고효율의 강력한 24/12볼트 전압 변환기. 구성표, 설명

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고효율의 강력한 24/12볼트 전압 변환기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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거의 모든 자동차 장비(라디오 레코더, TV, 냉장고, 백라이트까지!)는 12V ± 2 ... 3V용으로 설계되었으며 24V 네트워크에 직접 연결하면 즉시 고장납니다.

가장 쉬운 방법은 표준 배터리의 "절반"(예: 라디오 테이프 레코더 - 하나의 12볼트 배터리 및 TV)에서 장치에 다소 대칭적으로 전원을 공급하는 것이지만 불가능합니다. 결과적으로 완전한 대칭을 이루기 위해 배터리 중 하나는 지속적으로 충전되고 다른 하나는 충전이 부족합니다. 결과적으로 두 배터리의 수명이 크게 줄어듭니다. 따라서 유일한 방법은 전압 변환기를 그러한 장치에 필요한 12V로 낮추는 것입니다.최대 볼륨의 현대 자동차 라디오의 경우 전류는 2 ... 4 ... 1A입니다. 동시에, 자동차 장비는 종종 더운 기후에서 작동하고 그 자체가 매우 뜨겁기 때문에 회로의 전력 요소 가열은 최소화되어야 합니다(즉, 효율은 가능한 최대임).

이러한 변환기의 다이어그램이 그림에 나와 있습니다. 1.11.

클록 생성기는 DD1.1 타이머에 조립되며 핀 5의 짧은 펄스는 DD1.2 타이머의 PWM 변조기를 시작합니다. 555 마이크로 회로의 내부 기능으로 인해 입력 S에서 트리거 펄스의 지속 시간은 가능한 한 짧아야 DD1.1의 생성기가 불균형합니다-저항 R1의 저항 (커패시터 C1이 통과하는 저항) 방전) 저항 R2보다 수백 배 적음 대부분의 경우 R1 결론은 일반적으로 단락 될 수 있지만 위험을 감수하지 않고 작은 저항 저항 (100 ... 330 옴)을 납땜하는 것이 좋습니다.

쌀. 1.11. 변환기의 전기 다이어그램(확대하려면 클릭)

장치의 작동 원리

변조기는 일반적인 방식으로 DD1.2 타이머에 조립됩니다. REF 입력의 전압이 감소하면 출력에서 단일 펄스의 지속 시간(일정 주기 포함)이 감소합니다. 즉, 출력 전압이 감소합니다. 서미스터 R4는 키 트랜지스터의 방열기가 80...100°C 이상으로 가열될 때 과열에 대한 보호 기능을 제공하며 저항은 RES 입력(1.0 V)에서 미세 회로 스위칭 임계값 아래로 감소하고 논리적 XNUMX은 강제로 트랜지스터가 식을 때까지 미세 회로 출력. 이 경우 두 키 트랜지스터가 모두 닫히고 출력 전압이 사라집니다.

마이크로 회로는 RES 입력에서 작은 스위칭 히스테리시스(약 40mV)를 가지므로 서미스터와 라디에이터의 안정적인 열 접촉으로 스위칭 바운스가 없습니다. 간섭에 대한 추가 보호를 위해 커패시터 C3가 회로에 추가되므로 커패시턴스를 수백 마이크로 패럿으로 높이는 것이 바람직합니다.

IR2103(DD2) 칩이 파워 트랜지스터 드라이버로 선택되었습니다. 이 장치의 경우 이 마이크로 회로는 모든 측면에서 이상적이며 동시에 너무 비싸지 않습니다. 입력 중 하나는 직접이고 두 번째는 반전입니다. 이것은 외부 인버터의 비용을 절약했습니다.

