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Spannungswandler-Gleichstromkreis und Betrieb. Leistungsstarker DC-DC-Wandler. Do-it-yourself-DC-Boost-Spannungswandler
sind elektronische Geräte, mit denen Sie eine von der Eingangsspannung abweichende Ausgangsspannung erhalten können.

Geregelte Leistungsmodule (DC-DC-Wandler) dienen zum Aufbau von Stromschienen in Stromkreisen mit galvanischer Trennung. Sie werden häufig zur Stromversorgung verschiedenster elektronischer Geräte eingesetzt, finden sich aber auch in Steuerkreisen, in Geräten der Kommunikations- und Computertechnik.


Arbeitsprinzip

Das Funktionsprinzip liegt im Namen selbst. Gleichspannung wird in Wechselspannung umgewandelt. Danach hebt oder senkt es sich, anschließend richtet es sich auf und führt es dem Gerät zu. Gleichspannungswandler, die nach dem oben genannten Prinzip arbeiten, werden Pulswandler genannt. Der Vorteil von Pulsumrichtern ist ein hoher Wirkungsgrad: rund 90 %.


Arten von DC-DC-Wandlern
Abwärtswandler

Die Ausgangsspannung dieser Wandler ist niedriger als die Eingangsspannung. Beispielsweise kann bei einer Eingangsspannung von 12-50 V mit solchen DC-DC-Wandlern am Ausgang eine Spannung von mehreren Volt erhalten werden.


DC-Aufwärtswandler

Die Ausgangsspannung dieser Wandler ist höher als die Eingangsspannung. Beispielsweise ist bei einer Eingangsspannung von 5 V mit Spannungen bis zu 30 V am Ausgang zu rechnen.


Auch Spannungswandler unterscheiden sich im Design. Sie können sein:

Modular
Dies ist der am weitesten verbreitete Typ von DC-DC-Wandlern, der eine große Anzahl verschiedener Modelle umfasst. Der Wandler ist in einem Metall- oder Kunststoffgehäuse untergebracht, das den Zugriff auf interne Elemente ausschließt.
Zur Leiterplattenmontage

Diese Konverter sind speziell für die Montage auf einer Leiterplatte konzipiert. Sie unterscheiden sich von modularen dadurch, dass sie keinen Körper haben.


Hauptmerkmale
Betriebsparameter

Der Eingangsspannungsbereich bezieht sich auf die Spannung am Eingang, bei der der Konverter im Normalmodus gemäß seiner erklärten Funktionalität arbeitet.

Der Ausgangsspannungsbereich umfasst die Parameter, die der DC-DC-Wandler im Normalbetrieb ausgeben kann.

Der Leistungskoeffizient (COP) ist das Verhältnis der Eingangs- und Ausgangsleistungswerte. Der Wirkungsgrad hängt von einer Reihe von Bedingungen ab, der höchste Wirkungsgrad wird jedoch bei der maximal zulässigen Last erreicht. Je größer der Unterschied zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad.

Begrenzung des Ausgangsstroms. Dieser Schutz ist in den meisten modernen Stabilisatormodellen verfügbar. Es funktioniert wie folgt: Sobald der Ausgangsstrom den eingestellten Wert erreicht, sinkt die Eingangsspannung. Nachdem der Wert des Ausgangsstroms in den zulässigen Bereich gelangt, wird die Spannungsversorgung wieder aufgenommen.


Genauigkeitsparameter

Pulsieren. Selbst unter idealen Bedingungen sind bestimmte „Geräusche“ vorhanden, so dass es unmöglich ist, sie vollständig zu beseitigen. Die Maßeinheiten sind mV. Manchmal gibt der Hersteller daneben „rr“ an, was den Bereich der Welligkeitsspannung angibt – von der minimalen negativen Spitze bis zur maximalen positiven.


Betrachten und vergleichen Sie die Arbeit mehrerer geregelter Spannungswandler unterschiedlicher Preiskategorien. Beginnen wir vom Einfachen zum Komplexen.


Beschreibung

Bei diesem Modell handelt es sich um einen preiswerten Miniatur-DC-DC-Wandler, mit dem Sie kleine Batterien laden können. Maximaler Ausgangsstrom: 2,5 A, sodass Batterien mit einer Kapazität von mehr als 20 Amperestunden diesen Konverter lange aufladen können.

Dieses Gerät eignet sich am besten für Einsteiger, die auf seiner Basis ein Netzteil mit einer Ausgangsspannung von 0,8 V bis 20 V und einem Ausgangsstrom von bis zu 2 A zusammenbauen können. Gleichzeitig werden sowohl die Ausgangsspannung als auch der Ausgangsstrom angepasst kann angepasst werden.

Dieser Stabilisator kann bis zu 5 A aushalten, in der Praxis ist bei diesem Stromwert jedoch ein Kühlkörper erforderlich. Ohne Kühlkörper hält der Stabilisator bis zu 3 A aus.



Funktional

Der Spannungswandler XL4005 wird nicht umsonst als „einstellbar“ bezeichnet. Es gibt mehrere Anpassungen. Einer der wertvollsten Vorteile ist die Möglichkeit, den Ausgangsstrom zu begrenzen. Sie können beispielsweise die Ausgangsstrombegrenzung auf 2,5 A einstellen und der Strom wird diesen Wert niemals erreichen, da es sonst sofort zu einem Spannungsabfall kommt. Dieser Schutz ist besonders beim Laden von Batterien relevant.

Das Vorhandensein von LEDs weist auch darauf hin, dass der vorgestellte Stabilisator perfekt für Ladezwecke geeignet ist. Es gibt eine LED, die aufleuchtet, wenn sich der Stabilisator im Strombegrenzungsmodus befindet, also wenn der Ausgangsstrom-Überlastschutz aktiviert ist. An der Seite der Unterseite befinden sich zwei weitere LEDs: Eine funktioniert, wenn der Ladevorgang läuft, die andere leuchtet, wenn der Ladevorgang beendet ist.


Es ist erwähnenswert, dass es sich um ein sehr erschwingliches und benutzerfreundliches Modell handelt, das der angegebenen Funktionalität voll und ganz entspricht.

Betrachten Sie nun einen teureren und funktionaleren Konverter, der sich perfekt für komplexere und ernsthaftere Projekte eignet.


Beschreibung

Bei diesem Modell handelt es sich um einen digital gesteuerten, einstellbaren Tiefsetzsteller. Es hat einen hohen Wirkungsgrad. Numerische Steuerung bedeutet, dass die Parameter über die Tasten eingestellt werden. Das Modul selbst kann in mehrere Teile unterteilt werden: DC-DC-Wandler, digitaler Teil, Stromversorgung, Messteil und digitaler Teil.


Die Eingangsspannung dieses Geräts beträgt 6 V bis 32 V. Die Ausgangsspannung ist von 0 V bis 30 V einstellbar. Der Spannungseinstellschritt beträgt 0,01 V. Der Ausgangsstrom ist von 0 A bis 6 A einstellbar. Der Einstellschritt ist 0,001 A. Der Wirkungsgrad des Wechselrichters beträgt bis zu 92 %. Zur Befestigung der Drähte sind am Wandler spezielle Klemmen angebracht. Auch auf der Tafel befinden sich Aufschriften: Eingang +, Eingang -, Ausgang -, Ausgang +. Der Leistungsteil basiert auf dem XL4016E1-PWM-Controller. Zum Einsatz kommt eine leistungsstarke Zehn-Ampere-Diode MBR1060. Alles wird von einem 8-Bit-Mikrocontroller STM8S003F3 gesteuert. Der digitale Teil verfügt über einen UART-Anschluss.


