Простой повышающий преобразователь схема. Простые повышающие преобразователи DC/DC своими руками: схемы и инструкции по сборке

Как собрать простой повышающий DC/DC преобразователь своими руками. Какие схемы можно использовать для преобразования низкого напряжения в более высокое. Какие компоненты нужны для сборки преобразователя напряжения. На каких принципах работают простые повышающие преобразователи.

Принцип работы простого повышающего DC/DC преобразователя

Повышающий DC/DC преобразователь предназначен для увеличения входного напряжения постоянного тока до более высокого уровня выходного напряжения. Основной принцип работы таких преобразователей заключается в следующем:

• При включении ключа S напряжение на катушке индуктивности L становится равным входному, и ток через катушку начинает линейно возрастать
• При выключении ключа S катушка стремится поддерживать ток через себя, создавая напряжение противоположной полярности
• Это напряжение складывается с входным, обеспечивая на выходе более высокое напряжение
• Процесс периодически повторяется, поддерживая на выходе повышенное напряжение
• Сглаживающий конденсатор на выходе фильтрует пульсации

Таким образом, за счет периодического накопления энергии в магнитном поле катушки и ее последующего «выброса» удается повысить выходное напряжение.

Простая схема повышающего преобразователя 5В в 12В

Рассмотрим простую схему преобразователя для повышения входного напряжения 3-5В до выходного 12В:

• Входное напряжение: 3-5В
• Выходное напряжение: около 12В
• Выходной ток: до 20 мА
• КПД: около 77%

Основные компоненты схемы:

• Транзисторы T1 и T2
• Индуктивность L1 = 330 мкГн
• Диоды D1 и D2
• Конденсаторы C1 и C2

Принцип работы заключается в генерации импульсов транзистором T1, которые заряжают индуктивность L1. При закрывании T1 энергия индуктивности «выбрасывается» через диод D1, заряжая конденсатор C2 до повышенного напряжения.

Схема двуполярного питания ±5В от батареи 1.2В

Интересная схема позволяет получить двуполярное питание ±5В от одной батарейки с напряжением 1.2В:

• Входное напряжение: 1.2В
• Выходное напряжение: +5В и -5В
• Выходной ток: до 10 мА
• КПД: около 60%

Ключевые компоненты:

• Транзисторы T1 и T2
• Индуктивность L1 = 270 мкГн
• Диоды D1-D3
• Стабилитрон D4 на 5.1В

Преобразователь работает по принципу накачки заряда и использует стабилитрон для стабилизации выходного напряжения. Несмотря на низкий КПД, схема позволяет получить двуполярное питание от одной батарейки.

Обратноходовой преобразователь 1.5В в 30В

Схема обратноходового преобразователя позволяет получить высокое выходное напряжение от низковольтного источника:

• Входное напряжение: 1.5В
• Выходное напряжение: до 30В

Основные компоненты:

• Транзистор T1 (NPN)
• Индуктивность L1 (20 витков на ферритовом кольце)
• Диод D1 (Шоттки)
• Конденсаторы C1 и C2

Схема работает по принципу «похитителя джоулей», используя обратноходовой режим индуктивности. Это позволяет достичь значительного повышения напряжения при высокой эффективности.

Преобразователь 3.7В в 24В на таймере 555

Интересная схема преобразователя на популярной микросхеме таймера 555:

• Входное напряжение: 3.7-5В
• Выходное напряжение: 24В (регулируется)

Ключевые элементы:

• Микросхема таймера 555
• Транзистор TIP31
• Индуктивность
• Диод
• Конденсаторы

Таймер 555 генерирует импульсы для управления транзистором. Индуктивность накапливает и отдает энергию, повышая напряжение. Выходное напряжение можно регулировать, изменяя параметры цепи обратной связи.

Практические рекомендации по сборке преобразователей

При самостоятельной сборке повышающих DC/DC преобразователей следует учитывать несколько важных моментов:

• Выбирайте компоненты с соответствующими параметрами по току и напряжению
• Используйте качественные индуктивности и конденсаторы для уменьшения потерь
• Обеспечьте хороший теплоотвод для силовых компонентов
• Тщательно разводите печатную плату для минимизации паразитных индуктивностей
• Применяйте быстродействующие диоды Шоттки
• Для повышения КПД используйте МОП-транзисторы вместо биполярных
• Проверяйте работу схемы на различных нагрузках

Соблюдение этих рекомендаций позволит собрать эффективный и надежный повышающий преобразователь напряжения своими руками.