마이크로 회로에는 두 트랜지스터(전류를 통해)의 동시 잠금 해제를 방지하는 논리가 내장되어 있으며 출력 펄스 사이의 일시 중지 생성기("데드 타임", 데드 타임)를 통해 외부의 수를 최소화할 수 있습니다. 요소이며 추가 논리 요소에 대한 보호를 구축하지 않습니다. 또한 마이크로 회로에는 출력 전계 효과 트랜지스터를 직접 제어할 수 있을 만큼 강력한 출력이 있습니다. 덕분에 이미터 팔로워에 있는 4개의 외부 트랜지스터가 저장되고 마이크로 회로의 "하이라이트"는 "플로팅" 최상위 전압입니다(전압 차이는 600V에 도달!) 마이크로 회로 자체 내부에 완전한 전기 절연이 있습니다. 이 "칩"이 없으면 고속(그리고 값비싼) 옵토커플러와 XNUMX개 이상의 요소를 도입하여 회로를 매우 복잡하게 만들어야 합니다.

마이크로 회로는 일반적인 회로에 따라 연결되며 결론 2와 3은 서로 연결할 수 있지만 열 보호가 트리거될 때 변환기의 올바른 작동을 위해 R6 C4 체인을 떠나는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 이 상황에서 저수준 트랜지스터가 계속 켜져 있고 출력이 단락됩니다. 결론 Vs - 고전압 (절연) 부분의 공통 와이어, 출력 V, 전원 출력 (+10 ... +20 V). 이 회로에서 회로의 아래쪽 트랜지스터(VT2)는 여전히 열려 있고 Vs는 공통 와이어에 연결되어 있으며 커패시터 C5는 다이오드 VD1을 통해 거의 공급 전압까지 충전됩니다. 얼마 후 VT2가 닫히지만 누설 전류가 매우 적기 때문에 커패시터 C5의 전하는 남아 있습니다. 논리 장치가 HIN 입력에 도달하면 NO 출력은 내부 트랜지스터에 의해 V 단자에 연결됩니다. 즉, 커패시터가 트랜지스터 VT1의 게이트를 충전하고 열립니다. 트랜지스터의 게이트 누설 전류는 극히 적고 커패시턴스는 C5의 커패시턴스보다 수백 배 작기 때문에 트랜지스터가 포화 상태로 풀리고 회로의 효율이 극대화됩니다. 다음 주기에서 C5가 다시 충전됩니다.

전압 조정기는 트랜지스터 VT3에 조립됩니다. 출력 전압이 12V를 초과하면 전류가 VD2 제너 다이오드를 통해 흐르고 트랜지스터가 약간 열리고 변조기의 REF 입력에서 전압이 낮아집니다. 단일 펄스의 지속 시간은 약간 짧아지고 동적 균형이 올 것입니다. 제너 다이오드와 트랜지스터의 노이즈를 억제하려면 커패시터 C7 또는 C8이 필요합니다. 이 커패시터 중 하나만 납땜하면 됩니다! 설치 및 사용된 요소에 따라 설치 중에 선택되는 항목입니다. 커패시터가 없으면 DC 출력에 노이즈가 발생하고 (코일에서 노이즈가 발생하는 방식을 듣게 됨) 트랜지스터 가열로 인해 효율이 약간 감소하지만 두 커패시터를 모두 납땜하면 회로가 여기됩니다. 저항 R12의 저항은 피드백 회로의 이득을 제한하며, 값이 클수록 변환기가 더 불안정하게 작동합니다. 지정된 저항 값을 사용하면 부하 전류에 따라 출력 전압이 0.3 ~ 0,5V 이하로 변경되며 이는 이러한 변환기에 충분합니다. 계수 h가 낮은 트랜지스터를 사용하면 저항 R12의 저항을 2 ... 10kOhm으로 줄일 수 있습니다.

인버터 전원선은 배터리에 직접 연결해야 합니다. 그렇지 않으면(점화 스위치 뒤에 연결된 경우) 차량의 점화 시스템 및 기타 전기 장비가 컨버터를 방해합니다. 게다가 그는 스스로 할 것입니다.

