Przetwornica doładowania DC-DC HV: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Krok 1: Wprowadzenie do obsługi i elektroniki

Jak działa konwerter doładowania? Podstawowa zasada: Przetwornica doładowania działa w dwóch etapach, ON i OFF. W fazie ON przełącznik półprzewodnikowy przewodzi, a prąd gromadzi się w cewce indukcyjnej wytwarzając pole elektromagnetyczne, które magazynuje energię. W fazie OFF przełącznik półprzewodnikowy nie przewodzi i pole elektromagnetyczne zanika. Kiedy pole zapada się, zmagazynowana w nim energia nie może uciec przez przełącznik półprzewodnikowy, więc przechodzi przez diodę do obciążenia/kondensatora pod znacznie wyższym napięciem. Dzieje się to kilka tysięcy razy na sekundę za pośrednictwem impulsów z układu czasowego NE555, w wyniku czego można naładować kondensator wysokiego napięcia ze źródła niskiego napięcia. Poniżej znajduje się pomoc dla tych z Was, którzy nie znają się dobrze na elektronice. R-Resistor VR-Rezystor zmienny (zwany także potencjometrem) B-Battery V-Źródło napięcia C-Kondensator D-Dioda L-Induktor U/IC-Integrated Circuit Q-Tranzystor/IGBT M-MOSFET GND- Uziemienie Bateria do zastosowań przenośnych) Niektóre diagramy i wykresy są pokazane poniżej, aby pomóc ci dalej.

_ODWIEDŹ MOJĄ STRONĘ INTERNETOWĄ WIĘCEJ PROJEKTÓW: PRZYSZŁE SYSTEMY EKSPERYMENTALNE

Krok 2: Konwerter doładowania płyty głównej 500V

Ten konwerter doładowania jest przeznaczony dla osób z umiarkowanym doświadczeniem w elektronice.

Jeśli masz zasoby, polecam wykonanie wersji tego urządzenia z obwodami drukowanymi, ponieważ jest prostsze, mniejsze i mniej podatne na awarie. Jeśli jednak przestrzeń nie stanowi problemu, możesz stworzyć wersję prototypową.

Ten obwód zajmuje co najmniej 1,75 "x 1,5" x 1" i może bezpiecznie pracować od 8,4 V do 31,2 V. Wejście i wyjście maksymalnie 500 V (dla obwodu). Zalecam co najmniej wejście akumulatora 12 V.

NIEBEZPIECZEŃSTWO WYSOKIE NAPIĘCIE To urządzenie może emitować śmiertelne napięcia, a ładowane kondensatory mogą przechowywać śmiertelne ładunki przez wiele godzin. Podczas pracy należy nosić rękawice i okulary ochronne dla elektryków i stosować wszelkie środki ostrożności

Dane techniczne:

Koszt projektu: - 17 USD + wysyłka Mouser - 5 USD + wysyłka Coilcraft PCV-2-394-05L (Kliknij łącze i wpisz numer części, aby kupić) - Średni całkowity koszt z wysyłką -- 35 USD --

Wymiary: 1,75" x 1,5" x 1" Napięcie wejściowe: 8,4V do 31,2V Zakres napięcia wyjściowego: 100V do 500V Moc wyjściowa:

- Wejście 12V Maksymalnie 36W +-20% Naładowany zespół kondensatorów 290J w 8s - Wejście 24V Maksymalnie 92W +-20% Naładowany Zespół kondensatorów 1468J w 16s

Moc wyjściowa mierzona przy użyciu 1-2 akumulatorów kwasowo-ołowiowych 12 V 34 Ah dla praktycznie stałego źródła napięcia

Głównym ograniczeniem tego, ile energii można pobrać z baterii, są zestawy akumulatorów ESR

--- Aby uzyskać najlepsze wyniki, zastosowano akumulatory o wysokim prądzie znamionowym lub akumulatory przeznaczone do urządzeń Power RC---NiCd są najlepsze (z wyjątkiem Li-poly) Dla następujących akumulatorów można uzyskać szacunkową moc maksymalną ESR = równoważna rezystancja szeregowa = Rezystancja wewnętrzna

NiCD/NiMH 12V AAA ESR = 350-400mOhm 28-30W 12V AA ESR = 150-300mOhm 31-34W 24V AAA ESR = 700-800mOhm 60-80W 24V AA ESR = 300-600mOhm 75-85W

Ostrzeżenie-Pobieranie zbyt dużego prądu z baterii może zmniejszyć ich pojemność, żywotność i spowodować przegrzanie baterii. Monitoruj temperaturę baterii.

