Мощный эффективный понижающий преобразователь

ПреобразовательЕсли вам нужен мощный и эффективный преобразователь низкого напряжения, например нужно получить +12в из имеющихся на борту камаза +24в и при этом нужна защита от превышения выходного тока и ещё и нельзя разрывать минусовой, общий провод то эта статья для вас.

Входное напряжение 15....30в

Выходное напряжение 2...15в

Выходной ток 20а (легко поднять вплоть до 50а)

Эффективность более 90% 

Основное ТЗ: преобразователь из +24в в +12в для питания нагрузки (10...250Вт) в грузовик с потерями на преобразование менее 10% и защитой выхода от перегрузки по току путём ограничения тока.

Сразу к делу, вот такая получилась у меня схемка:

принципиальная схема

Чтобы не было вопросов вроде "А почему тут такой компонент, почему тут такой номинал, почему тут такое количество ?" и тп. отвечу сразу: Делал из того что было в наличии по тем знаниям которые имел.

ШИМ U2 применён UC3843 как самый полнофункциональный и оптимальный по соотношению цена\возможности. Драйвер U4  IR2104 как самый дешёвый (надо всё же их куда то девать) вполне нормально прокачивает силовой ключь IRF3205 (почемуто люблю я именно их Улыбка 110а 8мОм), выходной выпрямитель D3 я поставил MBR20100C который в паре с полевым транзистором (который управляется нижним плечём драйвера) и  берёт на себя большую часть выходного тока. Такая парочка обеспечивает на выходе более чем достаточный для нагрузки ток, т.к. шоттки D3 работает только в короткий промежуток времени когда основной ключь Q1 уже закрылся а нижний ключ Q2 благодаря имеющейся в U4 задержке в 520 нсек ещё не открылся. Можно нижний ключь Q2 не ставить и всю работу на себя возмёт D2. В моём примере разводки платы предусмотрено два посадочных места для двух полевых транзисторов Q2, и я впаял на одно место полевик на другое место шоттки в аналогичном корпусе (ТО220). Короче, чтоб не загружать вам мозг ток диода D3 составляет менее 1\3 выходного тока.

{ads2}Немного о контроле выходного тока.

Как известно для контроля выходного тока в плюсовом проводе есть много разных способов, самы доступный это низкоомный резистор падение напряжения на котором в дальнейшем усиливают и подают в цепь ОС, есть две основные схемы:

Дифференцианальный усилитель и преобразователь ток-напряжение, поигравшись с дифференциональным усилителем я пришёл к выводу что искат для него точные резисторы с допуском 1% и потом подстраивать ещё и многооборотным подстроечником это слишком кропотливо для такого простого применения, поэтому применил преобразователь ток-напряжение. В таком случае нам не потребуется двухполярное питание и всё что нужно это простое однополярное питание главное чтобы оно было хотя бы на пару вольт выще контролируемого, т.е. при выходном напряжении например +12в питание ОУ должно быть не ниже +14в что очень легко обеспечить имея на входе +24в.

Коэффициент усиления такой схемы Ку = R6*(R10/R9), а напряжение на резисторе R10 = Ку*выходной ток. т.е. если R10 = 1.2кОм, R9 = 104ом, R6 = 0.0333ом, Ку = 0,3845 что при выходном токе 1,8а даст 0,7в на резисторе R10, соответственно при 18а на R10 будет .

Питание U3 производится через резистор R11 и ограничено стабилитроном D4 на 20в, это не обязательные элементы, я например D4 вообще не стал впаивать зная что входное напряжение не превысит 30в.

Токовый вход U2 имеет порог 1.0в, для настройки тока огранияения служит подстроечник RV1, на который поступает напряжение с повторителя напряжения выполненного на втором компараторе имеющемся в 8ногом корпусе LM358.

Цепь стабилизации напряжения это делитель выходного напряжения на резисторах R2 и R3 с выхода делителя напряжение поступает на вход ОС по напряжению U2 на этом входе напряжение сравнивается с ИОН имеющем потенциал 2,5в соответственно делитель расчитываем исходя из опорного 2,5в, для делителя R3 9.1кОм и R2 2.2кОм расчётное выходное напряжение преобразователя составляет 12,8в.

D2 показывает что сервисное питание +12в имеется

D5 показывает что выходное напряжение +13в также имеется

Диод D1 для тех кто любит путать полярность питающих проводов и задумка здесь в том чтобы летящие искры  заствалили любителя путать полярность задуматся, впаивается вместо одного из входных электролитов.

