Ciljevi su postavljeni na sljedeći način:
1. Prije svega, autor je sebi postavio komercijalni interes ovog projekta, tako da je cijena trebala težiti nuli.
2. Jednostavno kolo i praktična implementacija (100% ponovljivost).
3. Male dimenzije, nisko grejanje (nema vire radijatora i nema prinudnog hlađenja), niskog profila (ovo poslednje je zbog činjenice da autor ima kućišta od napajanja štampača i skenera:).
4. Konvertor mora biti prikladan za SVE LAPTOPOVE (po potrebi može proizvesti snagu od najmanje 120 W za određeno vrijeme, tipično za početak punjenja baterija moćnih laptopa).

Počeo sam svoju pretragu na internetu i evo šta mi je dalo:
1. Šema nepoznatog autora.

Nakon što sam sastavio ovo kolo i potvrdio svoje pretpostavke da izlazni drajver UC3843 na frekvenciji prebacivanja od 150 kHz (ova frekvencija odgovara naznačenim ocjenama R2, C2) daje takve kolapse frontova kontrolnih impulsa na VT1 kapiji da to dovodi do neprihvatljivog (prema autoru) zagrijavanje sklopke zbog dinamičkih gubitaka pri uključivanju. Dodavanjem eksternog drajvera na diskretne elemente situacija se popravila, ali rezultat i dalje nije zadovoljio postavljene ciljeve. Ne možete iz njega istisnuti više od 3,5 A na normalnim temperaturama (ne višoj od 60 stepeni). A gubici u otporniku za mjerenje struje su prilično veliki, što mu daje ne samo dimenzije, već i grijanje, a u zatvorenom slučaju to će mnogo odlučiti. Nemoguće je ne spomenuti prednosti ovog rješenja kola. Visoka frekvencija uključivanja automatski smanjuje vrijednosti ulaznih i izlaznih kondenzatora, iako istovremeno postavlja visoke zahtjeve za njihov kvalitet (nizak ekvivalentni serijski otpor), a vrijednost induktivnosti je relativno mala, što omogućava smanjenje njegove dimenzije kada dobra žlezda.
2. Šema autora Michaela Schona.

Sve bi bilo u redu (osim deklarirane efikasnosti od 96%, iako autor nije našao takve moguće podatke ni u jednoj referentnoj literaturi o dizajnu i praktičnoj implementaciji ovih pretvarača, a svuda je naznačen nivo od 89%, što sam apsolutno slažem se), ali ovaj sklop, a posebno njegova praktična implementacija nije zadovoljio nijedan od zahtjeva. Stoga ga autor nije sakupljao i eksperimentirao. Možda sve možete kupiti u inostranstvu ili čak naručiti, ali gdje nabaviti toliko kondenzatora, a dimenzije induktora sa radijatorima nisu bile zadovoljavajuće.

Odlučeno je da ga napravim sam i od onoga što smo imali! A pošto je autor honorarni serviser kompjutera, bilo je iz čega da se napravi. Glavni pravac izgradnje kola bio je povećanje radne frekvencije ulaznih i izlaznih filtera kako bi se smanjio njihov kapacitet i dimenzije, odnosno raspodjela opterećenja i, posljedično, toplinski gubici, zbog uvođenja druge snage. kanal. Ovaj dizajn je potaknut proučavanjem višefazne proizvodnje energije za procesore na matičnim pločama. Odakle su, u principu, preuzeti svi potrebni detalji. Za PWM kontroler je izabran samo dobro istrošeni TL494 (koji se nalazi u skoro svakom napajanju za računare starije od 2-3 godine), a ne 4-fazni SC2643VX sa matične ploče. Gotovo sve potrebne komponente su preuzete sa EPOX matične ploče (autor ih ima hrpu ispod plafona). Pa, evo šta se dogodilo:

