Převodník DC-DC 200W na 12 V až 220 V: 13 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Ahoj všichni:)

Vítejte v tomto instruktážním programu, kde vám ukážu, jak jsem tento převodník DC-DC na 12 V až 220 V se zpětnou vazbou stabilizoval výstupní napětí a ochranu proti nízkému napětí baterie/ podpětí, aniž bych použil jakýkoli mikrokontrolér. I když je výstup vysokonapěťový DC (a ne AC), můžeme z této jednotky provozovat LED lampy, nabíječky telefonů a další zařízení založená na SMPS. Tento převodník nemůže provozovat žádnou indukční nebo transformátorovou zátěž, jako je střídavý motor nebo ventilátor.

Pro tento projekt použiji populární ovládací obvod SG3525 PWM ke zvýšení stejnosměrného napětí a poskytnutí potřebné zpětné vazby k ovládání výstupního napětí. Tento projekt používá velmi jednoduché součásti a některé z nich jsou zachráněny ze starých počítačových napájecích zdrojů. Pojďme stavět!

Zásoby

1. Feritový transformátor EI-33 s cívkou (můžete si ho koupit v místním obchodě s elektronikou nebo jej zachránit z počítačového napájecího zdroje)
2. MOSFETY IRF3205 - 2
3. 7809 regulátor napětí -1
4. Integrovaný řadič SG3525 PWM
5. OP07/ IC741/ nebo jakýkoli jiný operační zesilovač IC
6. Kondenzátor: 0,1 uF (104)- 3
7. Kondenzátor: 0,001uF (102)- 1
8. Kondenzátor: 3,3uF 400V nepolární keramický kondenzátor
9. Kondenzátor: 3,3uF 400V polární elektrolytický kondenzátor (můžete použít vyšší hodnotu kapacity)
10. Kondenzátor: 47uF elektrolytický
11. Kondenzátor: 470uF elektrolytický
12. Rezistor: 10K odpory-7
13. Odpor: 470K
14. Rezistor: 560K
15. Rezistor: 22 ohmů - 2
16. Variabilní odpor/ předvolba: 10K -2, 50K - 1
17. Diody rychlé obnovy UF4007 - 4
18. 16 pin IC zásuvka
19. 8pinový IC konektor
20. Šroubové svorky: 2
21. Chladič pro montáž MOSFET a regulátoru napětí (ze starého počítačového zdroje)
22. Perfboard nebo Veroboard
23. Propojovací vodiče
24. Pájecí sada

Krok 1: Shromáždění požadovaných komponent

Většina dílů potřebných k provedení tohoto projektu byla převzata z nefunkční počítačové napájecí jednotky. Z takového napájecího zdroje snadno najdete transformátor a diody rychlého usměrňovače spolu s vysokonapěťovými kondenzátory a chladičem pro MOSFETY

Krok 2: Výroba transformátoru podle naší specifikace

Nejdůležitější součástí získání správného výstupního napětí je zajištění správného poměru vinutí transformátoru na primární a sekundární straně a také zajištění, aby vodiče mohly přenášet požadované množství proudu. K tomuto účelu jsem použil jádro EI-33 spolu s cívkou. Je to stejný transformátor, jaký získáte v SMPS. Můžete také najít jádro EE-35.

Naším cílem je nyní zvýšit vstupní napětí 12 voltů na přibližně 250-300 voltů, a proto jsem použil 3+3 otáčky v primárním se středovým poklepáním a asi 75 otáček na sekundární straně. Protože primární strana transformátoru bude zpracovávat větší proud než sekundární strana, použil jsem dohromady 4 izolované měděné dráty k vytvoření skupiny a poté ji navinul kolem cívky. Je to drát 24 AWG, který jsem dostal z místního železářství. Důvodem pořízení 4 vodičů dohromady k vytvoření jediného vodiče je snížení účinků vířivých proudů a vytvoření lepšího proudového nosiče. primární vinutí se skládá ze 3 závitů, každý se středovým poklepáním.

Sekundární vinutí se skládá z asi 75 závitů jednoho měděného drátu izolovaného 23 AWG.

Primární i sekundární vinutí jsou navzájem izolovány izolační páskou navinutou kolem cívky.

Podrobnosti o tom, jak přesně jsem transformátor vyrobil, naleznete ve videu na konci tohoto pokynu.

Krok 3: Fáze oscilátoru

SG3525 se používá ke generování alternativních hodinových impulzů, které se používají k alternativnímu pohonu MOSFETŮ, které tlačí a táhnou proud primárními cívkami transformátoru a také pro poskytování zpětnovazebního řízení ke stabilizaci výstupního napětí. Spínací frekvenci lze nastavit pomocí časovacích odporů a kondenzátorů. Pro naši aplikaci budeme mít spínací frekvenci 50Khz, která je nastavena kondenzátorem 1nF na pinu 5 a 10K odporu spolu s proměnným odporem na pinu 6. Proměnný odpor pomáhá jemně doladit frekvenci.

