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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Potente convertidor de tensión de 24/12 voltios de alta eficiencia. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Convertidores de tensión, rectificadores, inversores Casi todos los equipos automotrices (grabadoras de radio, televisores, refrigeradores e incluso luces de fondo) están diseñados para 12 V ±2...3 V y cuando se conectan directamente a una red de 24 V fallan instantáneamente. La salida más sencilla es alimentar los dispositivos de forma más o menos simétrica con las "mitades" de una batería estándar (por ejemplo, una radio con una batería de 12 voltios y un televisor con esa), pero no se puede lograr una simetría completa en En este caso, como resultado, una de las baterías se recargará constantemente y la otra se cargará insuficientemente. y como resultado, la vida útil de ambas baterías disminuirá drásticamente. Por lo tanto, la única salida es reducir el convertidor de voltaje a los 12 V necesarios para dicho equipo. Para una radio de automóvil moderna al volumen máximo, se requiere una corriente de 2...4 A, para un televisor LCD, aproximadamente 1 A. , por lo tanto, teniendo en cuenta la reserva, la corriente de salida del convertidor debe estar en la región 5...10 A. En este caso, el calentamiento de los elementos de potencia del circuito debe ser mínimo (es decir, la eficiencia es lo máximo posible), ya que los equipos automotrices a menudo funcionan en climas cálidos y ellos mismos se calientan mucho. Un diagrama de dicho convertidor se muestra en la fig. 1.11. En el temporizador DD1.1 se monta un generador de reloj; sus breves impulsos desde el pin 5 activan el modulador PWM en el temporizador DD1.2. Debido a las características internas del microcircuito 555, la duración de los pulsos de activación en la entrada S debe ser lo más corta posible, por lo que el generador en DD1.1 es asimétrico: la resistencia de la resistencia R1 (a través de la cual se descarga el condensador C1) es cientos de veces menor que la resistencia de R2. En la mayoría de los casos, los pines de R1 generalmente pueden cortocircuitarse, pero es mejor no correr riesgos y soldar una resistencia de baja resistencia (100...330 Ohm).
Principio de funcionamiento del dispositivo. El modulador se ensambla en el temporizador DD1.2 de acuerdo con el esquema habitual: cuando el voltaje en la entrada REF disminuye, la duración de los pulsos individuales (con un período constante) en la salida disminuye, es decir, el voltaje de salida disminuye. El termistor R4 proporciona protección contra el sobrecalentamiento cuando el disipador de calor de los transistores clave se calienta por encima de 80...100 °C, su resistencia disminuye por debajo del umbral de conmutación del microcircuito en la entrada RES (1.0 V) y se fuerza un cero lógico en la salida del microcircuito hasta que los transistores se enfríen. En este caso, ambos transistores clave están cerrados y el voltaje de salida desaparece. El microcircuito tiene una pequeña histéresis de conmutación (aproximadamente 40 mV) en la entrada RES, por lo tanto, con un contacto térmico confiable del termistor con el radiador, no hay rebote de conmutación; Para protección adicional contra interferencias, se ha agregado al circuito un condensador C3, es aconsejable aumentar su capacidad a cientos de microfaradios. Se seleccionó el microcircuito IR2103 (DD2) como controlador de los transistores de potencia. Para este dispositivo, este microcircuito es ideal en todos los aspectos y al mismo tiempo tiene un coste no demasiado elevado. Una de sus entradas es directa, la segunda es inversa; esto nos permitió ahorrar en un inversor externo. El microcircuito tiene una lógica incorporada que evita el desbloqueo simultáneo de ambos transistores (a través de corrientes) y un generador de pausa (“tiempo muerto”, tiempo muerto) entre pulsos en las salidas; esto permitió reducir el número de elementos externos. al mínimo y no tener que construir protección sobre elementos lógicos adicionales. Además, el microcircuito tiene salidas lo suficientemente potentes como para controlar directamente los transistores de efecto de campo de salida, lo que ahorra 4 transistores externos en los seguidores del emisor y el "punto culminante" del microcircuito: el voltaje "flotante" del nivel superior (la diferencia de voltaje puede ¡alcanza los 600 V!) con aislamiento eléctrico completo dentro del propio microcircuito. Sin este “truco”, el circuito tendría que complicarse enormemente introduciendo un optoacoplador de alta velocidad (y caro) y una docena de elementos más. El microcircuito se conecta según un circuito estándar, los pines 2 y 3 se pueden conectar entre sí, pero es mejor dejar el circuito R6 C4 para el correcto funcionamiento del convertidor cuando se activa la protección térmica. De lo contrario, en esta situación, el transistor de nivel inferior estará constantemente abierto y provocará un cortocircuito en la salida. Pin Vs: cable común de la parte de alto voltaje (aislada), pin V, su pin de alimentación (+10...