TL494 ožičenje je gotovo identično standardnom ožičenju u PC napajanju, osim što oscilator ima radnu frekvenciju od oko 290 kHz (nažalost, dokumentacija za čip ukazuje na 300 kHz bar). Želio bih napomenuti da lanac meki start(R12,C7) u bilo kojem pojačanom pretvaraču s takvim krugom, tehnika je jednostavno obavezna, budući da pretvarač koji radi u kontinuiranom režimu struje induktora (gdje se pohranjena energija u induktoru pohranjuje do sljedećeg ciklusa punjenja) ima spor prolazni proces odgovora, vjerovatnoća prenapona je vrlo visoka. A meki start eliminiše prenapon na T1 i T2, iako ostaje mogućnost prenapona kao rezultat rasterećenja, ali to je problem kod svih pretvarača ovog tipa. Srećom, ovaj pretvarač može ući u ovaj način samo s radnim ciklusom od 50% ili više, ali to je ograničeno samim čipom, tako da nema potrebe za brigom, ali neće škoditi biti na sigurnoj strani. Što se tiče mjerenja i ograničavanja struje, za mjerenje je korišten komad žičanog šanta od stare Tseshke dužine oko 10-15 mm (10-12 mOhm). Gornje pojačalo u kolu, koje je dio IC1, vrši ograničenje struje, a variranjem otpornika R3, R4 možete podesiti potrebnu razinu. Želio bih napomenuti da je u bilo kojem galvanski neizoliranom pojačavajućem pretvaraču koncept ograničenja struje prilično relativan, jer u slučaju kratkog spoja u opterećenju, struja se ne može ograničiti pomoću PWM kontrolera - uostalom, čak i kada su prekidači T1 i T2 zatvoreni, struja kratkog spoja će teći kroz diode D1 i D2, a „granični nivo struje“ implicira da će krug ograničiti struju kroz prigušnice i prekidače i, kao rezultat toga, pod prekomjerno opterećenje će jednostavno pasti izlazni napon konverter Stoga je osigurač F1 jednostavno neophodan u slučaju nužde.
Konvertor koristi specijalizirane mikro krugove SC1211, koji su drajveri za step-down pretvarač sa funkcijom sinhronog ispravljanja (za one koji nemaju matičnu ploču sa sobom, možete koristiti druge prikladne kao što su RT9601, RT9602 i mnoge druge, koje, Uzgred, dostupni su i na video karticama, sa odgovarajućom korekcijom kola, ali ispod će biti upravljačko kolo na diskretnim elementima). Postojala je ideja da se u ovom uređaju implementira sinhroni ispravljač, ali pošto je SC1211 drajver za step-down pretvarač, on ne implementira zaključavanje gornjeg sinhronog prekidača u funkciji smjera struje induktora, već na suprotno, implementirano je za donji (autor koristi koncept "gornjeg" i "donjeg" uzimajući u obzir činjenicu da umjesto D1 i D2 postoje MOS tranzistori i sa prekidačima T1 i T2 formiraju polumostove) . A bez ove funkcije drajvera u režimu isprekidane struje induktora, definitivno će doći trenutak kada ponestane uskladištena energija u induktoru i dođe vreme rada izlaznog kondenzatora, samo što se ova faza neće pratiti, a struja iz kondenzatora će protok ne samo do opterećenja, već i do +12V sabirnice kroz sinhroni ispravljački prekidač i induktor. Ovo je nepoželjan način rada. Stoga je ovaj projekat još u razvoju, a njegovo korištenje pri malim kapacitetima nije ekonomski opravdano.
Što se tiče cjevovoda SC1211, ne preporučujem povećanje ocjena za R5 i R6, jer pri vrijednosti od 10 kOhm signal na komutacijskom ulazu CO(4)-SC1211 ima oblik pile (zbog ulaznog kapaciteta), što dovodi do kašnjenja zadnje ivice prekidača za isključivanje i, kao posljedicu, unosi dodatnu nulu u prijenosnu karakteristiku regulacijske petlje, te zbog toga može doći do nestabilnosti i pobude sistema. Kapaciteti C8 i C9 moraju biti dovoljni da osiguraju da su dovoljni da garantuju punjenje kapacitivnosti sklopnih kapija, inače će sav rad pasti na unutrašnji stabilizovani izvor napona SC1211 sa njegovim naknadnim pregrijavanjem (tokom rad na prilagođavanju Kondenzator koji je slučajno otpao doveo je do trenutnog stvaranja rupe u SC1211).