Uwaga: Otwory Protoboard nie mieszczą pinów MOSFET i diody, wiercenie otworu 1/32 rozwiązuje ten problem, chociaż może być konieczne przylutowanie wyprowadzeń do sąsiednich padów.

Krok 3: Części konwertera doładowania płyty Protoboard 500 V

Narzędzia:

• Lutownica
• Lut elektryczny (preferowany rdzeń z kalafonii 0,032")
• Antystatyczny pasek na nadgarstek
• Rękawice dla elektryków
• Okulary ochronne

Materiały:- Płytka Protoboard (Link to płyta prototypowa, której użyłem, zestawy Protoboard) Części kupione od Mouser: Regulator napięcia U2 - Numer części wejściowej akumulatora-8,4 V do 12 V LF60CV-12 V do 13,2 V LD1086V90-13,2 V do 16,8 V LM7809ACT- 16,8 V do 26,4 V LM7812ACT - 26,4 V do 31,2 V LM317 Dowolny TO-220 (R1 = 500 omów R2 = 5,5 k omów) Patrz karta katalogowa --- Sprawdź, czy wyjście wynosi 15 V dla LM317 ---Dla C1, C2, C3, a CT użyj napięcia znamionowego zgodnie z poniższym:Napięcie akumulatora ………. Napięcie znamionowe kondensatora=nasadka 16V=nakładka 25V=nasadka 50V-- Typ C2 Zgodnie z zastosowanym regulatorem:-LF60CV ElektrolitycznyLD1086V90 ElektrolitycznyLM7809ACT CeramicznyLM7812ACT Ceramiczny C3 to dysk ceramiczny lub 5%-20% z ołowiem MLCC lub -20% do +80% ---- CT to dysk ceramiczny lub 1%-10% ołowiu MLCC ---- Wszystkie rezystory z wyjątkiem Rdiv1 mają moc 1/10 W lub więcej ---2 Gniazda 8-DIP-C1- 0,33uF (330nF) lub Więcej-C2-10uF-C3- 0,01uF (10nF)-CB1- Dowolny bank kondensatorów, który chcesz naładować-CT- 0,022uF (22nF) -LEDPWR- Wskazuje, że włączone jest zasilanie-LEDREG- Wskazuje, że żądane napięcie to R każdy-LEDGATE- Wskazuje, że NE555 dostarcza napięcie do MOSFET-R1, R2, R3 - 1kOhm(=12V) 1%-5%-RA- 15kOhm (2% lub lepszy)-RB- 10kOhm (2% lub lepszy)- Rdiv1- 1MOhm (2% lub lepszy, 1/4W lub więcej)-Rdiv2- Użyta wartość regulatora (2% lub lepsza)LF60CV 11kOhmLD1086V90 16kOhmLM7809ACT 16kOhmLM7812ACT 22.3kOhmLM317 28kOhm-SW1- Znamionowe dla napięcia wejściowego i 5-6A-U1 i U1. 1 (ten sam układ) - LM393AN-U3- SE555P-VR1-10kOhm Potencjometr (wieloobrotowy będzie bardziej precyzyjny)-M1-FCA47N60(F)-D1-RURG3060 (Użyj RURG30120, jeśli jest to twój pierwszy projekt elektroniczny)Coilcraft: L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Kliknij link i wpisz numer części, aby kupić) NUMERY PINÓW SĄ NA SCHEMATU KLIKNIJ „I” NA GÓRZE SCHEMATU, ABY BYŁO WIĘKSZY WIDOK DO POBRANIA

