Μετατροπέας 200Watts 12V σε 220V DC-DC: 13 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Γεια σε όλους:)

Καλώς ήλθατε σε αυτό το διδακτικό, όπου θα σας δείξω πώς έφτιαξα αυτόν τον μετατροπέα DC-DC 12Volts σε 220volts με ανατροφοδότηση για τη σταθεροποίηση της τάσης εξόδου και της προστασίας χαμηλής μπαταρίας/ υπό τάσης, χωρίς τη χρήση μικροελεγκτή. Παρόλο που η έξοδος είναι υψηλής τάσης DC (και όχι AC), μπορούμε να τρέξουμε λαμπτήρες LED, φορτιστές τηλεφώνου και άλλες συσκευές που βασίζονται σε SMPS από αυτήν τη μονάδα. Αυτός ο μετατροπέας δεν μπορεί να εκτελέσει φορτίο επαγωγικού ή μετασχηματιστή, όπως κινητήρα AC ή ανεμιστήρα.

Για αυτό το έργο θα χρησιμοποιήσω το δημοφιλές IC ελέγχου SG3525 PWM για να αυξήσω την τάση DC και να παράσχω την απαραίτητη ανατροφοδότηση για τον έλεγχο της τάσης εξόδου. Αυτό το έργο χρησιμοποιεί πολύ απλά εξαρτήματα και μερικά από αυτά διασώζονται από παλιά τροφοδοτικά υπολογιστή. Ας χτίσουμε!

Προμήθειες

1. Μετασχηματιστής φερρίτη EI-33 με μπομπίνα (μπορείτε να το αγοράσετε από το κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών ή να το αποθηκεύσετε από τροφοδοτικό υπολογιστή)
2. MOSFET IRF3205 - 2
3. 7809 ρυθμιστής τάσης -1
4. IC ελεγκτή SG3525 PWM
5. OP07/ IC741/ ή οποιοδήποτε άλλο IC ενισχυτή λειτουργίας
6. Πυκνωτής: 0.1uF (104)- 3
7. Πυκνωτής: 0.001uF (102)- 1
8. Πυκνωτής: 3.3uF 400V μη πολικός κεραμικός πυκνωτής
9. Πυκνωτής: 3.3uF 400V πολικός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε υψηλότερη τιμή χωρητικότητας)
10. Πυκνωτής: ηλεκτρολυτικός 47uF
11. Πυκνωτής: ηλεκτρολυτικός 470uF
12. Αντίσταση: αντιστάσεις 10K-7
13. Αντίσταση: 470K
14. Αντίσταση: 560K
15. Αντίσταση: 22 Ohms - 2
16. Μεταβλητή αντίσταση/ προεπιλογή: 10K -2, 50K - 1
17. Δίοδοι γρήγορης ανάκτησης UF4007 - 4
18. Υποδοχή IC 16 ακίδων
19. Υποδοχή IC 8 ακίδων
20. Βιδωτοί ακροδέκτες: 2
21. Inkυγείο για τοποθέτηση MOSFET και ρυθμιστή τάσης (από παλαιό τροφοδοτικό υπολογιστή)
22. Perfboard ή Veroboard
23. Σύνδεση καλωδίων
24. Σετ συγκόλλησης

Βήμα 1: Συγκέντρωση των απαιτούμενων στοιχείων

Τα περισσότερα από τα μέρη που απαιτούνται για την κατασκευή αυτού του έργου έχουν ληφθεί από μια μη λειτουργική μονάδα τροφοδοσίας υπολογιστή. Θα βρείτε εύκολα τον μετασχηματιστή και τις γρήγορες διόδους ανορθωτή από μια τέτοια τροφοδοσία μαζί με πυκνωτές υψηλής τάσης και ψύκτρα για το MOSFETS

Βήμα 2: Κατασκευή του μετασχηματιστή σύμφωνα με τις προδιαγραφές μας

Το πιο σημαντικό μέρος της σωστής τάσης εξόδου είναι να διασφαλίσετε τη σωστή αναλογία περιέλιξης του μετασχηματιστή της κύριας και δευτερεύουσας πλευράς και επίσης να βεβαιωθείτε ότι τα καλώδια μπορούν να μεταφέρουν την απαιτούμενη ποσότητα ρεύματος. Έχω χρησιμοποιήσει έναν πυρήνα EI-33 μαζί με μπομπίνα για αυτόν τον σκοπό. Είναι ο ίδιος μετασχηματιστής που παίρνετε μέσα σε ένα SMPS. Μπορείτε επίσης να βρείτε έναν πυρήνα EE-35.