Detalji.
Kao što sam već rekao, skoro svi potrebni dijelovi su uzeti sa matičnih ploča. Prilažem fotografiju donatora (model matične ploče Elitegroup K7S5A, iako autor više voli da koristi ploče sa drajverima SC1211, on jednostavno pretpostavlja da oni koji žele da sklope konvertor možda neće moći da nabave takve ploče):

Zelena strelica na fotografiji br. 5 označava potrebne “organe”. Ova kopija ima ugrađene prstenaste prigušnice, prekidače, Schottky diode i ulazne kondenzatore sa dobrim ESR (PAŽNJA! Na K7S5A napon ulaznog kondenzatora, ovisno o verziji ploče, može biti 6.3V), pa čak i TL494, i označeni su zeleni ovali na fotografiji br. 6 planarnih tranzistora sa efektom polja (oznaka na kućištu sSG25 ili 702, ovo je sve 2N7002 od različitih proizvođača) za upotrebu u diskretnom drajveru. Ima ih na tone na svakoj "majci", samo pogledajte izbliza. Inače, u području zvučnog čipa (obično označenog ALC668: ovisno o tome šta je instalirano) nalazi se i stabilizator 78L05 koji se može koristiti za generiranje napajanja za kapije prekidača za napajanje. Nivo možete podići pomoću dva sklopa dioda označenih A7W na nivo od 7-8V, jer mnogi izvori ukazuju na napon od 8,5V kao optimalan za kapije prekidača niskog nivoa u smislu smanjenja dinamičkih gubitaka. Na dijagramu, ovaj čvor je prikazan crvenom isprekidanom linijom, također se može implementirati sa konvencionalnim parametarskim stabilizatorom. Ne preporučujem da bude veći od 8V, jer će razlika između +11V na ulazu (u najgorem slučaju "baterija je prazna") i +8V biti mala, a ovaj nivo će se koristiti za kontrolu gornjeg prekidač pogona polumosta.
Želio bih se malo zadržati na proizvodnji paralelnih prigušnica L2 i L3. Na matičnim pločama se nalaze prstenasti i pin u kućištu protiv zvonjenja (kvadrat). Prstenasti su poželjniji, jer će proces proizvodnje biti jednostavniji. Potrebno je namotati postojeću žicu i namotati je, dvije paralelno ožičene (nisam mogao više od dvije) promjera 0,6 mm svaki, oko 18-20 zavoja (ovo može biti teško jer je prozor mali) . Tokom rada induktori se zagrijavaju, ali ne samo željezo, već žica, što ukazuje na nedostatak poprečnog presjeka provodnika i značajan utjecaj skin efekta, ali, nažalost, to je cijena niskog profila, Inače, to je jedan od razloga zašto je doneta odluka o upotrebi dva paralelna radna namotaja. Ponovljivost kalemova je 100% jer su svi stajali na jednom mestu i radili paralelno. A potraga za jezgrom koja ispunjava zahtjeve nije donijela ništa, jer je većina dostupnih radila u rasponu od 60-100 kHz, a na matičnoj ploči svaka od jezgri je radila na frekvenciji prebacivanja od približno 300 kHz i sa faktorom punjenja ne većim od 20%, što ukazuje na njegova dobra magnetska svojstva.
Način rada pretvarača je mješovit. Svaki kanal posebno radi u režimu isprekidane struje, što obezbeđuje brz prolazni odziv i smanjene gubitke prilikom uključivanja prekidača, jer kada se zatvori ne prekida struju svog induktora koja teče do opterećenja (do tada je već drugi kanal radi i dioda ovog kanala je nagnuta u suprotnom smjeru). I radeći zajedno na jednom opterećenju, dva kanala osiguravaju kontinuiranu struju u opterećenju zbog svojih induktorskih struja, praktično bez pribjegavanja pomoći kondenzatora na izlazu. Izlazni kondenzator radi značajno samo pri niskom faktoru punjenja, kada postoje praznine između struja induktora. Napominjem da su proračuni induktivnosti obavljeni kao za jednokanalni pretvarač koji radi u režimu isprekidane induktorske struje, a proračuni izlazne kapacitivnosti provedeni su kao za jednokanalni pretvarač sa dvostrukom frekvencijom i kontinuiranom strujom induktora. Testovi su pokazali da dvokanalno kolo apsorbira prednosti dva moda. Naime: intermitentni strujni režim induktora svakog kanala daje brz prolazni odziv i male gubitke na prekidaču, a kako su struje dva prigušnica superponirane jedna na drugu, rezultat je kontinuirana struja oba prigušnica na dvostrukoj frekvenciji. na izlazu i potreban je vrlo mali izlazni kondenzator (Prema proračunima, oko 50 µF na 100 mV talasa na izlazu). Ali autor je odlučio ne štedjeti, tako da će biti dovoljan izlazni kondenzator od 100-470 μF s ESR ne većim od 0,3 Ohma, pogotovo jer će veličina biti mala (ESR se može malo smanjiti paralelnim s keramikom ili polimerni kondenzator).
Što se tiče prekidača T1 i T2, ovo su N-kanalni UltraFEET-ovi sa vrlo niskim Rdson (otpor otvorenog kanala) i svi su odatle, a njihovi tipični parametri su 30V drein-source napon i 50-80A vršna struja. Budite oprezni, neke ploče imaju 20V verzije, što može dovesti do: Kao zamjenu predlažem IRFL44 (izbor je određen cijenom i dostupnošću).
Prigušivač L1, C18 i C19 su opcioni filter barijere protiv RF smetnji u mreži vozila i, ako je dizajn jeftin, ne mogu se instalirati.
Uređaj se može dopuniti signalnim krugovima za prisustvo +19V izlaza i upozorenje da je baterija prazna. Evo mojih opcija:
Možda ćete morati uskladiti napon ZD6 Zener diode sa nivoom paljenja crvene LED diode, ovisno o vašim željama upozorenja. Sa LED diodom, koja ima naprijed pad od oko dva volta, i 6V zener diodom, prag je oko 11V preko baterije (pošto je izlaz stabiliziran).