Области применения простых повышающих преобразователей

Самодельные повышающие DC/DC преобразователи могут найти применение в различных областях:

• Питание маломощных устройств от батареек
• Повышение напряжения солнечных панелей
• Создание высоковольтных источников для ионизаторов воздуха
• Питание светодиодных сборок
• Зарядные устройства для мобильной электроники
• Лабораторные источники питания
• Питание радиопередатчиков

Простота схем и доступность компонентов делают такие преобразователи привлекательными для радиолюбителей и разработчиков электронных устройств.

Преимущества и недостатки простых схем

Простые схемы повышающих DC/DC преобразователей имеют свои плюсы и минусы:

Преимущества:

• Простота конструкции
• Доступность компонентов
• Низкая стоимость
• Возможность самостоятельной сборки
• Наглядность принципа работы

Недостатки:

• Относительно низкий КПД
• Ограниченная выходная мощность
• Отсутствие защит от перегрузки
• Повышенный уровень пульсаций
• Необходимость настройки

Несмотря на недостатки, простые схемы повышающих преобразователей остаются популярными среди радиолюбителей и позволяют на практике изучить принципы преобразования напряжения.

Простые повышающие DC/DC преобразователи своими руками для батарейного питания

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:

Рис. 1 — 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:

Рис. 3 — Преобразователь, собранный по схеме № 1

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.

Рис.7 — 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.

Преобразователь напряжения своими руками пошагово: инструкция, схемы и чертежи

Автор: Издательство «Семейный очаг»

Преобразователи напряжения сейчас очень популярны. В первую очередь ими пользуются владельцы авто, чтобы заряжать устройства не выходя из машины.

Правда, за универсальный прибор приходится отдавать довольно много денег. Поэтому многие любители электроники собирают простые преобразователи напряжения 220в своими руками.

Для это цели могут использоваться самые разные устройства. Чтобы не испортить проводку, необходимо соблюдать технику безопасности и строго следовать выбранной схеме, не меняя элементы местами.

• Схема преобразователя

• Трансформатор с открыты выпрямителем

• Модель с фазными выпрямителями

• Использование усилителей

• Устройства на двойном резисторе

• Использование трансивера

• Простой повышающий напряжение преобразователь

• Фото самодельного преобразователя

Схема преобразователя

Простая схема преобразователя напряжения, которую вы можете сделать собственноручно,

состоит из таких элементов:

• электрической катушки;
• трансформатора;
• тетрода;
• резисторов.

В этой ситуации выпрямители имеют различную частоту. Иногда, чтобы стабилизировать напряжение, устанавливают фильтры. Также в системе должны присутствовать регуляторы напряжения. Часто используются для этой цели инерционные усилители. Если говорить о преобразователе 12-220 при 50 А., он дополнительно имеет резонаторы, нужные для генерации импульсов.

Если представленное описание разных конструкций выпрямителей будут вам непонятны, найдите и изучите фото преобразователей напряжения, сделанных своими руками или видео самого процесса установки элементов.

Трансформатор с открыты выпрямителем

Собрать такой преобразователь своими руками очень просто. Сначала нужно установить катушку с первичной обмоткой. Выбирайте те, которая выдержит напряжение больше 30Ом. Сам выпрямитель монтируется по соседству с тетродом.

Резисторы лучше выбирать открытого вида. В этой схеме усилитель устанавливать нельзя. Если вы собираете прибор на 60 А, они должны быть припаяны рядом с катушкой. Когда все готово, закрепляются клеммные колодки.

Модель с фазными выпрямителями

Простой преобразователь напряжения для дома с фазным выпрямителем обязательно оснащают индуктором на 40 Ом. Для этой схемы нужны будут хроматические тиристоры. Внимательно выбирайте трансформатор.

