Радиомастер гид в мире электроники » Схемы » Питание » Преобразователь напряжения для мобильных устройств.
Информация к новости
  • Просмотров: 24869
  • Добавил: shamasik
  • Дата: 8 июля 2009
8 июля 2009

Преобразователь напряжения для мобильных устройств.

Категория: Схемы » Питание

Преобразователь напряжения для мобильных устройств.
Данная схема использовалась в повышающем преобразователе напряжения "Вампирчик-мини" ранних версий. 
Она имеет следующие технические характеристики:
1) входное напряжение ………………………….…. 1.8В…5.5В;
2) выходное напряжение (регулируемое)……….… 4.7В…14.5В;
3) выходной ток ……………………………….…….до 2А(при Uвых=5В), до 1А(при Uвых=12В);
4) КПД ………………………………………………..85% (Uвых=12В Uвх=3В), 65% (Uвых=5В Uвх=3В);
5) собственное потребление тока (при Uвх=3В) …. 20мА(при Uвых=5В), 40мА(при Uвых=12В).

Преобразователь предназначен для питания различных мобильных устройств от 2х NiCd-NiMh аккумуляторов или гальванических элементов. Для его питания также можно использовать и любой внешний источник напряжения величиной не более 6В, например, солнечную батарею. Он может быть полезен туристам, а также всем, кому может потребоваться зарядить своих мобильных помощников вдали от розетки.
Описание схемы.

Преобразователь собран по классической схеме повышающего стабилизатора. ШИМ-контроллер МС33063 (аналог КР1156ЕУ5, МС34063) управляет полевым транзистором VT5. При закрывании VT5 на его истоке формируются положительные импульсы напряжения, которые через диод VD4 поступают на выход схемы. Фильтрация пульсаций на выходе выполняется конденсаторами С8, С8’.
Элементы VT4, VD3, R5 обеспечивают ускоренное запирание ключа VT5. Частота коммутации задается конденсатором С6 и при С6=120пФ составляет около 150кГц.
Информация о величине выходного напряжения через делитель R7,R8,R9 поступает на измерительный вход микросхемы, формируя цепь обратной связи. Резистором R8 можно задать уровень выходного напряжения от 4.7В до 14.5В. Если требуется обеспечить другие пределы изменения выходного напряжения, то нужно подобрать величины этих сопротивлений, таким образом, чтобы напряжение обратной связи на измерительном входе 5 ИМС составляло приблизительно 1.25В при заданном напряжении на выходе схемы.
Светодиод VD5 показывает наличие напряжения на выходе преобразователя, яркость его свечения пропорциональна выходному напряжению.
На транзисторах VT7-VT9 собран узел индикации разряда аккумуляторов G1 и G2. Если напряжение на соответствующем аккумуляторе выше напряжения открывания VT6(VT8), то эти транзисторы будут открыты и, следовательно, закрывают VT7(VT9). В результате — светодиоды VD6,VD7 погашены. При снижении напряжения на аккумуляторе приблизительно до 0.8В транзисторы VT6(VT8) закрываются, а VT7(VT9), наоборот включаются, и соответствующий светодиод горит, показывая, что аккумулятор следует заменить. Работа схемы при этом не прекращается.
Для того чтобы схема могла работать при таких низких входных напряжениях, питание управляющей микросхемы выполнено от дополнительного маломощного повышающего конвертера 1) на транзисторах VT1-VT3. Его выходное напряжение задается стабилитроном VD2. Дроссель L2 нужен для обеспечения стабильного запуска этого маломощного преобразователя. 
Графики зависимости КПД от выходной мощности и выходного напряжения от выходного тока, приведены ниже. Эти графики сняты при входном напряжении 2.4В, что соответствует питанию преобразователя от 2х NiCd-NiMh аккумуляторов.


Как видно из рисунков, преобразователь обеспечивает достаточно большой выходной ток и может быть использован с большинством КПК, сотовых телефонов, цифровых фото и, даже, видеокамер.
КПД преобразователя максимален при высоких выходных напряжениях, это позволяет успешно использовать его в качестве контроллера для зарядки гелевых свинцовых аккумуляторов с напряжением 12В от низковольтных солнечных батарей (до 2.5…5В). 
КПД преобразователя также зависит от его напряжения питания и максимален при 3…4В.

Детали.

