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Die Wahl des Herausgebers:
- Selbstgebaute Metalldetektoren oder wie man einen Metalldetektor mit eigenen Händen herstellt
- Flüssigkeitsgekühlte LED-Downlight-LEDs, 3 W, wassergekühlt
- Ein paar einfache LED-Stromkreise
- DC-Indikatoren und ihre Anwendungen
- So bauen Sie einen Metalldetektor mit Ihren eigenen Händen: detaillierte Anweisungen und Diagramme. Metalldetektor mit Metallunterscheidung auf einem Mikrocontroller
- LEDs: Eigenschaften, Kennzeichnung und Typen
- LED-Würfel (LED-Würfel) DIY LED-3D-Würfel
- Leistungsstarker DC-DC-Wandler. Do-it-yourself-DC-Boost-Spannungswandler
- Nivellierung von Böden mit Sperrholz: Merkmale, Vorteile, Nachteile
- So bauen Sie selbst eine Wendeltreppe
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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. 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. 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 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. 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. 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. 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 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 TemperaturbereichEinige 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. 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. Lassen Sie mich etwas in eine verständlichere Sprache übersetzen. Die Bestellung kam in einer Standard-Plastiktüte, die großzügig mit Polyethylenschaumband umwickelt war. Während des Liefervorgangs wurde nichts beschädigt. 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 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. Die Platine ist zweischichtig, die Montage erfolgt beidseitig. 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. 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. 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. Und nun beschäftigen wir uns ein wenig mit den deklarierten Eigenschaften und dem, was wir tatsächlich haben. Und hier ist das Blockdiagramm des PWM-Controllers und sogar ein Implementierungsbeispiel. 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: ) Der erste Test im Leerlauf, zunächst ist die Platine auf eine Ausgangsspannung von 5 Volt konfiguriert. Die LED leuchtet rot, wenn der Ausgangsstrom mehr als 1/10 (1/11) der Einstellung beträgt. Zum Testen habe ich einen kleinen Stand aufgebaut, an dem sie teilgenommen haben. 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 . Der Test verlief dieses Mal etwas anders als sonst. Warum das Testen auf so knifflige Weise ablief. Unten sind ein paar Gruppenfotos, auf denen ich 5-Volt-2-Ampere- und 5-Volt-7,5-Ampere-Tests sowie den entsprechenden Welligkeitspegel zeige. Wie oben, jedoch 28 Volt Eingang und 12 Volt Ausgang. Thermische Bedingungen beim Arbeiten mit Eingang 28 Volt und Ausgang 12. 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). Die Ergebnisse der Temperaturmessungen habe ich in einer Tabelle zusammengefasst. Ich habe oben geschrieben, dass es einige Funktionen gab, die ich erklären werde. Danach beschloss ich, die Effizienz des Geräts zu überprüfen.
Was folgte, war im Grunde eine einfache Prüfung, jedoch mit einigen Nuancen. Aber beim 12-Volt-Test gab es einige Besonderheiten, das unterschreibe ich. Nebenbei habe ich die Effizienz beim Laden einer Autobatterie über ein Laptop-Netzteil überprüft. Ich hatte zwei Effizienztests. Für 24 Volt Eingang und 12 Volt Ausgang. 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 – Und so ist die Zusammenfassung. Minuspunkte. Besondere Erinnerung: 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. 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. Das ist alles, wir warten wie immer auf Kommentare, Fragen und Ergänzungen. Das Produkt wurde vom Shop zum Verfassen einer Rezension bereitgestellt. Die Bewertung wird gemäß Abschnitt 18 der Website-Regeln veröffentlicht. Ich habe vor, +121 zu kaufen Zu den Favoriten hinzufügen Die Rezension hat mir gefallen +105 +225Der 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 SpannungsreglersDas 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-WandlersEin 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 SpannungsumwandlungsschaltungenWenn 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
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:
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
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-AbwärtswandlernWir 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 MicroelectronicsDas 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
Alle neuen Schaltwandlerchips verfügen über die Funktionen Sanftanlauf, Überstromschutz und Übertemperaturschutz. 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 KonvertersDie 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 EinrichtungBevor 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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