Switching step-down DC spänningsomvandlare. Hur pulsspänningsomvandlare fungerar (27 scheman)

Förmodligen minns många mitt epos med en hemmagjord laboratorieströmförsörjning.
Men jag har flera gånger blivit tillfrågad om något liknande, bara enklare och billigare.
I den här recensionen bestämde jag mig för att visa en alternativ version av en enkel reglerad strömförsörjning.
Kom in, jag hoppas att det blir intressant.

Jag skjutit upp den här recensionen länge, jag hade inte tid, men jag kom äntligen till det.
Denna strömförsörjning har något annorlunda egenskaper än .
Basen för strömförsörjningen kommer att vara ett DC-DC step-down omvandlarkort med digital styrning.
Men allt har sin tid, och nu finns det faktiskt några standardfotografier.
Halsduken kom i en liten låda, inte mycket större än ett paket cigaretter.

Inuti, i två påsar (finnig och antistatisk) fanns den faktiska hjältinnan i denna recension, omvandlarkortet.

Kortet har en ganska enkel design, en strömsektion och ett litet kort med en processor (detta kort liknar ett kort från en annan, mindre kraftfull omvandlare), kontrollknappar och en indikator.

Egenskaper för denna bräda
Ingångsspänning - 6-32 Volt
Utspänning - 0-30 Volt
Utström - 0-8 ampere
Minsta upplösning för spänningsinställning/display - 0,01 Volt
Minsta diskrethet av aktuell installation/display - 0,001 Ampere
Detta kort kan också mäta kapacitansen som överförs till belastningen och effekten.
Omvandlingsfrekvensen som anges i instruktionerna är 150KHz, enligt databladet för regulatorn - 300KHz, uppmätt - cirka 270KHz, vilket är märkbart närmare den parameter som anges i databladet.

Huvudkortet innehåller kraftelement, en PWM-kontroller, en effektdiod och induktor, filterkondensatorer (470 µF x 50 Volt), en PWM-logik och operationsförstärkares strömförsörjningskontroller, operationsförstärkare, en strömshunt, samt in- och utgång plintar.

Det finns praktiskt taget ingenting på baksidan, bara några kraftspår.

Tilläggskortet innehåller en processor, logikchips, en 3,3 volts stabilisator för att driva kortet, en indikator och kontrollknappar.
Processor -
Logik - 2 stycken
Kraftstabilisator -

Det finns 2 operationsförstärkare installerade på strömkortet (samma opamps är installerade i ZXY60xx)
PWM-strömkontroller för själva adj-kortet

En mikrokrets fungerar som en power PWM-kontroller. Enligt databladet är detta en 12 Ampere PWM-kontroller, så här fungerar den inte på full kapacitet, vilket är goda nyheter. Det är dock värt att tänka på att det är bättre att inte överskrida inspänningen, eftersom detta också kan vara farligt.
Beskrivningen för kortet anger en maximal inspänning på 32 volt, gränsen för regulatorn är 35 volt.
Kraftfullare omvandlare använder en lågströmskontroller som styr en kraftfull fälteffekttransistor, här görs allt detta av en kraftfull PWM-kontroller.
Jag ber om ursäkt för bilderna, jag kunde inte få bra kvalitet.

Instruktionerna jag hittade på Internet beskriver hur man går in i serviceläge, där man kan ändra några parametrar. För att gå in i serviceläget måste du slå på strömmen medan OK-knappen är intryckt.
0 - Möjliggör automatisk tillförsel av spänning till utgången när ström tillförs kortet.
1 - Aktivera avancerat läge, visar inte bara ström och spänning, utan också kapacitansen som överförs till belastningen och uteffekten.
2 - Automatiskt urval av mätningar som visas på skärmen eller manualen.

Också i instruktionerna finns ett exempel på att komma ihåg inställningarna, eftersom kortet kan ställa in gränsen för att ställa in ström och spänning och har ett inställningsminne, men jag gick inte in i den här djungeln längre.
Jag rörde inte heller kontakterna för UART-kontakten på kortet, för även om det fanns något där, kunde jag fortfarande inte hitta ett program för det här kortet.