+20 V). En este circuito, el transistor en la parte inferior del circuito (VT2) todavía está abierto, Vs está conectado al cable común y el condensador C5 se carga a través del diodo VD1 casi hasta el voltaje de suministro. Después de un tiempo, VT2 se cerrará, pero la carga en el condensador C5 permanecerá, ya que la corriente de fuga es extremadamente pequeña. Cuando se recibe uno lógico en la entrada HIN, la salida del NO se conecta mediante un transistor interno al terminal V, es decir, el condensador carga la puerta del transistor VT1 y se abre. La corriente de fuga de la puerta del transistor es extremadamente pequeña y su capacitancia es cientos de veces menor que la capacitancia de C5, por lo que el transistor se enciende hasta la saturación y la eficiencia del circuito es la más alta posible. En el siguiente ciclo, C5 se recarga nuevamente. El regulador de voltaje está montado sobre el transistor VT3. Tan pronto como el voltaje de salida exceda los 12 V, la corriente fluirá a través del diodo Zener VD2, el transistor se abrirá ligeramente y reducirá el voltaje en la entrada REF del modulador. La duración de los pulsos individuales se acortará ligeramente y se producirá un equilibrio dinámico. Se necesitan condensadores C7 o C8 para suprimir el ruido del diodo Zener y del transistor; ¡sólo es necesario soldar uno de estos condensadores! Cuál se selecciona durante la instalación, ya que depende de la instalación y de los elementos utilizados. Sin condensadores, habrá ruido en la salida de voltaje de CC (y escuchará el ruido de la bobina) y la eficiencia disminuirá ligeramente debido al calentamiento de los transistores, pero si ambos capacitores están soldados, el circuito se excitará. . La resistencia de la resistencia R12 limita la ganancia del circuito de retroalimentación; cuanto mayor es, más inestable opera el convertidor. Con el valor de resistencia especificado, el voltaje de salida, dependiendo de la corriente de carga, cambia no más de 0.3...0,5 V, lo cual es suficiente para un convertidor de este tipo. Cuando se utilizan transistores con un coeficiente h más bajo, la resistencia de la resistencia R12 se puede reducir a 2...10 kOhm. Los cables de alimentación del convertidor deben conectarse directamente a la batería. De lo contrario (si se conecta después del interruptor de encendido), el sistema de encendido y otros equipos eléctricos del automóvil interferirán con el convertidor; además, él mismo estará allí. Afectan a la electrónica del coche y esto en algunos casos puede ser peligroso. Dado que el convertidor consume algo de corriente inactiva incluso cuando la carga está apagada (este circuito es de aproximadamente 30...50 mA), se agregó al circuito un interruptor en los transistores VT4, VT5. Conmuta la alimentación sólo al circuito de control de baja potencia; los transistores de salida están conectados directamente a la batería, por lo que no hay pérdida de potencia en la sección de potencia. Cuando se aplica un voltaje superior a 5 V a la “entrada de control” (esta entrada puede conectarse al interruptor de encendido o conectarse a +24 V mediante cualquier interruptor de baja potencia), el transistor VT4 se abre, desbloquea el transistor VT5 y suministra voltaje al Chip estabilizador DA1. Se utilizan dos transistores para permitir que el circuito funcione con voltaje positivo; El condensador C10 suaviza el rebote de los contactos. No hay retroalimentación positiva para asegurar el modo de operación clave del interruptor, pero no es necesaria; la ganancia de los dos transistores es tan grande (decenas de miles) que el circuito siempre opera en el modo clave. La resistencia R13 protege el circuito del convertidor contra fallas debido a cortocircuitos accidentales en la carcasa y también reduce el voltaje de entrada, reduciendo el calentamiento del estabilizador DA1. Si no hay voltaje en la "entrada de control", todos los microcircuitos se desenergizan, en el microcircuito DD2, los pines 4 y 5, 6 y 7 están conectados por resistencias internas de pequeña resistencia y ambos transistores clave están cerrados. El consumo de corriente en este modo está determinado principalmente únicamente por la corriente de fuga de los condensadores de filtro C9 y no supera los cientos de microamperios. Para simplificar los gráficos, el cableado del circuito de alimentación no se muestra en la figura; este circuito es igual de sensible que los comentados anteriormente. La salida común de la resistencia R11 está conectada al condensador C6, los elementos