최대 60v 회로의 승압 전압 변환기. 고전압 모듈은 어디에 사용됩니까? 와인딩 동작 수행 규칙
최대 61V의 입력 전압, 0.6V의 출력 전압, 최대 4A의 출력 전류, 외부 동기화 및 주파수 조정 기능, 전류 제한 조정, 소프트 스타트 시간 조정, 포괄적인 부하 보호, 넓은 작동 온도 범위 - 최신 소스 전원 공급 장치의 이러한 모든 기능은 에서 제조한 새로운 범위의 DC/DC 컨버터로 달성할 수 있습니다.
현재 STMicro에서 제조한 스위칭 조정기의 미세 회로 범위(그림 1)를 통해 최대 61V의 입력 전압과 최대 4A의 출력 전류로 전원 공급 장치(PS)를 생성할 수 있습니다.
전압 변환 작업이 항상 쉬운 것은 아닙니다. 각 특정 장치에는 전압 조정기에 대한 고유한 요구 사항이 있습니다. 때로 가격(소비자 전자제품), 크기(휴대용 전자제품), 효율성(배터리 구동 장치) 또는 제품 개발 속도가 중요한 역할을 합니다. 이러한 요구 사항은 종종 서로 충돌합니다. 이러한 이유로 이상적인 범용 전압 변환기는 없습니다.
현재 선형 (전압 안정기), 펄스 DC / DC 변환기, 전하 전송 회로 및 갈바닉 절연체 기반 전원 공급 장치와 같은 여러 유형의 변환기가 사용됩니다.
그러나 선형 전압 조정기와 강압 스위칭 DC/DC 컨버터가 여전히 가장 일반적입니다. 이러한 체계의 기능 간의 주요 차이점은 이름에서 볼 수 있습니다. 첫 번째 경우 전원 스위치는 선형 모드에서 작동하고 두 번째 경우에는 키 모드에서 작동합니다. 이러한 계획의 주요 장점, 단점 및 적용 분야는 다음과 같습니다.
선형 전압 조정기의 특징
선형 전압 조정기의 작동 원리는 잘 알려져 있습니다. 고전적인 μA723 통합 스태빌라이저는 R. Widlar가 1967년에 개발했습니다. 그 이후로 전자 장치가 훨씬 발전했음에도 불구하고 작동 원리는 거의 변하지 않았습니다.
선형 전압 조정기의 표준 회로는 전력 트랜지스터 VT1, 기준 전압 소스(ION), 연산 증폭기(op-amp)의 보상 피드백 회로 등 여러 기본 요소로 구성됩니다(그림 2). 최신 조정기에는 보호 회로(과열, 과전류), 전원 관리 회로 등의 추가 기능 블록이 포함될 수 있습니다.
이러한 안정 장치의 작동 원리는 매우 간단합니다. 연산 증폭기의 피드백 회로는 기준 전압 값을 출력 분배기 R1 / R2의 전압과 비교합니다. 연산 증폭기의 출력에서 전력 트랜지스터 VT1의 게이트-소스 전압을 결정하는 불일치가 형성됩니다. 트랜지스터는 선형 모드에서 작동합니다. 연산 증폭기 출력의 전압이 높을수록 게이트-소스 전압이 낮아지고 저항 VT1이 커집니다.
이 회로를 사용하면 입력 전압의 모든 변화를 보상할 수 있습니다. 실제로 입력 전압 Uin이 증가했다고 가정합니다. 이로 인해 다음과 같은 일련의 변화가 발생합니다. Vin 증가 → Vout 증가 → 분배기 R1/R2의 전압 증가 → 연산 증폭기의 출력 전압 증가 → "게이트 소스" 전압 감소 → 저항 VT1이 증가합니다 → Uout이 감소합니다.
결과적으로 입력 전압이 변경되면 출력 전압이 약간 변경됩니다.
출력 전압이 감소하면 전압 값의 역 변화가 발생합니다.
벅 DC/DC 컨버터의 특징
고전적인 DC/DC 벅 컨버터(유형 I 컨버터, 벅 컨버터, 강압 컨버터)의 단순화된 다이어그램은 몇 가지 주요 요소(그림 3)로 구성됩니다. 전력 트랜지스터 VT1, 제어 회로(CS), 필터(Lf-Cf) ), 역 다이오드 VD1.
선형 조정기 회로와 달리 트랜지스터 VT1은 키 모드에서 작동합니다.
회로 작동 주기는 펌프 단계와 배출 단계의 두 단계로 구성됩니다(그림 4…5).
펌프 단계에서 트랜지스터 VT1이 열리고 전류가 이를 통해 흐릅니다(그림 4). 에너지는 코일 Lf와 커패시터 Cf에 저장됩니다.
방전 단계에서는 트랜지스터가 닫히고 전류가 흐르지 않습니다. 코일 Lf는 전류 소스 역할을 합니다. VD1은 역전류가 흐르기 위해 필요한 다이오드입니다.
두 위상에서 커패시터 Cf 양단의 전압과 동일한 전압이 부하에 적용됩니다.
위의 회로는 펄스 지속 시간이 변경될 때 출력 전압을 조절합니다.
Uout = Uin × (ti/T)
인덕턴스 값이 작으면 인덕턴스를 통한 방전 전류는 0에 도달하는 데 시간이 걸립니다. 이 모드를 간헐 전류 모드라고 합니다. 커패시터의 전류 및 전압 리플이 증가하여 출력 전압의 품질이 저하되고 회로 노이즈가 증가하는 것이 특징입니다. 이러한 이유로 간헐 전류 모드는 거의 사용되지 않습니다.
"비효율적인"다이오드 VD1이 트랜지스터로 대체되는 일종의 변환기 회로가 있습니다. 이 트랜지스터는 메인 트랜지스터 VT1과 역상으로 열립니다. 이러한 변환기를 동기식이라고 하며 효율이 더 높습니다.
전압 변환 회로의 장단점
위의 계획 중 하나가 절대적으로 우월하다면 두 번째 계획은 안전하게 잊혀질 것입니다. 그러나 이것은 일어나지 않습니다. 이것은 두 계획 모두 장점과 단점이 있음을 의미합니다. 체계 분석은 다양한 기준에 따라 수행되어야 합니다(표 1).