LEDs

Neben Tasten und einer Anzeige verfügt dieses Gerät über drei LEDs.



Die erste (rot, aus) leuchtet, wenn der Wandler Spannung an den Ausgang liefert. Die zweite LED (gelb, CC – Constant Current) leuchtet, wenn die Ausgangsstrombegrenzung ausgelöst wird. Die dritte LED (grün, CV – Konstantspannung) leuchtet, wenn der Konverter in den Spannungsbegrenzungsmodus wechselt.


Leitungsgremien
Die Bedienelemente werden durch vier Tasten dargestellt.




Wenn wir sie von rechts nach links betrachten, dann ist die erste Taste „OK“, die zweite ist „oben“, die dritte ist „unten“ und die vierte ist „SET“.

Durch Drücken der „OK“-Taste wird der Konverter gestartet und gelangt so in das Menü. Wenn Sie die Schaltfläche „OK“ nicht loslassen, können Sie sehen, wie sich die Zahlen ändern: 0-1-2. Dies sind die drei Programme, über die dieser Konverter verfügt.

Programm „0“: Unmittelbar nach dem Anlegen der Spannung am Eingang wird die Spannung am Ausgang eingeschaltet.
Programm „1“: ermöglicht das Speichern der erforderlichen Parameter.
Programm „2“: Zeigt die Parameter automatisch nach dem Einschalten an.
Um das gewünschte Programm auszuwählen, muss die OK-Taste losgelassen werden, wenn die gewünschte Nummer angezeigt wird.
Dieses Gerät zeigt die Spannung relativ genau an. Möglicher Spannungsfehler +/-0,035 V, Strom +/- 0,006 A. Die Einstellung erfolgt sowohl durch einmaliges Drücken der Tasten als auch durch Halten dieser Tasten.

Es ist möglich, die Parameter des aktuellen Stroms anzuzeigen. Wenn Sie die OK-Taste erneut drücken, wird die Leistung auf der Anzeige angezeigt. Wenn Sie erneut auf die Schaltfläche „OK“ drücken, können Sie die Kapazität sehen, die der Konverter bereitgestellt hat.

Dieser Konverter ist präzise und leistungsstark und wird anspruchsvolle Aufgaben perfekt bewältigen.


So wählen Sie einen Spannungswandler aus

Heutzutage gibt es eine große Anzahl an Modellen verschiedener DC-DC-Wandler auf dem Markt. Am beliebtesten sind Impulswandler. Aber ihre Auswahl ist so groß, dass man leicht verwirrt werden kann. Worauf sollten Sie besonders achten?

Effizienz und Temperaturbereich

Einige Wechselrichter benötigen einen Kühlkörper, um ordnungsgemäß zu funktionieren und ihre angegebene Leistung zu erreichen. Andernfalls ist das Gerät zwar funktionsfähig, seine Effizienz sinkt jedoch. In der Regel weist ein gewissenhafter Verkäufer in Notizen und Fußnoten auf diesen Punkt hin, der nicht vernachlässigt werden sollte.


Löttemperatur von SMD-Konvertern

Diese Informationen sind in der Regel in der technischen Dokumentation angegeben.Und obwohl ein herkömmlicher Chip Temperaturen von bis zu 280 °C standhalten muss, ist es besser, diesen Punkt zu klären.


Konverterabmessungen

Ein kleiner Wandler kann keine sehr hohe Leistung haben. Und obwohl sich moderne Technologien immer weiter verbessern, sind ihre Möglichkeiten nicht unbegrenzt. Der Konverter benötigt bestimmte Abmessungen, um die Komponenten kühl zu halten und der Belastung standzuhalten.


Heutzutage gibt es eine Vielzahl verschiedener einstellbarer Miniaturwandler mit und ohne Anzeige, mit und ohne Zusatzfunktionen und -programmen. Solche DC-DC-Wandler können je nach Vorstellungskraft des Entwicklers für verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Moderne Technologien ermöglichen es Ihnen, Leistung, Genauigkeit, Miniaturisierung und erschwinglichen Preis zu vereinen.


Noch vor Neujahr wurde ich von Lesern gebeten, einige Konverter zu bewerten.
Nun ja, im Prinzip fällt es mir nicht schwer, und ich selbst bin neugierig, ich habe es bestellt, erhalten, getestet.
Ich war zwar eher an einem etwas anderen Konverter interessiert, aber meine Hände erreichen ihn nie, also ein anderes Mal darüber.
Nun, heute gibt es einen Testbericht über einen einfachen DC-DC-Wandler mit einem angegebenen Strom von 10 Ampere.

Ich entschuldige mich im Voraus für die lange Verzögerung bei der Veröffentlichung dieser Rezension seitens derjenigen, die schon lange darauf gewartet haben.

Zunächst die auf der Produktseite angegebenen Eigenschaften und eine kleine Erklärung und Korrektur.
Eingangsspannung: 7–40 V
1, Ausgangsspannung: stufenlos einstellbar (1,25-35V)
2, Ausgangsstrom: 8A, 10A maximale Zeit innerhalb (die Temperatur der Leistungsröhre übersteigt 65 Grad, bitte fügen Sie einen Lüfter hinzu, 24V 12V 5A drehen sich innerhalb im Allgemeinen bei Raumtemperatur ohne Lüfter)
3, Konstantbereich: 0,3-10 A (einstellbar) Modul über 65 Grad, bitte Lüfter hinzufügen.
4, Lichtstrom einschalten: aktueller Wert * (0,1) Diese Version ist ein fester 0,1-facher Wert (tatsächlich ist der Wert des Lampenstroms wahrscheinlich nicht sehr genau) und enthält viele Anweisungen zum Laden.
5, Mindestdruck: 1V
6, Umwandlungswirkungsgrad: bis zu etwa 95 % (Ausgangsspannung, je höher der Wirkungsgrad)
7, Betriebsfrequenz: 300 kHz
8, Ausgangswelligkeit: ungefähr die Welligkeit 50 mV (ohne Rauschen) 20 M Bandbreite (als Referenz) Eingang 24 V Ausgang 12 V 5 A gemessen
9, Betriebstemperatur: Industriequalität (-40℃ bis +85℃)
10, Leerlaufstrom: Typisch 20 mA (24 V Schalter 12 V)
11, Lastregelung: ± 1 % (konstant)
12, Spannungsregelung: ± 1 %
13, Konstante Genauigkeit und Temperatur: Beim eigentlichen Test ändert sich die Modultemperatur von 25 Grad auf 60 Grad, die Änderung beträgt weniger als 5 % des aktuellen Werts (aktueller Wert 5 A).

Lassen Sie mich etwas in eine verständlichere Sprache übersetzen.
1. Einstellbereich der Ausgangsspannung: 1,25–35 Volt
2. Ausgangsstrom – 8 Ampere, 10 Ampere möglich, jedoch mit zusätzlicher Kühlung durch einen Lüfter.
3. Stromeinstellbereich 0,3–10 Ampere
4. Der Schwellenwert zum Ausschalten der Ladeanzeige beträgt 0,1 des eingestellten Ausgangsstroms.
5. Die minimale Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung beträgt 1 Volt (vermutlich)
6. Effizienz – bis zu 95 %
7. Arbeitsfrequenz - 300 kHz
8. Ausgangsspannungswelligkeit, 50 mV bei einem Strom von 5 Ampere, einer Eingangsspannung von 24 und einem Ausgang von 12 Volt.
9. Arbeitstemperaturbereich - von -40℃ bis +85℃.
10. Eigenstromverbrauch - bis zu 20mA
11. Aktuelle Wartungsgenauigkeit - ±1 %
12. Genauigkeit der Spannungserhaltung – ±1 %
13. Die Parameter wurden im Temperaturbereich von 25-60 Grad getestet und die Änderung betrug weniger als 5 % bei einem Laststrom von 5 Ampere.

