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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Puissant convertisseur de tension 24/12 volts à haut rendement. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Convertisseurs de tension, redresseurs, onduleurs Presque tous les équipements automobiles (magnétophones radio, téléviseurs, réfrigérateurs et même rétroéclairage !) sont conçus pour 12 V ±2...3 V et lorsqu'ils sont connectés directement à un réseau 24 V, ils tombent instantanément en panne. La solution la plus simple consiste à alimenter les appareils de manière plus ou moins symétrique à partir des « moitiés » d'une batterie standard (par exemple, une radio avec une batterie de 12 volts et un téléviseur avec celle-là), mais une symétrie complète ne peut pas être obtenue dans ce cas ; en conséquence, l’une des batteries sera constamment rechargée et l’autre sera sous-chargée. et par conséquent, la durée de vie des deux batteries diminuera fortement. Par conséquent, la seule issue est d'abaisser le convertisseur de tension à 12 V requis pour un tel équipement. Pour un autoradio moderne au volume maximum, un courant de 2...4 A est requis, pour un téléviseur LCD - environ 1 A. , par conséquent, compte tenu de la réserve, le courant de sortie du convertisseur doit être de l'ordre de 5...10 A. Dans ce cas, l'échauffement des éléments de puissance du circuit doit être minime (c'est-à-dire que le rendement est le maximum possible), car les équipements automobiles fonctionnent souvent dans des climats chauds et deviennent eux-mêmes très chauds. Un schéma d'un tel convertisseur est illustré à la fig. 1.11. Un générateur d'horloge est monté sur le temporisateur DD1.1 ; ses courtes impulsions provenant de la broche 5 déclenchent le modulateur PWM sur le temporisateur DD1.2. En raison des caractéristiques internes du microcircuit 555, la durée des impulsions de déclenchement à l'entrée S doit être aussi courte que possible, de sorte que le générateur sur DD1.1 est asymétrique - la résistance de la résistance R1 (à travers laquelle le condensateur C1 est déchargé) est des centaines de fois inférieure à la résistance de R2. Dans la plupart des cas, les broches R1 peuvent généralement être court-circuitées, mais il vaut mieux ne pas prendre de risque et souder une résistance de faible résistance (100...330 Ohms).
Principe de fonctionnement de l'appareil Le modulateur est monté sur le temporisateur DD1.2 selon le schéma habituel : lorsque la tension à l'entrée REF diminue, la durée des impulsions uniques (avec une période constante) à la sortie diminue, c'est-à-dire que la tension de sortie diminue. La thermistance R4 assure une protection contre la surchauffe lorsque le dissipateur thermique des transistors clés chauffe au-dessus de 80...100°C ; sa résistance diminue en dessous du seuil de commutation du microcircuit à l'entrée RES (1.0 V) et un zéro logique est forcé à l'entrée RES (XNUMX V). sortie du microcircuit jusqu'au refroidissement des transistors . Dans ce cas, les deux transistors clés sont fermés et la tension de sortie disparaît. Le microcircuit a une petite hystérésis de commutation (environ 40 mV) à l'entrée RES. Par conséquent, avec un contact thermique fiable de la thermistance avec le radiateur, il n'y a pas de rebond de commutation ; Pour une protection supplémentaire contre les interférences, un condensateur C3 a été ajouté au circuit, il est conseillé d'augmenter sa capacité à des centaines de microfarads. Le microcircuit IR2103 (DD2) a été sélectionné comme pilote de transistors de puissance. Pour cet appareil, ce microcircuit est idéal à tous égards et a en même temps un coût pas trop élevé. L'une de ses entrées est directe, la seconde est inverse ; cela nous a permis d'économiser sur un onduleur externe. Le microcircuit possède une logique intégrée qui empêche le déverrouillage simultané des deux transistors (par courants) et un générateur de pause (« temps mort », temps mort) entre