기계의 전자 장치에 영향을 미쳐 경우에 따라 위험할 수 있습니다. 컨버터는 부하가 꺼진 경우에도 약간의 유휴 정지 전류(이 회로는 약 30 ... 50 mA)를 소비하므로 트랜지스터 VT4, VT5의 스위치가 회로에 추가되었습니다. 저전력 제어 회로로만 전원을 전환하고 출력 트랜지스터가 배터리에 직접 연결되어 있어 전원부에서 전력 손실이 없습니다. 5V보다 높은 전압이 "제어 입력"에 적용되면(이 입력은 점화 스위치에 연결되거나 저전력 스위치로 +24V에 연결될 수 있음) 트랜지스터 VT4가 열리고 트랜지스터 VT5의 잠금이 해제되고 스태빌라이저 칩 DA1.

회로가 양의 전압으로 구동될 수 있도록 10개의 트랜지스터가 사용됩니다. 커패시터 CXNUMX은 접점 바운스를 부드럽게 합니다. 스위치의 키 작동을 보장하는 긍정적인 피드백은 없지만 두 트랜지스터의 이득이 너무 커서(수만) 회로가 항상 키 모드에서 작동할 필요가 없습니다.

저항 R13은 실수로 케이스에 단락이 발생한 경우 컨버터 회로의 고장을 방지하고 입력 전압을 낮추어 DA1 스태빌라이저의 가열을 줄입니다.

"제어 입력"에 전압이 없으면 모든 미세 회로의 전원이 차단되고 DD2 미세 회로에서 핀 4와 5, 6 및 7은 저항이 작은 내부 저항으로 연결되고 두 키 트랜지스터가 모두 닫힙니다. 이 모드에서 소비되는 전류는 주로 필터 커패시터 C9의 누설 전류에 의해서만 결정되며 수백 마이크로 암페어를 초과하지 않습니다.

그래픽을 단순화하기 위해 그림의 전원 회로 배선은 표시되지 않았으며 이 회로는 앞에서 설명한 것과 마찬가지로 민감합니다. 저항 R11의 공통 출력은 커패시터 C6에 연결되고 저항 R12의 왼쪽 (다이어그램에 따라) 피드백 요소는 출력 14 DD1에 연결됩니다.

필터링 커패시터(C6, C9)는 용량이 작은 5개 또는 10개의 병렬 연결된 커패시터 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 정격 전류에서 작동할 때 이러한 커패시터는 컨버터를 켠 후 XNUMX분 동안 차갑게 유지되어야 하며 XNUMX ~ XNUMX ° C 이하로 가열되어야 합니다. 다른 제조업체의 커패시터를 사용해 보는 것이 좋습니다. 어쨌든 동일한 커패시턴스 및 전압에 대한 커패시터 케이스의 크기가 클수록 더 잘 수행됩니다.

적절하게 조립된 변환기에서 3.4A의 부하 전류에서 트랜지스터 VT1 및 VT2 케이스의 가열은 라디에이터 없이도 50 ... 70 ° C를 초과하지 않습니다. 따라서 이러한 전류에서 작동할 때 각 트랜지스터에 대해 30x50mm 크기의 작은 방열판이 충분하므로 만져서는 안됩니다! 최대 10A의 부하 전류로 작업할 때 더 심각한 라디에이터가 필요합니다. 최소 50x100mm 크기의 니들 라디에이터(두 트랜지스터 모두 트랜지스터를 분리해야 합니다. 이를 위해 마운팅을 사용하는 것이 편리합니다. 오래된 컴퓨터 전원 공급 장치의 키트) 또는 변환기 케이스의 바닥에 금속판을 부착하고 그 위에 트랜지스터를 놓고 작동 중에 가열되지 않는 "철 조각"에 대해 케이스 바닥을 누를 수 있습니다. 기계 본체, 배터리에 더 가깝습니다. 이 경우 열 접촉이 양호하고 양면 청소가 필요하며 열전도 페이스트를 사용하는 것이 바람직합니다.

세부 사항에 대해

작성자 버전의 코일 L1은 직경 48, 높이 30mm의 장갑 코어(컵)로 만들어지며 코어의 절반 사이에 두 개의 신문 용지 층이 놓여 있습니다.