Die Bestellung kam in einer Standard-Plastiktüte, die großzügig mit Polyethylenschaumband umwickelt war. Während des Liefervorgangs wurde nichts beschädigt.
Darin befand sich mein experimentelles Taschentuch.

Es gibt keine externen Bemerkungen. Ich habe es einfach in meinen Händen gedreht und vor allem gab es nichts zu bemängeln, sorgfältig, und wenn ich die Kondensatoren durch Markenkondensatoren ersetzen würde, würde ich sagen, dass es wunderschön war.
Auf einer Seite der Platine befinden sich zwei Klemmenblöcke, Stromeingang und -ausgang.

Auf der zweiten Seite befinden sich zwei Trimmer zum Einstellen der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms.

Wenn man sich also das Foto im Laden anschaut, dann wirkt der Schal recht groß.
Ich habe auch absichtlich Nahaufnahmen der beiden vorherigen Fotos gemacht. Aber die Größe versteht man erst, wenn man eine Streichholzschachtel daneben stellt.
Der Schal ist wirklich klein, ich habe bei der Bestellung nicht auf die Größen geachtet, aber aus irgendeinem Grund kam es mir so vor, als wäre er deutlich größer. :) :)
Plattenabmessungen - 65x37mm
Konverterabmessungen - 65x47x24mm

Die Platine ist zweischichtig, die Montage erfolgt beidseitig.
Auch zum Löten gab es keine Kommentare. Manchmal kommt es vor, dass massive Kontakte schlecht verlötet sind, aber das Foto zeigt, dass so etwas hier nicht vorhanden ist.
Die Elemente sind zwar nicht nummeriert, aber ich finde es in Ordnung, das Schema ist recht einfach.

Neben Leistungselementen befindet sich auf der Platine auch ein Operationsverstärker, der von einem 78L05-Stabilisator gespeist wird, sowie eine einfache Referenzspannungsquelle, die mit TL431 aufgebaut ist.

Auf der Platine ist ein leistungsstarker PWM-Controller verbaut, der sogar vom Kühler isoliert ist.
Ich weiß nicht, warum der Hersteller den Chip vom Kühlkörper isoliert hat, da dies die Wärmeübertragung verringert, möglicherweise aus Sicherheitsgründen, aber da die Platine normalerweise irgendwo eingebaut ist, halte ich das für überflüssig.

Da die Platine für einen recht großen Ausgangsstrom ausgelegt ist, wurde als Leistungsdiode eine recht leistungsstarke Diodenbaugruppe verwendet, die ebenfalls auf dem Kühler verbaut und ebenfalls von diesem isoliert wurde.
Meiner Meinung nach ist dies eine sehr gute Lösung, die jedoch leicht verbessert werden könnte, wenn die Baugruppe auf 60 Volt und nicht auf 100 Volt angelegt würde.

Der Induktor ist nicht sehr groß, aber dieses Foto zeigt, dass er aus zwei Drähten gewickelt ist, was nicht schlecht ist.

1, 2 Am Eingang sind zwei 470uF x 50V Kondensatoren verbaut, am Ausgang zwei 1000uF Kondensatoren, allerdings bei 35V.
Wenn Sie die Liste der angegebenen Eigenschaften befolgen, liegt die Ausgangsspannung der Kondensatoren ziemlich nahe beieinander, aber es ist unwahrscheinlich, dass jemand die Spannung von 40 auf 35 senkt, ganz zu schweigen von der Tatsache, dass 40 Volt für eine Mikroschaltung im Allgemeinen das Maximum sind Eingangsspannung.
3. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sind zwar von der Unterseite der Platine aus signiert, dies ist jedoch besonders prinzipienlos.
4. Die Abstimmwiderstände sind jedoch in keiner Weise gekennzeichnet.
Links ist die Einstellung des maximalen Ausgangsstroms, rechts die Einstellung der Spannung.

Und nun beschäftigen wir uns ein wenig mit den deklarierten Eigenschaften und dem, was wir tatsächlich haben.
Oben habe ich geschrieben, dass der Konverter einen leistungsstarken PWM-Controller verwendet, bzw. einen PWM-Controller mit eingebautem Leistungstransistor.
Ich habe oben auch die erklärten Eigenschaften des Boards zitiert, versuchen wir es herauszufinden.
Deklariert – Ausgangsspannung: stufenlos einstellbar (1,25–35 V)
Hier gibt es keine Fragen, der Konverter gibt 35 Volt ab, theoretisch sogar 36.
Behauptet – Ausgangsstrom: 8 A, maximal 10 A
Und hier ist die Frage. Der Chiphersteller gibt explizit an, dass der maximale Ausgangsstrom 8 Ampere beträgt. In den Eigenschaften der Mikroschaltung gibt es jedoch eine Linie – die maximale Stromgrenze beträgt 10 Ampere. Dies ist jedoch bei weitem nicht die maximale Arbeitsleistung, 10 Ampere sind die Grenze.
Behauptet – Betriebsfrequenz: 300 kHz
300 kHz sind natürlich cool, man kann den Gashebel auch kleiner dimensionieren, aber sorry, im Datenblatt steht ganz klar 180 kHz Festfrequenz, wo kommt denn 300 her?
Behauptet – Umwandlungseffizienz: bis zu etwa 95 %
Nun, hier ist alles in Ordnung, der Wirkungsgrad beträgt bis zu 95 %, der Hersteller gibt generell bis zu 96 % an, aber das ist theoretisch, bei einem bestimmten Verhältnis von Eingangs- und Ausgangsspannung.

Und hier ist das Blockdiagramm des PWM-Controllers und sogar ein Implementierungsbeispiel.
Hier ist übrigens deutlich zu erkennen, dass für 8 Ampere Strom eine Drossel von mindestens 12 Ampere verwendet wird, also 1,5 des Ausgangsstroms. Normalerweise empfehle ich die Verwendung von 2x Vorrat.
Es zeigt sich auch, dass die Ausgangsdiode mit einer Spannung von 45 Volt eingestellt werden kann, Dioden mit einer Spannung von 100 Volt haben in der Regel einen größeren Abfall und verringern daher den Wirkungsgrad.
Wenn es das Ziel gibt, die Effizienz dieser Platine zu steigern, können Sie von alten Computer-Netzteilen Dioden wie 20 Ampere 45 Volt oder sogar 40 Ampere 45 Volt abholen.

Anfangs wollte ich kein Diagramm zeichnen, die Tafel war von oben mit Details, einer Maske und auch Siebdruck bedeckt, aber dann sah ich, dass es durchaus möglich war, das Diagramm neu zu zeichnen und beschloss, die Traditionen nicht zu ändern: )
Die Induktivität des Induktors habe ich nicht gemessen, 47uH sind dem Datenblatt entnommen.
Die Schaltung verwendet einen doppelten Operationsverstärker. Der erste Teil dient zur Regelung und Stabilisierung des Stroms, der zweite zur Anzeige. Es ist zu erkennen, dass der Eingang des zweiten Operationsverstärkers über einen Teiler 1 bis 11 verbunden ist, im Allgemeinen wird in der Beschreibung 1 bis 10 angegeben, aber ich denke, dass dies nicht grundlegend ist.

Der erste Test im Leerlauf, zunächst ist die Platine auf eine Ausgangsspannung von 5 Volt konfiguriert.
Die Spannung ist im Versorgungsspannungsbereich von 12-26 Volt stabil, der Stromverbrauch liegt unter 20mA, da er nicht vom Netzteil-Amperemeter erfasst wird.

