Konwerter DC-DC o mocy 200 W z 12 V na 220 V: 13 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Cześć wszystkim:)

Witaj w tej instrukcji, w której pokażę, jak zrobiłem ten konwerter DC-DC 12 V na 220 V ze sprzężeniem zwrotnym, aby ustabilizować napięcie wyjściowe i ochronę przed niskim napięciem akumulatora / podnapięciowym, bez użycia mikrokontrolera. Mimo że wyjście jest wysokonapięciowe DC (a nie AC), możemy z tego urządzenia uruchomić lampy LED, ładowarki do telefonów i inne urządzenia oparte na zasilaczach impulsowych. Ten konwerter nie może obsługiwać żadnego obciążenia indukcyjnego lub transformatorowego, takiego jak silnik prądu przemiennego lub wentylator.

W tym projekcie użyję popularnego układu sterującego PWM SG3525, aby zwiększyć napięcie DC i zapewnić niezbędną informację zwrotną do sterowania napięciem wyjściowym. Ten projekt wykorzystuje bardzo proste komponenty, a niektóre z nich zostały uratowane ze starych zasilaczy komputerowych. Zacznijmy budować!

Kieszonkowe dzieci

1. Transformator ferrytowy EI-33 z szpulką (możesz go kupić w lokalnym sklepie elektronicznym lub odzyskać z zasilacza komputerowego)
2. MOSFET IRF3205 - 2
3. 7809 regulator napięcia -1
4. Układ scalony kontrolera PWM SG3525
5. OP07/IC741/lub jakikolwiek inny układ scalony wzmacniacza operacyjnego
6. Kondensator: 0.1uF (104)-3
7. Kondensator: 0,001 uF (102) - 1
8. Kondensator: niepolarny kondensator ceramiczny 3,3 uF 400 V
9. Kondensator: polarny kondensator elektrolityczny 3.3 uF 400 V (można użyć wyższej wartości pojemności)
10. Kondensator: elektrolityczny 47uF
11. Kondensator: elektrolityczny 470uF
12. Rezystor: rezystory 10K-7
13. Rezystor: 470K
14. Rezystor: 560K
15. Rezystor: 22 Ohm - 2
16. Rezystor zmienny / ustawienie wstępne: 10K -2, 50K - 1
17. Diody szybkiego odzyskiwania UF4007 - 4
18. 16-pinowe gniazdo IC
19. 8-pinowe gniazdo IC
20. Zaciski śrubowe: 2
21. Radiator do montażu MOSFET-u i regulatora napięcia (ze starego zasilacza komputerowego)
22. Płyta perforowana lub Veroboard
23. Podłączanie przewodów
24. Zestaw lutowniczy

Krok 1: Zbieranie wymaganych składników

Większość części potrzebnych do wykonania tego projektu została pobrana z niesprawnego zasilacza komputerowego. Bez problemu znajdziesz transformator i szybkie diody prostownicze z takiego zasilacza wraz z kondensatorami wysokiego napięcia i radiatorem do MOSFET-ów

Krok 2: Wykonanie transformatora zgodnie z naszą specyfikacją

Najważniejszą częścią uzyskania prawidłowego napięcia wyjściowego jest zapewnienie prawidłowego współczynnika uzwojenia transformatora po stronie pierwotnej i wtórnej, a także upewnienie się, że przewody mogą przenosić wymaganą ilość prądu. Do tego celu użyłem rdzenia EI-33 wraz ze szpulką. To ten sam transformator, który znajduje się w zasilaczu impulsowym. Możesz również znaleźć rdzeń EE-35.