Некоторые эксперты советуют применять понижающие модели, но их не всегда удается найти в продаже. Именно поэтому, многие мастера до сих пор используют силовые модели. Для этой схемы понадобится только один усилитель. Трансформатор подключается к тетроду посредством дросселя.

Чтобы увеличить проводимость тока, можно использовать резонаторы. Обязательно проверяйте предельное напряжение трансформатора посредством специальных приборов. Чтобы тетрод не перегорел, воспользуйтесь стабилитроном. Для этой модели выпрямителя лучше приобрести двухконтактную версию. В самом конце операции не забудьте зафиксировать клеммные колодки.

Использование усилителей

Сейчас в профильных магазинах в основном встречаются двухканальные усилители. Кроме наличия двух каналов, остальные характеристики могут значительно отличаться. В этом случае целесообразнее выбирать те из них, которые имеют высокую электропроводность.

Обязательно учитывайте, что предельное напряжение используемых усилителей не должно быть меньше 220В. Начните сборку устройства с установки индукционной катушки. Для изготовления платформы, на которую будут установлены части системы, выбирают материал, не проводящий ток, например деревянную доску.

Как только катушка будет закреплена, установите трансформатор. Тетрод и усилитель должны находиться радом друг с другом. Чтобы стабилизировать напряжение, вам понадобится 2 фильтра.

Устройства на двойном резисторе

Преобразователь на двойном резисторе используется значительно реже других моделей устройства. Это связано с резкими скачками частот. Для такого преобразователя нужно использовать нисходящие тиристоры. Чтобы уменьшить амплитуду помех, сначала устанавливают трансформатор, а лишь потом катушку.

Фильтры для конвертера можно выбрать сетчатой модификации. В некоторых приборах регулирования частоты используются регуляторы. Кроме того, для инвертора должна быть установлена индикационная система. Клеммные колодки закрепляются на выходе трансформатора.

Использование трансивера

Понижающий преобразователь напряжения своими руками можно собрать с использованием понижающего напряжение трансформатора. В этом случае понадобится три усилителя. Один из них устанавливают непосредственно за индуктором. Другие два располагают за трансформатором. Для успешной работы прибора будет достаточно одного фильтра. Трансивер подключается к преобразователю через дроссель.

Для повышения проводимости тока можно использовать стабилитрон. Регулятор частоты должен быть установлен, если катушка доступна при 50 А. В других случаях необходимости распределять нагрузку нет. Фильтр обеспечит безопасную работу устройства.

Простой повышающий напряжение преобразователь

Чтобы сделать повышающий преобразователь напряжения своими руками, установите по схеме биполярные транзисторы предвыходного каскада КТ973 (можно заменить на BD140) и выходные транзисторы КТ80. Трансформатор силовой цепи выбирайте исходя из предполагаемой мощности преобразователя. В этом случае вы можете использовать практически любой.

Две штатные вторичные обмотки нужно перемотать на нужное мне напряжение. Каждая из этих обмоток выполняется двумя эмаль-проводами с сечением 0.17 мм.кв. Теперь концы обмоток нужно соединить.

На трансформатор поступают импульсы прямоугольной формы. Чтобы в выходной цепи трансформатора был нормальный синусоидальный сигнал, нужно точно выбирать конденсатор C5. Если у вас есть осциллограф, отследить синусу на выходе.

В этом случае лучше использовать аккумулятор из нескольких литий-ионных элементов, общей емкостью 5200 мА/ч. Для корректной работы устройства и равномерного заряда, применяется плата балансировки литиевых аккумуляторов. Данный преобразователь имеет ток холостого хода 0.67A.

С помощью преобразователя вы сможете заряжать разные приборы и цифровые гаджеты как дома, так и в машине.

Фото самодельного преобразователя

4 схемы простого повышающего преобразователя

В этом посте объясняются схемы, которые можно построить и использовать для преобразования входного напряжения постоянного тока низкого уровня в выходное напряжение постоянного тока более высокого уровня.

Что такое повышающий преобразователь

Схема повышающего преобразователя постоянного тока предназначена для повышения или повышения малых уровней входного напряжения до требуемого более высокого уровня выходного напряжения, отсюда и название «повышающий» преобразователь. Поскольку эти схемы в основном повышают низкое напряжение до более высоких уровней напряжения, они также известны как повышающие преобразователи.

