и часто используется генератор фиксированной частоты для управления переключением.

Работа повышающего преобразователя

Повышающий преобразователь работает относительно просто.

Когда переключатель находится в положении ON, выход индуктора соединен с землей, и на него подается напряжение Vin.Ток индуктора увеличивается со скоростью Vin / L.

Когда переключатель переводится в положение ВЫКЛ, напряжение на катушке индуктивности изменяется и становится равным Vout-Vin. Ток, протекающий в катушке индуктивности, спадает со скоростью, равной (Vout-Vin) / L.

На принципиальной схеме повышающего преобразователя можно увидеть формы сигналов тока для различных областей схемы, как показано ниже.

Из диаграмм формы сигналов видно, что входной ток повышающего преобразователя выше, чем выходной ток.Предполагая, что он идеально эффективен, то есть повышающий преобразователь без потерь, выходная мощность должна равняться входной мощности, т.е. Из этого видно, что если выходное напряжение выше входного, то входной ток должен быть выше выходного.

На самом деле ни один повышающий преобразователь не будет работать без потерь, но уровень КПД около 85% и более достижим для большинства источников питания.


Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Повышающие (повышающие) регуляторы

| Analog Devices

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:
Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.
Аналитические / рабочие файлы cookie:
Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.
Функциональные файлы cookie:
Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.
Целевые / профилирующие файлы cookie:
Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.
Отклонить файлы cookie

Широкий VIN и проблемы высокой мощности с повышающими преобразователями

Производители полупроводников разработали инновационные технологии производства, которые позволяют интегрировать несколько компонентов и кристалл ИС преобразователя постоянного тока в один модуль. Производство такого модуля dc-dc включает в себя следующее:

  • Защита связанного с ним кристалла от окружающей среды.
  • Электронный путь от кристалла к его внешним цепям.
  • Способ крепления модуля к плате.
  • Достаточно контактов ввода / вывода для размещения сложных схем.
  • Возможность интеграции нескольких компонентов в модуль.
  • Средство для отвода тепла от модуля.

Монтаж на печатной плате

Модуль будет установлен на печатной плате, поэтому он должен использовать метод, используемый в полупроводниках.Один метод монтажа аналогичен корпусу полупроводников с плоскими выводами QFN, который физически и электрически соединяет полупроводники с печатными платами. Контактные площадки по периметру на дне корпуса QFN обеспечивают электрические соединения с печатной платой (рис. 1) . Другие плоские полупроводниковые корпуса без выводов, которые могут быть использованы, — это рамка с микро выводами (MLF) и без выводов с малым контуром (SON).

1. Корпус QFN имеет контактные площадки на дне и открытую площадку для отвода тепла.

В корпусе QFN используются контактные площадки ввода / вывода по периметру для облегчения трассировки печатной платы, а технология открытой медной контактной площадки обеспечивает хорошие тепловые и электрические характеристики. Эти особенности делают QFN идеальным выбором для многих модульных приложений, где важны размер, вес, тепловые и электрические характеристики. Формат пакета QFN предлагает следующие преимущества:

  • Пониженная индуктивность выводов
  • Малогабаритная зона основания «почти в масштабе микросхемы»
  • Тонкий профиль
  • Малый вес

Если необходимо обеспечить большое количество выводов ввода / вывода, можно использовать технологию сборки массива наземной сетки (LGA) с прямоугольной сеткой контактов на нижней стороне модуля (рис.2) . Не все строки и столбцы сетки нужно использовать. Модули LGA могут устанавливаться либо в розетку, либо припаиваться с использованием методов поверхностного монтажа.

2. Массив LGA имеет сетку контактов, которая соединена с сеткой контактов на печатной плате.

Шаровая сетка (BGA) — еще один вариант для получения нескольких контактов ввода / вывода (рис. 3) . Это устройство для поверхностного монтажа, используемое для постоянного монтажа полупроводников. BGA может иметь больше соединительных выводов, чем может быть размещено на корпусе полупроводников с двумя линиями.