표 1. 전압 조정기 회로의 장단점
| 특성 | 리니어 레귤레이터 | 강압 DC/DC 컨버터 |
| 일반적인 입력 전압 범위, V | 최대 30 | 100까지 |
| 일반적인 출력 전류 범위 | 수백 mA | 단위 A |
| 능률 | 짧은 | 높은 |
| 출력 전압 설정 정확도 | 단위 % | 단위 % |
| 출력 전압 안정성 | 높은 | 평균 |
| 노이즈 발생 | 짧은 | 높은 |
| 회로 구현의 복잡성 | 낮은 | 높은 |
| PCB 토폴로지의 복잡성 | 낮은 | 높은 |
| 가격 | 낮은 | 높은 |
전기적 특성. 모든 컨버터의 주요 특성은 효율, 부하 전류, 입력 및 출력 전압 범위입니다.
선형 조정기의 효율 값은 작고 입력 전압에 반비례합니다(그림 6). 이는 선형 모드에서 작동하는 트랜지스터에서 모든 "추가" 전압이 떨어지기 때문입니다. 트랜지스터의 전력은 열로 방출됩니다. 효율이 낮으면 선형 조정기의 입력 전압 및 출력 전류 범위가 상대적으로 작습니다(최대 30V 및 최대 1A).
스위칭 조정기의 효율은 훨씬 더 높고 입력 전압에 덜 의존합니다. 동시에 60V 이상의 입력 전압과 1A 이상의 부하 전류는 드문 일이 아닙니다.
비효율적인 환류 다이오드를 트랜지스터로 대체하는 동기식 컨버터 회로를 사용하면 효율이 훨씬 높아집니다.
출력 전압 정확도 및 안정성. 선형 스태빌라이저는 매우 높은 정확도와 매개변수 안정성(몇 분의 1 비율)을 가질 수 있습니다. 입력 전압 및 부하 전류의 변화에 대한 출력 전압의 의존성은 몇 퍼센트를 초과하지 않습니다.
작동 원리에 따라 스위칭 조정기는 초기에 선형 조정기와 동일한 오류 원인이 있습니다. 또한 흐르는 전류의 크기는 출력 전압의 편차에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
소음 특성. 리니어 레귤레이터는 적당한 노이즈 특성을 가지고 있습니다. 고정밀 측정 기술에 사용되는 저잡음 정밀 레귤레이터가 있습니다.
전력 트랜지스터가 키 모드에서 작동하기 때문에 스위칭 조정기 자체는 강력한 간섭원입니다. 생성된 간섭은 전도성(전력선을 통해 전달됨)과 유도성(비도전성 매체를 통해 전달됨)으로 구분됩니다.
전도된 간섭은 저역 통과 필터로 제거됩니다. 컨버터의 작동 주파수가 높을수록 간섭을 제거하기가 더 쉽습니다. 측정 회로에서 스위칭 조정기는 종종 선형 안정기와 함께 사용됩니다. 이 경우 간섭 수준이 크게 줄어듭니다.
유도 간섭의 유해한 영향을 제거하는 것은 훨씬 더 어렵습니다. 이 간섭은 인덕터에서 발생하며 공기 및 비전도성 매체를 통해 전송됩니다. 이를 제거하기 위해 차폐 인덕턴스, 토로이달 코어의 코일이 사용됩니다. 보드를 배치할 때 솔리드 접지 폴리곤 채우기가 사용되거나 다중 레이어 보드에서 별도의 접지 레이어가 격리됩니다. 또한 펄스 변환기 자체는 측정 회로에서 최대한 제거됩니다.
운영 특성. 회로 구현 및 PCB 레이아웃의 단순성이라는 관점에서 볼 때 선형 레귤레이터는 매우 간단합니다. 통합 조정기 자체 외에도 몇 개의 커패시터만 필요합니다.
스위칭 컨버터에는 최소한 외부 L-C 필터가 필요합니다. 경우에 따라 외부 전력 트랜지스터와 외부 플라이백 다이오드가 필요합니다. 이로 인해 계산 및 모델링이 필요하고 인쇄 회로 기판의 토폴로지는 훨씬 더 복잡해집니다. EMC 요구 사항으로 인해 보드의 추가적인 복잡성이 발생합니다.
가격. 분명히 많은 수의 외부 구성 요소로 인해 펄스 변환기의 비용이 많이 듭니다.
결론적으로 두 유형의 변환기에 대해 선호하는 응용 분야를 결정할 수 있습니다.
- 선형 조정기는 높은 정확도, 안정성 및 저잡음 요구 사항을 갖춘 저전력 저전압 회로에 적용될 수 있습니다. 측정 및 정밀 회로를 예로 들 수 있습니다. 또한 최종 솔루션의 작은 크기와 저렴한 비용은 휴대용 전자 장치 및 예산 장치에 이상적일 수 있습니다.
- 스위칭 조정기는 자동차, 산업 및 가전 제품의 고전력 저전압 및 고전압 회로에 이상적입니다. 고효율은 종종 휴대용 및 배터리 구동 장치에 DC/DC를 사용합니다.
때로는 높은 입력 전압에서 선형 조정기를 사용해야 하는 경우가 있습니다. 이러한 경우 작동 전압이 18V 이상인 STMicroelectronics에서 제조한 스태빌라이저를 사용할 수 있습니다(표 2).
