Dc dc понижающий как повысить входное напряжение

11

Dc dc понижающий как повысить входное напряжение

СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций

Главная — DIY (Сделай сам!) — Обзор повышающе-понижающего DC-DC преобразователя мощностью до 20 Вт: делаем любое напряжение из любого напряжения

Обзор повышающе-понижающего DC-DC преобразователя мощностью до 20 Вт: делаем любое напряжение из любого напряжения (в пределах разумного)

Предисловие

Повышающе-понижающие DC-DC преобразователи (постоянного тока в постоянный) — устройства крайне позитивные, поскольку позволяют поддерживать стабильное выходное напряжение при большом разбросе входного; и, что особенно важно — как в тех случаях, когда входное напряжение ниже выходного, так и когда — наоборот.

Протестированный понижающе-повышающий DC-DC преобразователь (постоянного тока в постоянный) оказался устройством не совсем обычным. Помимо своих интересных свойств, как положительных, так и не очень, преобразователь оказался пригодным для доработки, немного расширяющей диапазон выходного напряжения относительно заявленного изготовителем.

Купить тестируемый преобразователь можно на Алиэкспресс, например, здесь, а также и у многих других продавцов. Цена на дату обзора — около $1 .5 (90 российских рублей) с учётом доставки (цена может меняться в любую сторону, проверяйте!).

Внешний вид, конструкция и технические характеристики повышающе-понижающего DC-DC преобразователя

Преобразователь выполнен в виде небольшой узкой платы; посмотрим на неё в двух диагональных ракурсах:

Обратная сторона печатной платы выглядит так:

Преобразователь основан на чипе XL6019E1 (datasheet XL6019) , предназначенном для повышающих и повышающе-понижающих преобразователей.

Исходя из параметров этого чипа, а также данных, заявленных изготовителем, можно составить таблицу технических характеристик преобразователя:

Примечания *1 и *2. Допустимое входное напряжение может составлять до 40 В, но оно ограничено номинальным напряжением электролитического конденсатора на входе (220 мкФ / 35 В). Аналогично и выходное напряжение может составлять до 39 В, но тоже ограничено номинальным напряжением такого же электролитического конденсатора на выходе (220 мкФ / 35 В).

Теперь кратко пробежимся по схемотехнике преобразователя.

Принцип работы повышающе-понижающих преобразователей на основе схемотехники SEPIC отражает вот эта упрощенная схема:

Подробных пояснений к схеме я здесь приводить не буду, их можно найти в интернете.

А вот отдельные тонкости данного конкретного преобразователя разберём!

На следующем изображении — вид платы преобразователя сверху с условными цифровыми обозначениями компонентов:

1 — главный и единственный чип преобразователя XL6019E1;

2,3 — индуктивности, работающие в схеме преобразования;

4 — электролитический конденсатор на входе преобразователя (470 мкФ / 35 В);

5 — электролитический конденсатор на выходе преобразователя (470 мкФ / 35 В);

6 — керамический конденсатор, работающий в схеме преобразования:

7 — индуктивность фильтра на выходе преобразователя;

9 — вход "земля" питания;

10 — вход разрешения и запрета работы. Вход не подключен — работа разрешена, вход соединён с землёй — работа запрещена;

13 — выпрямительный диод SS56 на выходе схемы преобразования (диод Шоттки, 5 А / 60 В).

Теперь переходим к тестам.

Тестирование повышающе-понижающего DC-DC преобразователя мощностью до 20 Вт

Важная особенность тестируемого преобразователя — отсутствие теплоотвода на его чипе; при том, что выходная мощность преобразователя — довольно значительна (заявлено 20 Вт).

В связи с этим обязательно проверим его температурные режимы (это и будет основное, но не единственное содержание теста).

В тестах температурных режимов на выходе устанавливалось напряжение 16 В и к выходу подключалась нагрузка 16 Ом. В результате ток выхода составлял 1 А, а выходная мощность — 16 Вт (80% от указанной изготовителем).

1. Первый тест. Входное напряжение 9 В, входной ток составил 2.1 А.

Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:

В этом тесте температура чипа составила почти 124 градуса. Интересно, что наиболее сильно разогрелась не середина чипа, а его край.

Температура обеих индуктивностей тоже оказалась высокой, около 75-78 градусов. Сильно разогрелся и выпрямительный диод SS56 почти до 90 градусов. Примерно такой же была температура этих деталей и в остальных тестах.