3. BGA использует решетку из шариков припоя для передачи электрических сигналов на / от печатной платы.

Шарики припоя

BGA могут быть равномерно разнесены друг от друга без случайного соединения их вместе. Шарики припоя сначала помещаются в нижнюю часть модуля в виде сетки, а затем нагреваются. Используя поверхностное натяжение при плавлении шариков припоя, модуль можно выровнять с печатной платой. Шарики припоя охлаждаются и затвердевают при сохранении точного и постоянного расстояния между ними.

Усадка преобразователя мощности

Около пяти лет назад производители полупроводников начали производить модули преобразователей постоянного тока, которые включают компоненты, встроенные в модуль, а не внешние по отношению к устройству. Помимо предоставления места для интегрированных компонентов, новые производственные технологии должны были быть рентабельными. Индукторы были одними из первых пассивных компонентов внутри модуля. Это стало возможным благодаря работе на достаточно высокой частоте переключения, позволяющей использовать индуктор небольшого физического размера.

Помимо индуктора, новое поколение устройств объединяет большее количество компонентов. Примером может служить регулятор LTM8058 μModule, впервые разработанный Linear Technology, ныне Analog Devices (рис. 4) . Этот модуль объединяет контроллеры переключения, силовые полевые транзисторы, катушки индуктивности и все вспомогательные компоненты в стандартном модуле формата BGA. Для модуля требуются только внешние входные и выходные конденсаторы.

4. Внутренняя конструкция микромодуля LTM8058 (Analog Devices) включает изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный, который обеспечивает 2.Выход от 3 до 13 В при 440 мА. Он размещен в модуле BGA размером 9 × 11,25 × 4,92 мм.

В настоящее время микромодуль с наивысшим номинальным выходным током — это LTM4639, который представляет собой полнофункциональный высокоэффективный импульсный понижающий стабилизатор постоянного и постоянного тока с выходом на 20 А. В комплект входят контроллер переключения, силовые полевые транзисторы, катушка индуктивности и компоненты компенсации. LTM4639 работает в диапазоне входного напряжения от 2,375 до 7 В и поддерживает диапазон выходного напряжения от 0,6 до 5,5 В, задаваемый одним внешним резистором.Требуется всего несколько входных и выходных конденсаторов.

Одним из способов охлаждения модуля является использование самой печатной платы для распределения мощности, рассеиваемой внутри модуля. Это можно сделать, разместив переходные отверстия под модулем и вокруг него для распределения тепла по слоям печатной платы. Переходные отверстия действуют как очень хорошие электрические проводники к внутренним плоскостям и служат тепловыми трубками, позволяя печатной плате действовать как теплоотвод.

Для достижения наилучших характеристик и надежности модуль следует эксплуатировать как можно более холодным, чтобы в лучшей конструкции было как можно больше переходных отверстий, которые могут соответствовать занимаемой площади модуля.Однако каждое переходное отверстие начинается как отверстие, просверленное в плате, что уменьшает количество меди, присутствующей на слоях печатной платы для обеспечения электропроводности. Возможно, слишком много переходных отверстий, поэтому следуйте рекомендациям по проектированию вашей организации.

Упаковка

Analog Devices еще больше подтолкнула интеграцию компонентов с LTM4661, синхронным повышающим преобразователем µModule, который использует преимущества небольшого размера и минимального количества внешних компонентов, позволяя ему поместиться в небольшом пространстве. Его 6,25 × 6.Модуль BGA размером 25 × 2,42 мм включает двухфазный импульсный контроллер постоянного и переменного тока, силовые полевые МОП-транзисторы, катушки индуктивности и компоненты вспомогательной схемы. Его единственные внешние требования — три конденсатора и один резистор, завершающие конструкцию. Он предназначен для работы от –40 до 125 ℃. Высокий уровень интеграции регуляторов μModule упрощает задачу проектирования печатных плат.