Sammanfattning.
fördelar.
1. Ganska rika möjligheter - inställning och mätning av ström och spänning, mätning av kapacitans och effekt, samt närvaron av ett läge för att automatiskt tillföra spänning till utgången.
2. Utspänningen och strömintervallet är tillräckligt för de flesta amatörtillämpningar.
3. Utförandet är inte så bra, men utan uppenbara brister.
4. Komponenterna installeras med en reserv, PWM vid 12 Amp vid 8 deklarerade, kondensatorer på 50 Volt vid ingång och utgång, vid angivna 32 Volt.

Minus
1. Skärmen är mycket obekväm den kan bara visa 1 parameter, till exempel -;
0,000 - Aktuell
00.00 - Spänning
P00.0 - Effekt
C00.0 - Kapacitet.
När det gäller de två sista parametrarna är punkten flytande.
2. Baserat på den första punkten, är kontrollerna ganska obekvämt en valcoder.

Min åsikt.
Det är ett ganska anständigt kort för att bygga en enkel reglerad strömförsörjning, men det är bättre och lättare att använda en färdig strömförsörjning.
Jag gillade recensionen +123 +268

Jag monterade nyligen en digital enhet på en mikrokontroller, och frågan uppstod om dess strömförsörjning i fältförhållanden den behöver en spänning på 12 volt och en ström på cirka 50 mA. Dessutom är den mycket känslig för spänningsrippel och från flera växlande strömförsörjningar ville den inte arbeta från viss utrustning. Efter att ha sökt på Internet hittade jag ett av de mest optimala och billigaste alternativen: DC-DC boost-omvandlare på ett chip MC34063. För att beräkna kan du använda ett kalkylatorprogram. Jag infogade parametrarna som behövdes (det kan fungera som en ökning eller minskning) och fick detta resultat:

Mikrokretsens matningsspänning bör inte överstiga 40 volt, och strömmen bör inte överstiga 1,5 A. Det finns tryckta kretskort online och för SMD-delar, men jag har dem inte i lager, så jag bestämde mig för att göra mina egna. Observera att det finns två 0,2 ohm resistanser ritade där. Jag hade bara en 5-watt så jag gjorde den till den, men hade jag hittat en mindre så hade jag lödt fast den på ett annat ställe och klippt bort överskottet.

Istället för ett motstånd på R1- 1,5 kOhm installerade jag en trimmer på 5 kOhm för att reglera utspänningen. Förresten, den reglerar inom ett ganska anständigt intervall från 7 till 16, mer är möjligt, men utgångskondensatorn är inställd på 16 volt, så jag höjde den inte ytterligare.

Och nu kort om konverterarens funktion. Jag applicerade 3 volt, justerade (R1) utgången till 12 volt - och den bibehåller denna spänning när effekten reduceras till 2,5 volt och höjs till 11 volt!

Enkla kretsar av pulsad DC-spänningsomvandlare för att driva amatörradioenheter

God eftermiddag, kära radioamatörer!
Idag på hemsidan " "vi kommer att titta på flera enkla scheman, man kan till och med säga enkla, pulsomvandlare DC-DC spänning (omvandlare av DC-spänning av ett värde till DC-spänning av ett annat värde)

Vilka är fördelarna med pulsomvandlare? För det första har de hög effektivitet, och för det andra kan de arbeta vid en ingångsspänning som är lägre än utspänningen.
Pulsomvandlare är indelade i grupper:
– trappa ner, trappa upp, invertera;
– stabiliserad, ostabiliserad;
– galvaniskt isolerade, oisolerade;
– med ett smalt och brett utbud av inspänningar.
För att göra hemmagjorda pulsomvandlare är det bäst att använda specialiserade integrerade kretsar - de är lättare att montera och inte nyckfulla när de ställs in.

Första schemat.
Ostabiliserad transistoromvandlare:
Denna omvandlare arbetar med en frekvens på 50 kHz, galvanisk isolering tillhandahålls av transformator T1, som är lindad på en K10x6x4.5-ring gjord av 2000NM ferrit och innehåller: primärlindning - 2x10 varv, sekundärlindning - 2x70 varv PEV-0.2-tråd . Transistorer kan bytas ut mot KT501B. Nästan ingen ström förbrukas från batteriet när det inte är någon belastning.