Примерно через минуту работы в таком режиме напряжение на выходе стало падать: это включилась собственная термозащита чипа XL6019.

Успешное срабатывание защиты записываем в несомненный "плюс" преобразователя; но вот такую комбинацию мощности нагрузки и входного напряжения, при которых включилась термозащита, объявляем недопустимой.

Как медицинский факт стоит при этом упомянуть, что работа импульсных преобразователей с низкими входными напряжениями является для них неблагоприятным режимом. Чем ниже входное напряжение, тем больший ток они потребляют при фиксированной мощности выхода, и тем больше потери на ключевом транзисторе и на катушках индуктивности.

КПД в этом режиме до включения термозащиты составил 85%.

2. Входное напряжение 12 В, входной ток составил 1.55 А.

Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:

Температура чипа составила до 110 градусов, но работа была стабильной — термозащита не срабатывала.

КПД в этом режиме составил 86%.

3 . Входное напряжение 15 В, входной ток составил 1.23 А.

Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:

Температура чипа снизилась до 102 градусов.

КПД в этом режиме составил 87%.

4. Входное напряжение 18 В, входной ток составил 1.01 А.

Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:

Температура чипа снизилась ещё чуть-чуть (до 98 градусов), а КПД — ещё чуть-чуть повысился, до 88%.

При дальнейшем повышении входного напряжения до 30 В температура чипа существенно не менялась и оставалась в пределах 97-102 градуса.

Теперь от температурных тестов переходим к другим испытаниям.

Проверка тока потребления холостого хода в зависимости от входного напряжения:

Осциллограммы напряжений на выходе чипа и в точке соединения 2-ой индуктивности с выпрямительным диодом (при входном напряжении 12 В, выходном напряжении 16 В, токе выхода 1 А):

Проверка пульсаций выходного напряжения (режим работы преобразователя — прежний)

Осциллограмма пульсаций напряжения до выходного фильтра:

Осциллограмма пульсаций напряжения после выходного фильтра:

Сравнивая две последние осциллограммы, можно убедиться, что выходной фильтр имеет высокую эффективность.

Проверка минимального и максимального выходного напряжения

Минимальное напряжение на выходе — 1.25 В, максимальное — 38.7 В; но устанавливать максимальное напряжение на длительное время — нельзя, так как оно превышает максимально-допустимое напряжение электролитического конденсатора на выходе преобразователя (220 мкФ / 35 В). Впрочем, поменяв конденсатор на более высоковольтный — можно.

Проверка режима короткого замыкания на выходе

При коротком замыкании на выходе ток входа составляет около 1 А, что может привести к сильному нагреву элементов схемы. Режим короткого замыкания длительностью свыше нескольких секунд крайне не рекомендуется.

Особенность работы понижающе-повышающего DC-DC преобразователя при напряжении входа ниже минимально-допустимого (5 В)

При попытке выяснить минимальное напряжение запуска преобразователя выяснилась особенность, из-за которой использовать его в режиме с входным напряжением ниже минимально-допустимого нельзя.

При входном напряжении 3.1 — 3.4 В напряжение на выходе на холостом ходу подскакивало до 48-52 В независимо от того, какое напряжение выхода было установлено в рабочем режиме. То есть, создаётся опасность выхода из строя подключенной к преобразователю нагрузки.

По этой причине преобразователь нельзя питать от односекционного литий-ионного аккумулятора, так как при приближении уровня его заряда к нулю его выходное напряжение как раз оказывается в этой опасной зоне.

На всякий случай были сняты осциллограммы процессов включения и выключения преобразователя, так как в этом случае тоже на какое-то короткое время напряжение входа пересекает опасную зону.

При этом на осциллограмме при включении преобразователя ничего подозрительного не обнаружилось, а на осциллограмме при его выключении на выходе в режиме холостого хода обнаружился небольшой пик:

Повышение напряжения в пике составило около 2 В, что в большинстве случаев не должно быть критичным.

При нагрузке на выходе в 100 мА никакого повышения напряжения на выходе в момент выключения не было:

Так что при реальной работе никаких неприятностей можно не ожидать.

На этом можно перейти к окончательному диагнозу.

Окончательный диагноз повышающе-понижающего DC-DC преобразователя на XL6019

В целом протестированный повышающе-понижающий DC-DC преобразователь показал себя вполне функциональным и пригодным к употреблению устройством.