Стратегия проектирования LTM4661 (рис. 5) заключалась в том, чтобы минимизировать количество внешних компонентов за счет включения нескольких в устройство, в том числе:

  • Резистор настройки частоты коммутации 28 кОм
  • Резистор 100 кОм внутренний и 31.Резисторы внешней обратной связи 6 кОм (комплект V OUT )
  • Внутренняя сеть частотной компенсации
  • Четыре силовых полевых МОП-транзистора
  • Две катушки индуктивности (поскольку внутренняя архитектура LTM4661 представляет собой двухфазный синхронный повышающий стабилизатор с двумя выходами)

Texas Instruments (TI) применила свои новые технологии производства для двух типов своих наномодулей: MicroSiP и MicroSiL. MicroSIL включает только катушку индуктивности, а MicroSiP, которое является действительно универсальным решением, включает в себя входной конденсатор, выходной конденсатор и катушку индуктивности.Модули MicroSiL имеют тип крепления QFN, включая термопрокладку, которая помогает отводить тепло от этих более мощных устройств MicroSiL. Устройства MicroSiP работают при более низких токах. Большинство MicroSiP имеют максимальную высоту 1 мм, хотя некоторые — 1,1 мм. Устройства MicroSiL обычно имеют большую высоту из-за более высокой индуктивности, используемой для более высоких токов.

Глядя на MicroSiP, показанный на Рис. 6 , мы можем увидеть его зеленую ламинированную подложку FR-4 с красителем PicoStar; кремниевый кристалл встроен внутрь.Вдобавок сверху есть индуктор; высота пайки BGA снизу определяет размер MicroSiP.

6. Устройства MicroSiP сконструированы на подложке печатной платы, с индуктивностью микросхемы и керамическими конденсаторами, припаянными сверху, а паяные выступы BGA снизу.

MicroSiP имеет меньший размер решения, чем MicroSIL. Когда вы складываете компоненты вертикально, а не бок о бок на печатной плате, это уменьшает размер x и y. Высота, конечно, немного увеличивается, когда вы складываете компоненты друг на друга, но для многих приложений это не важно.Размер x, y у MicroSiP примерно на 45% меньше, чем у эквивалентного дискретного решения.

Интеграция всех компонентов в одну конструкцию дает воспроизводимые и ожидаемые характеристики электромагнитных помех и шума по сравнению с традиционной компоновкой печатной платы. И это верно для разных систем и разных проектов.

Нано-модуль с выходным током 1 А

LMZM23601 — это понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток MicroSiP, который преобразует входное постоянное напряжение от 4 до 36 В в более низкое постоянное напряжение с максимальной выходной мощностью до 1 А.Этот наномодуль включает в себя конденсатор V CC , загрузочный конденсатор и катушку индуктивности. Устройство доступно на ленте и катушке и совместимо с захватом и перемещением (рис. 7) .

7. LMZM23601 представляет собой 10-контактный наномодуль размером 3,0 × 3,8 × 1,6 мм, который обеспечивает полный фиксированный выход 3,3 или 5 В с выходом 1 А. При добавлении входных и выходных конденсаторов площадь основания 2 составляет 27 мм.

LMZM23601 требует очень мало внешних компонентов для полноценного преобразователя постоянного тока в постоянный.При 3,3 В или 5 В опция фиксированного выходного напряжения требует добавления только внешнего входа и выходного конденсатора. Версия с регулируемым выходным напряжением позволяет устанавливать выходное напряжение от 2,5 до 15 В с помощью двух дополнительных резисторов обратной связи.