Andra schemat.

Transformator T1 är lindad på en ferritring med en diameter på 7 mm, och innehåller två lindningar med 25 varv av tråd PEV = 0,3.

Tredje schemat.
:

Push-pull ostabiliserad omvandlare baserad på en multivibrator (VT1 och VT2) och en effektförstärkare (VT3 och VT4). Utspänningen väljs av antalet varv av sekundärlindningen hos pulstransformatorn T1.

Fjärde schemat.
Omvandlare på ett specialiserat chip:
Omvandlare av stabiliserande typ på en specialiserad mikrokrets från MAXIM. Generationsfrekvens 40...50 kHz, lagringselement – ​​induktor L1.

Femte schemat.
Ostabiliserad tvåstegs spänningsmultiplikator:

Du kan använda ett av de två chipsen separat, till exempel det andra, för att multiplicera spänningen från två batterier.

Sjätte schemat.
Pulsförstärkningsstabilisator på ett MAXIM-chip:
Typisk krets för anslutning av en pulsförstärkningsstabilisator på en MAXIM mikrokrets. Driften hålls vid en ingångsspänning på 1,1 volt. Verkningsgrad – 94 %, belastningsström – upp till 200 mA.

Sjunde schemat.
Två spänningar från en strömkälla :
Gör att du kan få två olika stabiliserade spänningar med en verkningsgrad på 50...60% och en belastningsström på upp till 150 mA i varje kanal. Kondensatorer C2 och C3 är energilagringsenheter.

Åttonde schemat.
Pulsförstärkningsstabilisator på chip-2 från MAXIM:
Typiskt kretsschema för anslutning av en specialiserad mikrokrets från MAXIM. Den förblir i drift vid en ingångsspänning på 0,91 volt, har ett litet SMD-hus och ger en belastningsström på upp till 150 mA med en verkningsgrad på 90 %.

Nionde schemat.
Puls-nedtrappningsstabilisator på ett TEXAS-chip:

En typisk krets för anslutning av en pulsad nedstegsstabilisator på en allmänt tillgänglig TEXAS-mikrokrets. Motstånd R3 reglerar utspänningen inom +2,8…+5 volt. Motstånd R1 ställer in kortslutningsströmmen, som beräknas med formeln:
Ikz(A)= 0,5/R1(Ohm)

Tionde schemat.
Integrerad spänningsomvandlare på ett chip från MAXIM:
Integrerad spänningsomvandlare, verkningsgrad – 98%.

Elfte schemat.
Två isolerade omvandlare på mikrokretsar från YCL Elektronics:
Två isolerade spänningsomvandlare DA1 och DA2, kopplade i en "icke-isolerad" krets med gemensam jord.

LM2596 minskar inspänningen (till 40 V) - utgången är reglerad, strömmen är 3 A. Idealisk för lysdioder i en bil. Mycket billiga moduler - cirka 40 rubel i Kina.

Texas Instruments producerar högkvalitativa, pålitliga, prisvärda och billiga, lättanvända DC-DC-styrenheter LM2596. Kinesiska fabriker producerar ultrabilliga pulsade stepdown-omvandlare baserade på det: priset på en modul för LM2596 är cirka 35 rubel (inklusive leverans). Jag råder dig att köpa en sats på 10 stycken på en gång - det kommer alltid att finnas användning för dem, och priset kommer att sjunka till 32 rubel och mindre än 30 rubel när du beställer 50 stycken. Läs mer om att beräkna mikrokretsens kretsar, justera ström och spänning, dess tillämpning och några av nackdelarna med omvandlaren.

Den typiska användningsmetoden är en stabiliserad spänningskälla. Det är lätt att göra en strömförsörjning baserad på denna stabilisator. Jag använder den som en enkel och pålitlig laboratorieblock strömförsörjning som tål kortslutning. De är attraktiva på grund av konsistensen av kvalitet (de verkar alla vara tillverkade på samma fabrik - och det är svårt att göra misstag i fem delar) och full överensstämmelse med databladet och deklarerade egenskaperna.