Krok 4: Przetwornica doładowania PCB 500V

Jeśli masz zasoby, zdecydowanie sugeruję, abyś zrobił ten konwerter doładowania płytki drukowanej zamiast prototypu. Wykonanie niestandardowej płytki drukowanej będzie bardziej kompaktowe i będzie miało znacznie lepszy wygląd. Ten obwód zajmuje tylko 1 5/8 "x 1 1/4" x 1 "i może działać od 8,4 V do 31,2 V i bezpiecznie wyprowadzać maksymalnie 500 V. Gorąco polecam używanie co najmniej akumulatora 12 V, jeśli celem jest maksymalna moc Rozmiar tej wersji można również zmniejszyć do 1 5/8" x 1 1/4" x 3/8", jeśli cewka indukcyjna jest umieszczona z dala od obwodu, jak to ma miejsce w większości cewek, aby przekonać. Pokazane na zdjęciu poniżej. NIEBEZPIECZEŃSTWO WYSOKIE NAPIĘCIE To urządzenie może wypuszczać śmiertelne napięcia, a ładowane kondensatory mogą przechowywać śmiercionośne ładunki przez wiele godzin. Podczas pracy należy nosić rękawice i okulary ochronne dla elektryków oraz stosować wszelkie środki ostrożności Dane techniczne: Koszt projektu: - 20 USD + Przesyłka Mouser - 5 USD + wysyłka Coilcraft PCV-2-394-05L (Poszukaj linku i wpisz numer części, aby kupić) ->= 15 USD + wysyłka MPJA - średni koszt całkowity z wysyłką -- <50 USD-- Napięcie wejściowe: 8,4 V do 31,2 V Zakres napięcia wyjściowego: 100 V do 500 V Moc wyjściowa: - TEST 1-12 V Wejście 48 W maks. +-20% Naładowany zespół kondensatorów 290 J w 6 s - TEST 2 - 12 V Wejście maks. 45 W +-20% Naładowany zespół kondensatorów 1160 J w 26 s - 24 V wejście TBD Moc wyjściowa mierzona przy użyciu 1-2 akumulatorów kwasowo-ołowiowych 12 V 34 Ah dla praktycznie stałego źródła napięcia Każdy test został wykonany 5 razy, z czego pokazano najlepsze. Głównym ograniczeniem tego, ile energii można pobrać z baterii, są zestawy akumulatorów ESR --- Aby uzyskać najlepsze wyniki, zastosowano akumulatory o wysokim natężeniu prądu lub baterie przeznaczone do urządzeń Power RC --- NiCd są najlepsze (z wyjątkiem Li- poly) Dla poniższych baterii można wyznaczyć szacunkową moc maksymalną ESR = Równoważna rezystancja szeregowa = Rezystancja wewnętrzna Można stosować baterie alkaliczne, ale zdecydowanie polecam akumulatory o wysokim prądzie znamionowym. Niższe napięcia mogą być używane, ale spodziewaj się niższej mocy wyjściowej. NiCD/NiMH 12V AAA ESR = 350-400mOhm 28-30W 12V AA ESR = 150-300mOhm 31-34W 24V AAA ESR = 700-800mOhm 60-80W 24V AA ESR = 300-600mOhm 75-85W Twoje baterie mogą zmniejszyć ich pojemność, żywotność i spowodować przegrzanie baterii, monitoruj temperaturę baterii podczas testowania.