TI также представила понижающий модуль на 5,5 В, который обеспечивает истинный непрерывный выходной ток 6 А с КПД до 95% (рис. 8) . Модуль DC-DC TPSM82480 объединяет силовые полевые МОП-транзисторы и экранированные катушки индуктивности в крошечный низкопрофильный корпус для приложений с ограниченным пространством и высотой, таких как телекоммуникации в точке нагрузки, сети и источники питания для испытаний и измерений.

8. Характеристики наномодуля TPS82480 6-A dc-dc от Texas Instruments.

TPSM82480

TI с высокой степенью интеграции поддерживает требуемый выходной ток 6 А во всем температурном диапазоне без дополнительного воздушного потока. Это достигается с помощью двухфазной топологии управления, которая распределяет нагрузку между фазами, чтобы обеспечить высокую эффективность и сбалансированную работу. Дополнительные функции включают регулируемый плавный пуск, выбор напряжения (VSEL) для поддержки нескольких каскадов процессора и индикатор хорошего энергопотребления.

24-контактный модуль QFM похож на QFN, за исключением того, что у него другая компоновка контактных площадок.

Керамические силовые модули

Vicor использует другую модульную конструкцию. Платформа ChiP (преобразователь, размещенный в корпусе) представляет собой керамический модуль постоянного тока (DCM), который использует усовершенствованные магнитные структуры, интегрированные в межсоединительные подложки высокой плотности с силовыми полупроводниками и управляющими ASIC (рис. 9) . ЧИП обеспечивают превосходный контроль температуры и высокую удельную мощность.

9. Семейство DCM Vicor с широким диапазоном входных сигналов (вход от 43 до 154 В). ЧИП 3623 (36 × 23 мм) имеют выходное напряжение постоянного тока от 3,3 до 48 В и уровни мощности до 240 Вт.

Модуль ChiP представляет собой изолированный регулируемый преобразователь постоянного тока в постоянный, который может работать от нерегулируемого широкодиапазонного входа для генерации изолированного выхода постоянного тока. Благодаря топологии высокочастотного переключения при нулевом напряжении преобразователь DCM неизменно обеспечивает высокий КПД во всем диапазоне входного напряжения.

Что такое повышающие, повышающие и понижательно-повышающие преобразователи постоянного тока?

Понижающие, повышающие и понижательно-повышающие преобразователи постоянного тока

широко используются в энергетике. поставлять конструкции, и были в течение многих лет. Они популярны благодаря своей простоте, невысокой стоимости и высокой стоимости. эффективность. Не используется трансформатор в конструкции и поэтому нет изоляции между входным напряжением и выходное напряжение.

В этом посте я объясню различия между этими тремя преобразователями и проведу общий обзор того, как они работают.(Следует отметить, что на упрощенной схеме показаны диоды и переключатели, в действительности полевые транзисторы используются в качестве синхронных выпрямителей для снижения потерь и повышения эффективности).

Понижающий преобразователь снижает напряжение и выходное напряжение ниже чем входное напряжение. См. Рисунок 1.

Рисунок 1: Понижающий преобразователь

Когда транзистор S включен, энергия накапливается в катушке индуктивности L в виде тока. течет к нагрузке, и конденсатор C заряжается.Когда S выключен, запасенная энергия в L высвобождается, и ток течет в нагрузку и циркулирует через диод D. Конденсатор C также подает энергию на нагрузку. Это повторяется на высоких частотах, более 100 000 раз в секунду. Продолжительность включения S определяет выходное напряжение.

Повышающий преобразователь увеличивает напряжение, а выходное напряжение выше входного напряжения. См. Рисунок 2.


Рисунок 2: Повышающий преобразователь

Когда транзистор S включен, ток течет через индуктивность L, через транзистор S обратно на вход.В течение этого периода энергия накапливается в индуктор. Когда транзистор S выключен, катушка индуктивности действует источник напряжения последовательно с входным напряжением. Накопленная в индукторе энергия циркулирует через диод D в нагрузку. Это заряжает конденсатор C до более высокого уровня, чем входное напряжение. Опять же, продолжительность включения S определяет выходное напряжение.