표 2. STMicroelectronics 고입력 전압 선형 레귤레이터
| 이름 | 설명 | Uin 최대, V | Uout nom, V | Iout nom, A | 소유하다 빠지다 |
| 35 | 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15 | 0.5 | 2 | ||
| 500mA 정밀 레귤레이터 | 40 | 24 | 0.5 | 2 | |
| 2A 레귤레이터 | 35 | 0.225 | 2 | 2 | |
| , | 조절 조절기 | 40 | – | 0.1; 0.5; 1.5 | 2 |
| 3A 레귤레이터 | 20 | – | 3 | 2 | |
| 150mA 정밀 레귤레이터 | 40 | – | 0.15 | 3 | |
| KFxx | 20 | 2.5: 8 | 0.5 | 0.4 | |
| 초저 자가 강하 조정기 | 20 | 2.7: 12 | 0.25 | 0.4 | |
| 낮은 자가 강하 및 조정 가능한 출력 전압을 제공하는 5A 조정기 | 30 | – | 1.5; 3; 5 | 1.3 | |
| 렉스 | 초저 자가 강하 조정기 | 20 | 3; 3.3; 4.5; 5; 8 | 0.1 | 0.2 |
| 초저 자가 강하 조정기 | 20 | 3.3; 5 | 0.1 | 0.2 | |
| 초저 자가 강하 조정기 | 40 | 3.3; 5 | 0.1 | 0.25 | |
| 자체 강하가 낮은 85mA 조정기 | 24 | 2.5: 3.3 | 0.085 | 0.5 | |
| 정밀 네거티브 전압 조정기 | -35 | -5; -8; -12; -15 | 1.5 | 1.1; 1.4 | |
| 네거티브 전압 조정기 | -35 | -5; -8; -12; -15 | 0.1 | 1.7 | |
| 조정 가능한 네거티브 전압 조정기 | -40 | – | 1.5 | 2 |
펄스 IP를 구축하기로 결정했다면 적합한 컨버터 칩을 선택해야 합니다. 여러 가지 기본 매개변수를 고려하여 선택합니다.
강압 펄스형 DC/DC 컨버터의 주요 특징
펄스 변환기의 주요 매개 변수를 나열합니다.
입력 전압 범위(V). 불행히도 최대 입력 전압뿐만 아니라 최소 입력 전압에도 항상 제한이 있습니다. 이러한 매개변수의 값은 항상 약간의 여백을 두고 선택됩니다.
출력 전압 범위(V). 최소 및 최대 펄스 지속 시간에 대한 제한으로 인해 출력 전압 값의 범위가 제한됩니다.
최대 출력 전류(A). 이 매개변수는 최대 허용 전력 손실, 전원 스위치 저항의 최종 값 등 여러 요인에 의해 제한됩니다.
컨버터 작동 주파수(kHz). 변환 주파수가 높을수록 출력 전압을 필터링하기가 더 쉽습니다. 이를 통해 간섭을 처리하고 외부 L-C 필터 요소의 값을 줄일 수 있으므로 출력 전류가 증가하고 크기가 감소합니다. 그러나 변환 주파수의 증가는 전원 스위치의 스위칭 손실을 증가시키고 간섭의 유도성 성분을 증가시키며 이는 분명히 바람직하지 않습니다.
효율(%)은 효율의 통합 지표이며 다양한 전압 및 전류에 대한 그래프 형식으로 제공됩니다.
기타 매개변수(통합 전원 스위치의 채널 저항(mΩ), 자체 소비 전류(μA), 케이스 열 저항 등)는 덜 중요하지만 고려해야 합니다.
STMicroelectronics에서 제조한 새로운 컨버터는 입력 전압과 효율이 높으며 무료 프로그램인 eDesignSuite를 사용하여 매개변수를 계산할 수 있습니다.
ST Microelectronics의 DC/DC 라인 스위칭
DC/DC STMicroelectronics의 포트폴리오는 지속적으로 확장되고 있습니다. 새로운 컨버터 칩은 최대 61V( / )의 확장된 입력 전압 범위, 높은 출력 전류, 0.6V( / / )의 출력 전압을 제공합니다(표 3).
표 3. 새로운 DC/DC STMicroelectronics
| 형질 | 이름 | |||||||
| L7987; L7987L | ||||||||
| 액자 | 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 |
| 입력 전압 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 |
| 출력 전류, A | 4 | 3 | 4 | 2 | 2 | 3 | 3 | 2(L7987L); 3 (L7987) |
| 출력 전압 범위, V | 0.8…0.88×Uin | 0.8…유인 | 0.8…유인 | 0.85… | 0.6…유인 | 0.6…유인 | 0.6…유인 | 0.8…유인 |
| 작동 주파수, kHz | 500 | 850 | 850 | 250…2000 | 250…1000 | 250…1000 | 250…1000 | 250…1500 |
| 외부 주파수 동기화(최대), kHz | 아니요 | 아니요 | 아니요 | 2000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1500 |
| 기능 | 부드러운 시작; 전류 과부하 보호; 과열 보호 | |||||||
| 추가 기능 | 할 수 있게 하다; PGOOD | 할 수 있게 하다 | LNM; LCM; 금지; 과전압 보호 | 할 수 있게 하다 | PGOOD; 전압 강하에 대한 보호; 컷오프 전류 조정 | |||
| 칩 작동 온도 범위, °C | -40…150 | |||||||
모든 새로운 스위칭 컨버터 칩에는 소프트 스타트, 과전류 보호 및 과열 보호 기능이 있습니다.
나는 최근에 마이크로 컨트롤러에 하나의 디지털 장치를 조립했는데 현장 조건에서 전원 공급 장치에 대한 질문이 생겼습니다. 12V의 전압과 약 50mA의 전류가 필요합니다. 또한 전압 리플에 매우 민감하고 여러 스위칭 전원 공급 장치에서 어떤 종류의 장비에서 작동하고 싶지 않았습니다. 인터넷을 검색하면서 가장 최적이고 저렴한 옵션 중 하나를 찾았습니다. 부스트 컨버터 DC-DC칩에 MC34063. 계산기를 사용하여 계산할 수 있습니다. 필요한 매개변수를 삽입했고(위와 아래로 작동할 수 있음) 다음과 같은 결과를 얻었습니다.
마이크로 회로의 공급 전압은 40V를 초과해서는 안되며 전류는 1.5A를 초과해서는 안됩니다. 네트워크 및 smd 부품 용 인쇄 회로 기판이 있지만 사용할 수 없으므로 직접 만들기로 결정했습니다. . 거기에 0.2옴의 두 저항이 그려져 있습니다. 저는 5와트짜리만 가지고 있어서 해봤는데 그보다 적게 찾았으면 다른곳에 납땜하고 남는 부분은 잘라버렸을겁니다.