En annan applikation är en pulsströmstabilisator för strömförsörjning för högeffekts lysdioder. Modulen på detta chip gör att du kan ansluta en 10-watts LED-matris för fordon, vilket dessutom ger kortslutningsskydd.

Jag rekommenderar starkt att köpa ett dussin av dem - de kommer definitivt att komma väl till pass. De är unika på sitt sätt - ingångsspänningen är upp till 40 volt, och endast 5 externa komponenter krävs. Detta är bekvämt - du kan öka spänningen på den smarta hemströmbussen till 36 volt genom att minska kablarnas tvärsnitt. Vi installerar en sådan modul vid förbrukningsställena och konfigurerar den till erforderliga 12, 9, 5 volt eller efter behov.

Låt oss ta en närmare titt på dem.

Chips egenskaper:

• Ingångsspänning - från 2,4 till 40 volt (upp till 60 volt i HV-versionen)
• Utspänning - fast eller justerbar (från 1,2 till 37 volt)
• Utström - upp till 3 ampere (med bra kylning - upp till 4,5A)
• Omvandlingsfrekvens - 150 kHz
• Hus - TO220-5 (genomhålsmontering) eller D2PAK-5 (ytmontering)
• Verkningsgrad - 70-75 % vid låga spänningar, upp till 95 % vid höga spänningar

1. Stabiliserad spänningskälla
2. Omvandlarkrets
3. Datablad
4. USB-laddare baserad på LM2596
5. Strömstabilisator
6. Använd i hemgjorda enheter
7. Justering av utström och spänning
8. Förbättrade analoger av LM2596

Historik - linjära stabilisatorer

Till att börja med kommer jag att förklara varför vanliga linjära spänningsomvandlare som LM78XX (till exempel 7805) eller LM317 är dåliga. Här är dess förenklade diagram.

Huvudelementet i en sådan omvandlare är en kraftfull bipolär transistor, inkluderad i dess "ursprungliga" betydelse - som ett kontrollerat motstånd. Denna transistor är en del av ett Darlington-par (för att öka strömöverföringskoefficienten och minska den effekt som krävs för att driva kretsen). Basströmmen ställs in av operationsförstärkaren, som förstärker skillnaden mellan utspänningen och den som ställs in av ION (referensspänningskälla), d.v.s. den är ansluten enligt den klassiska felförstärkarkretsen.

Således slår omvandlaren helt enkelt på motståndet i serie med lasten, och styr dess motstånd så att till exempel exakt 5 volt släcks över lasten. Det är lätt att beräkna att när spänningen minskar från 12 volt till 5 (ett mycket vanligt fall med användning av mikrokretsen 7805), fördelas ingången 12 volt mellan stabilisatorn och belastningen i förhållandet "7 volt på stabilisatorn + 5 volt på belastningen." Vid en ström på en halv ampere släpps 2,5 watt vid belastningen och vid 7805 - så mycket som 3,5 watt.

Det visar sig att de "extra" 7 volten helt enkelt släcks på stabilisatorn och förvandlas till värme. För det första orsakar detta problem med kylningen, och för det andra tar det mycket energi från strömkällan. När det drivs från ett uttag är detta inte särskilt skrämmande (även om det fortfarande skadar miljön), men när det drivs av ett batteri eller ett uppladdningsbart batteri kan detta inte ignoreras.

Ett annat problem är att det i allmänhet är omöjligt att göra en boost-omvandlare med denna metod. Ofta uppstår ett sådant behov, och försök att lösa detta problem för tjugo eller trettio år sedan är fantastiska - hur komplex syntesen och beräkningen av sådana kretsar var. En av de enklaste kretsarna av detta slag är en push-pull 5V->15V omvandlare.

Det måste erkännas att det ger galvanisk isolering, men det använder inte transformatorn effektivt - endast hälften av primärlindningen används när som helst.

Låt oss glömma detta som en ond dröm och gå vidare till moderna kretsar.