les impulsions aux sorties ; cela a permis de réduire le nombre d'éléments externes au minimum et ne pas avoir à construire une protection sur des éléments logiques supplémentaires. De plus, le microcircuit dispose de sorties suffisamment puissantes pour contrôler directement les transistors à effet de champ de sortie, ce qui économise 4 transistors externes dans les émetteurs suiveurs et le « point culminant » du microcircuit - la tension « flottante » du niveau supérieur (la différence de tension peut atteindre 600 V !) avec une isolation électrique complète à l'intérieur du microcircuit lui-même. Sans cette « astuce », le circuit aurait été grandement compliqué par l’introduction d’un optocoupleur à grande vitesse (et coûteux) et d’une douzaine d’éléments supplémentaires. Le microcircuit est connecté selon un circuit standard, les broches 2 et 3 peuvent être connectées entre elles, mais il vaut mieux laisser la chaîne R6 C4 pour le bon fonctionnement du convertisseur lorsque la protection thermique se déclenche. Sinon, dans cette situation, le transistor de niveau inférieur sera constamment ouvert et court-circuitera la sortie. Broche Vs - fil commun de la partie haute tension (isolée), broche V, sa broche d'alimentation (+10...+20 V). Dans ce circuit, le transistor au bas du circuit (VT2) est toujours ouvert, Vs est connecté au fil commun et le condensateur C5 est chargé via la diode VD1 presque jusqu'à la tension d'alimentation. Après un certain temps, VT2 se fermera, mais la charge sur le condensateur C5 restera car le courant de fuite est extrêmement faible. Lorsqu'un un logique est reçu à l'entrée HIN, la sortie du NO est connectée par un transistor interne à la borne V, c'est-à-dire que le condensateur charge la grille du transistor VT1 et s'ouvre. Le courant de fuite de grille du transistor est extrêmement faible et sa capacité est des centaines de fois inférieure à la capacité de C5, de sorte que le transistor est activé jusqu'à saturation et que l'efficacité du circuit est la plus élevée possible. Au cycle suivant, C5 est à nouveau rechargé. Le régulateur de tension est monté sur le transistor VT3. Dès que la tension de sortie dépasse 12 V, le courant traversera la diode Zener VD2, le transistor s'ouvrira légèrement et abaissera la tension à l'entrée REF du modulateur. La durée des impulsions uniques deviendra légèrement plus courte et un équilibre dynamique se produira. Les condensateurs C7 ou C8 sont nécessaires pour supprimer le bruit de la diode Zener et du transistor ; un seul de ces condensateurs doit être soudé ! Lequel est sélectionné lors de l'installation, car cela dépend de l'installation et des éléments utilisés. Sans condensateurs, il y aura du bruit à la sortie de tension continue (et vous entendrez la bobine faire du bruit) et le rendement diminuera légèrement en raison de l'échauffement des transistors, mais si les deux condensateurs sont soudés, le circuit sera excité . La résistance R12 limite le gain du circuit de rétroaction : plus elle est grande, plus le convertisseur fonctionne de manière instable. Avec la valeur de résistance spécifiée, la tension de sortie, en fonction du courant de charge, ne change pas de plus de 0.3...0,5 V, ce qui est tout à fait suffisant pour un tel convertisseur. Lors de l'utilisation de transistors avec un coefficient h inférieur, la résistance R12 peut être réduite à 2...10 kOhm. Les fils d'alimentation du convertisseur doivent être connectés directement à la batterie. Sinon (s'ils sont connectés après le commutateur d'allumage), le système d'allumage et les autres équipements électriques de la voiture interféreront avec le convertisseur ; D’ailleurs, lui-même sera là. affecter l’électronique de la voiture et cela peut dans certains cas être dangereux. Étant donné que le convertisseur consomme un certain courant de repos même lorsque la charge est éteinte (ce circuit fait environ 30...50 mA), un interrupteur sur les transistors VT4, VT5 a été