Эта топология повышающего преобразователя также используется в большинстве систем управления коэффициентом мощности (PFC). секции источников питания AC-DC.Управляющая ИС, конечно, отличается, так как ее Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что потребляемый переменный ток имеет синусоидальную форму. При высоком линейном напряжении более 240 В переменного тока Входной постоянный ток может быть выше, чем напряжение на конденсаторе C. Это уменьшит повышающий преобразователь PFC. производительность и коэффициент мощности будут немного ухудшены.

Понижающий-повышающий преобразователь представляет собой комбинацию понижающего и повышающего преобразователя. конвертер. Выходное напряжение может быть выше или ниже входного.См. Рисунок 3.

Рисунок 3: Понижающий преобразователь

Как видите, схема более сложная и состоит из большего количества компонентов. S2, L и D2 — это повышающий преобразователь (S1 включен), а S1, L и D1 — понижающая секция (S2 выключен).

Многие производители, такие как TDK-Lambda, предлагают как повышающие, так и понижающие конвертеры. С меньшим количеством компонентов и сложность, понижающий преобразователь будет предлагать более низкую стоимость, более высокую эффективность и либо меньший корпус, либо большая выходная мощность.

Рис. 4. Преобразователь TDK-Lambda i7C 300 Вт buck-boos tDC-DC

Властелин


Pololu — Повышающие регуляторы напряжения

Преобразователи

Boost генерируют регулируемое выходное напряжение, превышающее входное напряжение. Для быстрого сравнения в следующей таблице показаны некоторые ключевые характеристики регуляторов в этой категории:

Регулятор Выходное напряжение (В) Макс вход ток Мин. Входное напряжение КПД типовой Размер Цена
Семейство U3V70x 5, 6, 7.5, 9, 12, 15
4,5 — 20
8 А 2,9 В 80% — 95% 0,6 ″ × 1,6 ″ 12,95–16,95 долл. США
Семейство U3V50x 5, 6, 9, 12, 24
4–12
9–30
5 А 2,9 В 80% — 95% 0,6 ″ × 1,9 ″ от 20,95 до 25,49 долларов
# 2563: U1V10F3 3,3 1,2 А 0,5 В 65% — 85% 0.35 ″ × 0,45 ″ $ 4,49
# 2564: U1V10F5 5 1,2 А 0,5 В 70% — 90% 0,35 дюйма × 0,45 дюйма $ 4,49
# 2560: U1V11A 2 — 5,25 1,2 А 0,5 В 70% — 90% 0,45 дюйма × 0,6 дюйма $ 5,49
# 2561: U1V11F3 3,3 1,2 А 0.5 В 70% — 90% 0,45 дюйма × 0,6 дюйма $ 4,95
# 2562: U1V11F5 5 1,2 А 0,5 В 70% — 90% 0,45 дюйма × 0,6 дюйма $ 4,95
# 2115: U3V12F5 5 1,4 А 2,5 В 80% — 90% 0,32 дюйма × 0,515 дюйма $ 7.95
# 2116: U3V12F9 9 1.4 А 2,5 В 80% — 90% 0,32 дюйма × 0,515 дюйма $ 7.95
# 2117: U3V12F12 12 1,4 А 2,5 В 80% — 90% 0,32 дюйма × 0,515 дюйма $ 7.95
# 2114: 3,3 В NCP1402 3,3 0,35 А 0,8 В 75% — 90% 0,33 дюйма × 0,5 дюйма $ 4,95
# 791: Регулируемое усиление 2.5–9,5 В 2,5 — 9,5 2 А 1,5 В 80% — 90% 0,42 дюйма × 0,88 дюйма $ 11.95
# 799: Регулируемое усиление 4–25 В 4–25 2 А 1,5 В 80% — 90% 0,42 дюйма × 0,88 дюйма $ 11.95

Сравнить все товары в этой категории

Подкатегории

Эти мощные синхронные импульсные регуляторы повышения эффективно генерируют более высокие выходные напряжения (до 20 В) при входных напряжениях всего лишь 2.9 В при входном токе до 8 А. Они оснащены защитой от обратного напряжения и, в отличие от большинства повышающих регуляторов, предлагают функцию полного отключения, которая отключает питание нагрузки.