Teraz naszym celem jest podniesienie napięcia wejściowego z 12 woltów do około 250-300 woltów, a do tego użyłem 3+3 zwojów po stronie pierwotnej z odczepianiem środkowym i około 75 zwojów po stronie wtórnej. Ponieważ strona pierwotna transformatora będzie obsługiwać większy prąd niż strona wtórna, użyłem razem 4 izolowanych przewodów miedzianych, aby utworzyć grupę, a następnie owinąłem ją wokół szpulki. Jest to przewód 24 AWG, który dostałem z lokalnego sklepu z narzędziami. Powodem łączenia 4 przewodów w jeden przewód jest zmniejszenie skutków prądów wirowych i uzyskanie lepszego nośnika prądu. uzwojenie pierwotne składa się z 3 zwojów, każdy z gwintowaniem środkowym.

Uzwojenie wtórne składa się z około 75 zwojów pojedynczego drutu miedzianego w izolacji 23 AWG.

Zarówno uzwojenie pierwotne, jak i wtórne są izolowane od siebie taśmą izolacyjną owiniętą wokół szpuli.

Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat tego, jak dokładnie wykonałem transformator, zapoznaj się z filmem na końcu tej instrukcji.

Krok 3: Etap oscylatora

SG3525 służy do generowania naprzemiennych impulsów zegarowych, które są używane do alternatywnego sterowania tranzystorami MOSFET, które popychają i przeciągają prąd przez pierwotne cewki transformatora, a także zapewniają kontrolę sprzężenia zwrotnego w celu stabilizacji napięcia wyjściowego. Częstotliwość przełączania można ustawić za pomocą rezystorów czasowych i kondensatorów. Dla naszej aplikacji będziemy mieć częstotliwość przełączania 50 kHz, która jest ustawiana przez kondensator 1nF na pinie 5 i rezystorze 10K wraz ze zmiennym rezystorem na pinie 6. Zmienny rezystor pomaga dostroić częstotliwość.

Aby uzyskać więcej informacji na temat działania układu scalonego SG3525, oto link do arkusza danych układu scalonego:

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

Krok 4: Etap przełączania

Wyjście impulsowe 50 kHz z kontrolera PWM jest używane do alternatywnego sterowania tranzystorami MOSFET. Dodałem mały 22-omowy rezystor ograniczający prąd do zacisku bramki MOSFET wraz z rezystorem ściągającym 10K, aby rozładować kondensator bramki. możemy również skonfigurować SG3525, aby dodać mały czas martwy między przełączaniem MOSFET, aby upewnić się, że nigdy nie są one włączone w tym samym czasie. Odbywa się to poprzez dodanie rezystora 33 omów między pinami 5 i 7 układu scalonego. Środkowy zaczep transformatora jest podłączony do dodatniego zasilania, podczas gdy pozostałe dwa końce są przełączane za pomocą tranzystorów MOSFET, które okresowo łączą ścieżkę z ziemią.

Krok 5: Stopień wyjściowy i sprzężenie zwrotne

Wyjściem transformatora jest impulsowy sygnał prądu stałego wysokiego napięcia, który należy wyprostować i wygładzić. Odbywa się to poprzez implementację pełnego prostownika mostkowego przy użyciu diod szybkiego odzyskiwania UF4007. Następnie baterie kondensatorów o pojemności 3,3uF każdy (nasadki polarne i niepolarne) zapewniają stabilne wyjście DC wolne od jakichkolwiek tętnień. Należy upewnić się, że odczyt napięcia na czapkach jest wystarczająco wysoki, aby tolerować i przechowywać generowane napięcie.

Do realizacji sprzężenia zwrotnego, które podałem, użyto sieci rezystorowego dzielnika napięcia 560KiloOhm i rezystora zmiennego 50K, wyjście potencjometru trafia na wejście wzmacniacza błędu SG3525 i dzięki temu ustawiając potencjometr możemy uzyskać żądane napięcie wyjściowe.

Krok 6: Wdrożenie ochrony pod napięciem

Zabezpieczenie podnapięciowe jest realizowane za pomocą wzmacniacza operacyjnego w trybie komparatora, który porównuje napięcie źródła wejściowego ze stałą wartością odniesienia generowaną przez pin SG3525 Vref. Próg regulowany za pomocą potencjometru 10K. Gdy tylko napięcie spadnie poniżej ustawionej wartości, funkcja wyłączania kontrolera PWM jest aktywowana i napięcie wyjściowe nie jest generowane.