Все биполярные транзисторы — маломощные высокочастотные, например КТ3102(3107), КТ315(361), ВС848(858) однако, транзистор VT2 предпочтительно иметь с током коллектора более 200мА и с хорошими переключающими свойствами.
Полевой транзистор VT5 нужно выбирать с малым сопротивлением канала в открытом состоянии (менее 100мОм). При использовании транзисторов IRFZ46(48) радиатор на него не требуется, если корпус транзистора припаян к печатной плате.
В качестве импульсного диода VD4 лучше использовать диод Шоттки с допустимым током 3А, например 1N5822, MBRS340TR или другие.
Достаточно важный элемент схемы — дроссель L3. Хорошие результаты были получены при использовании индуктивности типа RLB-0914 фирмы “Bourns”. Величина L3 от 3.3мкГн до 6.8мкГн (меньшие значения лучше использовать при малых входных напряжениях). Дроссель представляет собой ферритовую гантель диаметром 8мм и длинной 13мм и имеет приблизительно 17 витков провода диаметром 0.7мм и может быть намотан самостоятельно на подходящем сердечнике. 
Определить необходимую индуктивность дросселя можно по следующим формулам: 2)
Lmax=(Uin*Uout*K) / (2*Pout*f)
Lmin=(Uin*K)/(2*Iout*f)
Где Uin, Uout, Pout, Iout — соответственно, входное и выходное напряжение, выходная мощность и выходной ток преобразователя [В, Вт, А];
К — максимальный коэффициент заполнения (можно принять для расчетов равным 0.9);
f — частота [Гц]. 
Обмотки дросселя L1 имеют примерно равное количество витков, тип дросселя не критичен. Величина L2 некритична и может быть от 10 до 100мкГн.
Конденсаторы С5, С8 желательно иметь номиналов не ниже указанных на схеме, они определяют величину пульсаций в схеме. С8’ керамический, пленочный или металлобумажный.
Светодиоды желательно использовать имеющие повышенную яркость свечения при малом рабочем токе.
Элементы С7,R6,VD8 не являются принципиально необходимыми для работы схемы и их можно исключить. Они служат для дополнительной защиты входа обратной связи микросхемы. Большая величина С7 может вызвать самовозбуждение преобразователя.

Наладка.

Преобразователь не требует наладки. Необходимо лишь проверить частоту генерации микросхемы. Лучше всего это сделать, контролируя осциллографом напряжение на затворе или стоке VT5, при наличии нагрузки на выходе преобразователя. Частота должна быть 130кГц…170кГц. 
Также желательно проверить диапазон регулировок выходных напряжений.
Преобразователь является импульсным устройством и поэтому требует тщательной разводки печатной платы. Длина всех проводников (особенно сильноточных) должна быть минимальна. Неправильная разводка может вызвать как возбуждение преобразователя, так и повышенный уровень электромагнитных помех. 
Несколько замечаний по эксплуатации преобразователя.
При использовании для питания преобразователя распространенных пальчиковых аккумуляторов типоразмера АА,ААА необходимо следить за из температурой, поскольку при мощностях потребления выше 3Ватт ток, отбираемый из аккумуляторов, будет достаточно большим и может приводить к их перегреву. Поэтому, в случае использования больших мощностей, а также, если потребляемая нагрузкой мощность неизвестна, всегда в течение, как минимум, первых 10 минут работы преобразователя, проверяйте температуру аккумуляторов G1, G2. Она не должна превышать 50оС.
При зарядке внешних аккумуляторов, например от видеокамеры всегда соблюдайте правильную полярность его подключения. Плюс выхода преобразователя соединяется с плюсом аккумулятора, минус — с минусом. Если соединить наоборот, то внешний аккумулятор оказывается закороченным через диод VD4 и внутренний диод транзистора VD5. Этот случай более опасен, чем короткое замыкание выхода — если внешний аккумулятор достаточно мощный (н-р, гелевый свинцовый), то диод может сгореть очень быстро (доли секунды). Также при зарядке внешних аккумуляторов рекомендуется использовать последовательный токоограничивающий резистор номиналом несколько Ом. 

Приведенная схема была повторена в десятках приборов и показала хорошую повторяемость и надежность. Другие устройства подобного типа представлены на сайте www.vampirchik-sun.nm.ru .

Источники:
1) «Низковольтный преобразователь напряжения», В. Зайцев, Радио, 8, 2000г.
2) «Силовая электроника», Б.Ю.Семенов, М., Солон-Р, 2001г.


<
shamasik

18 декабря 2009 21:53

Информация к комментарию
  • Группа: Мастер
  • ICQ:
  • Регистрация: 6.07.2009
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 115
  • Комментариев: 128
Схема реально работает после правильной сборки как написано в статье, проверено лабораторией radiomaster.com.ua


Награды:
--------------------

0
<
pioneer1234

23 февраля 2013 21:16

Информация к комментарию
  • Группа: Радиомастер
  • ICQ: 455762035
  • Регистрация: 6.10.2010
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 12
Какой вы использовали дроссель L1? самому возможно намотать? и какие его намоточные данные?


Награды:
0
<
shamasik

23 февраля 2013 21:22

Информация к комментарию
  • Группа: Мастер
  • ICQ:
  • Регистрация: 6.07.2009
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 115
  • Комментариев: 128
pioneer1234,
На то время взял совдеповский готовый нужного номинала, сейчас бы намотал сам и проверил прибором или купил готовый.
Полно инфы как рассчитать дроссель если нет приборов или готового.


Награды:
--------------------

0
<
pioneer1234

23 февраля 2013 21:52

Информация к комментарию
  • Группа: Радиомастер
  • ICQ: 455762035
  • Регистрация: 6.10.2010
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 12
Спасибо за быстрый ответ. А ПП случайно нет?


Награды:
0

Добавление комментария

Имя:*
E-Mail:*
Введите два слова, показанных на изображении: *

Друзья и партнеры:

Архив новостей

Декабрь 2016 (1)
Ноябрь 2016 (1)
Сентябрь 2016 (3)
Июнь 2016 (1)
Май 2016 (1)
Апрель 2016 (1)
^
 
-->