Kolo sa drajverima baziranim na diskretnim elementima koristi klasično parafazno kolo bazirano na prekidačima polja (možete koristiti bilo koji moderni N-kanalni tranzistor niske snage). Autor namjerno nije koristio drajver za N i P-kanalne tipke, budući da na matičnim pločama nema mnogo prekidača za P-kanal, a ne-mainstream mediji ne ulijevaju povjerenje.
A evo i kola sa drajverima zasnovanim na diskretnim elementima:

Montaža i podešavanje
1. Odvajamo ploču, odvajajući strujne krugove od signala.
2. Zalemimo sve komponente i provjeravamo frekvenciju na vratima prekidača za napajanje (oko 145 kHz), a također gledamo strminu prednjih strana.
3. Namotamo čoke (18-20 okretaja, ali jedan kraj ostavimo oko 10 cm).
4. Zalemite jedan induktor, uključite ga i provjerite +19V izlaz (podesite pomoću R7-R11.).
5. Pronađite odgovarajuće opterećenje i opterećenje 3 ampera.
6. Jednostavnim manipulacijama mjerimo efikasnost (sa stabilnim opterećenjem i ulaznim naponom, možete se fokusirati na ulaznu struju) i ako je unutar 88-89%, onda je sve normalno.
7. Isključite i premotajte unazad, ako ima mjesta, tri okreta. Ponavljamo tačku 6 i zaključujemo šta je bolje.
Odabravši na taj način najbolju vrijednost induktivnosti za dati kalem, odlemimo ga i izvršimo iste manipulacije za drugi, izjednačavajući njihova očitanja. To je neophodno za ravnomjernu raspodjelu opterećenja i gubitaka.
8. Zalemiti oba namotaja i uključiti, napuniti, provjeriti:
9. Nakon što smo sigurni da sve radi, postavljamo trenutno ograničenje. To se radi primjenom maksimalnog odabranog opterećenja (izlazna struja 8A, 6A, 5A:) i smanjenjem ocjene R3 sve dok izlazni napon ne počne opadati. Ovo će biti trenutni ograničavajući prag. Ako se koristi vrlo kratak i niskootporni šant, onda je moguće da je R3 kratko spojen i izlazni napon ne opadne. Zatim je potrebno povećati vrijednost R4 dva do tri puta i ponoviti podešavanje.

Termalni način rada
Posebno bih želio napomenuti da su glavni gubici i zagrijavanje prilično lokalizirani i ograničeni diodama D1 i D2 i stvarnim gubicima u bakru zavojnica. Uz opterećenje od 6A (19V), diode se postupno i postojano zagrijavaju do oko 40-50 stupnjeva (planarna instalacija), stoga, lemljenjem malih bakrenih ploča u blizini dioda, možete malo poboljšati njihovo stanje, uzimajući u obzir činjenicu da im porastom temperature rastu i gubici na njima (povećava se obrnuta struja curenja, koja na takvoj frekvenciji i pri takvim strujama već nije mala), otuda i gubitak postotka efikasnosti. Nadam se da će sinhroni ispravljanje riješiti i ove probleme.