Die LED leuchtet rot, wenn der Ausgangsstrom mehr als 1/10 (1/11) der Einstellung beträgt.
Eine solche Anzeige wird beim Laden von Batterien verwendet, denn wenn während des Ladevorgangs der Strom unter 1/10 sinkt, wird in der Regel davon ausgegangen, dass der Ladevorgang beendet ist.
Diese. Stellen Sie den Ladestrom auf 4 Ampere ein, es leuchtet rot, bis der Strom unter 400 mA fällt.
Aber es gibt eine Warnung, die Platine zeigt nur einen Stromabfall an, während der Ladestrom nicht abschaltet, sondern einfach weiter abnimmt.

Zum Testen habe ich einen kleinen Stand aufgebaut, an dem sie teilgenommen haben.






Stift und Papier, Link verloren :)

Im Testprozess musste ich jedoch irgendwann auf ein einstellbares Netzteil zurückgreifen, da sich herausstellte, dass aufgrund meiner Experimente die Linearität der Messung/Einstellung des Stroms im Bereich von 1-2 Ampere für ein leistungsstarkes Netzteil verletzt wurde .
Daraufhin führte ich zunächst Erwärmungstests und eine Beurteilung der Pulsationsstärke durch.

Der Test verlief dieses Mal etwas anders als sonst.
Die Temperaturen der Strahler wurden an Stellen in der Nähe der Leistungskomponenten gemessen, da es aufgrund der engen Montage schwierig war, die Temperatur der Komponenten selbst zu messen.
Darüber hinaus wurde der Betrieb in den folgenden Modi überprüft.
Eingang – Ausgang – Strom
14V - 5V - 2A
28V - 12V - 2A
14V - 5V - 4A
Usw. bis zu einem Strom von 7,5 A.

Warum das Testen auf so knifflige Weise ablief.
1. Ich war mir über die Zuverlässigkeit der Platine nicht sicher und erhöhte den Strom schrittweise, indem ich verschiedene Betriebsmodi wechselte.
2. Die Umrechnung von 14 in 5 und 28 in 12 wurde gewählt, da dies einer der am häufigsten verwendeten Modi ist: 14 (ungefähre Spannung des Bordnetzes eines Pkw) in 5 (Spannung zum Laden von Tablets und Telefonen). 28 (Spannung des Bordnetzes eines LKW) bis 12 (nur eine häufig verwendete Spannung).
3. Ursprünglich hatte ich vor, zu testen, bis es ausfiel oder durchbrannte, aber die Pläne änderten sich und ich hatte einige Pläne für Komponenten von dieser Platine. daher nur bis 7,5 Ampere getestet. Obwohl dies letztendlich keinen Einfluss auf die Richtigkeit der Prüfung hatte.

Unten sind ein paar Gruppenfotos, auf denen ich 5-Volt-2-Ampere- und 5-Volt-7,5-Ampere-Tests sowie den entsprechenden Welligkeitspegel zeige.
Die Welligkeit bei Strömen von 2 und 4 Ampere war ähnlich, die Welligkeit bei Stromstärke von 6 und 7,5 Ampere war ebenfalls ähnlich, daher gebe ich keine Zwischenoptionen an.

Wie oben, jedoch 28 Volt Eingang und 12 Volt Ausgang.

Thermische Bedingungen beim Arbeiten mit Eingang 28 Volt und Ausgang 12.
Es ist ersichtlich, dass es keinen Sinn macht, den Strom weiter zu erhöhen, die Wärmebildkamera zeigt bereits eine Temperatur des PWM-Controllers von 101 Grad an.
Für mich selbst verwende ich eine bestimmte Grenze, die Temperatur der Komponenten sollte 100 Grad nicht überschreiten. Im Allgemeinen kommt es auf die Komponenten selbst an. Beispielsweise können Transistoren und Diodenbaugruppen sicher bei hohen Temperaturen betrieben werden, und es ist besser, wenn Mikroschaltungen diesen Wert nicht überschreiten.
Natürlich kommt das Foto nicht sehr gut zur Geltung, das Board ist sehr kompakt und in der Dynamik war es etwas besser zu sehen.

Da ich dachte, dass dieses Board als Ladegerät verwendet werden könnte, habe ich herausgefunden, wie es in dem Modus funktionieren würde, in dem der Eingang 19 Volt (typische Laptop-Netzteilspannung) und der Ausgang 14,3 Volt und 5,5 Ampere (typisches Laden einer Autobatterie) beträgt Parameter).
Hier verlief alles ohne Probleme, naja, fast ohne Probleme, aber dazu später mehr.

Die Ergebnisse der Temperaturmessungen habe ich in einer Tabelle zusammengefasst.
Den Testergebnissen nach zu urteilen, würde ich empfehlen, das Board zumindest ohne zusätzliche Kühlung nicht mit Strömen über 6 Ampere zu betreiben.

Ich habe oben geschrieben, dass es einige Funktionen gab, die ich erklären werde.
Bei den Tests ist mir aufgefallen, dass sich das Board in bestimmten Situationen etwas unangemessen verhält.
1.2 Ich habe die Ausgangsspannung auf 12 Volt eingestellt, der Laststrom betrug 6 Ampere, nach 15-20 Sekunden fiel die Ausgangsspannung unter 11 Volt, ich musste das korrigieren.
3.4 Der Ausgang wurde auf 5 Volt eingestellt, der Eingang auf 14, der Eingang wurde auf 28 erhöht und der Ausgang fiel auf 4 Volt. Auf dem Foto links beträgt der Strom 7,5 Ampere, rechts 6 Ampere, aber der Strom spielte keine Rolle, wenn die Spannung unter Last erhöht wird, „setzt“ die Platine die Ausgangsspannung zurück.

Danach beschloss ich, die Effizienz des Geräts zu überprüfen.
Der Hersteller stellte Diagramme für verschiedene Betriebsmodi zur Verfügung. Ich interessiere mich für Diagramme mit Ausgang 5 und 12 Volt und Eingang 12 und 24, da sie meinen Tests am nächsten kommen.
Insbesondere erklärt es

2A - 91 %
4A – 88 %
6A – 87 %
7,5 A – 85 %


2A - 94 %
4A – 94 %
6A – 93 %
7,5A – Nicht deklariert.

Was folgte, war im Grunde eine einfache Prüfung, jedoch mit einigen Nuancen.
5-Volt-Test ohne Probleme bestanden.

Aber beim 12-Volt-Test gab es einige Besonderheiten, das unterschreibe ich.
1. 28V Eingang, 12V Ausgang, 2A, alles ist in Ordnung
2. 28V Eingang, 12V Ausgang, 4A, alles ist in Ordnung
3. Wir erhöhen den Laststrom auf 6 Ampere, die Ausgangsspannung sinkt auf 10,09
4. Wir korrigieren, indem wir erneut auf 12 Volt erhöhen.
5. Wir erhöhen den Laststrom auf 7,5 Ampere, er sinkt wieder, wir korrigieren ihn erneut.
6. Wir senken den Laststrom ohne Korrektur auf 2 Ampere, die Ausgangsspannung steigt auf 16,84.
Ursprünglich wollte ich zeigen, wie es ohne Last auf 17,2 ging, aber ich entschied, dass es falsch wäre und gab ein Foto, auf dem eine Last vorhanden ist.
Ja, es ist traurig :(

Nebenbei habe ich die Effizienz beim Laden einer Autobatterie über ein Laptop-Netzteil überprüft.
Aber auch hier gab es einige Besonderheiten. Am Ausgang waren zunächst 14,3 V eingestellt, ich habe einen Hitzetest gemacht und die Platine verschoben. Aber dann fiel mir ein, dass ich auch die Effizienz überprüfen wollte.
Ich schließe die gekühlte Platine an und beobachte die Ausgangsspannung von etwa 14,59 Volt, die beim Aufwärmen auf 14,33-14,35 absinkt.
Diese. Tatsächlich stellt sich heraus, dass die Platine eine Instabilität der Ausgangsspannung aufweist. und wenn bei Blei-Säure-Batterien ein solcher Lauf nicht so kritisch ist, dann können Lithium-Batterien mit einer solchen Platine grundsätzlich nicht geladen werden.