Spänningskälla

Schema

Mikrokretsen är bekväm att använda som en nedstegsomvandlare: en kraftfull bipolär omkopplare är placerad inuti, allt som återstår är att lägga till de återstående komponenterna i regulatorn - en snabb diod, en induktans och en utgångskondensator, det är också möjligt att installera en ingångskondensator - endast 5 delar.

LM2596ADJ-versionen kommer också att kräva en utgångsspänningsinställningskrets, dessa är två motstånd eller ett variabelt motstånd.

Step-down spänningsomvandlarkrets baserad på LM2596:

Hela upplägget tillsammans:

Här kan du ladda ner datablad för LM2596.

Funktionsprincip: en kraftfull omkopplare inuti enheten, styrd av en PWM-signal, skickar spänningspulser till induktansen. Vid punkt A är x% av tiden full spänning och (1-x)% av tiden är spänningen noll. LC-filtret jämnar ut dessa svängningar genom att markera en konstant komponent lika med x * matningsspänning. Dioden slutför kretsen när transistorn stängs av.

Detaljerad arbetsbeskrivning

Induktans motstår förändringen i ström genom den. När spänning uppträder i punkt A skapar induktorn en stor negativ självinduktionsspänning, och spänningen över lasten blir lika med skillnaden mellan matningsspänningen och självinduktionsspänningen. Induktansströmmen och spänningen över lasten ökar gradvis.

Efter att spänningen försvinner vid punkt A strävar induktorn efter att behålla den tidigare strömmen som flyter från lasten och kondensatorn och kortsluter den genom dioden till jord - den sjunker gradvis. Således är belastningsspänningen alltid mindre än ingångsspänningen och beror på pulsernas arbetscykel.

Utspänning

Modulen finns i fyra versioner: med en spänning på 3,3V (index –3,3), 5V (index –5,0), 12V (index –12) och en justerbar version LM2596ADJ. Det är vettigt att använda den skräddarsydda versionen överallt, eftersom den är tillgänglig i stora mängder i lager hos elektroniska företag och det är osannolikt att du kommer att stöta på en brist på den - och det kräver bara ytterligare två öre motstånd. Och självklart är även 5 voltsversionen populär.

Antalet i lager finns i sista kolumnen.

Du kan ställa in utgångsspänningen i form av en DIP-switch, bra exempel detta visas här, eller i form av en vridomkopplare. I båda fallen behöver du ett batteri med precisionsmotstånd – men du kan justera spänningen utan voltmeter.

Ram

Det finns två höljesalternativ: TO-263 planmonteringshölje (modell LM2596S) och TO-220 genomgående hölje (modell LM2596T). Jag föredrar att använda den plana versionen av LM2596S, eftersom kylflänsen i det här fallet är själva kortet och det finns inget behov av att köpa en extra extern kylfläns. Dessutom är dess mekaniska motstånd mycket högre, till skillnad från TO-220, som måste skruvas fast i något, även på ett bräde - men då är det lättare att installera den plana versionen. Jag rekommenderar att du använder LM2596T-ADJ-chippet i nätaggregat, eftersom det är lättare att ta bort Ett stort antal värme.

Ingångsspänningsrippelutjämning

Kan användas som en effektiv "smart" stabilisator efter strömlikning. Eftersom mikrokretsen direkt övervakar utspänningen kommer fluktuationer i inspänningen att orsaka en omvänt proportionell förändring av omvandlingskoefficienten för mikrokretsen, och utspänningen kommer att förbli normal.

Det följer att när man använder LM2596 som en nedtrappningsomvandlare efter transformatorn och likriktaren, kommer ingångskondensatorn (dvs. den omedelbart efter) diodbrygga) kan ha en liten kapacitet (cirka 50-100 µF).

Utgångskondensator

På grund av den höga omvandlingsfrekvensen behöver inte heller utgångskondensatorn ha stor kapacitet. Även en kraftfull konsument kommer inte att ha tid att avsevärt minska denna kondensator i en cykel. Låt oss göra beräkningen: ta en 100 µF kondensator, 5 V utspänning och en last som förbrukar 3 ampere. Full laddning av kondensatorn q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.