Chcete -li získat další podrobnosti o fungování IC SG3525, zde je odkaz na datový list IC:

www.st.com/resource/en/datasheet/sg2525.pd…

Krok 4: Přepínací fáze

Pulzní výstup 50Khz z PWM regulátoru slouží k alternativnímu pohonu MOSFETů. Na hradlový terminál MOSFET jsem přidal malý odpor omezující proud 22 ohmů spolu s 10K stahovacím odporem k vybití hradlového kondenzátoru. můžeme také nakonfigurovat SG3525 tak, aby přidal malou dobu nečinnosti mezi přepínáním MOSFETu, abychom se ujistili, že nikdy nejsou současně ZAPNUTY. To se provádí přidáním odporu 33 ohmů mezi piny 5 a 7 integrovaného obvodu. Středové odbočení transformátoru je připojeno k kladnému napájení, zatímco ostatní dva konce jsou přepnuty pomocí MOSFETů, které periodicky spojují cestu se zemí.

Krok 5: Výstupní fáze a zpětná vazba

Výstupem transformátoru je vysokonapěťový pulsní stejnosměrný signál, který je třeba napravit a vyhladit. To se provádí implementací plného můstkového usměrňovače pomocí diod rychlé obnovy UF4007. Pak kondenzátorové banky po 3,3 uF (polární a nepolární čepičky) poskytují stabilní stejnosměrný výstup bez jakýchkoli zvlnění. Je třeba se ujistit, že čtení napětí na čepičkách je dostatečně vysoké, aby tolerovalo a ukládalo generované napětí.

Pro implementaci zpětné vazby, kterou jsem dal, jsem použil odporovou děličovou síť s napětím 560 KiloOhms a 50 K proměnným odporem, výstup potenciometru jde na vstup chybového zesilovače SG3525, a tak úpravou potenciometru můžeme získat požadovaný výstup napětí.

Krok 6: Implementace podpěťové ochrany

Podpěťová ochrana se provádí pomocí operačního zesilovače v komparačním režimu, který porovnává napětí vstupního zdroje s pevnou referencí generovanou pinem SG3525 Vref. Prah je nastavitelný pomocí 10K potenciometru. Jakmile napětí klesne pod nastavenou hodnotu, aktivuje se funkce Shutdown regulátoru PWM a výstupní napětí není generováno.

Krok 7: Schéma zapojení

Toto je celé schéma zapojení projektu se všemi dříve zmíněnými pojmy.

Dobře, dost teoretické části, teď si ušpiníme ruce!

Krok 8: Testování obvodu na prkénku

Před pájením všech součástí na veroboard je důležité zajistit, aby náš obvod fungoval a mechanismus zpětné vazby fungoval správně.

UPOZORNĚNÍ: buďte opatrní při manipulaci s vysokým napětím nebo vám může způsobit smrtelný šok. Vždy mějte na paměti bezpečnost a nedotýkejte se žádné součásti, když je napájení stále zapnuté. Elektrolytické kondenzátory mohou nabíjet poměrně dlouho, takže se ujistěte, že je zcela vybitý.

Po úspěšném pozorování výstupního napětí jsem implementoval mezní napětí nízkého napětí a funguje to dobře.

Krok 9: Rozhodování o umístění součástí

Nyní, než začneme s procesem pájení, je důležité, abychom polohu součástek zafixovali tak, abychom museli použít minimální dráty a příslušné součásti byly umístěny blízko sebe, aby je bylo možné snadno spojit podle stop pájky.

Krok 10: Pokračování procesu pájení

V tomto kroku vidíte, že jsem umístil všechny komponenty pro přepínací aplikaci. Zajistil jsem, aby stopy po MOSFETech byly silné, aby mohly přenášet vyšší proudy. Také se snažte udržovat filtrační kondenzátor co nejblíže IC.

Krok 11: Pájení transformátoru a systému zpětné vazby

Nyní je čas opravit transformátor a opravit součásti pro opravu a zpětnou vazbu. Je pozoruhodné zmínit, že při pájení je třeba dbát na to, aby strana vysokého napětí a nízkého napětí měla dobré oddělení a aby se zabránilo jakýmkoli zkratům. Strana vysokého a nízkého napětí by měla sdílet společný základ, aby zpětná vazba fungovala správně.

Krok 12: Dokončení modulu

Asi po 2 hodinách pájení a zajištění správného zapojení mého obvodu bez zkratů byl modul konečně kompletní!

Poté jsem pomocí tří potenciometrů upravil frekvenci, výstupní napětí a mezní hodnotu nízkého napětí.

Obvod funguje podle očekávání a poskytuje velmi stabilní výstupní napětí.

Úspěšně se mi podařilo spustit můj telefon a nabíječku notebooku, protože jsou to zařízení založená na SMPS. S touto jednotkou můžete snadno provozovat malé až střední LED žárovky a nabíječky. Účinnost je také docela přijatelná, pohybuje se kolem 80 až 85 procent. Nejpůsobivější vlastností je, že bez zatížení je aktuální spotřeba jen asi 80-90 miliAmpérů, a to vše díky zpětné vazbě a ovládání!

Doufám, že se vám tento návod líbí. Určitě to sdílejte se svými přáteli a své připomínky a pochybnosti zveřejněte v sekci komentáře níže.

Podívejte se na video s celým procesem sestavení a fungováním modulu. Pokud se vám obsah líbí, zvažte přihlášení k odběru:)

Uvidíme se v příštím!