권선은 직경 1,5mm, 프레임이 채워질 때까지의 회전 수(약 24 ... 30)의 두 개의 병렬 연결된 변압기 와이어에 감겨 있습니다. 이러한 코일은 7A의 일정한 부하 전류에서 차갑게 유지되었습니다. 최대 3 ... 5A의 부하 전류로 2-3 K50x40x10 링을 가져 와서 직경이있는 와이어로 40 ... 50 회전 할 수 있습니다 1 ... 2 와이어에서 약 4mm.

또는 펄스 컨버터용으로 거의 동일한 크기의 다른 페라이트 코어를 사용할 수 있으며 바람직하게는 분할할 수 있습니다.

NE556 마이크로 회로 대신 트랜지스터 대신 두 개의 555 마이크로 회로 또는 국내 사본 KR1006VI1을 사용할 수 있으며 BC817 대신 KT3102B를, VS807 대신 KT3107B를 넣을 수 있습니다. 커패시터 C5는 낮은 ESR, 즉 필름 또는 세라믹이어야 하며 다이오드 VD1은 커패시턴스가 낮고 역회복 시간이 빨라야 합니다.

극단적인 경우 용량이 1μF인 전해 커패시터와 세라믹 다층(디스크는 아님!) 용량이 0 ... 1μF인 전해 커패시터를 병렬로 연결하고 다이오드를 KD521 또는 이와 유사한 것으로 교체할 수 있습니다. 그렇지 않으면 트랜지스터 VT1이 매우 뜨거워집니다. 개방 채널 저항이 1 옴 이하인 전계 효과 트랜지스터 VT2 및 VT0,03를 사용하는 것이 바람직하며 저자 버전에서는 IRFZ723N의 아날로그 인 KP46A가 사용되었습니다.

최대 5A의 부하 전류를 사용하는 경우 이중 및 고주파 IRFI4024H 트랜지스터를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 절연 TO220-5 패키지로 만들어집니다(즉, 방열판에서 케이스를 분리할 필요가 없음). 최대 2103 ... 200 kHz의 주파수에서 IR500 드라이버와 함께 작동할 수 있습니다(IRFZ30 등의 경우 70...46 kHz).

서미스터 R4는 상온에서 5 kOhm 이상의 저항을 가진 작은 크기의 것(사고 시 더 빨리 가열하기 위해)일 수 있습니다.

열 보호는 사용하기 전에 보정해야 합니다. 우리는 이렇게합니다 : 우리는 서미스터의 리드에 와이어를 납땜하고 서로 중첩 된 여러 개의 강력한 백에 넣고 끓는 물에 넣습니다. 12 분 후 서미스터의 저항을 측정하고 (물이나 증기가 가방 안에 들어 가지 않았는지 확인해야 함)이 숫자에 15 ... 3를 곱합니다. 이것은 저항 R80의 저항이어야합니다. 열 보호가 100 ... XNUMX ° C의 온도에서 작동하도록

서미스터는 가능한 한 트랜지스터에 가깝게 라디에이터에 장착해야 하며 접점을 열 전도성 페이스트로 조심스럽게 윤활하고 필요한 경우 전기 절연에 주의해야 합니다.

또한 때로는 저항 R8의 저항을 선택해야합니다. 커패시터 C3의 단자가 단락되면 단자 5 DD2에 XNUMX 전압이 있어야합니다.

설립 특징

DD2 칩에 내장된 보호 로직 덕분에 납땜된 키 트랜지스터 VT1 및 VT2를 사용하여 변환기를 처음으로 켤 수 있지만 만일의 경우(갑자기 트랙이 잘못 분리됨)에서 "+"를 공급합니다. 24V, 1 ... 2A 전구를 통한 배터리 커패시터 C7 및 C8은 납땜되지 않습니다. 부하는 크리스마스 트리 화환(12V, 0,16A)에서 장치의 출력까지 두 개의 직렬 연결된 전구를 연결합니다. 변환기의 정상 작동 중에이 램프가 켜져 있어야하며 (변환기 출력의 전압은 약 12V 여야하지만 6 ... 8V 이상 15V 미만이어야 함) 전원 램프가 켜지지 않아야합니다. 이를 통해 흐르는 전류는 200mA를 초과해서는 안됩니다. 동시에 적절한 설치 및 서비스 가능한 부품으로 조정이 필요하지 않지만 스위치의 올바른 작동을 확인하고 "꺼짐"모드에서 소비되는 전류가 1mA를 초과하지 않는지 확인합니다.