I en omvandlingscykel kommer belastningen att ta dq = I*t = 3 A * 6,7 µs = 20 µC från kondensatorn (detta är bara 4% av kondensatorns totala laddning), och omedelbart börjar en ny cykel, och omvandlaren kommer att lägga en ny del energi i kondensatorn.

Det viktigaste är att inte använda tantalkondensatorer som in- och utgångskondensatorer. De skriver direkt i databladen - "använd inte i kraftkretsar", eftersom de mycket dåligt tolererar även kortvariga överspänningar och gillar inte höga pulsströmmar. Använd vanliga elektrolytkondensatorer av aluminium.

Effektivitet, effektivitet och värmeförlust

Verkningsgraden är inte så hög, eftersom en bipolär transistor används som en kraftfull switch - och den har ett spänningsfall som inte är noll, cirka 1,2V. Därav minskningen i verkningsgrad vid låga spänningar.

Som du kan se uppnås maximal effektivitet när skillnaden mellan ingångs- och utspänningen är cirka 12 volt. Det vill säga, om du behöver minska spänningen med 12 volt, kommer en minimal mängd energi att gå till värme.

Vad är omvandlarens effektivitet? Detta är ett värde som kännetecknar strömförluster - på grund av värmealstring på en helt öppen kraftfull strömbrytare enligt Joule-Lenz-lagen och på liknande förluster under transienta processer - när strömbrytaren t ex bara är halvöppen. Effekterna av båda mekanismerna kan vara jämförbara i omfattning, så man bör inte glömma båda förlustvägarna. En liten mängd ström används också för att driva själva omvandlarens "hjärnor".

Idealiskt, vid omvandling av spänning från U1 till U2 och utström I2, är uteffekten lika med P2 = U2*I2, ingångseffekten är lika med den (idealfallet). Detta betyder att inströmmen blir I1 = U2/U1*I2.

I vårt fall har omvandlingen en effektivitet under enhet, så en del av energin förblir inuti enheten. Till exempel, med effektivitet η, kommer uteffekten att vara P_out = η*P_in, och förluster P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Naturligtvis måste omvandlaren öka ingångsströmmen för att bibehålla den specificerade utströmmen och spänningen.

Vi kan anta att vid omvandling av 12V -> 5V och en utström på 1A, kommer förlusterna i mikrokretsen att vara 1,3 watt, och ingångsströmmen blir 0,52A. I vilket fall som helst är detta bättre än någon linjär omvandlare, som ger minst 7 watts förluster och kommer att förbruka 1 ampere från ingångsnätverket (inklusive för denna värdelösa uppgift) - dubbelt så mycket.

Förresten har mikrokretsen LM2577 en tre gånger lägre driftsfrekvens, och dess effektivitet är något högre, eftersom det finns färre förluster i transienta processer. Den behöver dock tre gånger högre klassificering av induktor och utgångskondensator, vilket innebär extra pengar och kortstorlek.

Ökande utström

Trots den redan ganska stora utströmmen från mikrokretsen krävs ibland ännu mer ström. Hur tar man sig ur denna situation?

1. Flera omvandlare kan parallelliseras. Naturligtvis måste de ställas in på exakt samma utspänning. I det här fallet kan du inte klara dig med enkla SMD-motstånd i återkopplingsspänningsinställningskretsen du behöver använda antingen motstånd med en noggrannhet på 1%, eller manuellt ställa in spänningen med ett variabelt motstånd.

USB-laddare för LM2596

Du kan göra en mycket bekväm rese-USB-laddare. För att göra detta måste du ställa in regulatorn på en spänning på 5V, förse den med en USB-port och ge ström till laddaren. Jag använder ett radiomodell av litiumpolymerbatteri köpt i Kina som ger 5 amperetimmar vid 11,1 volt. Det här är mycket - tillräckligt för att 8 gånger ladda en vanlig smartphone (utan hänsyn till effektivitet). Med hänsyn till effektiviteten kommer det att vara minst 6 gånger.

Glöm inte att kortsluta D+- och D-stiften på USB-uttaget för att tala om för telefonen att den är ansluten till laddaren och att den överförda strömmen är obegränsad. Utan denna händelse kommer telefonen att tro att den är ansluten till datorn och kommer att laddas med en ström på 500 mA - under mycket lång tid. Dessutom kanske en sådan ström inte ens kompenserar för telefonens nuvarande förbrukning, och batteriet laddas inte alls.