Krok 7: Schemat obwodu

To jest cały schemat obwodu projektu z omówionymi wszystkimi wcześniej wymienionymi koncepcjami.

Dobra, dosyć części teoretycznej, teraz ubrudźmy sobie ręce !

Krok 8: Testowanie obwodu na płycie prototypowej

Przed wlutowaniem wszystkich elementów na veroboard należy koniecznie upewnić się, że nasz układ działa, a mechanizm sprzężenia zwrotnego działa prawidłowo.

OSTRZEŻENIE: zachowaj ostrożność podczas obchodzenia się z wysokimi napięciami, ponieważ może to spowodować śmiertelne porażenie. Zawsze pamiętaj o bezpieczeństwie i upewnij się, że nie dotykasz żadnego elementu, gdy zasilanie jest nadal włączone. Kondensatory elektrolityczne mogą utrzymywać ładunek przez dłuższy czas, więc upewnij się, że jest całkowicie rozładowany.

Po udanej obserwacji napięcia wyjściowego zaimplementowałem odcięcie niskiego napięcia i działa bez zarzutu.

Krok 9: Decyzja o rozmieszczeniu komponentów

Teraz zanim zaczniemy proces lutowania, ważne jest, abyśmy ustalili położenie elementów w taki sposób, aby użyć minimalnej liczby przewodów, a odpowiednie elementy były umieszczone blisko siebie, tak aby można je było łatwo połączyć za pomocą śladów lutowniczych.

Krok 10: Kontynuacja procesu lutowania

W tym kroku widać, że umieściłem wszystkie komponenty do aplikacji przełączającej. upewniłem się, że ślady tranzystorów MOSFET są grube, aby przenosić wyższe prądy. Postaraj się również, aby kondensator filtra znajdował się jak najbliżej układu scalonego.

Krok 11: Lutowanie transformatora i systemu sprzężenia zwrotnego

Nadszedł czas na naprawę transformatora i naprawę komponentów do prostowania i sprzężenia zwrotnego. Warto wspomnieć, że podczas lutowania należy zadbać o to, aby strony wysokiego i niskiego napięcia miały dobrą separację i należy unikać wszelkich zwarć. Strona wysokiego i niskiego napięcia powinna dzielić wspólną masę, aby sprzężenie zwrotne działało prawidłowo.

Krok 12: Wykańczanie modułu

Po około 2 godzinach lutowania i upewnieniu się, że mój obwód jest prawidłowo okablowany bez zwarć, moduł był w końcu gotowy!

Następnie wyregulowałem częstotliwość, napięcie wyjściowe i odcięcie niskiego napięcia za pomocą trzech potencjometrów.

Układ działa zgodnie z oczekiwaniami i daje bardzo stabilne napięcie wyjściowe.

Udało mi się z powodzeniem uruchomić ładowarkę do telefonu i laptopa, ponieważ są to urządzenia oparte na SMPS. Za pomocą tego urządzenia można z łatwością uruchomić małe i średnie lampy LED i ładowarki. Sprawność jest również całkiem akceptowalna, od około 80 do 85 procent. Najbardziej imponującą cechą jest to, że bez obciążenia pobór prądu wynosi około 80-90 miliamperów, a wszystko to dzięki sprzężeniu zwrotnemu i kontroli!

Mam nadzieję, że podoba Ci się ten samouczek. Podziel się tym ze znajomymi i opublikuj swoje uwagi i wątpliwości w sekcji komentarzy poniżej.

Obejrzyj film przedstawiający cały proces budowania i działania modułu. Rozważ subskrypcję, jeśli podoba Ci się treść:)

Do zobaczenia w następnym!