Τώρα ο στόχος μας είναι να αυξήσουμε την τάση εισόδου των 12 βολτ σε περίπου 250-300 βολτ και για αυτό έχω χρησιμοποιήσει 3+3 στροφές στο πρωτεύον με κεντρικό χτύπημα και περίπου 75 στροφές στη δευτερεύουσα πλευρά. Δεδομένου ότι η κύρια πλευρά του μετασχηματιστή θα χειριστεί μεγαλύτερο ρεύμα από τη δευτερεύουσα πλευρά, έχω χρησιμοποιήσει 4 μονωμένα σύρματα χαλκού μαζί για να φτιάξω μια ομάδα και στη συνέχεια να το τυλίξω γύρω από το μπομπίνα. Είναι ένα καλώδιο 24 AWG που πήρα από ένα τοπικό κατάστημα υλικού. Ο λόγος που παίρνουμε 4 καλώδια μαζί για να φτιάξουμε ένα μόνο σύρμα είναι να μειώσουμε τις επιπτώσεις των στροβιλισμένων ρευμάτων και να κάνουμε έναν καλύτερο φορέα ρεύματος. η κύρια περιέλιξη αποτελείται από 3 στροφές η κάθε μία με κεντρικό χτύπημα.

Η δευτερεύουσα περιέλιξη αποτελείται από περίπου 75 στροφές από μονό καλώδιο χαλκού με μόνωση 23 AWG.

Τόσο η πρωτογενής όσο και η δευτερεύουσα περιέλιξη είναι μονωμένες μεταξύ τους χρησιμοποιώντας μονωτική ταινία τυλιγμένη γύρω από τη μπομπίνα.

Για λεπτομέρειες σχετικά με το πώς ακριβώς έφτιαξα τον μετασχηματιστή, ανατρέξτε στο βίντεο στο τέλος αυτού του οδηγού.

Βήμα 3: Το στάδιο των ταλαντωτών

Το SG3525 χρησιμοποιείται για τη δημιουργία εναλλακτικών παλμών ρολογιού που χρησιμοποιούνται για την εναλλακτική οδήγηση των MOSFETS που ωθούν και τραβούν ρεύμα μέσω των κύριων πηνίων του μετασχηματιστή και επίσης για την παροχή ελέγχου ανάδρασης για τη σταθεροποίηση της τάσης εξόδου. Η συχνότητα μεταγωγής μπορεί να ρυθμιστεί χρησιμοποιώντας αντιστάσεις χρονισμού και πυκνωτές. Για την εφαρμογή μας θα έχουμε μια συχνότητα μεταγωγής 50Khz η οποία ρυθμίζεται από πυκνωτή 1nF στον πείρο 5 και 10K αντίσταση μαζί με μια μεταβλητή αντίσταση στον πείρο 6. Η μεταβλητή αντίσταση βοηθά στον λεπτό συντονισμό της συχνότητας.

Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη λειτουργία του SG3525 IC, ακολουθεί ένας σύνδεσμος προς το φύλλο δεδομένων του IC:

www.st.com/resource/en/datasheet/sg2525.pd…

Βήμα 4: Το στάδιο εναλλαγής

Η έξοδος παλμού 50Khz από τον ελεγκτή PWM χρησιμοποιείται για την εναλλακτική οδήγηση των MOSFET. Έχω προσθέσει μια μικρή αντίσταση περιορισμού ρεύματος 22 ohm στον ακροδέκτη της πύλης του MOSFET μαζί με μια αντίσταση έλξης 10K προς τα κάτω για να αποφορτιστεί ο πυκνωτής πύλης. μπορούμε επίσης να διαμορφώσουμε το SG3525 για να προσθέσουμε ένα μικρό deadtime μεταξύ της αλλαγής του MOSFET για να βεβαιωθούμε ότι δεν είναι ποτέ ON ταυτόχρονα. Αυτό γίνεται με την προσθήκη αντίστασης 33 ohm μεταξύ των ακίδων 5 και 7 του IC. Το κεντρικό χτύπημα του μετασχηματιστή συνδέεται με τη θετική παροχή ενώ τα άλλα δύο άκρα αλλάζουν χρησιμοποιώντας τα MOSFET που συνδέουν περιοδικά τη διαδρομή με τη γείωση.

Βήμα 5: Το στάδιο εξόδου και η ανατροφοδότηση

Η έξοδος του μετασχηματιστή είναι παλμικό σήμα DC υψηλής τάσης το οποίο πρέπει να διορθωθεί και να εξομαλυνθεί. Αυτό γίνεται με την εφαρμογή ενός πλήρους ανορθωτή γέφυρας χρησιμοποιώντας δίοδοι γρήγορης ανάκτησης UF4007. Στη συνέχεια, οι τράπεζες πυκνωτών 3,3uF η κάθε μία (πολικά και μη πολικά καλύμματα) παρέχουν μια σταθερή έξοδο DC χωρίς τυχόν κυματισμούς. Κάποιος πρέπει να βεβαιωθεί ότι η ένδειξη τάσης των καπακιών είναι αρκετά υψηλή για να ανέχεται και να αποθηκεύει την παραγόμενη τάση.

Για την εφαρμογή της ανατροφοδότησης που έδωσα χρησιμοποίησα ένα δίκτυο διαίρεσης τάσης αντίστασης 560KiloOms και μεταβλητής αντίστασης 50K, η έξοδος του ποτενσιόμετρου πηγαίνει στην είσοδο του ενισχυτή σφάλματος του SG3525 και έτσι ρυθμίζοντας το ποτενσιόμετρο μπορούμε να πάρουμε την επιθυμητή έξοδο τάσης.

Βήμα 6: Εφαρμογή προστασίας υπό τάση

Η προστασία υπό τάσης γίνεται χρησιμοποιώντας έναν ενισχυτή λειτουργίας σε κατάσταση σύγκρισης, ο οποίος συγκρίνει την τάση πηγής εισόδου με μια σταθερή αναφορά που δημιουργείται από τον πείρο Vref SG3525. Το κατώφλι είναι ρυθμιζόμενο χρησιμοποιώντας ένα ποτενσιόμετρο 10Κ. Μόλις η τάση πέσει κάτω από την καθορισμένη τιμή, η λειτουργία τερματισμού λειτουργίας του ελεγκτή PWM ενεργοποιείται και η τάση εξόδου δεν δημιουργείται.

Βήμα 7: Διάγραμμα κυκλώματος

Αυτό είναι ολόκληρο το διάγραμμα κυκλώματος του έργου με όλες τις προαναφερθείσες έννοιες που συζητήθηκαν.

Εντάξει, αρκετά θεωρητικό μέρος, τώρα ας λερώσουμε τα χέρια μας!

Βήμα 8: Δοκιμή του κυκλώματος στο Breadboard

Πριν από τη συγκόλληση όλων των εξαρτημάτων σε veroboard, είναι απαραίτητο να βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμά μας λειτουργεί και ότι ο μηχανισμός ανάδρασης λειτουργεί σωστά.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: να είστε προσεκτικοί στο χειρισμό υψηλών τάσεων ή μπορεί να σας προκαλέσει θανατηφόρο σοκ. Έχετε πάντα υπόψη την ασφάλεια και βεβαιωθείτε ότι δεν αγγίζετε κανένα εξάρτημα ενώ η τροφοδοσία είναι ακόμα ενεργοποιημένη. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές μπορούν να κρατήσουν το φορτίο για αρκετό καιρό, οπότε βεβαιωθείτε ότι έχει αποφορτιστεί πλήρως.