Du kan också tillhandahålla en separat 12V-ingång från ett bilbatteri med en cigarettändaruttag - och byta källor med någon form av strömbrytare. Jag råder dig att installera en lysdiod som signalerar att enheten är på, för att inte glömma att stänga av batteriet efter full laddning - annars kommer förlusterna i omvandlaren att tömma reservbatteriet helt om några dagar.

Den här typen av batteri är inte särskilt lämplig eftersom den är designad för höga strömmar - du kan försöka hitta ett batteri med lägre ström, och det blir mindre och lättare.

Strömstabilisator

Utgångsströmjustering

Endast tillgänglig med justerbar utspänningsversion (LM2596ADJ). Förresten, kineserna gör också denna version av brädet, med reglering av spänning, ström och alla typer av indikationer - en färdig strömstabilisatormodul på LM2596 med kortslutningsskydd kan köpas under namnet xw026fr4.

Om du inte vill använda en färdig modul, och vill göra den här kretsen själv, är det inget komplicerat, med ett undantag: mikrokretsen har inte förmågan att styra strömmen, men du kan lägga till den. Jag ska förklara hur man gör detta och förtydliga de svåra punkterna på vägen.

Ansökan

En strömstabilisator är en sak som behövs för att driva kraftfulla lysdioder (förresten - mitt mikrokontrollerprojekt LED-drivrutiner med hög effekt), laserdioder, galvanisering, batteriladdning. Som med spänningsstabilisatorer finns det två typer av sådana enheter - linjära och pulsade.

Den klassiska linjära strömstabilisatorn är LM317, och den är ganska bra i sin klass – men dess maximala ström är 1,5A, vilket inte räcker för många högeffekts-LED. Även om du driver denna stabilisator med en extern transistor, är förlusterna på den helt enkelt oacceptabla. Hela världen bråkar om energiförbrukningen för standby-lampor, men här fungerar LM317 med en verkningsgrad på 30 %. Detta är inte vår metod.

Men vår mikrokrets är en bekväm drivrutin för en pulsspänningsomvandlare som har många driftlägen. Förlusterna är minimala, eftersom inga linjära driftsätt för transistorer används, bara nyckel.

Den var ursprungligen avsedd för spänningsstabiliseringskretsar, men flera element förvandlar den till en strömstabilisator. Faktum är att mikrokretsen helt förlitar sig på "Feedback"-signalen som feedback, men vad den ska matas är upp till oss.

I standardkopplingskretsen tillförs spänning till detta ben från en resistiv utspänningsdelare. 1,2V är en balans; Men du kan lägga spänning på denna ingång från en strömshunt!

Shunt

Till exempel, vid en ström på 3A måste du ta en shunt med ett nominellt värde på högst 0,1 Ohm. Vid ett sådant motstånd kommer denna ström att släppa omkring 1 W, så det är mycket. Det är bättre att parallellkoppla tre sådana shuntar och få ett motstånd på 0,033 Ohm, ett spänningsfall på 0,1 V och en värmeavgivning på 0,3 W.

Feedbackingången kräver dock en spänning på 1,2V – och vi har bara 0,1V. Det är irrationellt att installera ett högre motstånd (värmen kommer att släppas ut 150 gånger mer), så allt som återstår är att på något sätt öka denna spänning. Detta görs med en operationsförstärkare.

Icke-inverterande op-amp-förstärkare

Klassiskt schema, vad kan vara enklare?

Vi förenas

Nu kombinerar vi en konventionell spänningsomvandlarkrets och en förstärkare med en LM358 op-amp, till vars ingång vi ansluter en strömshunt.

Ett kraftfullt 0,033 Ohm motstånd är en shunt. Den kan tillverkas av tre 0,1 Ohm-motstånd kopplade parallellt, och för att öka den tillåtna effektförlusten, använd SMD-motstånd i ett 1206-paket, placera dem med ett litet mellanrum (inte nära varandra) och försök att lämna så mycket kopparlager runt om motstånd och under dem som möjligt. En liten kondensator är ansluten till återkopplingsutgången för att eliminera en möjlig övergång till oscillatorläge.

