Convertidor de 200 watts de 12 a 220 V CC-CC: 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Hola a tothom:)

Benvingut a aquest instructiu on us mostraré com he fet aquest convertidor de 12 a 220 volts de CC-CC amb retroalimentació per estabilitzar el voltatge de sortida i la protecció de la bateria / baix voltatge, sense utilitzar cap microcontrolador. Tot i que la sortida és d’alta tensió de CC (i no de CA), podem executar làmpades LED, carregadors de telèfon i altres dispositius basats en SMPS des d’aquesta unitat. Aquest convertidor no pot executar cap càrrega basada en transformadors o inductius, com ara un motor de CA o un ventilador.

Per a aquest projecte, utilitzaré el popular IC de control PWM SG3525 per augmentar el voltatge de CC i proporcionar la retroalimentació necessària per controlar el voltatge de sortida. Aquest projecte utilitza components molt senzills i alguns d’ells es recuperen de fonts d’alimentació d’ordinadors antigues. Anem a construir!

Subministraments

1. Transformador de ferrita EI-33 amb canya (podeu comprar-lo a la vostra botiga d’electrònica local o recuperar-lo des d’un alimentador d’ordinador)
2. MOSFET IRF3205: 2
3. Regulador de tensió 7809 -1
4. IC del controlador PWM SG3525
5. OP07 / IC741 / o qualsevol altre CI d'amplificador operacional
6. Condensador: 0,1 uF (104) - 3
7. Condensador: 0,001 uF (102) - 1
8. Condensador: condensador de ceràmica no polar de 3.3uF 400V
9. Condensador: condensador electrolític polar 3.3uF 400V (podeu utilitzar un valor més alt de capacitat)
10. Condensador: 47uF electrolític
11. Condensador: 470uF electrolític
12. Resistència: 10K resistències-7
13. Resistència: 470K
14. Resistència: 560K
15. Resistència: 22 ohms - 2
16. Resistència variable / preajust: 10K -2, 50K - 1
17. UF4007 díodes de recuperació ràpida: 4
18. Presa IC de 16 pins
19. Presa IC de 8 pins
20. Terminals de cargol: 2
21. Dissipador de calor per muntar MOSFET i regulador de voltatge (des de la PSU de l'ordinador antic)
22. Perfboard o Veroboard
23. Connexió de cables
24. Kit de soldadura

Pas 1: recopilació dels components requerits

La majoria de les peces necessàries per fer aquest projecte s'han extret d'una font d'alimentació d'ordinador no funcional. Fàcilment trobareu el transformador i els díodes rectificadors ràpids d’aquesta font d’alimentació juntament amb condensadors d’alta tensió i dissipador de calor per als MOSFETS

Pas 2: fabricació del transformador segons les nostres especificacions

La part més important per obtenir la tensió de sortida correcta és assegurar la relació de bobinatge del transformador correcta dels costats primari i secundari i també assegurar-se que els cables puguin transportar la quantitat de corrent necessària. He utilitzat un nucli EI-33 juntament amb una bobina per a aquest propòsit. És el mateix transformador que s’obté dins d’un SMPS. També podeu trobar un nucli EE-35.

Ara el nostre objectiu és augmentar el voltatge d’entrada de 12 volts a uns 250-300 volts i per a això he utilitzat 3 + 3 voltes a la primària amb tap central i unes 75 voltes al costat secundari. Com que el costat principal del transformador manejarà major corrent que el costat secundari, he utilitzat 4 cables de coure aïllats junts per formar un grup i després he enrotllat-lo al voltant de la bobina. És un cable de 24 AWG que he obtingut d'una ferreteria local. La raó per agafar 4 cables junts per fer un únic cable és reduir els efectes dels corrents de Foucault i fer un millor portador de corrent. l’enrotllament primari consta de 3 voltes cadascuna amb toc central.

L’enrotllament secundari consta d’uns 75 girs d’un fil de coure aïllat de 23 AWG.

Tant el bobinatge primari com el secundari s’aïllen entre si mitjançant cinta aïllant enrotllada al voltant de la bobina.

Per obtenir detalls sobre com he fabricat exactament el transformador, consulteu el vídeo al final d’aquest instructiu.

Pas 3: l'escenari de l'Oscillator

El SG3525 s'utilitza per generar polsos de rellotge alternatius que s'utilitzen per accionar alternativament els MOSFETS que empenyen i treuen corrent a través de les bobines primàries del transformador i també per proporcionar control de retroalimentació per estabilitzar la tensió de sortida. La freqüència de commutació es pot configurar mitjançant resistències de temporització i condensadors. Per a la nostra aplicació tindrem una freqüència de commutació de 50 Khz que es defineix mitjançant un condensador de 1 nF a la resistència de pin 5 i 10 K juntament amb una resistència variable al pin 6. La resistència variable ajuda a afinar la freqüència.