ajouté au circuit. Il commute l'alimentation uniquement sur le circuit de commande basse consommation ; les transistors de sortie sont connectés directement à la batterie, il n'y a donc aucune perte de puissance dans la section de puissance. Lorsqu'une tension supérieure à 5 V est appliquée à « l'entrée de commande » (cette entrée peut être connectée au commutateur d'allumage ou connectée au +24 V par n'importe quel interrupteur de faible puissance), le transistor VT4 s'ouvre, déverrouille le transistor VT5 et fournit une tension au Puce de stabilisation DA1. Deux transistors sont utilisés pour permettre au circuit d'être piloté avec une tension positive ; le condensateur C10 atténue le rebond des contacts. Il n'y a pas de retour positif pour assurer le mode de fonctionnement clé du commutateur, mais ce n'est pas nécessaire ; le gain des deux transistors est si énorme (des dizaines de milliers) que le circuit fonctionne toujours en mode clé. La résistance R13 protège le circuit du convertisseur contre les pannes dues à des courts-circuits accidentels du boîtier et abaisse également la tension d'entrée, réduisant ainsi l'échauffement du stabilisateur DA1. S'il n'y a pas de tension à "l'entrée de commande", tous les microcircuits sont hors tension; dans le microcircuit DD2, les broches 4 et 5, 6 et 7 sont reliées par des résistances internes de faible résistance et les deux transistors clés sont fermés. La consommation de courant dans ce mode est principalement déterminée uniquement par le courant de fuite des condensateurs de filtrage C9 et ne dépasse pas des centaines de microampères. Pour simplifier les graphiques, le câblage du circuit d'alimentation n'est pas représenté sur la figure ; ce circuit est tout aussi sensible que ceux évoqués précédemment. La sortie commune de la résistance R11 est connectée au condensateur C6, les éléments de rétroaction à gauche (selon le schéma) de la résistance R12 sont connectés à la broche 14 de DD1. Il est conseillé de sélectionner les condensateurs de filtrage C6 et C9 parmi deux ou trois condensateurs de plus petite capacité connectés en parallèle. Lorsqu'ils fonctionnent au courant nominal, ces condensateurs doivent rester froids une demi-heure après la mise sous tension du convertisseur ; ils ne doivent pas chauffer de plus de 5...10°C. Il est logique d'essayer d'utiliser des condensateurs de différents fabricants ; dans tous les cas, plus la taille du corps du condensateur est grande pour la même capacité et la même tension, mieux il fonctionnera. Dans un convertisseur correctement assemblé, avec un courant de charge de 3.4 A, l'échauffement des boîtiers des transistors VT1 et VT2 ne dépasse pas 50...70°C même sans radiateurs. Ainsi, lorsqu'on fonctionne à un tel courant, de petites plaques de dissipateur thermique mesurant 30x50 mm pour chaque transistor seront suffisantes ; il ne faut pas qu'elles se touchent ! Lorsque vous travaillez avec un courant de charge allant jusqu'à 10 A, vous avez besoin de radiateurs plus sérieux, au moins un radiateur à aiguille de dimensions 50x100 mm (pour les deux transistors, les transistors doivent en être isolés, pour cela il est pratique d'utiliser un kit de montage d'anciennes alimentations d'ordinateur), ou vous pouvez le fixer à la base de la plaque métallique du boîtier du convertisseur, placer les transistors dessus et appuyer la base du boîtier contre tout élément matériel du corps de la machine qui ne chauffe pas pendant le fonctionnement, plus près des batteries. Dans ce cas, il faut assurer un bon contact thermique, nettoyer les deux surfaces, et il est conseillé d'utiliser une pâte thermoconductrice. À propos des détails La bobine L1 dans la version de l'auteur est réalisée dans un noyau blindé (coupelles) d'un diamètre de 48 et d'une hauteur de 30 mm, deux couches de papier journal sont posées entre les moitiés du noyau. L'enroulement est enroulé en deux fils de transformateur connectés en parallèle d'un diamètre de 