Fotografija prikazuje jednu stranu gotove ploče. Unatoč dopuštenim odstupanjima od preporučenih ocjena i metoda proizvodnje, ovaj primjerak je pokazao svoju punu funkcionalnost sa izlaznom strujom od 8A i izlaznim naponom od 19V. Također na fotografiji možete vidjeti te iste ploče u blizini jednog od sklopova dioda. Nemojte se iznenaditi što je sklop diode u D2PAC, a prekidač u DPAC. S opterećenjem manjim od 100 W, ključ se praktički ne zagrijava, a bakar na koji je zalemljen sasvim je dovoljan da ga ohladi.

Zaključak

Dakle, ispostavilo se da sa jedne matične ploče sa 4-faznim napajanjem procesora i pomoću SC1211 možete sastaviti dva takva pretvarača, čak i ako zapalite nekoliko prekidača tokom rada na podešavanju (ima ih najmanje 12 na ploča, 3 za svaku fazu) , a ostat će još gomila drugih detalja. Takve ploče možete nabaviti u najbližem kompjuterskom servisu za par boca valerijane, ali autor radije oglašava kupovinu neradnog kompjuterskog smeća i dostavljaju mu se direktno na dom za 1,5 - 2 USD.
Šta pokazuje tehničko i ekonomsko poređenje ove opcije? Za par dolara Nakon što ste kupili ploču i kupili dva TL494, dva komada PCB-a 6x10cm, dva kućišta, dva para konektora i oko 5m odgovarajuće žice, možete u jednom danu sastaviti dva pretvarača koji se prodaju u najbližoj radnji za minimalno 30-35 AMERIČKI DOLAR. svaki. I to uprkos činjenici da ukupni troškovi za dva pretvarača u pravilu ne prelaze 6-8 USD. Na ovome možete zaraditi ili uštedjeti mnogo novca, a to više nije pitanje za autora. Ali hoćeš li to učiniti? Ovo ostaje pitanje.
Fotografija prikazuje gotov uređaj u kućištu od HP štampača sa signalnim krugovima i skaliranjem

Odjeljak: [Pretvarači napona (invertori)]
Sačuvajte članak na:
Ostavite svoj komentar ili pitanje:

Uređaj je moćan DC-DC pretvarač za napajanje laptop računara iz mreže automobila, akumulatora ili bilo kojeg drugog izvora napona 12...14 V odgovarajućeg napajanja.
Konvertor je izgrađen na čipu SG3845 PWM kontrolera, koji pretvara DC ulazni napon u visokofrekventni AC napon. Frekvencija konverzije - 90 kHz. Snažna izlazna prigušnica se koristi za kontrolu izlazne prigušnice. tranzistor sa efektom polja VT1. Stabilizaciju izlaznog napona također vrši mikrokolo, za koje se signal greške iz razdjelnika R9, R10 šalje na pin 2.
Izlazni naizmjenični napon se ispravlja diodnim sklopom VD2 i izravnava kondenzatorima C7...C9.
Ulazni prigušnik L1 je neophodan kako bi se spriječio prodor visokofrekventnih smetnji u mrežu vozila.

karakteristike:
Opseg napona napajanja: DC 12...14 V;
Nazivni izlazni napon: DC 19 V (±5%);
Maksimalna struja opterećenja: 5 A;
Maksimalna potrošnja struje: 10 A;
Frekvencija konverzije: 90 kHz.
Teškoća sklapanja: 2 boda;
Vrijeme sastavljanja: oko 3 sata;
Raspon radne temperature: -10...+50 stepeni Celzijusa;
Relativna vlažnost: 5...95% (bez kondenzacije);
Dimenzije uređaja: 91 x 61 x 48 mm;
Ukupna težina seta: ~96 g.

Sadržaj isporuke:
Tiskana ploča;
Set radio komponenti;
Rola cevnog lema POS-61 (0,5 m);
Rola žice PTV-2, 0,8 mm (2 m);
Komplet hardvera (M3);
Operativne instrukcije.

Bilješka:
Pažnja! Strogo se NE preporučuje spajanje pretvarača na utičnicu za upaljač automobila! Uređaj je spojen direktno na terminale baterije preko osigurača od 30 A spojenog na pozitivnu žicu poprečnog presjeka od najmanje 6 mm 2 .
Povežite opterećenje (laptop računar) na pretvarač žicom poprečnog presjeka od najmanje 1,5 mm 2 .
Proizvođač ovog konstrukcionog seta NIJE odgovoran za bilo kakve posljedice po vaš automobil ili prijenosnu elektroniku koje nastanu kao rezultat korištenja ovog uređaja.

Kliknite na sliku za uvećanje
(navigirajte kroz slike pomoću strelica na tastaturi)