Стабилизатор U1 на +12в обеспечивает питанием ШИМ U2 UC3843 и драйвер U4 IR2104. Есть 4 вида этого ШИМа что даёт вам дополнительные возможности:

  1. UC1842A -  максимальный КЗ = 100%   UVLO On = 16в    UVLO Off = 10в
  2. UC1843A -  максимальный КЗ = 100%   UVLO On = 8,5в    UVLO Off = 7,9в
  3. UC1844A -  максимальный КЗ = 50%     UVLO On = 16в    UVLO Off = 10в
  4. UC1845A -  максимальный КЗ = 50%    UVLO On = 8,5в    UVLO Off = 7,9в

UVLO Off - это напряжение питания при падении до которого ШИМ блокирует внутренюю логику, соответственно UVLO On - это напряжение при достижении которого выходная логика разблокируется это даёт вам возможность сделать БП который будет выключатся при падении напряжения питания до величины 10 или 7,9в и автоматического запуска при увеличении питающего напряжения до 16 и 8,5в соответственно, для этого нужно запитать ШИМ контролируемым напряжением, при этом учтите что высота выходных импульсов для UC384х в 8ногом корпусе будет равна напряжению на выводе питания (7я нога).

{ads1}

Пару слов о драйвере, здесь всё стандартно, нужно зашунтировать питание С17  и вольтодобавку С19, диод через который подпитывется конденстаор С19 должен успевать это делать поэтому лучше забудте о всяких там 1N4007.

С описанием схемы закончил, теперь немного о моём варианте разводки платы.

  • Основные требования исходя из которых я разводил плату:
  • обеспечить 4 посадочных места для входных электролитов диаметром до 13мм каждый
  • обеспечить 4 посадочных места для входных электролитов диаметром до 13мм каждый
  • обеспечить 4 посадочных места для низкоомных резисторов шунта в стандартном керамическом корпусе 5Вт
  • микросхемы ШИМа, драйвера и ОУ в корпусах SO8, резисторы smd 0603 и 1206
  • силовые ключи паралельно плате фланцем наружу для возможности закрепления их в виже "бутерброда" плата - ключ - радиатор
  • обеспечить возможность применения резистора R3 как в smd исполнении так и в виде подстроечника

Не скажу что плата получилась совершенно оптимальной, многое можно было ещё более оптимизировать, но в итоге имеем вот что:

печатная плата
Скажу предупрежу что первый вариант платы был разведён по схеме имеющейся только в голове что вылилось в банальную ошибку, были перепутаны выводы 2 и 3 ОУ, пришлось исправлять на уже готовой плате, после чего разводка была исправлена но пока больше не повторялась, поэтому возможно имеются недоделки и в принципиальной схеме, поэтому просьба если кто заметит косяки сразу сообщайте буду оперативно исправлять.

{ads1}

печатная плата
печатная плата
внешний вид
{ads1}

На этом всё.

Вложения:
ФайлОписаниеРазмер файла:
Скачать этот файл (24v-12v-20a.rar)PCBпечатная плата42 Кб

Комментарии   

-1 #1 ARV 08.06.2011 16:43
что-то настораживает подключение R2 и R3 - нет ли тут ошибки в принципиальной схеме?
#2 FDoich 09.06.2011 13:20
Всё правильно.
#3 FDoich 09.06.2011 13:36
Да. И в схеме ограничения тока проще и оптимальнее, по-моему, применить всё-таки ТТ вместо печек и ОУ.
#4 ARV 10.06.2011 00:10
Цитирую FDoich:
Всё правильно.

ясен пень - теперь правильно :) автор скромен - поправил схему и не сообщил.
#5 Furcat 10.06.2011 16:44
Вы обсуждайте, обсуждайте :) ошибка была в схеме с R2, R3, да. исправил. в печатке этой ошибки не было, в собранном экземпляре тоже. FDoich что такое "ТТ" и где вы увидели печку ? 4 керамики по 0,1 это 0,025*20*20 = 10вт при 20 амперах это печка ? никто не мешает вам уменьшить шунт хоть до 0.01ом, просто я предусмотрел метсо только для 4х резисторов а на рынке меньше 0.1ом не встречались керамические, можно ведь и шунт купить кашерный и на их место впаять.
Жду ещё критику.
#6 FDoich 10.06.2011 20:44
Про ТТ: http://dump.ru/file/5262712
На форуме ARV выкладывал.
#7 Furcat 10.06.2011 22:47
Цитирую FDoich:
Про ТТ: http://dump.ru/file/5262712
На форуме ARV выкладывал.