더 크면 커패시터 C9를 납땜하고 측정을 반복합니다. 감소하면 더 나은 커패시터를 넣고 변경되지 않으면 동일한 커패시터를 납땜하고 두 필드 저항의 게이트와 소스 단자 사이에 10kΩ 저항을 납땜합니다.

작동 중에 소리가 나면 변환기가 휘파람을 불지 않아야 하며 커패시터 C1 및 C2의 커패시턴스를 줄여 작동 주파수를 높여야 합니다. 200pF의 커패시턴스에서도 고주파 삐걱 거리는 소리가 사라지지 않으면 회로가 여기 될 가능성이 큽니다.

그런 다음 부하를 끄고 회로에서 소비되는 전류를 측정하며 40 ... 70 mA 이내여야 합니다. 훨씬 더 크면 L1 코일의 인덕턴스가 불충분하고 작동 주파수를 높여야 함을 의미합니다(회로가 이미 초음파(들리지 않음) 주파수에서 작동하는 경우 이렇게 하지 않는 것이 좋습니다!) 또는 코일을 XNUMX회 또는 XNUMX회 더 감습니다.

다음으로 전원 회로의 전구 대신 측정 한계가 5A 이상인 전류계를 켜고 소비 전류가 2 ... 4A 인 전구를 출력에 연결합니다 (즉, 그 힘은 24 ... 48 W입니다). 배터리 회로에서 소비되는 전류는 전구를 통과하는 전류보다 약 2배 적어야 하며 라디에이터가 없는 두 전계 효과 트랜지스터는 가열되지 않아야 하며(부하 전류 2A에서) 최대 전류에서 천천히 따뜻해져야 합니다. 최대 약 50 ... 70 ° C

또한 두 트랜지스터의 온도는 거의 같아야 합니다.

VT2가 VT1보다 눈에 띄게 더 뜨거워지면 직렬 연결된 LED와 1 ... 10kOhm 저항을 사용하여 게이트에 신호가 있는지 확인하고 공통 와이어와 트랜지스터 게이트 사이에 연결하십시오. LED가 VT1 게이트보다 훨씬 약하게 빛나거나 전혀 빛나지 않으면 커패시터 C4의 커패시턴스를 늘려야 합니다.

전류 보호 (단락 방지)가 회로에 제공되지 않기 때문에 부하는 5 ... 10 A 퓨즈를 통해 연결해야합니다. 자동차 퓨즈 박스 또는 케이스 (양극 와이어)에 배치 할 수 있습니다. 변환기.

5A의 부하 전류에서 배터리의 전선은 1mm(구리) 이상이어야 하고 부하 전선은 1,5mm 이상이어야 하며 고전류에서는 전선이 더 두꺼워야 합니다.

채널 저항이 더 낮은 더 강력한 트랜지스터를 사용하면 동일한 회로 가열로 출력 전류를 여러 번 증가시킬 수 있지만 드라이버 칩을 교체해야 합니다. IR2103은 IRFZ46 트랜지스터에 "간신히 대처"하며 단순히 더 강력한 트랜지스터를 스윙하지 않을 수 있습니다. IR2183 칩의 이상적인 대체품은 특성, 핀아웃 및 패키지 유형 측면에서 완전한 아날로그이지만 출력 전류는 최대 1,7A입니다. 보드를 변경하지 않고 IR2103 대신 간단히 납땜해야 합니다. 이 경우 커패시터 C5의 커패시턴스를 여러 번 (최소 1μF) 증가시키는 것이 바람직하며 필름이어야합니다.

저자: Kashkarov A.P., Koldunov A.S.

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따라서 공기 습도로 인해 필름이 더 거칠어지고 더 많은 물을 빨아들입니다. 또한 유해한 오염 물질은 탄력 있는 지각으로 들어갈 수 있으며 대기에서 분해되지 않도록 보호됩니다.

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