Но, при его использовании надо помнить об его ограничениях; и, самое главное, не надо пытаться его использовать совместно с односекционными литий-ионными аккумуляторами. Преобразователь войдёт в нештатный режим работы с возможными неприятными последствиями.

Из плюсов преобразователя надо отметить наличие выходного фильтра, многократно снижающего пульсации выходного напряжения.

Из других особенностей надо отметить более низкий КПД, чем он обычно бывает отдельно у понижающих и повышающих DC-DC преобразователей. Объясняется это тем, что здесь преобразователь прогоняет энергию не через одну, а через две индуктивности, каждая из которых вносит свой вклад в потери.

Отсюда проистекает и область применения протестированного преобразователя: это — именно те случаи, когда входное напряжение может быть как ниже, так и выше требуемого выходного напряжения.

Например, он может использоваться для получения "истинного" напряжения 12 В от аккумулятора с номинальным напряжением 12 В, которое на самом деле в процессе заряда и разряда может меняться от 10 до 14 В.

Купить протестированный повышающе-понижающий DC-DC преобразователь можно на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора — около $ 1.5 (

90 российских рублей). Цена может меняться в любую сторону, проверяйте! Если найдётся у других продавцов дешевле, то тоже можно брать — товар одинаковый.

Весь раздел "Сделай сам! ( DIY) " — здесь.

Ваш Доктор.
20 декабря 2022 г.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

учимся пользоваться dc-dc стабилизаторами на LM2596

Питание: 5-35 В (постоянный ток)
Выход: 1,25-30 В, 3 А (макс. 4 А). Для >15 Вт требуется теплоотвод
Постоянное напряжение (CV)
Постоянный ток (CC)
Индикация заряда
Предполагаемые способы использования:
Преобразователь для питания LED-ламп, лент и т.п.
Зарядка аккумуляторов постоянным током и напряжением с минимальной индикацией

Плата очень маленькая, влазит в спичечный коробок.
На вход подаём постоянное напряжение от 5 В до 35 В. На выходе получаем заранее заданное постоянное напряжение от 1,25 В до 30 В. Выходное напряжение не может быть больше входного минус некоторая разница (не менее 2 В). Таким образом, после настройки выходного напряжения Uвых входное Uвх можно менять в диапазоне примерно от Uвх + 2В до 35 В, выходное напряжение при этом не будет меняться.

Постоянный ток
Пока ток не превышает заданного максимума, плата выполняет роль стабилизатора напряжения, ток может быть любым, напряжение — строго заданное. Как только ток пытается подняться выше заданного, начинает работать ограничитель тока. Ток на выходе при этом фиксированный, а напряжение понижается так, чтобы через нагрузку шёл этот максимальный ток. Получается, что ни напряжение, ни ток не выходят за установленные значения.

Например, если по расчетам выходит, что выходной ток должен быть 2,5 А (например, при заданном Uвых = 5 В и нагрузке 2 Ом), но плата настроена на ограничение в 2 А, то на выходе будет 2 А и напряжение 4 В (2 А * 2 Ом), при этом будет гореть индикатор ограничения. Если теперь повысить сопротивление нагрузки до 3 Ом, то ток в выходной цепи будет идти без ограничений, напряжение снижаться не будет и будет равно заданному, ток — 5 В / 3 Ом = 1,67 А. Индикатор при этом гореть не будет.

Для настройки максимального тока закорачиваем выход через мультиметр в режиме измерения большого тока, обычно с пределом 10 А, которого здесь хватит с запасом, и выставляем крутилкой на плате необходимый ток.
для моих 4 красных eagle eye выходит 240mA проработали ночь на таких настройках и ничего не произошло не нагрелась схема не сдох светик.

Индикация заряда
Этот индикатор горит, пока ток в выходной цепи выше заданного значения. Это значение устанавливается относительно максимального тока. При установке большого максимального тока (единицы ампер) может не получиться установить индикацию на маленький ток (единицы и десятки мА).
Этот преобразователь больше подходит для относительно высоких выходных напряжений (например, 12 В и выше), но при этом он не способен работать с большими токами, т.к. рассеиваемая мощность, а значит и нагрев, при увеличении выходного тока будет всё равно только расти, а охлаждение платы минимально. Реальные характеристики преобразователя наверняка хуже заявленных, но для первичной оценки хватит и этой информации.