Хотя схема повышающего преобразователя может включать множество сложных этапов и вычислений, здесь мы увидим, как ее можно построить с использованием минимального количества компонентов и с эффективными результатами.

По сути, повышающий преобразователь работает за счет колебательного тока через катушку или индуктор, при этом напряжение, индуцируемое в индукторе, преобразуется в повышенное напряжение, величина которого зависит от числа витков и ШИМ частоты колебаний.

Основной принцип работы повышающего преобразователя

Ссылаясь на рисунок выше, основной принцип работы топологии повышающего преобразователя можно понять из следующих пунктов:

Когда переключатель S включен, напряжение катушки UL становится равным входному напряжению и току через катушка начинает увеличиваться линейно.

Затем, если переключатель S находится в положении OFF, катушка обеспечивает протекание через нее тока независимо от того, насколько повышается выходное напряжение. Ток в этот момент протекает через диод D.

В этой ситуации напряжение катушки UL отрицательное, а выходное напряжение выше входного. В результате ток, протекающий через катушку, линейно уменьшается. В течение этого периода катушка подает на выход повышенное, повышенное напряжение.

После этого, если снова включить переключатель S, процесс повторяется. Вышеописанный процесс повторяется непрерывно до тех пор, пока переключатель S повторно включается/выключается. Это приводит к тому, что на выходе постоянно подается повышенное напряжение. Сглаживающий конденсатор гарантирует, что повышенное напряжение правильно отфильтровано и является чистым постоянным током.

1) Схема простого повышающего преобразователя 5 В в 12 В

Поправка: L1 = 330 мкГн

В первой концепции, как показано на рисунке выше, входное напряжение постоянного тока может быть в диапазоне от 3 В до 5 В. Мы можем отрегулировать выходное напряжение до 12 В или любого другого желаемого напряжения, настроив стабилитрон D2.

Таким образом, когда выходное напряжение имеет тенденцию к чрезмерному увеличению, рабочая точка T2 смещается, в результате чего T1 включается на более короткое время (или не включается вообще).

Можно ожидать, что повышенное выходное напряжение составит около 12,6 В при выходном токе 20 мА. Входной ток при входном напряжении 5 В будет около 64 мА.

Это означает КПД 77%, что совсем неплохо для такой простой схемы.

2) Как получить двойное питание +5 В, -5 В от 1,2 В

Если вы ищете схему для повышения напряжения питания NiCd 1,2 В до 5 В, вы можете использовать эту вторую схему ниже. Кроме того, эта схема позволит вам получить двойное питание +5 В и -5 В от входа с одним источником питания 1,2 В постоянного тока.

Список деталей

• Все резисторы составляют 1/4 ватты 5%, если не указано
• R1, R5 = 1 K
• R2, R3 = 100 Ом
• R4 = 2,2 K
• . 25 В Электролитический
• C2 = 0,01 мкФ Керамический диск
• C3 = 1 мкФ / 25 В Электролитический
• C4 = 0,1 мкФ Керамический диск
• C5 = 10 мкФ / 25 В Электролитический
• 30, D
• Полупроводники 9, D FR107
• D4 = стабилитрон 5,1 В 1/2 Вт
• T1 = 2N2222
• T2 = 2N2907
• Катушка индуктивности
• L1 = 270 мкГн 500 мА

Повышающий преобразователь в основном состоит из T1, L1 и D1. Стабилитрон D4 выполняет функцию обратной связи на базе транзистора Т2 и обеспечивает необходимую стабилизацию схемы.

Максимальный выходной ток этой схемы составляет около 10 мА при +/- 5 В.

Схема обеспечит максимальный КПД 60%, что выглядит не слишком впечатляюще. Однако при входном постоянном напряжении всего 1,2 В вы не можете обойтись без большего.

3) Обратноходовой повышающий преобразователь от 1,5 В до 30 В с использованием одного биполярного транзистора

В третьей схеме повышающего преобразователя, показанной ниже, используется топология обратного хода с похитителем джоулей.