R1-1.5kOhm의 저항 대신 출력 전압을 조절하기 위해 5kOhm에 트리머를 넣었습니다. 그건 그렇고, 그것은 7에서 16까지 상당히 괜찮은 범위 내에서 조절되며 더 많은 것이 가능하지만 출력 커패시터는 16V이므로 더 이상 올리지 않았습니다.
이제 변환기의 작동에 대해 간단히 설명합니다. 그는 3볼트를 적용하고 출력을 12볼트로 조정(R1)했습니다. 그리고 전력이 2.5볼트로 줄어들고 11볼트로 올라갈 때 이 전압을 유지합니다!
2.5V 및 20mA 부하로 전원을 공급할 때 회로가 220mA를 소비한다는 점을 추가해야 합니다. 다른 특성과 인쇄 회로 기판 도면은 포럼에서 볼 수 있습니다.
기사 BOOSTER DC-DC CONVERTER 토론
LM2596은 입력(최대 40V) 전압을 낮추고 출력은 조절되며 전류는 3A입니다. 자동차의 LED에 이상적입니다. 매우 저렴한 모듈 - 중국에서 약 40 루블.
Texas Instruments는 고품질의 안정적이고 저렴하며 사용하기 쉬운 DC-DC 컨트롤러 LM2596을 생산합니다. 중국 공장은이를 기반으로 매우 저렴한 강압 변환기를 생산합니다. LM2596의 모듈 가격은 약 35 루블입니다 (배송 포함). 즉시 10 조각을 구입하는 것이 좋습니다. 항상 사용할 수 있으며 가격은 32 루블로 떨어지고 50 조각을 주문하면 30 루블 미만입니다. 미세 회로의 스트래핑 계산, 전류 및 전압 조정, 적용 및 변환기의 일부 단점에 대해 자세히 알아보십시오.
일반적인 사용 방법은 안정화된 전압 소스입니다. 이 스태빌라이저를 기반으로 스위칭 전원 공급 장치를 쉽게 만들 수 있으며 단락을 견딜 수 있는 간단하고 안정적인 실험실 전원 공급 장치로 사용합니다. 품질의 일관성 (모두 같은 공장에서 만들어지는 것 같고 5 가지 세부 사항에서 실수하기 어렵다)과 데이터 시트 및 선언 된 특성을 완벽하게 준수하기 때문에 매력적입니다.
또 다른 응용 분야는 스위칭 전류 안정기입니다. 고전력 LED의 전원 공급 장치. 이 칩의 모듈을 사용하면 10와트 자동차 LED 매트릭스를 연결할 수 있으며 추가로 단락 보호 기능을 제공합니다.
나는 그것들을 12 개 구입하는 것이 좋습니다. 확실히 유용 할 것입니다. 이들은 고유한 방식으로 고유합니다. 입력 전압은 최대 40볼트이며 5개의 외부 구성 요소만 필요합니다. 이것은 편리합니다. 케이블의 단면을 줄임으로써 스마트 홈 전원 버스의 전압을 36볼트로 올릴 수 있습니다. 이러한 모듈을 소비 지점에 설치하고 필요한 12, 9, 5볼트 또는 필요한 만큼 설정합니다.
더 자세히 살펴 보겠습니다.
칩 특성:
- 입력 전압 - 2.4 ~ 40V(HV 버전의 경우 최대 60V)
- 출력 전압 - 고정 또는 조정 가능(1.2~37V)
- 출력 전류 - 최대 3암페어(양호한 냉각 시 - 최대 4.5A)
- 변환 주파수 - 150kHz
- 인클로저 - TO220-5(구멍 장착) 또는 D2PAK-5(표면 장착)
- 효율 - 저전압에서 70-75%, 고전압에서 최대 95%
- 안정화된 전압원
- 컨버터 회로
- 데이터 시트
- LM2596 기반 USB 충전기
- 전류 안정제
- 수제 장치에 적용
- 출력 전류 및 전압 조정
- LM2596의 향상된 아날로그
연혁 - 선형 안정기
먼저 LM78XX(예: 7805) 또는 LM317과 같은 표준 선형 전압 변환기가 나쁜 이유를 설명하겠습니다. 다음은 그의 단순화된 다이어그램입니다.
이러한 변환기의 주요 요소는 제어 저항으로 "원래"의미에 포함 된 강력한 바이폴라 트랜지스터입니다. 이 트랜지스터는 Darlington 쌍의 일부입니다(전류 전송 비율을 높이고 회로를 작동하는 데 필요한 전력을 줄이기 위해). 기본 전류는 출력 전압과 ION(기준 전압원)을 사용하여 설정된 것 사이의 차이를 증폭하는 연산 증폭기에 의해 설정됩니다. 고전적인 오류 증폭기 회로에 따라 포함됩니다.
따라서 변환기는 단순히 부하와 직렬로 연결된 저항을 포함하고 저항을 제어하여 예를 들어 부하에서 정확히 5볼트가 소멸되도록 합니다. 전압이 12볼트에서 5볼트로 떨어지면(7805 마이크로 회로를 사용하는 매우 일반적인 경우) 입력 12볼트가 스태빌라이저와 부하 사이에 "안정 장치에서 7볼트 + 5"의 비율로 분배된다는 것을 쉽게 계산할 수 있습니다. 부하에서 볼트”. 하프 암페어 전류에서 부하에서 2.5W가 방출되고 7805에서 최대 3.5W가 방출됩니다.
"추가"7 볼트는 스태빌라이저에서 단순히 소멸되어 열로 변합니다. 첫째, 이로 인해 냉각에 문제가 있고 둘째, 전원 공급 장치에서 많은 에너지가 필요합니다. 전원 콘센트에서 전원을 공급받을 때 이것은 그다지 무섭지 않지만 (여전히 환경에 해를 끼치지만) 배터리 또는 충전식 배터리를 사용할 때 이것을 기억하지 않을 수 없습니다.
또 다른 문제는 일반적으로 이 방법으로 부스트 컨버터를 만드는 것이 불가능하다는 것입니다. 종종 그러한 요구가 발생하고 20 ~ 30 년 전에이 문제를 해결하려는 시도가 눈에 띕니다. 그러한 계획의 합성과 계산이 얼마나 복잡했는지입니다. 이러한 종류의 가장 간단한 회로 중 하나는 5V->15V 푸시-풀 컨버터입니다.