de retroalimentación a la izquierda (según el diagrama) de la resistencia R12 están conectados al pin 14 de DD1. Es aconsejable seleccionar los condensadores de filtro C6 y C9 entre dos o tres condensadores de menor capacidad conectados en paralelo. Cuando funcionan a la corriente nominal, estos condensadores deben permanecer fríos media hora después de encender el convertidor y calentarse no más de 5...10°C. Tiene sentido intentar utilizar condensadores de diferentes fabricantes; En cualquier caso, cuanto mayor sea el tamaño del cuerpo del condensador para la misma capacitancia y voltaje, mejor funcionará. En un convertidor correctamente ensamblado, con una corriente de carga de 3.4 A, el calentamiento de las carcasas de los transistores VT1 y VT2 no supera los 50...70 ° C incluso sin radiadores. Por lo tanto, cuando se trabaja con tal corriente, serán suficientes pequeñas placas disipadoras de calor de 30x50 mm para cada transistor; ¡no deben tocarse! Cuando se trabaja con una corriente de carga de hasta 10 A, se necesitan radiadores más serios, al menos un radiador de aguja con dimensiones de 50x100 mm (para ambos transistores, los transistores deben estar aislados de él, para esto es conveniente usar un kit de montaje de fuentes de alimentación de computadoras antiguas), o puede fijarlo a la base de la placa metálica de la caja del convertidor, colocar los transistores sobre ella y presionar la base de la caja contra cualquier pieza de hardware del cuerpo de la máquina que no se caliente. Durante el funcionamiento, más cerca de las baterías. En este caso es necesario asegurar un buen contacto térmico, limpiar ambas superficies y es recomendable utilizar pasta termoconductora. Acerca de los detalles La bobina L1 en la versión del autor está hecha en un núcleo blindado (copas) con un diámetro de 48 y una altura de 30 mm, entre las mitades del núcleo se colocan dos capas de papel de periódico. El devanado se enrolla en dos cables de transformador conectados en paralelo con un diámetro de 1,5 mm, el número de vueltas para llenar el marco (aproximadamente 24...30). Una bobina de este tipo permaneció fría a una corriente de carga constante de 7 A. Con una corriente de carga de hasta 3...5 A, se pueden tomar 2-3 anillos K50x40x10 y enrollar 40...50 vueltas con un cable de diámetro de aproximadamente 1 mm en 2...4 hilos. O puede tomar cualquier otro núcleo de ferrita para convertidores de pulsos, aproximadamente del mismo tamaño y preferiblemente dividido. En lugar del microcircuito NE556, puede usar dos microcircuitos 555 o su copia doméstica KR1006VI1, en lugar de transistores BC817, puede usar KT3102B y, en lugar de BC807, KT3107B. El condensador C5 debe ser de baja ESR, es decir, de película o cerámico, y el diodo VD1 debe ser de acción rápida, con baja capacitancia y tiempo de recuperación inverso. Como último recurso, puede conectar en paralelo un condensador electrolítico con una capacidad de 1 μF y un condensador cerámico multicapa (¡pero no de disco!) con una capacidad de 0...1 μF, y reemplazar el diodo con un KD521 o similar. De lo contrario, el transistor VT1 se calentará mucho. Es aconsejable tomar transistores de efecto de campo VT1 y VT2 con una resistencia de canal abierto de no más de 0,03 ohmios, en la versión del autor se utilizó KP723A, análogos de IRFZ46N. Para corrientes de carga de hasta 5 A, es mejor utilizar transistores IRFI4024H duales y de mayor frecuencia; se fabrican en un paquete aislado TO220-5 (es decir, no es necesario aislar su carcasa del disipador de calor) y son capaz de funcionar junto con el controlador IR2103 a frecuencias de hasta 200...500 kHz (frente a 30...70 kHz para IRFZ46 y similares). El termistor R4 puede ser cualquier de pequeño tamaño (para que se caliente más rápido en caso de accidente), con una resistencia a temperatura ambiente superior a 5 kOhm. La protección térmica debe calibrarse antes de su uso. Lo hacemos de esta manera: soldamos cables a los terminales del termistor, lo metemos en varias bolsas resistentes encajadas una dentro de la otra y lo sumergimos en agua hirviendo. Después de un minuto, medimos la resistencia del termistor (debe asegurarse de que no entre agua o vapor dentro de las bolsas), multiplique este número por 12...15; esta debería ser la resistencia de la resistencia R3. de modo que la protección térmica funcione a una temperatura de 80...100°C. El termistor debe montarse en el radiador lo más cerca posible de los transistores, lubricando cuidadosamente la zona de contacto con pasta termoconductora y cuidando, si es necesario, el aislamiento eléctrico. Además, a veces es necesario seleccionar la resistencia de la resistencia R8; debe ser tal que cuando los terminales del condensador C3 estén en cortocircuito, haya voltaje cero en el pin 5 de DD2. Características del