Krok 5: Części konwertera doładowania PCB 500 V

Narzędzia:

• Lutownica
• Lut elektryczny (preferowany rdzeń z kalafonii 0,032")
• Antystatyczny pasek na nadgarstek
• Rękawice dla elektryków
• Okulary ochronne
• Dowolny szczelny pojemnik z tworzywa sztucznego lub szkła wielokrotnego zamykania (przykład)

Materiały: MPJA lub Amazon:

• FERRIC CHLORIDE (zdobądź większy pakiet, jeśli planujesz produkować więcej płytek drukowanych)
• 2 sztuki RESIST PEN lub Industrial Sharpie
• TABLICA PŁASZCZONA MIEDZIĄ (do tego projektu wybierz 3 x 5, 4 x 6 lub 6 x 9)

Części kupione od Mouser:W przypadku C1, C2, C3 i CT należy użyć napięcia znamionowego zgodnie z poniższym:Napięcie akumulatora………. Napięcie znamionowe kondensatora=16V Cap=25V Cap=50V CapU2- Regulator napięcia - DPAK (TO-252) Numer części wejścia akumulatora – 8,4 V do 12 V LF60ABDT – 12 V do 13,2 V LF90ABDT – 13,2 V do 16,8 V MC7809E – 16,8 V do 26,4 V MC7812E – 26,4 V do 31,2 V LM317M (R1 = 500 omów R2 = 5,5 k omów)-- Typ C2 zgodnie z zastosowanym regulatorem: --LF60ABDT ElectrolyticLF90ABDT ElectrolyticMC7809E CeramicMC7812E CeramicLM317M Electrolytic-- C1, C3, C4 i C5 to MLCC SMD/SMT 5%-20% lub -20% do +80% ---- CT jest MLCC SMD/SMT 1%-10% ---- Wszystkie rezystory z wyjątkiem Rdiv1 mają moc 1/10 W lub większą -4 Liczba cyfr po wartości to rozmiar (tj. 0805 lub 1210) -C1-10uF 1210-C2-10uF 1210- C3- 0.22uF (220nF) 0805-C4- 0.01uF (10nF) 0805-C5- 0.01uF (10nF) 0805-CB1- Dowolny bank kondensatorów, który chcesz naładować-CT- 0.022uF (22nF) 0805-LEDPWR- Wskazuje zasilanie jest zastosowany 1206-LEDREG- wskazuje, że osiągnięto żądane napięcie 1206-LEDGATE- wskazuje, że NE555 dostarcza napięcie do th e MOSFET 1206-R1, R2, R3-1kOhm(=12V) 1%-5% 0805-RA-15kOhm (2% lub lepszy) 0805-RB-10kOhm (2% lub lepszy) 0805-Rdiv1-1MOhm (2% lub lepsza, 1/4W lub większa) 1206-Rdiv2- 0805Użyta wartość regulatora (2% lub lepsza)LF60ABDT 11kOhmLF90ABDT 16kOhmMC7809E 16kOhmMC7812E 22,3kOhmLM317M 28kOhm-SW1- Znamionowe dla napięcia wyższego niż wejściowe przy 5-6A-U1 i U1.1 (takie same Chip)-LM393AM SOIC-8-U3-SE555D SOIC-8-VR1-10kOhm potencjometr (wieloobrotowy będzie bardziej precyzyjny)-M1-FCA47N60(F)-D1-RURG3060 (Użyj RURG30120, jeśli jest to jeden z twoich pierwsze projekty elektroniczne)Coilcraft:-L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Idź na link i wpisz nr części aby kupić) NUMERY PINÓW SĄ NA SCHEMATU KLIKNIJ „I” NA GÓRZE SCHEMATU PO WIĘKSZY POBIERZ WIDOK W STANIE

Krok 6: Budowa konwertera doładowania PCB 500 V

Pierwszym krokiem w budowie PCB jest zaprojektowanie płytki PCB za pomocą DipTrace (kliknij link i pobierz darmowe oprogramowanie DipTrace 2). Możesz również użyć układu PCB pokazanego na poniższych zdjęciach. Następnym krokiem jest umieszczenie projektu na PCB, możesz to zrobić na dwa sposoby: za pomocą drukarki laserowej (szybkiej, łatwej, a jeśli znajdziesz taką, którą możesz wypożyczyć, polecam ją) i śledzenia dłoni (BARDZO CZASOMIERZĄCY) - DRUKARKA LASEROWA - DRUKARKI ATRAMENTOWE NIE BĘDĄ DZIAŁAĆ. JAK ZROBIĆ PŁYTĘ PCBNarzędzia:

• Miedziany
• Marker permanentny klasy przemysłowej lub odporny (przemysłowy Sharpie można znaleźć w Lowes)
• Żelazko / deska do prasowania
• Wytrawiacz (chlorek żelaza)
• Dowolny szczelny pojemnik z tworzywa sztucznego lub szkła wielokrotnego zamykania (przykład)

Jeśli masz drukarkę laserową, po prostu zdobądź katalog, książkę telefoniczną lub gazetę. Jest to rodzaj taniego papieru, który jest bardzo lekki i co najważniejsze rozpada się w wodzie, przetestuj kawałek papieru w wodzie, aby się upewnić. Będziesz musiał przykleić papier do zwykłego arkusza podawania drukarki (pokazany na poniższym obrazku) Wystarczy przykleić go do górnej części arkusza, upewnij się, że jest jak najbardziej płaski w arkuszu drukarki, aby gdy jest przechodzi przez drukarkę, nie gniecie się. Pobierz poniższy plik (Boost Converter, SMT2) (musisz pobrać darmowe oprogramowanie DipTrace 2). Otwórz plik i kliknij Podgląd wydruku w sekcji PLIK. Upewnij się, że wybór obiektów jest taki, jak pokazano na rysunku, a pole lustra jest zaznaczone. Kliknij Drukuj, W oknie Drukuj wybierz Właściwości. W oknie Właściwości wybierz zakładkę graficzną iw Kwadracie Ciemności wybierz CIEMNY. Włóż papier z przyklejonym tanim papierem do drukarki i kliknij Drukuj. Twój papier powinien wyglądać tak, jak na piątym zdjęciu. Użyj tego, aby zwymiarować płytkę drukowaną i wyciąć miedziany płaszcz za pomocą piły Dremel lub piły stołowej, tnij powoli. Włącz żelazko i ustaw je na najwyższym ustawieniu (zwykle bawełna), poczekaj, aż się nagrzeje… Podczas oczekiwania dokładnie wyczyść swój miedziany element gorącą wodą i mydłem, dokładnie wysusz go. Kiedy żelazko jest w końcu nagrzane, umieść miedzianą okładzinę na desce do prasowania miedzianą stroną do góry. Wytnij wydrukowany LASEREM układ tak, aby odpowiadał rozmiarowi miedzianego kawałka. Umieść kawałek papieru stroną z tonerem do dołu i połóż żelazko płasko na papierze i miedzianym płaszczu. Wciśnij z umiarkowaną siłą i odczekaj kilka minut. Powłoka miedziana i papier powinny być teraz sklejone. Umieść kawałek, będzie GORĄCY, w pojemniku z ciepłą wodą z mydłem i odczekaj pięć minut. Po odczekaniu weź kawałek i zanurz go pod ciepłą wodą i delikatnie potrzyj górę papieru, aż pozostanie tylko toner. Popraw układ za pomocą trwałego markera. PRZEJDŹ DO NASTĘPNEGO KROKOWEGO ŚLEDZENIE RĘCZNE - Miedziany wytrawiacz - Trwały marker klasy przemysłowej lub odpornej (klasy przemysłowej Można go znaleźć w Lowes, trudno go znaleźć, możesz zapytać, gdzie to jest, jeśli znajdziesz go gdzie indziej, daj mi o tym znać Mogę to zamieścić)- Plastikowy pojemnikWydrukuj szóste zdjęcie w dużej skali, użyj swoich części jako odniesienia i narysuj ślady swoim permanentnym markerem najlepiej jak potrafisz. Będzie to żmudne, więc przygotuj się na spędzenie kilku pół godziny na robieniu nawet prostych śladów. Wydaje się prostsze huh, tak nie jest. PRZEJDŹ DO NASTĘPNEGO KROKU

Krok 7: Problemy końcowe

Poniżej znajduje się zdjęcie, jak ładować wiele banków, aby jeśli jeden z nich został rozładowany, inne nie.