Per obtenir més detalls sobre el funcionament del SG3525 IC, aquí teniu un enllaç al full de dades del CI:

www.st.com/resource/en/datasheet/sg2525.pd…

Pas 4: Etapa de commutació

La sortida de pols de 50 KHz des del controlador PWM s’utilitza per conduir alternativament els MOSFET. He afegit una petita resistència de limitació de corrent de 22 ohms al terminal de la porta del MOSFET juntament amb una resistència de 10K cap avall per descarregar el condensador de la porta. també podem configurar el SG3525 per afegir un petit temps mort entre la commutació del MOSFET per assegurar-nos que mai no estiguin activats al mateix temps. Això es fa afegint una resistència de 33 ohm entre els pins 5 i 7 del CI. La presa central del transformador està connectada a l'alimentació positiva mentre que els altres dos extrems es commuten mitjançant els MOSFET que connecten periòdicament el camí a terra.

Pas 5: Etapa de sortida i comentaris

La sortida del transformador és un senyal de pols de corrent d'alta tensió que cal corregir i suavitzar. Això es realitza mitjançant la implementació d’un rectificador de pont complet mitjançant díodes de recuperació ràpids UF4007. A continuació, els bancs de condensadors de 3,3 uF cadascun (casquets polars i no polars) proporcionen una sortida de CC estable lliure de qualsevol ondulació. Cal assegurar-se que la lectura de la tensió dels taps sigui prou elevada per tolerar i emmagatzemar la tensió generada.

Per implementar la retroalimentació que he donat, heu utilitzat una xarxa divisora de tensió de resistència de 560 KiloOhms i una resistència variable de 50 K, la sortida del potenciòmetre va a l'entrada de l'amplificador d'error de SG3525 i, per tant, ajustant el potenciòmetre podem obtenir la sortida de tensió desitjada.

Pas 6: Implementació sota protecció de tensió

La protecció de baixa tensió es fa mitjançant un amplificador operacional en mode comparador que compara la tensió de la font d’entrada amb una referència fixa generada pel pin Vref SG3525. El llindar es pot ajustar mitjançant un potenciòmetre de 10K. Tan bon punt la tensió caigui per sota del valor establert, s’activa la funció d’apagada del controlador PWM i no es genera la tensió de sortida.

Pas 7: Diagrama de circuits

Aquest és el diagrama complet del circuit amb tots els conceptes esmentats anteriorment.

D’acord, prou part teòrica, ara ens embrutem les mans!

Pas 8: provar el circuit a la placa de pa

Abans de soldar tots els components del veroboard, és essencial assegurar-se que el nostre circuit funciona i que el mecanisme de retroalimentació funciona correctament.

ADVERTÈNCIA: tingueu cura en manejar voltatges elevats o us pot provocar un xoc letal. Tingueu sempre present la seguretat i assegureu-vos de no tocar cap component mentre l’alimentació estigui encesa. Els condensadors electrolítics poden mantenir la càrrega durant força temps, així que assegureu-vos que estigui completament descarregat.

Després d’observar amb èxit la tensió de sortida, vaig implementar el tall de baixa tensió i funciona bé.

Pas 9: decidir la col·locació dels components

Ara bé, abans de començar el procés de soldadura, és important que fixem la posició dels components de manera que haguem d’utilitzar cables mínims i que els components rellevants es col·loquin junts de manera que es puguin connectar fàcilment demandant traces de soldadura.

Pas 10: Continuació del procés de soldadura

En aquest pas podeu veure que he col·locat tots els components de l'aplicació de commutació. M'he assegurat que les traces dels MOSFET són gruixudes per transportar corrents més elevats. A més, intenteu mantenir el condensador del filtre el més a prop possible de l’IC.

Pas 11: Soldar el transformador i el sistema de retroalimentació

Ara és hora de fixar el transformador i fixar els components per a la rectificació i retroalimentació. Cal destacar que, tot i soldar, cal tenir en compte que els costats d’alta i baixa tensió tenen una bona separació i s’han d’evitar els curtmetratges. El costat d’alta i baixa tensió hauria de compartir un punt comú perquè els comentaris funcionin correctament.

Pas 12: Acabeu el mòdul

Després d’unes 2 hores de soldar i assegurar-me que el meu circuit està connectat correctament sense curtmetratges, el mòdul finalment es va completar.

Després vaig ajustar la freqüència, el voltatge de sortida i el tall de baixa tensió mitjançant els tres potenciòmetres.

El circuit funciona tal com s’esperava i proporciona una tensió de sortida molt estable.

Amb això he aconseguit executar el carregador de telèfon i portàtil, ja que són dispositius basats en SMPS. Amb aquesta unitat podeu executar fàcilment llums i carregadors LED de mida petita a mitjana. L’eficiència també és força acceptable, i oscil·la entre el 80 i el 85%. La característica més impressionant és que, sense càrrega, el consum actual és d’uns 80-90 milliAmps, gràcies a la retroalimentació i al control.

Espero que us agradi aquest tutorial. Assegureu-vos de compartir-ho amb els vostres amics i publiqueu els vostres comentaris i dubtes a la secció de comentaris següent.

Mireu el vídeo per veure tot el procés de construcció i el funcionament del mòdul. Penseu en la possibilitat de subscriure-us si us agrada el contingut:)

Ens veurem a la propera!