갈바닉 절연을 제공하지만 변압기를 비효율적으로 사용한다는 점을 인정해야 합니다. 항상 1차 권선의 절반만 관련됩니다.
나쁜 꿈처럼 잊고 현대 회로로 넘어갑시다.
전압 소스
계획
초소형 회로는 강압 변환기로 사용하기 편리합니다. 강력한 바이폴라 스위치가 내부에 있으며 빠른 다이오드, 인덕턴스 및 출력 커패시터와 같은 나머지 조정기 구성 요소를 추가해야하며 입력도 가능합니다. 커패시터 - 단 5개 부품.
LM2596ADJ 버전에는 출력 전압 설정 회로도 필요하며, 이는 두 개의 저항 또는 하나의 가변 저항입니다.
LM2596 기반 강압 전압 변환기 회로:
전체 계획을 함께:
여기에서 할 수 있습니다 LM2596용 데이터시트 다운로드.
작동 방식: 장치 내부의 PWM 제어 고전력 스위치는 인덕터에 전압 펄스를 보냅니다. 지점 A에서 전체 전압이 존재하는 시간의 x%이고 전압이 0인 시간의 (1-x)%입니다. LC 필터는 x * 공급 전압과 동일한 DC 성분을 추출하여 이러한 변동을 완화합니다. 다이오드는 트랜지스터가 꺼지면 회로를 닫습니다.
자세한 작업 설명
인덕터는 이를 통과하는 전류의 변화에 반대합니다. A 지점에 전압이 나타나면 인덕터는 큰 음의 자기 유도 전압을 생성하고 부하 양단의 전압은 공급 전압과 자기 유도 전압의 차이와 같아집니다. 인덕턴스 전류와 부하 전압은 점차 증가합니다.
A 지점에서 전압이 사라진 후 인덕터는 부하와 커패시터에서 흐르는 동일한 전류를 유지하려고 노력하고 다이오드를 통해 접지로 닫습니다. 점차적으로 떨어집니다. 따라서 부하의 전압은 항상 입력 전압보다 낮고 펄스의 듀티 사이클에 따라 달라집니다.
출력 전압
이 모듈은 전압 3.3V(인덱스 -3.3), 5V(인덱스 -5.0), 12V(인덱스 -12) 및 조정 가능 버전 LM2596ADJ의 네 가지 버전으로 제공됩니다. 전자 회사의 창고에 대량으로 있고 부족할 가능성이 낮고 추가로 2 페니 저항이 필요하기 때문에 모든 곳에서 사용자 정의 버전을 사용하는 것이 합리적입니다. 물론 5V 버전도 인기가 있습니다.
재고 수량은 마지막 열에 있습니다.
출력 전압을 DIP 스위치(여기에 좋은 예가 나와 있음) 또는 로터리 스위치로 설정할 수 있습니다. 두 경우 모두 정확한 저항 배터리가 필요하지만 전압계 없이 전압을 조정할 수 있습니다.
액자
두 가지 하우징 옵션이 있습니다: TO-263 평면 마운트 하우징(모델 LM2596S) 및 스루홀 마운트 TO-220 하우징(모델 LM2596T). 방열판이 보드 자체이고 추가 외부 방열판을 구입할 필요가 없기 때문에 LM2596S의 평면 버전을 선호합니다. 또한 기계적 저항은 TO-220과 달리 보드에도 나사로 고정해야하지만 평면 버전을 설치하는 것이 더 쉽습니다. 케이스에서 많은 양의 열을 제거하기가 더 쉽기 때문에 전원 공급 장치에 LM2596T-ADJ 칩을 사용하는 것이 좋습니다.
입력 전압 리플 평활화
전류를 정류한 후 효과적인 "지능형" 안정기로 사용할 수 있습니다. IC는 출력 전압을 직접 모니터링하기 때문에 입력 전압의 변동으로 인해 IC의 변환 비율이 반전되어 출력 전압이 정상적으로 유지됩니다.
따라서 LM2596을 변압기와 정류기 다음에 강압 변환기로 사용할 때 입력 커패시터(즉, 다이오드 브리지 바로 뒤에 있는 커패시터)는 작은 정전 용량(약 50-100uF)을 가질 수 있습니다.
출력 커패시터
변환 주파수가 높기 때문에 출력 커패시터도 큰 정전 용량을 가질 필요가 없습니다. 강력한 소비자조차도 한 주기에 이 커패시터를 크게 심을 시간이 없습니다. 계산을 해봅시다. 100uF 커패시터, 5V 출력 전압 및 3암페어를 소비하는 부하를 가져옵니다. 커패시터의 총 충전량 q \u003d C * U \u003d 100e-6 uF * 5 V \u003d 500e-6 uC.
한 번의 변환 주기에서 부하는 커패시터에서 dq = I * t = 3 A * 6.7 μs = 20 μC(이는 커패시터 총 충전량의 4%에 불과함)를 가져오고 새 주기가 즉시 시작되고 변환기는 새로운 에너지 부분을 커패시터에 넣습니다.
가장 중요한 것은 탄탈륨 커패시터를 입력 및 출력 커패시터로 사용하지 않는 것입니다. 그들은 단기간의 전압 서지를 잘 견디지 못하고 높은 임펄스 전류를 좋아하지 않기 때문에 "전원 회로에 사용하지 마십시오"라는 데이터 시트에 바로 씁니다. 일반 알루미늄 전해 콘덴서를 사용하십시오.
효율성, 효율성 및 열 손실
바이폴라 트랜지스터가 강력한 키로 사용되기 때문에 효율성은 그리 높지 않으며 1.2V 정도의 0이 아닌 전압 강하를 갖습니다. 따라서 저전압에서 효율이 떨어집니다.
보시다시피 최대 효율은 12V 정도의 입력 전압과 출력 전압의 차이로 달성됩니다. 즉, 전압을 12볼트 낮춰야 하는 경우 최소량의 에너지가 열로 전환됩니다.