Ich hatte zwei Effizienztests.
Sie basieren auf zwei Messergebnissen, obwohl sie sich letztlich nicht sehr stark unterscheiden.
Pout – berechnete Ausgangsleistung, der Wert des Stromverbrauchs wird gerundet, Pout DCL – von der elektronischen Last gemessene Ausgangsleistung. Die Eingangs- und Ausgangsspannungen wurden direkt an den Klemmen der Platine gemessen.
Dementsprechend wurden zwei Ergebnisse von Effizienzmessungen erhalten. Aber auf jeden Fall ist klar, dass die Effizienz in etwa der angegebenen entspricht, wenn auch etwas geringer.
Ich werde die Angaben im Datenblatt wiederholen
Für 12 Volt Eingang und 5 Volt Ausgang
2A - 91 %
4A – 88 %
6A – 87 %
7,5 A – 85 %

Für 24 Volt Eingang und 12 Volt Ausgang.
2A - 94 %
4A – 94 %
6A – 93 %
7,5A – Nicht deklariert.

Und was ist in der Realität passiert? Ich denke, wenn man eine leistungsstarke Diode durch ihr Gegenstück mit niedrigerer Spannung ersetzt und eine Drossel einbaut, die für einen höheren Strom ausgelegt ist, wäre es möglich, noch ein paar Prozent herauszuholen.

Das ist alles, und ich weiß sogar, was die Leser denken –
Warum brauchen wir eine Menge Tests und unverständliche Bilder? Sagen Sie mir einfach, was das Ergebnis ist, ist es gut oder nicht :)
Und bis zu einem gewissen Grad werden die Leser Recht haben, im Großen und Ganzen kann die Rezension durch das Entfernen einiger Fotos mit Tests um das 2-3-fache gekürzt werden, aber daran habe ich mich schon gewöhnt, sorry.

Und so ist die Zusammenfassung.
Profis
Absolut hochwertige Verarbeitung
kleine Größe
Große Auswahl an Eingangs- und Ausgangsspannungen.
Das Vorhandensein einer Anzeige des Ladeendes (Reduzierung des Ladestroms)
stufenlose Einstellung von Strom und Spannung (Sie können die Ausgangsspannung problemlos mit einer Genauigkeit von 0,1 Volt einstellen).
Ausgezeichnete Verpackung.

Minuspunkte.
Bei Strömen über 6 Ampere ist es besser, eine zusätzliche Kühlung einzusetzen.
Der maximale Strom beträgt nicht 10, sondern 8 Ampere.
Geringe Genauigkeit der Aufrechterhaltung der Ausgangsspannung, mögliche Abhängigkeit vom Laststrom, der Eingangsspannung und der Temperatur.
Manchmal fing die Platine an zu „klingen“, das passierte in einem sehr engen Einstellbereich, ich habe zum Beispiel den Ausgang von 5 auf 12 umgestellt und bei 9,5-10 Volt quietschte es leise.

Besondere Erinnerung:
Das Board zeigt nur den aktuellen Abfall an, es kann den Ladevorgang nicht abschalten, es ist nur ein Konverter.

Meiner Meinung. Nun, ehrlich gesagt, als ich das Board zum ersten Mal in die Hand nahm, es drehte und es von allen Seiten untersuchte, wollte ich es loben. Gut verarbeitet, keine größeren Beanstandungen. Als ich es angeschlossen habe, wollte ich auch nicht besonders fluchen, na ja, es wird warm, also werden alle warm, das ist im Grunde normal.
Aber als ich sah, wie die Ausgangsspannung bei fast allem ansprang, wurde ich sauer.
Ich möchte diese Probleme nicht untersuchen, da dies vom Hersteller erledigt werden sollte, der damit Geld verdient, aber ich vermute, dass das Problem dreierlei ist
1. Langer Rückkopplungspfad, der fast um den Umfang der Platine verläuft
2. Trimmerwiderstände in der Nähe der Hot Choke installiert
3. Der Choke befindet sich genau über dem Knotenpunkt, an dem sich die „dünne“ Elektronik konzentriert.
4. In den Rückkopplungskreisen werden Nichtpräzisionswiderstände verwendet.

Fazit – für eine anspruchslose Belastung ist es durchaus geeignet, bis 6 Ampere funktioniert es auf jeden Fall gut. Alternativ können Sie die Platine auch als Treiber für Hochleistungs-LEDs verwenden, das funktioniert gut.
Der Einsatz als Ladegerät ist höchst fragwürdig und teilweise gefährlich. Wenn Bleisäure auf solche Tropfen noch normal reagiert, kann Lithium zumindest ohne Modifikation nicht geladen werden.

Das ist alles, wir warten wie immer auf Kommentare, Fragen und Ergänzungen.

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Der LM2596 ist ein DC-Abwärtswandler, der oft als fertiges Modul zum Preis von etwa 1 US-Dollar erhältlich ist (suchen Sie nach LM2596S DC-DC 1,25-30 V 3 A). Für 1,5 US-Dollar kann Ali ein ähnliches Modul mit LED-Anzeige der Eingangs- und Ausgangsspannung, Abschalten der Ausgangsspannung und Feinabstimmung über Tasten mit Anzeige von Werten auf digitalen Anzeigen nehmen. Stimmen Sie zu – das Angebot ist mehr als verlockend!

Unten finden Sie ein schematisches Diagramm dieser Konverterplatine (die wichtigsten Komponenten sind im Bild am Ende markiert). Am Eingang befindet sich ein Verpolungsschutz - Diode D2. Dadurch wird eine Beschädigung des Reglers durch eine falsch angeschlossene Eingangsspannung verhindert. Obwohl der lm2596-Chip laut Datenblatt Eingangsspannungen bis zu 45 V verarbeiten kann, sollte die Eingangsspannung in der Praxis bei längerem Gebrauch 35 V nicht überschreiten.

Für lm2596 wird die Ausgangsspannung durch die folgende Gleichung bestimmt. Die Ausgangsspannung des Widerstands R2 kann von 1,23 bis 25 V eingestellt werden.

Obwohl der lm2596-Chip für einen maximalen Strom von 3 A im Dauerbetrieb ausgelegt ist, reicht die geringe Oberfläche der Massefolie nicht aus, um die erzeugte Wärme über den gesamten Bereich der Schaltung abzuleiten. Beachten Sie außerdem, dass der Wirkungsgrad dieses Wandlers je nach Eingangsspannung, Ausgangsspannung und Laststrom stark schwankt. Der Wirkungsgrad kann je nach Betriebsbedingungen zwischen 60 % und 90 % liegen. Daher ist eine Wärmeabfuhr zwingend erforderlich, wenn im Dauerbetrieb mit Strömen von mehr als 1 A gearbeitet wird.

Laut Datenblatt sollte der Feed-Forward-Kondensator parallel zu R2 installiert werden, insbesondere wenn die Ausgangsspannung 10 V überschreitet – dies ist notwendig, um die Stabilität zu gewährleisten. Dieser Kondensator ist jedoch auf chinesischen Billig-Wechselrichterplatinen oft nicht vorhanden. Während der Experimente wurden mehrere Instanzen von Gleichstromwandlern unter verschiedenen Betriebsbedingungen getestet. Als Ergebnis kamen wir zu dem Schluss, dass der LM2596-Stabilisator gut für niedrige und mittlere Versorgungsströme digitaler Schaltungen geeignet ist, für höhere Ausgangsleistungen jedoch ein Kühlkörper erforderlich ist.