Список деталей

• R1 = 1K 1/4 Ватт
• D1 = 1N4148 или диод Schottky, такой как FR107 или BA159
• T1 = NPN Power BJT, такой как TIP31, 2N222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222. )
• C1 = 0,0047 мкФ
• C2 = 1000 мкФ/25 В

Катушка индуктивности состоит из 20 витков суперэмалированного медного провода на ферритовом тороиде T13. Толщина провода может соответствовать требованию выходного тока.

В приведенной выше конструкции один биполярный транзистор и катушка индуктивности — это все, что нужно для визуализации невероятного повышения напряжения от 1,5 В до 30 В.

Схема работает с использованием концепции похитителя джоулей и использует индуктор в обратноходовом режиме для создания заданного высокоэффективного выходного сигнала.

Использование концепции обратного хода позволяет изолировать две стороны трансформатора и обеспечивает более высокий КПД, поскольку нагрузка может работать во время отключения биполярного транзистора, что, в свою очередь, предотвращает перегрузку биполярного транзистора.

Экспериментируя, я обнаружил, что добавление конденсатора C1 резко улучшило производительность схемы, без этого конденсатора выходной ток не выглядел слишком впечатляющим.

4) Преобразователь 3,7 В в 24 В

Теперь давайте обратимся к нашей четвертой конструкции повышающего преобразователя, которая повышает входное напряжение 3,7 В постоянного тока до 24 В постоянного тока на выходе. Эта простая схема построена с использованием схемы IC 555 для повышения напряжения USB с 5 В до 24 В или любого другого желаемого уровня. Та же конструкция может быть использована для повышения напряжения 3,7 В до 24 В от литий-ионного элемента.

Вышеуказанная схема может регулироваться обратной связью, как показано ниже:

Идея выглядит достаточно просто. IC 555 настроен как нестабильный мультивибратор, частота которого определяется значениями резисторов и конденсатора на выводах № 7 и № 6/2.

Эта частота подается на базу управляющего транзистора TIP31 (неверно показан как BD31). Транзистор колеблется с той же частотой и заставляет питающий ток колебаться внутри подключенной катушки индуктивности с той же частотой.

Выбранная частота насыщает катушку и повышает напряжение на ней до большей амплитуды, которая составляет около 24 В. Это значение можно настроить еще выше, изменив витки катушки индуктивности и частоту микросхемы.

Ссылки на видео для приведенных выше схем повышающего преобразователя приведены ниже:

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете общаться через комментарии, я буду очень рад помочь!

Простая схема повышающего преобразователя постоянного тока с использованием микросхемы таймера 555

В этом проекте мы создаем схему повышающего преобразователя с использованием микросхемы таймера 555. Повышающий преобразователь — это неизолированный импульсный источник питания, который используется для повышения напряжения. Другими словами, он дает более высокое выходное напряжение по сравнению с входным напряжением. Схема очень похожа на понижающий преобразователь, который мы разработали для управления двигателем и светодиодной лентой, которая используется для снижения входного напряжения. Повышающие преобразователи находят применение во многих наших повседневных устройствах, это очень распространенные схемы силовой электроники, которые широко используются с солнечными панелями и другими технологиями сбора урожая, и являются одними из самых важных схем в наше время. В этой статье мы узнаем о понижающих преобразователях и разработаем очень простой повышающий преобразователь, используя таймер 555 и IRFZ44N , N-канальный МОП-транзистор. Посмотреть простые и интересные схемы силовой электроники можно здесь.

Работа повышающего преобразователя постоянного тока

Повышающий преобразователь используется для увеличения выходного напряжения за счет уменьшения тока. Это достигается за счет накопления энергии в катушке индуктивности, а поскольку энергия в катушке индуктивности не может измениться мгновенно, поэтому, он начинает накапливать энергию в своем магнитном поле. Ток через индуктор определяется как I _{индуктор = V/R}  и, поскольку сопротивление и ток постоянны, единственным значением, которое может измениться, является напряжение. Как показано на рисунке ниже, катушка индуктивности подключена последовательно к источнику напряжения, чтобы постоянно включать и выключать цепь, переключатель подключен параллельно источнику напряжения и катушке индуктивности, для достижения быстрого переключения мы используем МОП-транзистор вместе с драйвером МОП-транзистора. . Цепь подключена к нагрузке и параллельно ей конденсатор. Чтобы остановить ток, текущий обратно от конденсатора, между конденсатором и полевым МОП-транзистором используется диод.

