Найти в Дзене
Техно Логики
5 подписчиков

Проектируем мощный DC-DC конвертер. ч.2

28
1 мин
Эта статья завершает цикл статей о DC-DC конвертерах, так как удалось построить конвертер нужных характеристик. В прошлой статье я показал схему преобразователя постоянного напряжения на транзисторах. Мощность показанного в ней конвертера около 100вт. При увеличении нагрузки растет пульсация выходного напряжения. Возникает резонанс с постоянной времени цепи: выходной конденсатор - сопротивление нагрузки. Сейчас займемся увеличением выходной мощности до 250 вт. Для устранения эффекта автоколебаний можно пропорционально увеличить выходную емкость, но при этом возрастет импульсная нагрузка на силовой ключ, при включении устройства. У меня получилось увеличить выходную мощность стабилизированного напряжения, более чем в два раза, с помощью выходного шунта, что наоборот уменьшит импульс тока при первоначальном заряде выходного конденсатора. На схеме он указан, как L2, R19. Это катушка, без сердечника, намотанная медным проводом диаметром 1мм и длинной 2м, на каркасе 10х10мм (можно намотат

Эта статья завершает цикл статей о DC-DC конвертерах, так как удалось построить конвертер нужных характеристик. В прошлой статье я показал схему преобразователя постоянного напряжения на транзисторах. Мощность показанного в ней конвертера около 100вт. При увеличении нагрузки растет пульсация выходного напряжения. Возникает резонанс с постоянной времени цепи: выходной конденсатор - сопротивление нагрузки.

Рис.1 Автоколебания при стабилизации выходного напряжения. Нижняя осциллограмма - выходное напряжение.
Рис.1 Автоколебания при стабилизации выходного напряжения. Нижняя осциллограмма - выходное напряжение.

Сейчас займемся увеличением выходной мощности до 250 вт. Для устранения эффекта автоколебаний можно пропорционально увеличить выходную емкость, но при этом возрастет импульсная нагрузка на силовой ключ, при включении устройства. У меня получилось увеличить выходную мощность стабилизированного напряжения, более чем в два раза, с помощью выходного шунта, что наоборот уменьшит импульс тока при первоначальном заряде выходного конденсатора.

Схема мощного DC-DC конвертера на транзисторах. Схема выдает мощность 235 вт на нагрузку 1 Ом. КПД преобразователя, при этой нагрузке, 92%.
Схема мощного DC-DC конвертера на транзисторах. Схема выдает мощность 235 вт на нагрузку 1 Ом. КПД преобразователя, при этой нагрузке, 92%.

На схеме он указан, как L2, R19. Это катушка, без сердечника, намотанная медным проводом диаметром 1мм и длинной 2м, на каркасе 10х10мм (можно намотать на карандаше). Индуктивность L2 показана для расчета влияния индуктивности шунта. Выходной ключ Т9 на схеме показан один, но для мощности 250 Вт необходимо включить четыре транзистора IRL3101 параллельно. Максимальная мощность рассеивания IRL3101 90 Вт.

Рис.2 Осциллограммы управляющих сигналов ШИМ при включении нагрузки. Нижняя - выходное напряжение.
Рис.2 Осциллограммы управляющих сигналов ШИМ при включении нагрузки. Нижняя - выходное напряжение.

Описание работы схемы и остальных комплектующих можно посмотреть в статье "Проектируем DC-DC ШИМ преобразователь на транзисторах".

Теперь осталось добавить в схему защиту по выходному току и защитить выходные силовые ключи.

Схема мощного DC-DC конвертера на транзисторах с ограничением выходного тока. КПД преобразования 92,5%, при нагрузке 111 Вт.
Схема мощного DC-DC конвертера на транзисторах с ограничением выходного тока. КПД преобразования 92,5%, при нагрузке 111 Вт.

Ограничение выходного тока выполнено на оптроне PS2501, аналог PC817, который применяется в АТХ блоках питания. Напряжение с выходного шунта подается на оптрон через резистор 50 Ом, чтобы защитить светодиод оптрона от возможных бросков напряжения на шунте.

Отработка ограничения выходного тока.
Отработка ограничения выходного тока.

Так выглядит управляющие сигналы ШИМ при работе ограничения выходного тока.

Отработка ограничения выходного тока. Уменьшена шкала времени.
Отработка ограничения выходного тока. Уменьшена шкала времени.

Вот такое устройство получилось в итоге: КПД 92%, стабилизация выходного напряжения до тока в нагрузке 20А, затем напряжение снижается удерживая ток 20А в нагрузке. Но стоит отметить, что защиты от короткого замыкания в устройстве нет. При коротком замыкании в нагрузке ток будет протекать от источника через L1, Д5 и шунт R19. Так, что замыканий надо избегать :) или поставить входной автомат на 25А.