컨버터 효율이란? 이것은 Joule-Lenz 법칙에 따라 완전히 열린 강력한 키에서 열이 발생하고 과도 상태에서 유사한 손실에 대해 키가 절반만 열려 있을 때 전류 손실을 특성화하는 값입니다. 두 메커니즘의 효과는 크기 면에서 비슷할 수 있으므로 두 가지 손실 방식을 잊어서는 안 됩니다. 컨버터 자체의 "두뇌"에 전력을 공급하는 데에도 소량의 전력이 사용됩니다.
이상적인 경우는 전압이 U1에서 U2로 변환되고 출력 전류가 I2일 때 출력 전력은 P2 = U2*I2이고 입력 전력은 이와 같다(이상적 경우). 이는 입력 전류가 I1 = U2/U1*I2가 됨을 의미합니다.
우리의 경우 변환 효율이 1보다 낮으므로 에너지의 일부가 장치 내부에 남게 됩니다. 예를 들어 효율이 η인 경우 출력 전력은 P_out = η*P_in이고 손실은 P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η입니다. 물론 컨버터는 지정된 출력 전류와 전압을 유지하기 위해 입력 전류를 증가시켜야 합니다.
12V -> 5V 및 1A의 출력 전류를 변환할 때 미세 회로의 손실은 1.3W이고 입력 전류는 0.52A라고 가정할 수 있습니다. 어쨌든 이것은 최소 7 와트의 손실을 제공하고 입력 네트워크 (이 쓸모없는 사업 포함)에서 1 암페어를 소비하는 선형 변환기보다 낫습니다.
그건 그렇고, LM2577 칩은 작동 주파수가 3 배 더 낮고 과도 손실이 적기 때문에 효율성이 약간 더 높습니다. 그러나 인덕터 및 출력 커패시터 정격의 3배가 필요하며 이는 추가 비용과 보드 크기입니다.
출력 전류 증가
이미 마이크로 회로의 상당히 큰 출력 전류에도 불구하고 때로는 더 많은 전류가 필요합니다. 이 상황에서 벗어나는 방법?
- 여러 변환기를 병렬로 연결할 수 있습니다. 물론 동일한 출력 전압으로 정확히 설정해야 합니다. 이 경우 피드백 전압 설정 회로에서 간단한 SMD 저항으로는 할 수 없으며 정확도가 1%인 저항을 사용하거나 가변 저항으로 전압을 수동으로 설정해야 합니다.
LM2596의 USB 충전기
아주 편리한 캠핑 USB 충전기를 만들 수 있습니다. 이렇게하려면 레귤레이터를 5V 전압으로 설정하고 USB 포트를 제공하고 충전기에 전원을 공급해야합니다. 저는 11.1볼트에서 5amp-hours를 제공하는 중국에서 구입한 라디오 모델 리튬 폴리머 배터리를 사용하고 있습니다. 많다 - 충분하다 8회일반 스마트폰을 충전합니다(효율성을 고려하지 않음). 효율성을 고려하면 최소 6 배 이상 나옵니다.
USB 소켓의 D+ 및 D- 핀을 단락시켜 휴대폰이 충전기에 연결되어 있고 전송되는 전류가 무제한임을 알리는 것을 잊지 마십시오. 이 이벤트가 없으면 전화기는 컴퓨터에 연결되어 있다고 생각하고 매우 오랫동안 500mA의 전류로 충전됩니다. 또한 이러한 전류는 전화기의 전류 소비를 보상하지 못할 수도 있으며 배터리가 전혀 충전되지 않습니다.
담배 라이터 소켓이 있는 자동차 배터리에서 별도의 12V 입력을 제공하고 일종의 스위치로 소스를 전환할 수도 있습니다. 완전 충전 후 배터리를 끄는 것을 잊지 않도록 장치가 켜져 있음을 알리는 LED를 설치하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 변환기의 손실로 인해 며칠 안에 백업 배터리가 완전히 소모됩니다.
이러한 배터리는 고전류용으로 설계되었기 때문에 그다지 적합하지 않습니다. 고전류 배터리가 적은 배터리를 찾으면 더 작고 가벼워집니다.
전류 안정제
출력 전류 조정
구성 가능한 출력 전압 버전(LM2596ADJ)에서만 사용할 수 있습니다. 그건 그렇고, 중국인은 또한 전압 및 전류 조정 및 모든 종류의 표시가있는 보드 버전을 만듭니다. 단락 보호 기능이있는 LM2596의 기성품 전류 안정기 모듈은 xw026fr4라는 이름으로 구입할 수 있습니다.
기성품 모듈을 사용하고 싶지 않고이 회로를 직접 만들고 싶다면 한 가지 예외를 제외하고는 복잡하지 않습니다. 마이크로 회로에는 전류 제어 기능이 없지만 추가 할 수 있습니다. 방법을 설명하고 그 과정에서 까다로운 부분을 설명하겠습니다.
애플리케이션
전류 안정기는 고전력 LED에 전원을 공급하는 데 필요한 것입니다(그런데 - 내 마이크로 컨트롤러 프로젝트 고출력 LED 드라이버), 레이저 다이오드, 전기 도금, 배터리 충전. 전압 안정기와 마찬가지로 이러한 장치에는 선형 및 스위칭의 두 가지 유형이 있습니다.
고전적인 선형 전류 조정기는 LM317이며 동급에서는 상당히 우수하지만 1.5A 전류 제한은 많은 고전력 LED에 충분하지 않습니다. 이 스태빌라이저가 외부 트랜지스터에 의해 전원이 공급되더라도 그 손실은 용납할 수 없습니다. 전 세계가 대기 전력 전구의 전력 소비에 배럴을 굴리고 있으며 여기서 LM317은 30%의 효율로 작동합니다. 이것은 우리의 방법이 아닙니다.
그러나 우리의 마이크로 회로는 많은 작동 모드가 있는 펄스 전압 변환기의 편리한 드라이버입니다. 트랜지스터의 선형 작동 모드가 사용되지 않고 핵심 작동 모드만 사용되므로 손실이 최소화됩니다.
원래는 전압 안정화 회로용으로 설계되었지만 여러 요소를 통해 이를 전류 조정기로 변환합니다. 사실 마이크로 회로는 피드백으로 "피드백" 신호에 전적으로 의존하지만 그것에 적용하는 것은 이미 우리의 사업입니다.