Катушка индуктивности пытается сопротивляться изменению тока, чтобы обеспечить постоянный входной ток, поэтому повышающий преобразователь действует как источник постоянного тока, а нагрузка действует как источник постоянного напряжения. Эта схема очень похожа на понижающий преобразователь и иногда называется обратным понижающим преобразователем . N-канальный полевой МОП-транзистор управляется сигналом ШИМ, мы использовали таймер IC 555 для подачи выходного сигнала на МОП-транзистор. Конденсатор используется для хранения заряда и обеспечения постоянного выхода на нагрузку. Схема работает в 2 этапа, в 1 ^ст. ступень, переключатель включен, а на 2 ^й ступени переключатель находится в выключенном состоянии.

Стадия 1: переключатель включен: режим зарядки

В этом состоянии переключатель MOSFET включен. Используемый нами полевой МОП-транзистор представляет собой N-канальный полевой МОП-транзистор IRFZ44N, контакт затвора которого подключен к контакту 3 таймера IC555. Когда переключатель находится в состоянии ON, он замыкает цепь на катушке индуктивности, и на нее подается напряжение, что приводит к возникновению магнитного поля вокруг нее. Так как он предлагает путь с очень низким сопротивлением, все напряжение проходит через переключатель и возвращается к источнику питания, как это отмечено красной линией на рисунке ниже.

Конденсатор, который ранее был заряжен во время последней стадии, пытается разрядиться от MOSFET, и чтобы остановить это, мы используем диод, чтобы остановить заряд от конденсатора, протекающий в обратном направлении.

Стадия 2: Переключатель выключен: режим разрядки

Когда переключатель находится в выключенном состоянии, путь зарядки катушки индуктивности не завершен, поэтому полярность катушки индуктивности меняется на противоположную, и магнитное поле вокруг нее разрушается в результате генерируется скачок напряжения, который проходит через диод и заряжает конденсатор. Совокупная энергия катушки индуктивности и источника используется для зарядки конденсатора, а также проходит через нагрузку.

Рабочий цикл:

Общее время цикла переключения называется периодом времени (T), время включения и время выключения переключателя задается T _на и T _на соответственно. Поэтому:

T = T  on  + T  off  

Частота (f ) определяется как —

f = 1 / (T  на  + T  на  ) 

Рабочий цикл (D) определяется общим временем, в течение которого переключатель включен, по отношению к общему периоду времени. Рабочий цикл определяется как:

D = T  на  / T 

Используя закон Кирхгофа для напряжения, мы можем получить установившееся состояние повышающего преобразователя. Здесь мы будем считать, что схема является идеальной схемой, и мощность не теряется в течение всего процесса, то есть:

V  in  = V  out  

Теоретически за один полный цикл чистое изменение тока дросселя равно нулю, а отношение входного напряжения V _in к выходному напряжению (V _out ) определяется выражением:

V  in  / V  out   = 1 / (1-D) 

Теоретически 0 < D <1, но если мы назначим 1 в качестве рабочего цикла, то отношение станет бесконечным, чего невозможно достичь.

Расчетное значение индуктора:

Мы знаем, что средний входной ток (I _avg ) равен среднему току индуктора (I _Lavg ). Следовательно, средний ток дросселя можно рассчитать по формуле:

Пульсирующий ток дросселя обычно составляет 20-40% от среднего выходного тока.

Расчет зарядного конденсатора:

Расчет времени заряда конденсатора T _c  = R*C

Здесь R — сопротивление цепи зарядки, а C — емкость конденсатора. В нашей схеме, приведенной ниже, цепь зарядки следует по пути, отмеченному красным, то есть R3 > D2 > C2.

Для расчета значений входного резистора и конденсатора вы также можете использовать этот онлайн-калькулятор.