Vi reglerar både ström och spänning

Låt oss ansluta båda signalerna till återkopplingsingången - både ström och spänning. För att kombinera dessa signaler kommer vi att använda det vanliga kopplingsschemat "OCH" på dioder. Om strömsignalen är högre än spänningssignalen kommer den att dominera och vice versa.

Några ord om ordningens tillämplighet

Du kan inte justera utspänningen. Även om det är omöjligt att reglera både utströmmen och spänningen samtidigt - de är proportionella mot varandra, med en koefficient för "belastningsresistans". Och om strömförsörjningen implementerar ett scenario som "konstant utspänning, men när strömmen överskrider, börjar vi minska spänningen", dvs. CC/CV är redan en laddare.

Den maximala matningsspänningen för kretsen är 30V, eftersom detta är gränsen för LM358. Du kan utöka denna gräns till 40V (eller 60V med LM2596-HV-versionen) om du driver op-förstärkaren från en zenerdiod.

I det senare alternativet är det nödvändigt att använda en diodenhet som summeringsdioder, eftersom båda dioderna i den är gjorda inom samma teknisk process och på en kiselwafer. Spridningen av deras parametrar kommer att vara mycket mindre än spridningen av parametrar för enskilda diskreta dioder - tack vare detta kommer vi att få hög noggrannhet för spårningsvärden.

Du måste också noggrant se till att op-amp-kretsen inte blir upphetsad och går in i laserläge. För att göra detta, försök att minska längden på alla ledare, och speciellt spåret som är anslutet till stift 2 på LM2596. Placera inte op-förstärkaren nära det här spåret, utan placera SS36-dioden och filterkondensatorn närmare LM2596-kroppen och se till en minsta yta av jordslingan som är ansluten till dessa element - det är nödvändigt att säkerställa en minsta längd av returströmväg "LM2596 -> VD/C -> LM2596".

Applicering av LM2596 i enheter och oberoende kortlayout

Jag talade i detalj om användningen av mikrokretsar i mina enheter, inte i form av en färdig modul i en annan artikel, som täcker: valet av diod, kondensatorer, induktorparametrar, och pratade också om rätt ledningar och några ytterligare knep.

Möjligheter till vidareutveckling

Förbättrade analoger av LM2596

Det enklaste sättet efter detta chip är att byta till LM2678. I huvudsak är detta samma stepdown-omvandlare, bara med en fälteffekttransistor, tack vare vilken effektiviteten stiger till 92%. Det är sant att den har 7 ben istället för 5, och den är inte pin-to-pin-kompatibel. Detta chip är dock väldigt likt och kommer att vara ett enkelt och bekvämt alternativ med förbättrad effektivitet.

L5973D– ett ganska gammalt chip, som ger upp till 2,5A, och en något högre effektivitet. Den har också nästan dubbelt så stor omvandlingsfrekvens (250 kHz) - därför krävs lägre induktor- och kondensatorvärden. Jag såg dock vad som händer med den om man lägger den direkt i bilnätet - ganska ofta slår den ut störningar.

ST1S10- högeffektiv (90 % verkningsgrad) DC–DC stepdown-omvandlare.

• Kräver 5–6 externa komponenter;

ST1S14- högspänningskontroll (upp till 48 volt). Hög driftsfrekvens (850 kHz), utgångsström upp till 4A, Power Bra uteffekt, hög effektivitet (inte sämre än 85%) och en skyddskrets mot överbelastningsström gör den förmodligen den bästa omvandlaren för att driva en server från en 36-volts källa.

Om maximal effektivitet krävs måste du vända dig till icke-integrerade stepdown DC–DC-styrenheter. Problemet med integrerade kontroller är att de aldrig har coola effekttransistorer - det typiska kanalmotståndet är inte högre än 200 mOhm. Men om du tar en styrenhet utan inbyggd transistor kan du välja vilken transistor som helst, även AUIRFS8409–7P med ett kanalmotstånd på en halv milliohm

DC-DC omvandlare med extern transistor

Nästa del