표준 스위칭 회로에서 전압은 저항성 출력 전압 분배기에서 이 레그로 공급됩니다. 피드백이 적으면 1.2V가 평형입니다. 드라이버가 펄스의 듀티 사이클을 늘리고 더 많으면 감소합니다. 그러나 전류 분로의 전압을 이 입력에 적용할 수 있습니다!
분로
예를 들어, 3A의 전류에서 공칭 값이 0.1옴 이하인 션트를 사용해야 합니다. 이러한 저항에서 이 전류는 약 1W를 방출하므로 이는 많은 양입니다. 0.033Ω의 저항, 0.1V의 전압 강하 및 0.3W의 열 손실을 얻는 3개의 션트를 병렬로 연결하는 것이 좋습니다.
그러나 피드백 입력에는 1.2V가 필요하며 0.1V만 있습니다. 더 많은 저항을 설정하는 것은 비합리적이므로 (150 배 더 많은 열이 방출됨) 어떻게 든이 전압을 증가시켜야합니다. 이것은 연산 증폭기를 사용하여 수행됩니다.
비반전 연산 증폭기 증폭기
고전적인 계획, 무엇이 더 간단할 수 있습니까?
우리는 단결한다
이제 일반적인 전압 변환기 회로와 LM358 연산 증폭기 증폭기를 전류 션트에 연결하는 입력에 결합합니다.
강력한 0.033옴 저항이 션트입니다. 병렬로 연결된 세 개의 0.1ohm 저항기로 만들 수 있으며 허용 가능한 전력 손실을 늘리려면 1206 패키지의 SMD 저항기를 사용하고 작은 간격(가까이 있지 않음)으로 배치하고 주변에 가능한 한 많은 구리를 남겨 두십시오. 저항과 그 아래. 피드백 출력에 작은 커패시터가 연결되어 발생기 모드로의 전환 가능성을 제거합니다.
조정 가능한 전류 및 전압
전류와 전압 모두 피드백 입력에 두 신호를 연결해 보겠습니다. 이러한 신호를 결합하기 위해 다이오드에 "AND"를 장착하는 일반적인 회로를 사용합니다. 전류 신호가 전압 신호보다 높으면 전류 신호가 우세하고 그 반대도 마찬가지입니다.
계획의 적용 가능성에 대한 몇 마디
출력 전압을 조정할 수 없습니다. 출력 전류와 전압을 동시에 조절하는 것은 불가능하지만 "부하 저항" 요인으로 서로 비례합니다. 그리고 전원 공급 장치가 "일정한 출력 전압이지만 전류가 초과되면 전압을 낮추기 시작합니다"와 같은 시나리오를 구현하는 경우, 즉 CC/CV는 이미 충전기입니다.
회로의 최대 공급 전압은 LM358의 한계이므로 30V입니다. 연산 증폭기가 제너 다이오드로 구동되는 경우 이 제한을 40V(또는 LM2596-HV 버전의 경우 60V)로 확장할 수 있습니다.
후자 버전에서는 두 다이오드가 동일한 기술 프로세스 내에서 동일한 실리콘 웨이퍼에서 만들어지기 때문에 다이오드 어셈블리를 합산 다이오드로 사용해야 합니다. 매개 변수의 확산은 개별 이산 다이오드의 매개 변수 확산보다 훨씬 적습니다. 덕분에 추적 값의 높은 정확도를 얻을 수 있습니다.
또한 연산 증폭기의 회로가 여기되지 않고 생성 모드로 들어가지 않는지 주의 깊게 모니터링해야 합니다. 이렇게 하려면 모든 컨덕터, 특히 LM2596의 핀 2에 연결된 트랙의 길이를 줄이십시오. 이 트랙 근처에 연산 증폭기를 배치하지 말고 SS36 다이오드 및 필터 커패시터를 LM2596 케이스에 더 가깝게 배치하고 이러한 요소에 연결된 접지 루프의 최소 영역을 확보하십시오. 반환 전류 경로 "LM2596 -> VD/C -> LM2596".
장치 및 보드 자체 레이아웃에 LM2596 적용
기성품 모듈 형태가 아닌 내 장치의 미세 회로 사용에 대해 자세히 이야기했습니다. 다른 기사, 다이오드 선택, 커패시터, 인덕터 매개변수, 올바른 배선 및 몇 가지 추가 트릭에 대해 설명합니다.
추가 개발 기회
LM2596의 향상된 아날로그
이 칩 다음으로 가장 쉬운 방법은 다음으로 전환하는 것입니다. LM2678. 실제로 이것은 효율이 92%까지 상승하는 전계 효과 트랜지스터만 있는 동일한 강압 변환기입니다. 사실, 다리가 5개가 아니라 7개이고 핀 대 핀 호환이 되지 않습니다. 그러나이 칩은 매우 유사하며 효율성이 향상된 간단하고 편리한 옵션이 될 것입니다.
L5973D- 최대 2.5A를 제공하고 약간 더 높은 효율을 제공하는 다소 오래된 마이크로 회로. 또한 변환 주파수(250kHz)의 거의 두 배이므로 더 작은 인덕터 및 커패시터 값이 필요합니다. 그러나 자동차 네트워크에 직접 연결하면 그녀에게 어떤 일이 일어나는지 보았습니다. 종종 간섭으로 인해 녹아웃됩니다.
ST1S10- 고효율(90% 효율) DC-DC 강압 컨버터.
- 5-6개의 외부 구성 요소가 필요합니다.
ST1S14- 고전압(최대 48볼트) 컨트롤러. 높은 작동 주파수(850kHz), 최대 4A의 출력 전류, Power Good 출력, 고효율(85% 이하) 및 과전류 보호 회로는 36V 소스에서 서버에 전원을 공급하기 위한 최고의 컨버터입니다.
최대 효율이 필요한 경우 통합되지 않은 강압 DC-DC 컨트롤러로 전환해야 합니다. 통합 컨트롤러의 문제점은 멋진 전력 트랜지스터가 없다는 것입니다. 일반적인 채널 저항은 200mOhm 이하입니다. 그러나 트랜지스터가 내장되지 않은 컨트롤러를 사용하는 경우 채널 저항이 0.5mΩ인 AUIRFS8409-7P를 포함한 모든 트랜지스터를 선택할 수 있습니다.