Расчет выходного конденсатора:

Выбор компонентов

Я разработал схему на Eschema, KiCad и сделал расчет необходимых компонентов, используя приведенные выше формулы. Затем я сделал схему на хлебной доске. Принципиальная схема, разработанная в KiCad, приведена ниже.

Требуемые компоненты:

• 1 x NE555
• 1 x IRFZ44N – МОП-транзистор N-канального типа
• 1 x 100 мкГн, дроссель
• 1 х 1 кОм, резистор
• 2 диода IN4001
• 1 диод IN5822
• 1 х 100 нФ, конденсатор
• 1 х 1 нФ конденсатор
• 1 х 50кОм потенциометр
• 2 x 2-контактный разъем (для подключения входа и выхода схемы)

Что следует помнить при выборе компонента:

МОП-транзистор : вам нужно выбрать МОП-транзистор, который сможет выдержать максимальное выходное напряжение, поэтому его напряжение пробоя должно быть выше, чем максимальное выходное напряжение преобразователь.

Диод : Для операций с низким напряжением я использовал IN5822, потому что низкая скорость 1n4007 делает его непригодным для наших операций. Нам нужно выбрать быстрый диод, я попытался использовать диод 1n4007 в качестве выходного диода, но из-за проблем с производительностью я заменил его на более быстрый IN5822.

Работа схемы повышающего преобразователя

Схема использует микросхему 555 в нестабильном режиме в качестве генератора ШИМ, и, следовательно, вся схема основана на том же. Соединения всех 8 контактов указаны ниже:

• Контакт 1 подключен к шине заземления.
• Контакт 2 и контакт 6 с заземлением через конденсатор емкостью 1 нФ.
• Контакт 3 подает выходной сигнал и, таким образом, подключен к затвору IRFZ44N, N-канального МОП-транзистора. Этот вывод отвечает за передачу ШИМ-выхода на затвор MOSFET.
• Контакт 4 необходимо подключить к источнику питания
• Контакт 5 помогает стабилизировать выход, поэтому он подключен к земле через конденсатор 0,01 мкФ. Это также помогает в обеспечении иммунитета против электрических помех.
• Контакт 7 подключен к инвертированному диоду; соединение соединено с положительной шиной через резистор 1K.
• Контакт 8 должен быть подключен к источнику питания.

Основным компонентом любого SMPS является переключатель, здесь в этой схеме мы используем N-канальный полевой МОП-транзистор IRFZ44N в качестве переключателя. Он управляется слабым сигналом от IC 555, поэтому затвор IRFZ44N подключен к 555IC. Сток обеспечивает отрицательное управление переключением цепи, а исток подключается к земле. Он имеет следующую спецификацию

VDSS = 55 В

RDS(on) = 17,5 мОм

ID = 49 А

Тестирование 555 Цепь повышающего преобразователя постоянного тока на основе таймера Аккумулятор был заряжен примерно до 3,4 В. Я подключил элемент к повышающему преобразователю, и напряжение на нем показало значение 7,5 В. Изображение выхода на выходе повышающего преобразователя показано ниже.

Чтобы проверить ток, я заменил провод мультиметра на датчик тока (не забудьте выбрать настройку 10 А или 20 А на мультиметре, чтобы защитить его от повреждения). Ток показывал 3,2 А, поэтому эта схема может производить около 30 Вт. Схема работала правильно и смогла повысить напряжение.

Отсутствие обратной связи приводит к падению напряжения в цепи, когда к ней подключена нагрузка. Обратная связь, используемая повышающими преобразователями, гарантирует, что рабочий цикл остается стабильным, даже когда нагрузка подключена. Мы можем легко обеспечить обратную связь, используя микроконтроллер для измерения изменения выходного сигнала, а затем изменяя входное сопротивление, что делает эту схему более полезной и практичной для большинства операций.

Это очень простая, но эффективная схема, которую можно использовать, если вам нужно более высокое напряжение, чем может обеспечить ваш источник напряжения, при этом уменьшая потери мощности в вашей схеме. Эта схема была в состоянии дать мощность более 30 Вт. Тем не менее, для создания схемы рекомендуется использовать как минимум перфорированную плату, поскольку обычные макетные платы предназначены для приложений с низким энергопотреблением.