Повышающий/понижающий DC DC преобразователь напряжения — схема, монтаж своими руками

Схема с подсказками и детальным разбором узлов поможет создать универсальный повышающий/понижающий DC DC преобразователь напряжения своими руками. Дополнительно прилагаются пошаговые фото, видео.

1. Схема

Чтобы полноценно ответить на этот вопрос, ознакомимся с характеристиками:

Как видим из характеристик, такой преобразователь можно использовать в автомобиле для повышения или понижения напряжения 12В. Также можно подключить такой самодельный DC DC преобразователь на выход компьютерного блока питания и без переделки получать с него разные напряжения.

Ну или же можно взять блок питания от ноутбука и опять же получать на выходе любое напряжение. Это очень удобно, поскольку не нужно заботиться о питающем напряжении.

Повышающий/понижающий DC DC преобразователь — схема

Тут у нас всем знакомая tl494, ей уже много лет, но она до сих пор не сдает свои позиции.

Сначала была идея создать DC DC преобразователь на UС3843, но она оказалась неудачной. Плюс если делать регулировку по току, то нужно ставить второй шунт, а это снижает итоговый КПД устройства.

В изделии по схеме есть регулировка напряжения, тока, а также установлен драйвер полевика. С ним немного уменьшился нагрев.

Также можно увидеть, что ограничена максимальная ширина выходного импульса, так как при максимальном заполнении схема уходила в непонятный режим, жрала много тока, но на выходе напряжение падало.

Максимальное выходное напряжение равняется 30В.

Если нужно больше, то придется пересчитать номинал вот этих резисторов:

Причем с таким расчетом, чтобы при нужном выходном напряжении в точке делителя было 5В.

Также у нас ограничен ток, он составляет 2А. Если нужно больше, то необходимо пересчитать вот этот резистор:

Тут уже немного сложнее. Для начала необходимо выяснить сколько вольт упадет на шунте. К примеру, нам нужен ток 4А. Тогда смотрим, при каком токе на резисторе упадет 0,4В.

Теперь пересчитываем резистор. Нужно, чтобы в точке деления переменного и постоянного резистора, напряжение было 0,4В. Для этого можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Схему и печатную плату можно скачать ниже.

Принцип работы DC DC преобразователя по схеме

Точка отсчета — устройство выключено.

Подаем питание. Ключ разомкнут, а значит ток течет через катушку индуктивности, конденсатор и диод прямо в нагрузку и выходной конденсатор.

Дальше происходит замыкание ключа. В этот момент в катушке L1 накапливается энергия. Проходной конденсатор был заряжен напряжением питания, и поскольку после замыкания ключа он оказывается включенным параллельно индуктивности L2, то он ее заряжает. Напряжение с L2 не может уйти в нагрузку, так как там стоит диод и у него на катоде напряжение выше, чем на аноде.

Теперь ключ снова размыкаем, и напряжение на L1 складывается с напряжением самоиндукции.

Таким образом, на проходной конденсатор и нагрузку идет уже повышенное напряжение.

Изменяя коэффициент заполнения ШИМ, мы изменяем выходное напряжение.

Если ширина импульса достаточно маленькая, то и величина самоиндукции меньше, а, следовательно, выходное напряжение уменьшается. Преимущество такой схемы перед обыкновенным повышающим DC DC преобразователем в том, что здесь установлен проходной конденсатор, который в случае короткого замыкания не даст выйти из строя схеме.

Монтаж повышающего/понижающего DC DC преобразователя своими руками

Как уже говорилось выше, некоторые компоненты схемы необходимо рассчитать, благо в сети есть много готовых онлайн калькуляторов.

• Смотрите также схему простого преобразователя напряжения 12–220В

Но этот ESR метр показывает с очень большой погрешностью, поэтому предлагает воспользоваться программой DrosselRing. В ней вводим все необходимые параметры, а также указываем какой у нас сердечник. Если никаких нет под рукой, то достаем 2 одинаковых желтых кольца из компьютерного блока питания.

Ну и осталось намотать наши дроссели, это уже не составит особого труда.

Получилось довольно-таки неплохо. Казалось бы, все сложности уже позади, но нет, впереди еще разводка печатной платы DC DC. Преобразователя. Чтобы максимально компактно расположить все элементы, понадобится немало времени.