Eingangsspannungen bis 61 V, Ausgangsspannungen ab 0,6 V, Ausgangsströme bis 4 A, Möglichkeit zur externen Synchronisierung und Anpassung der Frequenz, sowie Einstellung der Strombegrenzung, Anpassung der Sanftanlaufzeit, umfassender Lastschutz, ein breites Spektrum Betriebstemperaturbereich – all diese Eigenschaften moderner Quellenstromversorgungen sind mit der neuen Reihe von DC/DC-Wandlern von hergestellt.

Derzeit ermöglicht das Sortiment an Mikroschaltungen von Schaltreglern von STMicro (Abbildung 1) die Erstellung von Netzteilen (PS) mit Eingangsspannungen bis 61 V und Ausgangsströmen bis 4 A.

Die Aufgabe der Spannungsumwandlung ist nicht immer einfach. Jedes spezifische Gerät hat seine eigenen Anforderungen an einen Spannungsregler. Manchmal spielen der Preis (Unterhaltungselektronik), die Größe (tragbare Elektronik), die Effizienz (batteriebetriebene Geräte) oder sogar die Geschwindigkeit der Produktentwicklung eine große Rolle. Diese Anforderungen stehen oft im Widerspruch zueinander. Aus diesem Grund gibt es keinen idealen und universellen Spannungswandler.

Derzeit werden verschiedene Arten von Wandlern verwendet: lineare (Spannungsstabilisatoren), gepulste DC/DC-Wandler, Ladungsübertragungsschaltungen und sogar Netzteile auf Basis galvanischer Isolatoren.

Am gebräuchlichsten sind jedoch nach wie vor lineare Spannungsregler und abwärtsschaltende DC/DC-Wandler. Der Hauptunterschied in der Funktionsweise dieser Systeme ist aus dem Namen ersichtlich. Im ersten Fall arbeitet der Netzschalter im linearen Modus, im zweiten im Schlüsselmodus. Die wichtigsten Vor- und Nachteile sowie Anwendungsbereiche dieser Systeme sind nachstehend aufgeführt.

Merkmale des linearen Spannungsreglers

Das Funktionsprinzip eines linearen Spannungsreglers ist allgemein bekannt. Der klassische integrierte Stabilisator μA723 wurde bereits 1967 von R. Widlar entwickelt. Trotz der Tatsache, dass die Elektronik seitdem große Fortschritte gemacht hat, sind die Funktionsprinzipien praktisch unverändert geblieben.

Die Standardschaltung eines linearen Spannungsreglers besteht aus einer Reihe von Grundelementen (Abbildung 2): einem Leistungstransistor VT1, einer Referenzspannungsquelle (ION), einer Kompensationsrückkopplungsschaltung an einem Operationsverstärker (Operationsverstärker). Moderne Regler können zusätzliche Funktionsblöcke enthalten: Schutzschaltungen (vor Überhitzung, vor Überstrom), Stromverwaltungsschaltungen usw.

Das Funktionsprinzip solcher Stabilisatoren ist recht einfach. Die Rückkopplungsschaltung am Operationsverstärker vergleicht den Wert der Referenzspannung mit der Spannung des Ausgangsteilers R1/R2. Am Ausgang des Operationsverstärkers entsteht eine Fehlanpassung, die die Gate-Source-Spannung des Leistungstransistors VT1 bestimmt. Der Transistor arbeitet im linearen Modus: Je höher die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers, desto niedriger die Gate-Source-Spannung und desto größer der Widerstand VT1.

Mit dieser Schaltung können Sie alle Änderungen der Eingangsspannung kompensieren. Angenommen, die Eingangsspannung Uin hat zugenommen. Dies führt zu folgender Änderungskette: Vin ist gestiegen → Vout ist gestiegen → die Spannung am Teiler R1/R2 ist gestiegen → die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers ist gestiegen → die „Gate-Source“-Spannung ist gesunken → die Der Widerstand VT1 nimmt zu → Uout nimmt ab.

Wenn sich die Eingangsspannung ändert, ändert sich daher auch die Ausgangsspannung geringfügig.

Wenn die Ausgangsspannung abnimmt, kommt es zu umgekehrten Änderungen der Spannungswerte.

Merkmale des Buck-DC/DC-Wandlers

Ein vereinfachtes Diagramm eines klassischen DC/DC-Abwärtswandlers (Typ-I-Wandler, Tiefsetzsteller, Abwärtswandler) besteht aus mehreren Hauptelementen (Abbildung 3): Leistungstransistor VT1, Steuerschaltung (CS), Filter (Lf-Cf ), Sperrdiode VD1.

Im Gegensatz zur Linearreglerschaltung arbeitet der Transistor VT1 im Schlüsselmodus.

Der Betriebszyklus des Kreislaufs besteht aus zwei Phasen: der Pumpphase und der Entladephase (Abbildungen 4…5).

In der Pumpphase ist der Transistor VT1 geöffnet und Strom fließt durch ihn (Abbildung 4). Energie wird in der Spule Lf und dem Kondensator Cf gespeichert.

In der Entladephase ist der Transistor geschlossen, es fließt kein Strom durch ihn. Spule Lf fungiert als Stromquelle. VD1 ist eine Diode, die für den Rückstromfluss erforderlich ist.

In beiden Phasen liegt an der Last eine Spannung an, die der Spannung am Kondensator Cf entspricht.

Die obige Schaltung sorgt für die Regelung der Ausgangsspannung, wenn sich die Impulsdauer ändert:

Uout = Uin × (ti/T)

Wenn der Wert der Induktivität klein ist, hat der Entladestrom durch die Induktivität Zeit, Null zu erreichen. Dieser Modus wird als intermittierender Strommodus bezeichnet. Es zeichnet sich durch eine Zunahme der Strom- und Spannungswelligkeiten am Kondensator aus, was zu einer Verschlechterung der Qualität der Ausgangsspannung und einem Anstieg des Schaltungsrauschens führt. Aus diesem Grund wird der intermittierende Strommodus selten verwendet.

Es gibt eine Art Wandlerschaltung, bei der die „ineffiziente“ Diode VD1 durch einen Transistor ersetzt wird. Dieser Transistor öffnet gegenphasig zum Haupttransistor VT1. Ein solcher Wandler wird als synchron bezeichnet und hat einen höheren Wirkungsgrad.

Vor- und Nachteile von Spannungsumwandlungsschaltungen

Wenn eines der oben genannten Schemata die absolute Überlegenheit hätte, würde das zweite sicher vergessen werden. Dies geschieht jedoch nicht. Das bedeutet, dass beide Regelungen Vor- und Nachteile haben. Die Analyse von Systemen sollte nach einer Vielzahl von Kriterien erfolgen (Tabelle 1).

Tabelle 1. Vor- und Nachteile von Spannungsreglerschaltungen

Charakteristisch Linearregler Step-Down-DC/DC-Wandler
Typischer Eingangsspannungsbereich, V bis zu 30 bis zu 100
Typischer Ausgangsstrombereich Hunderte von mA Einheiten A
Effizienz kurz hoch
Genauigkeit der Ausgangsspannungseinstellung Einheiten % Einheiten %
Stabilität der Ausgangsspannung hoch Durchschnitt
Lärm erzeugt kurz hoch
Die Komplexität der Schaltungsimplementierung niedrig hoch
Die Komplexität der PCB-Topologie niedrig hoch
Preis niedrig hoch

Elektrische Eigenschaften. Die Hauptmerkmale eines jeden Wandlers sind Wirkungsgrad, Laststrom sowie Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich.