외부 트랜지스터가 있는 DC-DC 컨버터
다음 부분
트랜지스터의 비례 전류 제어로 인해 스위칭 손실이 크게 감소하고 변환기의 효율이 증가하는 푸시 풀 펄스 발생기가 트랜지스터 VT1 및 VT2 (KT837K)에 조립됩니다. 포지티브 피드백 전류는 변압기 T1의 권선 III 및 IV와 커패시터 C2에 연결된 부하를 통해 흐릅니다. 출력 전압을 정류하는 다이오드의 역할은 트랜지스터의 이미 터 접합에 의해 수행됩니다.
발전기의 특징은 부하가 없을 때 진동이 중단되어 전력 관리 문제를 자동으로 해결한다는 것입니다. 간단히 말해, 이러한 컨버터는 무언가에 전력을 공급해야 할 때 자체적으로 켜지고 부하가 꺼지면 꺼집니다. 즉, 배터리는 회로에 영구적으로 연결될 수 있으며 부하가 꺼져 있을 때 실제로 소모되지 않습니다!
주어진 입력 U²x에 대해. UByx를 출력합니다. 전압 및 권선 I 및 II (w1)의 권선 수, 권선 III 및 IV (w2)의 필요한 권선 수는 다음 공식으로 충분한 정확도로 계산할 수 있습니다. w2 = w1 (Uout. - UBx. + 0.9) / (UVx - 0.5). 커패시터에는 다음 등급이 있습니다. C1: 10-100uF, 6.3V C2: 10-100uF, 16V.
허용 값에 따라 트랜지스터를 선택해야 합니다. 기본 전류 (그것은 부하 전류보다 작아서는 안됩니다!!!) 그리고 역전압 이미터 - 베이스 (입력 전압과 출력 전압의 차이가 두 배 이상이어야 합니다!!!) .
220V 콘센트로 스마트폰을 충전할 수 없는 현장 상황에서 스마트폰을 충전할 수 있는 장치를 만들기 위해 채플리진 모듈을 조립했는데 아아... 배터리 8개를 병렬로 연결해서 짜낸 최대값 4.75V 출력 전압에서 약 350-375mA 충전 전류입니다! 아내의 노키아 전화는 그런 장치로 충전할 수 있지만. 부하가 없으면 내 Chaplygin 모듈은 1.5V의 입력 전압에서 7V를 생성합니다. KT837K 트랜지스터에 조립됩니다.
위의 사진은 9V가 필요한 일부 장치에 전원을 공급하는 데 사용하는 pseudo-crown을 보여줍니다. cron의 배터리 케이스 내부에는 AAA 배터리, 충전되는 스테레오 커넥터 및 Chaplygin 변환기가 있습니다. 트랜지스터 KT209에 조립됩니다.
변압기 T1은 K7x4x2 크기의 2000NM 링에 감겨 있으며 두 권선은 동시에 두 개의 와이어로 감겨 있습니다. 링의 날카로운 외부 및 내부 가장자리의 단열재를 손상시키지 않으려면 날카로운 가장자리를 사포로 둥글게 만들어 무디게 만드십시오. 먼저, 직경 0.16mm의 와이어 28회를 포함하는 권선 III 및 IV를 감은 다음(다이어그램 참조), 직경 0.25mm의 와이어 4회를 포함하는 권선 I 및 II를 두 개의 와이어로 감습니다.
변환기를 반복하기로 결정한 모든 사람에게 행운과 성공을 기원합니다! :)
거대한 배터리 블록이 소형 회로를 망칠 때 참으로 안타까운 일입니다. 대부분의 보드는 5V의 안정화된 전압을 요구하므로 최소 4개의 AA 알카라인 배터리 또는 6개의 NiMH 배터리를 사용하고 강압 레귤레이터를 통해 연결해야 합니다. 이 문제는 승압 레귤레이터를 사용하여 전압을 높이면서 동시에 안정적으로 만들면 해결할 수 있습니다.
이 모듈을 사용하면 배터리의 현재 출력이 충분하다면 최소 3V 시계 배터리로 구동되는 소형 장치를 조립할 수 있습니다. 동일한 성공으로 저용량 "Krona"를 두 손가락 또는 새끼 손가락 배터리 블록으로 교체할 수 있습니다.
출력 전압은 트리머에 의해 설정됩니다. 출력 전압 범위는 5-28V입니다. 트리머에 표시가 없으므로 전압이 올바르게 설정되었는지 확인하려면 전압계가 필요합니다.
모듈의 최소 입력 전압은 2.7V이므로 하나의 리튬 이온 소자 또는 두 개의 알카라인 배터리로 장치에 전원을 공급할 수 있습니다.
실제 상황에서 모든 에너지 변환에는 손실이 수반됩니다. 그러나 우리는 가능한 한 최고의 효율성을 얻으려고 노력했습니다. 우리 모듈의 경우 입력 및 출력의 전압 차이와 소비자 전류에 따라 0.8 ... 0.9입니다.
출력에 전압이 있는지 여부를 쉽게 이해할 수 있도록 LED를 제공했습니다. 밝기는 출력 전압과 거의 무관합니다. 특수 회로를 통해 전원이 공급됩니다.
모듈의 기본은 마이크로 회로입니다.
연결
이 Troyka 모듈의 연결은 표준 모듈과 다릅니다. 3선 커넥터 대신 2개의 2핀 터미널 블록이 있습니다. 그 중 하나는 입력 전원과 접지이고 다른 하나는 출력입니다. 입력 및 출력 접지는 서로 전기적으로 연결되어 있습니다. 편의상 "GND", "Vin" 및 "Vout"이라는 명칭을 터미널 블록 옆의 보드에 직접 배치했습니다.
형질
- 입력 전압: 2.7-14V
- 출력 전압: 5-28V
- 최대 출력 전류: 0.8A
- 효율: 0.8 ~ 0.9 입력 및 출력 전압과 전류의 차이에 따라 다름
- 치수: 25.4×25.4mm