1,5 mm, le nombre de tours pour remplir le cadre (environ 24...30). Une telle bobine est restée froide à un courant de charge constant de 7 A. Avec un courant de charge allant jusqu'à 3...5 A, vous pouvez prendre 2-3 anneaux K50x40x10 et enrouler 40...50 tours avec un fil d'un diamètre d'environ 1 mm en 2...4 fils. Ou vous pouvez prendre n'importe quel autre noyau de ferrite pour convertisseurs d'impulsions, à peu près de la même taille, et de préférence divisé. Au lieu du microcircuit NE556, vous pouvez utiliser deux microcircuits 555 ou sa copie nationale KR1006VI1, au lieu des transistors BC817, vous pouvez utiliser KT3102B et au lieu de BC807 - KT3107B. Le condensateur C5 doit être à faible ESR, c'est-à-dire à film ou en céramique, et la diode VD1 doit être à action rapide, avec une faible capacité et un temps de récupération inverse. En dernier recours, vous pouvez connecter en parallèle un condensateur électrolytique d'une capacité de 1 μF et un condensateur céramique multicouche (mais pas disque !) d'une capacité de 0...1 μF, et remplacer la diode par une KD521 ou similaire. Sinon, le transistor VT1 deviendra très chaud. Il est conseillé de prendre des transistors à effet de champ VT1 et VT2 avec une résistance à canal ouvert ne dépassant pas 0,03 Ohms ; dans la version de l'auteur, le KP723A a été utilisé - des analogues de l'IRFZ46N. Pour des courants de charge jusqu'à 5 A, il est préférable d'utiliser des transistors IRFI4024H doubles et à haute fréquence - ils sont fabriqués dans un boîtier TO220-5 isolé (c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire d'isoler son boîtier du dissipateur thermique) et sont capable de fonctionner avec le pilote IR2103 à des fréquences allant jusqu'à 200...500 kHz (contre 30...70 kHz pour IRFZ46 et similaire). La thermistance R4 peut être de toute petite taille (afin qu'elle chauffe plus rapidement en cas d'accident), avec une résistance à température ambiante supérieure à 5 kOhm. La protection thermique doit être calibrée avant utilisation. Nous procédons ainsi : nous soudons les fils aux bornes de la thermistance, les mettons dans plusieurs sacs solides emboîtés les uns dans les autres et les plongeons dans l'eau bouillante. Après une minute, nous mesurons la résistance de la thermistance (vous devez vous assurer qu'aucune eau ni vapeur ne pénètre dans les sacs), multiplions ce nombre par 12...15 - cela devrait être la résistance de la résistance R3. de sorte que la protection thermique fonctionne à une température de 80...100°C. La thermistance doit être montée sur le radiateur le plus près possible des transistors, en lubrifiant soigneusement la zone de contact avec une pâte thermoconductrice et en prenant soin, si nécessaire, de l'isolation électrique. De plus, vous devez parfois sélectionner la résistance de la résistance R8 - elle doit être telle que lorsque les bornes du condensateur C3 sont court-circuitées, il y ait une tension nulle à la broche 5 de DD2. Caractéristiques de l'établissement Grâce à la logique de protection intégrée dans la puce DD2, le convertisseur peut être activé pour la première fois avec les transistors clés VT1 et VT2 soudés, mais juste au cas où (tout à coup les pistes sont mal acheminées), "+" du la batterie est alimentée par une ampoule de 24 V, 1...2 A. Condensateurs Nous ne soudons pas C7 et C8. En tant que charge, nous connectons deux ampoules connectées en série d'une guirlande d'arbre de Noël (12 V, 0,16 A) à la sortie de l'appareil. Pendant le fonctionnement normal du convertisseur, ces lampes doivent être allumées (la tension à la sortie du convertisseur doit être d'environ 12 V, mais supérieure à 6...8 V et inférieure à 15 V), la lampe d'alimentation ne doit pas s'allumer, le le courant qui le traverse ne doit pas dépasser 200 mA. En même temps, nous vérifions le bon fonctionnement de l'interrupteur, même s'il ne nécessite jamais de réglage s'il est installé correctement et en bon état de fonctionnement, et nous