Der Effizienzwert für Linearregler ist klein und umgekehrt proportional zur Eingangsspannung (Abbildung 6). Dies liegt daran, dass die gesamte „zusätzliche“ Spannung am Transistor abfällt, der im linearen Modus arbeitet. Die Leistung des Transistors wird als Wärme abgegeben. Ein geringer Wirkungsgrad führt dazu, dass der Bereich der Eingangsspannungen und Ausgangsströme des Linearreglers relativ klein ist: bis zu 30 V und bis zu 1 A.

Der Wirkungsgrad eines Schaltreglers ist viel höher und weniger abhängig von der Eingangsspannung. Dabei sind Eingangsspannungen von mehr als 60 V und Lastströme von mehr als 1 A keine Seltenheit.

Kommt eine Synchronwandlerschaltung zum Einsatz, bei der die ineffiziente Freilaufdiode durch einen Transistor ersetzt wird, ist der Wirkungsgrad sogar noch höher.

Genauigkeit und Stabilität der Ausgangsspannung. Linearstabilisatoren können eine extrem hohe Genauigkeit und Parameterstabilität (Bruchteile eines Prozents) aufweisen. Die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Änderung der Eingangsspannung und vom Laststrom beträgt nicht mehr als einige Prozent.

Der Schaltregler weist vom Funktionsprinzip her zunächst die gleichen Fehlerquellen auf wie der Linearregler. Darüber hinaus kann die Größe des fließenden Stroms die Abweichung der Ausgangsspannung erheblich beeinflussen.

Geräuscheigenschaften. Der Linearregler weist eine moderate Rauschcharakteristik auf. In der hochpräzisen Messtechnik werden rauscharme Präzisionsregler eingesetzt.

Der Schaltregler selbst stellt eine starke Störquelle dar, da der Leistungstransistor im Tastmodus arbeitet. Die erzeugten Störungen werden in leitende (über Stromleitungen übertragene) und induktive (über nicht leitende Medien übertragene) Störungen unterteilt.

Leitungsgebundene Störungen werden durch Tiefpassfilter eliminiert. Je höher die Betriebsfrequenz des Konverters ist, desto einfacher ist es, Störungen zu beseitigen. In Messkreisen wird häufig ein Schaltregler in Verbindung mit einem Linearstabilisator verwendet. In diesem Fall wird der Störpegel deutlich reduziert.

Die schädlichen Auswirkungen induktiver Störungen zu beseitigen ist viel schwieriger. Diese Störungen treten im Induktor auf und werden über Luft und nichtleitende Medien übertragen. Um sie zu beseitigen, werden abgeschirmte Induktivitäten und Spulen auf einem Ringkern verwendet. Beim Verlegen der Diele wird eine feste Bodenpolygonfüllung verwendet und/oder bei mehrschichtigen Platten sogar eine separate Bodenschicht isoliert. Darüber hinaus wird der Impulswandler selbst weitestgehend von den Messkreisen entfernt.

Betriebsmerkmale. Unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit der Schaltungsimplementierung und des PCB-Layouts sind Linearregler äußerst einfach. Zusätzlich zum integrierten Regler selbst sind nur wenige Kondensatoren erforderlich.

Ein Schaltwandler erfordert mindestens einen externen L-C-Filter. In manchen Fällen sind ein externer Leistungstransistor und eine externe Flyback-Diode erforderlich. Dadurch werden Berechnungen und Modellierungen erforderlich und die Topologie der Leiterplatte wird deutlich komplizierter. Eine zusätzliche Komplikation der Platine entsteht durch die Anforderungen an die EMV.

Preis. Aufgrund der großen Anzahl externer Komponenten ist der Impulswandler offensichtlich mit hohen Kosten verbunden.

Zusammenfassend lassen sich die bevorzugten Einsatzgebiete beider Konvertertypen ermitteln:

  • Linearregler können in Niederspannungskreisen mit geringer Leistung und hohen Anforderungen an Genauigkeit, Stabilität und geringes Rauschen eingesetzt werden. Ein Beispiel wären Mess- und Präzisionsschaltungen. Darüber hinaus können die geringe Größe und die geringen Kosten der endgültigen Lösung ideal für tragbare Elektronikgeräte und preisgünstige Geräte sein.
  • Schaltregler eignen sich ideal für Hochleistungs-Nieder- und Hochspannungsschaltkreise in der Automobil-, Industrie- und Unterhaltungselektronik. Der hohe Wirkungsgrad macht den Einsatz von DC/DC für tragbare und batteriebetriebene Geräte oft unumstritten.

Manchmal ist es notwendig, bei hohen Eingangsspannungen Linearregler zu verwenden. In solchen Fällen können Sie Stabilisatoren von STMicroelectronics verwenden, die Betriebsspannungen von mehr als 18 V haben (Tabelle 2).

Tabelle 2. Linearregler mit hoher Eingangsspannung von STMicroelectronics

Name Beschreibung Uin max, V Uout nom, V Iout nom, A eigen
fallen, hinein
35 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15 0.5 2
500-mA-Präzisionsregler 40 24 0.5 2
2 Ein Regler 35 0.225 2 2
, Einstellbarer Regler 40 0.1; 0.5; 1.5 2
3 Ein Regler 20 3 2
150-mA-Präzisionsregler 40 0.15 3
KFxx 20 2.5: 8 0.5 0.4
Extrem geringer Selbstabfallregler 20 2.7: 12 0.25 0.4
5A-Regler mit geringem Selbstabfall und einstellbarer Ausgangsspannung 30 1.5; 3; 5 1.3
lexx Extrem geringer Selbstabfallregler 20 3; 3.3; 4.5; 5; 8 0.1 0.2
Extrem geringer Selbstabfallregler 20 3.3; 5 0.1 0.2
Extrem geringer Selbstabfallregler 40 3.3; 5 0.1 0.25
85-mA-Regler mit geringem Selbstabfall 24 2.5: 3.3 0.085 0.5
Präzisions-Negativspannungsregler -35 -5; -8; -12; -15 1.5 1.1; 1.4
Negativer Spannungsregler -35 -5; -8; -12; -15 0.1 1.7
Einstellbarer negativer Spannungsregler -40 1.5 2

Entscheidet man sich für den Aufbau eines gepulsten IP, dann sollte ein geeigneter Konverterchip ausgewählt werden. Die Auswahl erfolgt unter Berücksichtigung einer Reihe grundlegender Parameter.

Hauptmerkmale von gepulsten DC/DC-Abwärtswandlern

Wir listen die Hauptparameter von Impulswandlern auf.

Eingangsspannungsbereich (V). Leider gibt es immer eine Begrenzung nicht nur der maximalen, sondern auch der minimalen Eingangsspannung. Der Wert dieser Parameter wird immer mit einem gewissen Spielraum gewählt.

Ausgangsspannungsbereich (V). Aufgrund der Begrenzung der minimalen und maximalen Impulsdauer ist der Bereich der Ausgangsspannungswerte eingeschränkt.

Maximaler Ausgangsstrom (A). Dieser Parameter wird durch eine Reihe von Faktoren begrenzt: die maximal zulässige Verlustleistung, den Endwert des Widerstands von Leistungsschaltern usw.

Betriebsfrequenz des Konverters (kHz). Je höher die Wandlungsfrequenz, desto einfacher lässt sich die Ausgangsspannung filtern. Dadurch können Sie mit Störungen umgehen und die Werte der Elemente des externen L-C-Filters reduzieren, was zu einer Erhöhung der Ausgangsströme und einer Verringerung der Größe führt. Allerdings erhöht eine Erhöhung der Wandlungsfrequenz die Schaltverluste von Leistungsschaltern und erhöht den induktiven Störanteil, was eindeutig unerwünscht ist.