Для крепления можно сделать плату немного больше и добавить по бокам отверстия, но это уже на ваше усмотрение.

Плата готова, просверлены отверстия, настала очередь запайки. Тут есть один важный момент: необходимо поднять силовые элементы выше над платой, так как потом их невозможно будет достать отверткой.

Теперь необходимо установить транзистор и диод на радиатор. Мы используем вот такой алюминиевый профиль, он имеет неплохие габариты и сможет нормально охлаждать схему.

Вот, что получается.

Тестирование DC DC преобразователя напряжения

Подаём на схему сначала напряжение равное 12В. На выход подключена нагрузка в виде лампы накаливания мощностью 100 Вт, рассчитанная на напряжение 36В. Мультиметр следит за выходным напряжением.

Как видим, спокойно можно выставить любое напряжение начиная от 0 и заканчивая практически 30 вольтами. Теперь посмотрим ограничение тока.

Как видим, наша схема отлично справляется. Теперь произведем короткое замыкание.

Это вообще без проблем, идёт просто ограничение заранее выставленного тока. Ну и самый важный тест — выставляем на выходе среднее значение в 15В и начинаем изменять входное напряжение.

Как видим, сначала мы его уменьшали, а теперь начали увеличивать, но выходное напряжение держится на заданном уровне.

XL6009 — повышающий/понижающий DC-DC преобразователь напряжения

Повышающий-понижающий преобразователь напряжения на микросхеме XL6009 собранный по топологии SEPIC способен выдавать стабильное напряжение на выходе (от 1.25 до 35 вольт) при любом входном напряжении (от 5 до 32 вольт). Это значит, что на выходе импульсного преобразователя напряжения XL6009, всегда будет заданное стабильное напряжение, притом, что на его входе может быть напряжение как меньше, так и больше чем на его выходе.

Преобразователь имеет встроенную тепловую защиту и ограничение рабочего тока. Регулирование выходного напряжения производится с помощью высокоточного потенциометра.

Применяется XL6009 повышающий-понижающий преобразователь в автомобильных адаптерах для ноутбуков, в автомобильных и промышленных устройствах, требующих напряжение выше уровня напряжения питающей сети, в портативной электронике, незаменим в солнечных фотоэлектрических системах, системах, использующих энергию ветра, и других приложениях, где присутствует нестабильность напряжения.

Технические характеристики XL6009

• Эффективность преобразования (КПД): до 94%;
• Частота переключения: 400 кГц;
• Рабочая температура: от -40 до + 85 °C;
• Входное напряжение: 5-32 В;
• Выходное напряжение: 1.25-35 В (регулируемое);
• Максимальный ток нагрузки (Выходной ток): 3.0 А;
• Ограничение рабочего тока нагрузки (Входной ток): 4.0 А;
• Пульсация выходного напряжения: <50 мВ;
• Нестабильность выходного напряжения: <2.5%;
• Защита: от короткого замыкания и от перегрева (125°C);
• Размер: 52x33x12 мм;

Принципиальная схема преобразователя XL6009

Принципиальная схема повышающего DC-DC преобразователя, которая может быть использована для питания ноутбука от автомобильного аккумулятора (12-14 В).
Принципиальная схема повышающего-понижающего DC-DC преобразователя. Данная схема позволяет питать ноутбук от источника питания с напряжением от 10 до 30 В.
Вместо R2 можно поставить переменный резистор и тем самым получить регулируемое стабильное выходное напряжение.

Схема подключения XL6009 DC-DC преобразователя

Входное напряжение, соблюдая полярность, подаётся на входные контакты «IN+» и «IN-«, выходное напряжение снимается с выходных контактов «OUT+» и «OUT-«. Шина «-» общая, можно объединять для подключения одним проводом.
alt=»Схема подключения XL6009 DC-DC преобразователя» width=»200″ height=»46″ />
При питании нагрузки с номинальным током потребления более 1.0А необходимо установить радиатор сверху на микросхему или, лучше всего, плату на радиатор, соблюдая изоляцию токопроводящих частей от радиатора.

Минимальное входное напряжение 5 вольт, модуль работает некорректно от входных менее 5 вольт, можно получить неадекватные высокие показатели напряжения на выходе. Так что этот модуль непригоден для питания устройств от аккумуляторов 18650 и им подобных на 3.7 В.