veillons à ce que la consommation de courant en mode « off » ne dépasse pas 1 mA. S'il est plus grand, on soude les condensateurs C9 et on répète la mesure : s'il a diminué, on installe de meilleurs condensateurs ; s'il reste inchangé, on soude les mêmes condensateurs et on soude une résistance de 10 kOhm entre la grille et la source. bornes des deux résistances de champ. Pendant le fonctionnement, le convertisseur ne doit pas siffler ; s'il y a du son, vous devez augmenter la fréquence de fonctionnement en réduisant la capacité des condensateurs C1 et C2. Si même avec des capacités de 200 pF, le grincement haute fréquence ne disparaît pas, il est fort probable que le circuit soit excité. Après cela, nous éteignons la charge et mesurons le courant consommé par le circuit ; il doit être compris entre 40 et 70 mA. S'il est beaucoup plus grand, cela signifie que l'inductance de la bobine L1 est insuffisante et qu'il faut soit augmenter la fréquence de fonctionnement (si le circuit fonctionne déjà à une fréquence ultrasonore (inaudible), il vaut mieux ne pas le faire !), soit enroulez encore dix ou deux tours sur la bobine. Ensuite, au lieu d'une ampoule dans le circuit d'alimentation, nous allumons un ampèremètre avec une limite de mesure supérieure à 5 A et connectons une ampoule avec une consommation de courant de 2...4 A à la sortie (c'est-à-dire sa puissance est de 24...48 W). Le courant consommé par le circuit de la batterie doit être environ 2 fois inférieur au courant traversant l'ampoule, les deux transistors à effet de champ sans radiateurs ne doivent pas chauffer (à un courant de charge de 2 A) ou au courant maximum qu'ils doivent réchauffer lentement jusqu'à environ 50...70 °C. De plus, la température des deux transistors doit être approximativement la même. Si VT2 chauffe sensiblement plus que VT1, vous devez vous assurer qu'il y a un signal à sa porte en utilisant une LED connectée en série et une résistance d'une résistance de 1...10 kOhm, et les connecter entre le fil commun et le porte des transistors. Si la LED brille beaucoup plus faiblement que sur la porte VT1, ou ne brille pas du tout, vous devez augmenter la capacité du condensateur C4. Étant donné que la protection contre le courant (contre les courts-circuits) n'est pas prévue dans le circuit, la charge doit être connectée via un fusible de 5...10 A. Il peut être placé dans la boîte à fusibles de la voiture ou dans le boîtier (sur le fil positif) de le convertisseur. Avec un courant de charge de 5 A, les fils de la batterie doivent avoir une section supérieure à 1 mm (cuivre), les fils de la charge doivent être supérieurs à 1,5 mm et à des courants plus élevés, les fils doivent être plus épais. En utilisant des transistors plus puissants avec une résistance de canal plus faible, le courant de sortie avec le même échauffement du circuit peut être augmenté plusieurs fois, mais la puce pilote devra ensuite être remplacée. L'IR2103 « gère à peine » les transistors IRFZ46, et il se peut qu'il ne soit tout simplement pas capable de gérer des transistors plus puissants. Un remplacement idéal est le microcircuit IR2183 - un analogue complet en termes de caractéristiques, de brochage et de type de boîtier, mais avec un courant de sortie allant jusqu'à 1,7 A. Il doit simplement être soudé à la place de l'IR2103, sans aucune modification sur la carte. Dans ce cas, il est conseillé d'augmenter plusieurs fois la capacité du condensateur C5 (au moins 1 µF) ; il doit s'agir d'un film. Auteurs : Kashkarov A.P., Koldunov A.S.
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Commentaires sur l'article : Evgenii Comment convertir le circuit ci-dessus pour obtenir une tension régulée 12v/27v 500 watts pour alimenter un moteur d'avion collecteur installé avec une batterie de voiture sur un chariot de jardin. Merci. ![[pleurer]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/cry.gif){kind=small}
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