Der Wirkungsgrad (%) ist ein integraler Indikator für den Wirkungsgrad und wird in Form von Diagrammen für verschiedene Spannungen und Ströme angezeigt.

Andere Parameter (Kanalwiderstand der integrierten Leistungsschalter (mΩ), Eigenverbrauchsstrom (μA), Gehäusewärmewiderstand usw.) sind weniger wichtig, sollten aber ebenfalls berücksichtigt werden.

Neue von STMicroelectronics hergestellte Wandler verfügen über eine hohe Eingangsspannung und Effizienz und ihre Parameter können mit dem kostenlosen Programm eDesignSuite berechnet werden.

Schaltende DC/DC-Leitung von ST Microelectronics

Das Portfolio von DC/DC STMicroelectronics wird ständig erweitert. Neue Wandlerchips verfügen über einen erweiterten Eingangsspannungsbereich bis 61 V ( / ), hohe Ausgangsströme, Ausgangsspannungen ab 0,6 V ( / / ) (Tabelle 3).

Tabelle 3. Neue DC/DC-STMicroelectronics

Eigenschaften Name
L7987; L7987L
Rahmen VFQFPN-10L HSOP-8; VFQFPN-8L; SO8 HSOP-8; VFQFPN-8L; SO8 HTSSOP16 VFQFPN-10L; HSOP 8 VFQFPN-10L; HSOP 8 HSOP 8 HTSSOP 16
Eingangsspannung Uin, V 4.0…18 4.0…18 4.0…18 4…38 4.5…38 4.5…38 4.5…38 4.5…61
Ausgangsstrom, A 4 3 4 2 2 3 3 2 (L7987L); 3 (L7987)
Ausgangsspannungsbereich, V 0,8…0,88×Uin 0,8…Uin 0,8…Uin 0,85…Uin 0,6…Uin 0,6…Uin 0,6…Uin 0,8…Uin
Betriebsfrequenz, kHz 500 850 850 250…2000 250…1000 250…1000 250…1000 250…1500
Externe Frequenzsynchronisation (max.), kHz Nein Nein Nein 2000 1000 1000 1000 1500
Funktionen Sanfter Start; Stromüberlastschutz; Überhitzungsschutz
Zusätzliche Funktionen ERMÖGLICHEN; PGUT ERMÖGLICHEN LNM; LCM; HEMMEN; Überspannungsschutz ERMÖGLICHEN PGUT; Schutz vor Spannungseinbrüchen; Einstellung des Abschaltstroms
Chip-Betriebstemperaturbereich, °C -40…150

Alle neuen Schaltwandlerchips verfügen über die Funktionen Sanftanlauf, Überstromschutz und Übertemperaturschutz.


Schaltende DC-DC-Wandler sind sowohl zum Erhöhen als auch zum Verringern der Spannung ausgelegt. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, beispielsweise 5 Volt verlustarm in 12, 24 oder umgekehrt umzuwandeln. Es gibt auch Hochspannungs-DC-DC-Wandler, die in der Lage sind, aus einer relativ kleinen Spannung (5-12 Volt) eine sehr signifikante Potentialdifferenz von Hunderten von Volt zu erzeugen. In diesem Artikel betrachten wir den Aufbau eines solchen Wandlers, dessen Ausgangsspannung im Bereich von 60-250 Volt eingestellt werden kann.


Es basiert auf dem gängigen integrierten Timer NE555. Q1 in der Schaltung ist ein Feldeffekttransistor. Sie können IRF630, IRF730, IRF740 oder jeden anderen verwenden, der für den Betrieb mit Spannungen über 300 Volt ausgelegt ist. Q2 ist ein Bipolartransistor mit geringer Leistung, Sie können sicher BC547, BC337, KT315, 2SC828 einsetzen. Die Induktivität L1 sollte eine Induktivität von 100 uH haben. Wenn diese jedoch nicht zur Verfügung steht, können Sie Drosseln im Bereich von 50-150 uH einstellen, dies hat keinen Einfluss auf den Betrieb der Schaltung. Eine Drossel lässt sich ganz einfach selbst herstellen: Wickeln Sie 50-100 Windungen Kupferdraht auf einen Ferritring. Diode D1 nach dem FR105-Schema, stattdessen können Sie UF4007 oder eine andere Hochgeschwindigkeitsdiode für eine Spannung von mindestens 300 Volt einsetzen. Der Kondensator C4 muss Hochspannung haben, mindestens 250 Volt oder mehr. Je größer die Kapazität, desto besser. Es ist auch wünschenswert, parallel dazu einen Filmkondensator mit kleiner Kapazität zu schalten, um hochfrequentes Rauschen am Ausgang des Wandlers qualitativ hochwertig zu filtern. VR1 ist ein Abstimmwiderstand, mit dem die Ausgangsspannung geregelt wird. Die minimale Versorgungsspannung des Stromkreises beträgt 5 Volt, optimal sind 9-12 Volt.

Herstellung des Konverters

Die Schaltung ist auf einer Leiterplatte mit den Maßen 65x25 mm montiert, eine Datei mit einer Zeichnung der Platine ist dem Artikel beigefügt. Sie können einen Textolithen nehmen, der größer als die Zeichnung selbst ist, damit an den Rändern Platz für die Befestigung der Platine am Gehäuse bleibt. Einige Fotos vom Herstellungsprozess:




Nach dem Ätzen muss die Platine verzinnt und auf Kurzschluss überprüft werden. Weil Auf der Platine liegt Hochspannung an, zwischen den Leiterbahnen dürfen sich keine Metallgrate befinden, sonst ist ein Ausfall möglich. Zunächst werden Kleinteile auf die Platine gelötet – Widerstände, Dioden, Kondensatoren. Dann eine Mikroschaltung (es ist besser, sie in eine Steckdose einzubauen), Transistoren, einen Abstimmwiderstand, eine Drossel. Um den Anschluss von Drähten an die Platine zu vereinfachen, empfehle ich die Installation von Schraubklemmenblöcken. Auf der Platine sind dafür Plätze vorgesehen.



Board herunterladen:

(Downloads: 240)

Erster Lauf und Einrichtung

Bevor Sie beginnen, überprüfen Sie unbedingt die korrekte Installation und klingeln Sie die Gleise. Stellen Sie den Abstimmwiderstand auf die minimale Position (der Schieber muss sich auf der Seite des Widerstands R4 befinden). Anschließend können Sie Spannung an die Platine anlegen, indem Sie ein Amperemeter in Reihe schalten. Im Leerlauf sollte die Stromaufnahme der Schaltung 50 mA nicht überschreiten. Wenn es innerhalb der Norm liegt, können Sie den Abstimmwiderstand vorsichtig drehen und so die Ausgangsspannung steuern. Wenn alles in Ordnung ist, schließen Sie eine Last an den Hochspannungsausgang an, beispielsweise einen 10-20 kΩ-Widerstand, und testen Sie die Funktion der Schaltung erneut, bereits unter Last.
Der maximale Strom, den ein solcher Wandler liefern kann, beträgt ca. 10-15 mA. Es kann beispielsweise als Teil der Lampentechnik zur Versorgung der Anoden von Lampen oder zur Beleuchtung von Gasentladungs- oder Leuchtstoffanzeigern eingesetzt werden. Die Hauptanwendung ist ein Miniatur-Elektroschocker, da die Spannung von 250 Volt am Ausgang für den Menschen spürbar ist. Viel Spaß beim Zusammenbau!
 


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