Μετά την επιτυχή παρατήρηση της τάσης εξόδου, εφάρμοσα τη διακοπή χαμηλής τάσης και λειτουργεί καλά.

Βήμα 9: Απόφαση για την τοποθέτηση εξαρτημάτων

Τώρα, πριν ξεκινήσουμε τη διαδικασία συγκόλλησης, είναι σημαντικό να καθορίσουμε τη θέση των εξαρτημάτων με τέτοιο τρόπο ώστε να πρέπει να χρησιμοποιούμε ελάχιστα καλώδια και τα σχετικά εξαρτήματα να τοποθετούνται κοντά μεταξύ τους, έτσι ώστε να μπορούν εύκολα να συνδεθούν υποβάλλοντας ίχνη συγκόλλησης.

Βήμα 10: Συνέχιση της διαδικασίας συγκόλλησης

Σε αυτό το βήμα μπορείτε να δείτε ότι έχω τοποθετήσει όλα τα στοιχεία για την εφαρμογή αλλαγής. βεβαιώθηκα ότι τα ίχνη στα MOSFET είναι παχιά για να μεταφέρουν υψηλότερα ρεύματα. Επίσης, προσπαθήστε να κρατήσετε τον πυκνωτή φίλτρου όσο το δυνατόν πιο κοντά στο IC.

Βήμα 11: Συγκόλληση του συστήματος μετασχηματιστή και ανατροφοδότησης

Isρθε η ώρα να διορθώσετε τον μετασχηματιστή και να στερεώσετε τα εξαρτήματα για διόρθωση και ανάδραση. Αξιοσημείωτο είναι να αναφέρουμε ότι κατά τη συγκόλληση πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε η πλευρά υψηλής και χαμηλής τάσης να έχουν καλό διαχωρισμό και κάθε σορτς πρέπει να αποφεύγεται. Η πλευρά υψηλής και χαμηλής τάσης θα πρέπει να μοιράζεται ένα κοινό έδαφος για να λειτουργήσει σωστά η ανατροφοδότηση.

Βήμα 12: Ολοκλήρωση της ενότητας

Μετά από περίπου 2 ώρες συγκόλλησης και βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμά μου είναι σωστά συνδεδεμένο χωρίς σορτς, η μονάδα ολοκληρώθηκε τελικά!

Στη συνέχεια, ρύθμισα τη συχνότητα, την τάση εξόδου και τη διακοπή χαμηλής τάσης χρησιμοποιώντας τα τρία ποτενσιόμετρα.

Το κύκλωμα λειτουργεί όπως αναμενόταν και δίνει μια πολύ σταθερή τάση εξόδου.

Κατάφερα με επιτυχία να τρέξω το φορτιστή του τηλεφώνου και του φορητού υπολογιστή μου με αυτό, καθώς είναι συσκευές που βασίζονται σε SMPS. Μπορείτε εύκολα να χρησιμοποιήσετε μικρούς και μεσαίους λαμπτήρες LED και φορτιστές με αυτήν τη μονάδα. Η αποδοτικότητα είναι επίσης αρκετά αποδεκτή, κυμαίνεται από περίπου 80 έως 85 τοις εκατό. Το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό είναι ότι χωρίς φορτίο η τρέχουσα κατανάλωση είναι μόλις περίπου 80-90 milliAmps όλα χάρη στην ανατροφοδότηση και τον έλεγχο!

Ελπίζω να σας αρέσει αυτό το σεμινάριο. Φροντίστε να το μοιραστείτε με τους φίλους σας και δημοσιεύστε τα σχόλιά σας και τις αμφιβολίες σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.

Παρακαλούμε δείτε το βίντεο για ολόκληρη τη διαδικασία κατασκευής και λειτουργίας της μονάδας. Σκεφτείτε να εγγραφείτε αν σας αρέσει το περιεχόμενο:)

Θα τα πούμε στο επόμενο!