Эти импульсные повышающие регуляторы эффективно генерируют более высокие выходные напряжения (до 30 В) при входном напряжении от 2,9 В при входном токе до 5 А. Они оснащены защитой от обратного напряжения.


Продукция в категории «Повышающие регуляторы напряжения»

Этот крошечный (0.35 ″ × 0,45 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V10F3 эффективно генерирует 3,3 В из входного напряжения всего 0,5 В. В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V10F3 автоматически переключается в режим линейного понижающего регулирования, когда входное напряжение превышает выходное. Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетами и перфорированными платами.

Этот крошечный (0,35 ″ × 0,45 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V10F5 эффективно вырабатывает 5 В при входном напряжении всего 0.5 В. В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V10F5 автоматически переключается в режим линейного понижающего регулирования, когда входное напряжение превышает выходное. Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетами и перфорированными платами.

Этот компактный (0,45 ″ × 0,6 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V11A эффективно повышает входное напряжение от 0,5 В до регулируемого выходного напряжения от 2 В до 5,25 В . В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V11A предлагает функцию истинного отключения, которая отключает питание нагрузки и автоматически переключается в режим линейного понижающего регулирования, когда входное напряжение превышает выходное.Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетами и перфорированными платами.

Этот компактный (0,45 ″ × 0,6 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V11F3 эффективно генерирует 3,3 В при входном напряжении всего 0,5 В. В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V11F3 предлагает функцию истинного отключения, которая включает отключает питание нагрузки, и он автоматически переключается в режим линейного понижающего регулирования, когда входное напряжение превышает выходное.Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетами и перфорированными платами.

Этот компактный (0,45 ″ × 0,6 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V11F5 эффективно генерирует 5 В при входном напряжении всего 0,5 В. В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V11F5 предлагает функцию полного отключения, отключает питание нагрузки, и он автоматически переключается в режим линейного понижающего регулирования, когда входное напряжение превышает выходное.Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетами и перфорированными платами.

Компактный (0,32 ″ × 0,515 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U3V12F5 принимает входное напряжение от 2,5 В и эффективно повышает его до 5 В . Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетами и перфорированными платами.

Компактный (0,32 ″ × 0,515 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U3V12F9 принимает входное напряжение всего 2.5 В и эффективно повышает его до 9 В . Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетами и перфорированными платами.

Компактный (0,32 ″ × 0,515 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U3V12F12 принимает входное напряжение от 2,5 В и эффективно повышает его до 12 В . Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетами и перфорированными платами.

Этот компактный повышающий (или повышающий) регулятор генерирует 3.3 В при напряжении всего 0,8 В и выдаче до 200 мА, что делает его идеальным для питания небольших электронных проектов на 3,3 В от одного или двух NiMH, NiCd или щелочных элементов.

Этот мощный регулируемый регулятор повышающего напряжения может генерировать выходное напряжение до 9,5 В при низком входном напряжении 1,5 В в компактном корпусе размером 0,42 дюйма x 0,88 дюйма x 0,23 дюйма. Подстроечный потенциометр позволяет установить выходное напряжение повышающего регулятора в диапазоне от 2,5 до 9,5 В .

Этот мощный регулируемый повышающий стабилизатор может генерировать выходное напряжение до 25 В при входном напряжении всего 1.5 В в компактном корпусе размером 0,42 дюйма x 0,88 дюйма x 0,23 дюйма. Подстроечный потенциометр позволяет установить выходное напряжение повышающего регулятора в диапазоне от 4 до 25 В .

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.