аа.... Трансформатор Тока :) я не сразу въехал :) да хороший способ, но это искать провод, феррит.... потом мотать, не для меня :)
#8 ВоВАН78 13.07.2011 04:17
очень интересно! а файл печатной платы где можно скачать? спасибо!
#9 boba.s 13.07.2011 13:46
а как печатку скачать? спасибо!
+1 #10 Furcat 13.07.2011 15:16
Так, если есть вопросы то милости просим на форум:
http://www.simple-devices.ru/forum/12-%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0/115-%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%BF%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B6%D0%B0%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B9-%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C
печатную плату добавил.
+1 #11 boba.s 14.07.2011 02:37
спасибо. бум собирать.
+1 #12 Григорий 16.09.2011 09:08
Вы пишете: " Стабилизатор U1 на +12в обеспечивает питанием ШИМ U2 UC3843 и драйвер U4 IR2104."
А вот питания IR2104 на схеме не видно.
Вероятно точка пропущена.
+1 #13 ilinbv 23.01.2012 14:50
D4 на схеме хорошо бы перевернуть
#14 Furcat 24.01.2012 02:52
Цитирую ilinbv:
D4 на схеме хорошо бы перевернуть

Да. опечатка :) я думал уже все забыли про этот проект.
+1 #15 sam 28.01.2012 21:43
Трансформатор тока применять тут нельзя, т.к. максимально напряжение на нем будет при коэффициенте заполнения импульсами более 50%, а дальше напряжение на ТТ начнет спадать, что не есть хорошо. поэтому токовый шунт в данном случае самый оптимальный вариант. Можно и датчик холла воткнуть но это ИМХО дорогой вариант
#16 ilinbv 03.02.2012 16:55
Цитата:
хорошо бы номинал С7 изменить на 10n
c 100р на 10н ?? частота упадёт в 100 раз !
P.S. Есть же форум для обсуждений, давайте там языком чесать :)
http://www.simple-devices.ru/forum/12-%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0/115-%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%BF%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B6%D0%B0%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B9-%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C
#17 georg77 17.03.2012 00:51
аффтар забыл написать наверно что эта штука так нормально и не заработала, точнее работала более-менее только на приличную нагрузку
UC3845 не предназначена для такого типа схем и её цепь управления в таком виде нормально работать на может.
но заставить её работать можно путём некоторых ухищрений, я этого добился
только вот в итоге оказывается что все её навороты в такой схеме не нужны - ни ограничение по току в каждом цикле, ни ШИМ по большому счёту, можно то же сделать на 555 с тем же результатом
а ограничение тока нагрузки сделано просто неразумно (тупо в лоб), некрасивое решение, к тому же способное вызвать склонность к возбуждению.
+1 #18 ARV 17.03.2012 12:53
georg77, самая лучшая критика та, которая подтверждается не просто словами, а схемами, расчетами, графиками результатов экспериментов и т.д.
#19 web 23.08.2015 05:12
boost converter 12 to 120 v by ic uc3845
2amp

i make one 12 to 47 3a good
#20 12val12 04.05.2016 22:11
"IR2104 как самый дешёвый (надо всё же их куда то девать) вполне нормально прокачивает силовой ключь IRF3205 "
не прокачивает!, заряд затвора 146nC, ток откр. 130мА, время откр. получается 1микросекунда, а мервре время встроенное в драйвере 0,5.
#21 ARV 05.05.2016 12:07
Цитирую 12val12:
время откр. получается 1микросекунда, а мервре время встроенное в драйвере 0,5.
и как мертвое время связано с длительностью фронта?
#22 12val12 05.05.2016 23:39
Если длительность спада слишком большая
то один из транзисторов будет еще приоткрыт в момент когда другой будет открываться
не прокачивает
в даташите приведены праметры для 1000 пф
емкости
у irf3205 приведенная емкость 3500пф
если оно и работает то только благодаря запасу по параметрам которого может в каком-то конкретном случает и не быть
Мтого
Утверждаю что IR2104 + IRF3205 сомнительная пара

НО если бы у меня валялись IR2104 то я бы так и сделал а не покупал бы ir2184 что правильно

Добавить комментарий

Обсудить на форуме (26 комментариев).

Copyright 2011 © simple-defices.ru.
При использовании материалов ссылка на www.simple-devices.ru обязательна.