establecimiento Gracias a la lógica de protección incorporada en el chip DD2, el convertidor se puede encender por primera vez con los transistores clave VT1 y VT2 soldados, pero por si acaso (de repente, las pistas se enrutan incorrectamente), "+" del La batería se alimenta a través de una bombilla de 24 V, 1...2 A. Condensadores No soldamos C7 y C8. Como carga conectamos dos bombillas conectadas en serie de una guirnalda de árbol de Navidad (12 V, 0,16 A) a la salida del dispositivo. Durante el funcionamiento normal del convertidor, estas lámparas deben estar encendidas (el voltaje en la salida del convertidor debe ser de aproximadamente 12 V, pero más de 6...8 V y menos de 15 V), la lámpara de alimentación no debe encenderse, la La corriente que fluye a través de él no debe exceder los 200 mA. Al mismo tiempo comprobamos el correcto funcionamiento del interruptor, aunque nunca requiere ajuste si está instalado correctamente y en buen estado de funcionamiento, y nos aseguramos de que el consumo de corriente en modo “off” no supera 1 mA. Si es más grande, soldamos los condensadores C9 y repetimos la medición: si ha disminuido, instalamos mejores condensadores; si permanece sin cambios, soldamos los mismos condensadores y soldamos una resistencia de 10 kOhm entre la puerta y la fuente. terminales de ambas resistencias de campo. Durante el funcionamiento, el convertidor no debe silbar, si hay sonido, es necesario aumentar la frecuencia de funcionamiento reduciendo la capacitancia de los condensadores C1 y C2. Si incluso con capacitancias de 200 pF el chirrido de alta frecuencia no desaparece, lo más probable es que el circuito esté excitado. Luego de esto apagamos la carga y medimos la corriente consumida por el circuito, debe estar en el rango de 40...70 mA. Si es mucho mayor, esto significa que la inductancia de la bobina L1 es insuficiente y es necesario aumentar la frecuencia de funcionamiento (si el circuito ya funciona a una frecuencia ultrasónica (inaudible), ¡es mejor no hacerlo!), o Enrolle otras diez o dos vueltas en la bobina. A continuación, en lugar de una bombilla en el circuito de alimentación, encendemos un amperímetro con un límite de medición de más de 5 A y conectamos una bombilla con un consumo de corriente de 2...4 A a la salida (es decir, su potencia es de 24...48 W). La corriente consumida por el circuito de la batería debe ser aproximadamente 2 veces menor que la corriente a través de la bombilla, ambos transistores de efecto de campo sin radiadores no deben calentarse (con una corriente de carga de 2 A) o con la corriente máxima deberían calentar lentamente hasta aproximadamente 50...70 ° C. Además, la temperatura de ambos transistores debe ser aproximadamente la misma. Si VT2 se calienta notablemente más que VT1, debe asegurarse de que haya una señal en su puerta usando un LED conectado en serie y una resistencia con una resistencia de 1...10 kOhm, y conectarlos entre el cable común y el puerta de transistores. Si el LED brilla mucho menos que en la puerta VT1, o no brilla en absoluto, es necesario aumentar la capacitancia del condensador C4. Dado que el circuito no proporciona protección actual (contra cortocircuito), la carga debe conectarse a través de un fusible de 5...10 A. Puede colocarse en la caja de fusibles del automóvil o en la carcasa (en el cable positivo) del el convertidor. Con una corriente de carga de 5 A, los cables de la batería deben tener una sección transversal de más de 1 mm (cobre), los cables de la carga deben tener más de 1,5 mm y, a corrientes más altas, los cables deben ser más gruesos. Usando transistores más potentes con menor resistencia de canal, la corriente de salida con el mismo calentamiento del circuito se puede aumentar varias veces, pero luego será necesario reemplazar el chip controlador. El IR2103 “apenas puede hacer frente” a los transistores IRFZ46 y es posible que simplemente no pueda manejar transistores más potentes. Un reemplazo ideal es el microcircuito IR2183, un análogo completo en términos de características, distribución de pines y tipo de carcasa, pero con una corriente de salida de hasta 1,7 A. Simplemente debe soldarse en lugar del IR2103, sin ningún cambio en la placa. En este caso, es aconsejable aumentar varias veces la capacitancia del condensador C5 (al menos 1 μF), debe ser de película. Autores: Kashkarov A. P., Koldunov A. S.
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Comentarios sobre el artículo: Evgenii Cómo convertir el circuito anterior para obtener un voltaje regulado de 12v / 27v de 500 vatios para alimentar un motor de avión colector instalado con una batería de automóvil en un carrito de jardín. Gracias. ![[llorar]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/cry.gif){kind=small}
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