Convertidor DC-DC HV Boost: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Pas 1: Introducció a l'operació i l'electrònica

Com funciona un convertidor Boost? Principal bàsic: un convertidor d’augment funciona en dues etapes, ON i OFF. En l'etapa ON, el commutador semiconductor condueix i s'acumula corrent a l'inductor que produeix un camp electromagnètic, aquest camp emmagatzema energia. A l'etapa OFF, l'interruptor semiconductor no es condueix i el camp electromagnètic col·lapsa. Quan el camp col·lapsa l'energia emmagatzemada no pot escapar a través del commutador semiconductor, de manera que travessa el díode i entra a la càrrega / condensador a una tensió molt més alta. Això passa diversos milers de vegades per segon a través dels impulsos del xip de temporitzador NE555 i el resultat és poder carregar un condensador d'alta tensió des d'una font de baixa tensió. A continuació es mostra una ajuda per a aquells que no coneixeu bé l'electrònica. Resistència R-Resistència variable VR (també anomenada potenciòmetre) B-Bateria Font de tensió V Condensador C D-díode L-inductor Circuit integrat U / IC Q-transistor / IGBT M-MOSFET GND- Terra (terminal negatiu de Bateria per a aplicacions portàtils) A continuació es mostren alguns diagrames i gràfics per ajudar-vos més.

_ VISITAR EL MEU LLOC WEB PER A MÉS PROJECTES: SISTEMES EXPERIMENTALS FUTURS

Pas 2: Protoboard Boost Converter 500V

Aquest convertidor boost és per a aquells amb experiència electrònica moderada.

Si teniu els recursos, us recomano crear la versió de la placa de circuits impresos d’aquest dispositiu perquè és més senzilla, més petita i amb menys probabilitats de fallar. Tanmateix, no dubteu a fer la versió protoboard si l'espai no és un problema.

Aquest circuit ocupa un mínim de 1,75 "x 1,5" x 1 "i pot funcionar entre 8,4 V i 31,2 V Entrada i sortida màximes de 500 V de forma segura (per al circuit). Recomano almenys una entrada de bateria de 12 V.

PERILL ALTA TENSIÓ Aquest dispositiu pot provocar tensions letals i els condensadors que carregueu poden emmagatzemar càrregues letals durant hores. Porteu guants d’electricista i ulleres de seguretat mentre funcioneu i preneu totes les precaucions de seguretat.

Especificacions:

Cost del projecte: - 17 $ + enviament Mouser - 5 $ + enviament Coilcraft PCV-2-394-05L (Seguiu l'enllaç i escriviu el número de peça per comprar) - Cost total mitjà amb l'enviament - 35 $ -

Dimensions: 1,75 "x 1,5" x 1 "Voltatge d'entrada: 8,4V a 31,2V Rang de tensió de sortida: 100V a 500V Potència de sortida:

- Entrada 12V 36W màxim + -20% Banc de condensadors 290J carregat en 8s - Entrada 24V 92W màxim + -20% Banc condensador 1468J carregat en 16s

Potència de sortida mesurada amb 1-2 bateries de plom àcid 12V 34Ah per a una font de tensió pràcticament constant

La principal limitació de la quantitat d’energia que es pot treure de les bateries és la bateria ESR

--- Per obtenir els millors resultats, s’utilitzen bateries d’alta intensitat o bateries destinades a dispositius de potència RC --- El NiCd és el millor (a excepció del Li-poli) Per a les bateries següents es pot obtenir una potència màxima estimada ESR = Resistència de sèrie equivalent = Resistència interna

NiCD / NiMH 12V AAA ESR = 350-400mOhm 28-30W 12V AA ESR = 150-300mOhm 31-34W 24V AAA ESR = 700-800mOhm 60-80W 24V AA ESR = 300-600mOhm 75-85W

Advertiment: treure massa corrent de les vostres bateries pot reduir la capacitat, la vida útil i provocar un excés de calor de la bateria, controleu la temperatura de les bateries.

Nota: Els forats de Protoboard no s'adapten als passadors MOSFET i Diode, la perforació d'un forat de 1/32 ho soluciona, tot i que és possible que hagueu de soldar els cables a coixinets adjacents.

Pas 3: Protoboard Boost Converter 500V Parts

Eines:

• Soldador
• Soldadura elèctrica (preferible Rosin Core 0,032 ")
• Corretja antiestàtica
• Guants per a electricista
• Ulleres de seguretat

Materials: - Protoboard (l’enllaç és el protoboard que he utilitzat, conjunts Protoboard) Peces comprades a Mouser: U2- Regulador de tensió-Número de peça d’entrada de bateria-8,4V a 12V LF60CV-12V a 13,2V LD1086V90-13,2V a 16,8V LM7809ACT- 16,8V a 26,4V LM7812ACT-26,4V a 31,2V LM317 Qualsevol TO-220 (R1 = 500 Ohm R2 = 5,5 k Ohm) Vegeu el full de dades --- Comproveu que la sortida és de 15V per a LM317 --- Per a C1, C2, C3, i CT utilitzen una tensió nominal segons això: Voltatge de la bateria … Voltatge nominal del condensador = 16V Cap = 25V Cap = 50V Cap-- Tipus C2 Segons el regulador utilitzat: --LF60CV ElectrolyticLD1086V90 ElectrolyticLM7809ACT CeramicLM7812ACT CeramicLM317 Electrolytic-- C1 and C3 són disc de ceràmica o plom MLCC del 5% al 20%, o del -20% al + 80% ---- CT és disc de ceràmica o plom de MLCC 1% -10% ---- Totes les resistències, excepte Rdiv1, són 1 / 10W o superior --- 2 endolls 8-DIP-C1- 0.33uF (330nF) o More-C2- 10uF-C3- 0.01uF (10nF) -CB1- Qualsevol banc de condensadors que vulgueu carregar-CT- 0.022uF (22nF) -LEDPWR- Indica que s’aplica l’alimentació-LEDREG- Indica que el voltatge desitjat és R eached-LEDGATE- Indica que NE555 està subministrant tensió al MOSFET-R1, R2, R3 - 1kOhm (= 12V) 1% -5% -RA- 15kOhm (2% o millor) -RB- 10kOhm (2% o millor) - Rdiv1- 1MOhm (2% o superior, 1 / 4W o major) -Rdiv2- Regulador ª mà preu (2% o millor) LF60CV 11kOhmLD1086V90 16kOhmLM7809ACT 16kOhmLM7812ACT 22.3kOhmLM317 28kOhm-SW1- Qualificació de tensió d'entrada i 5-6A-U1 i U1. 1 (mateix xip) - LM393AN-U3- SE555P-VR1- Potenciòmetre de 10kOhm (el gir múltiple serà més precís) -M1- FCA47N60 (F) -D1- RURG3060 (Utilitzeu el RURG30120 si aquest és el vostre primer projecte electrònic) Coilcraft: L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Seguiu l'enllaç i escriviu el número de peça per comprar) ELS NOMBRES DE PIN SÓN A L'ESQUEMÀTICA Feu clic a "I" A LA PART SUPERIOR DE L'ESQUEMÀTICA PER A UNA VISIÓ DESCARREGABLE MÉS GRAN

Pas 4: PCB Boost Converter 500V

Si teniu els recursos, us recomano que feu aquest convertidor Boost de circuits impresos en lloc del de protoboard. Fer un PCB personalitzat serà més compacte i tindrà un aspecte molt millor. Aquest circuit només ocupa 1 5/8 "x 1 1/4" x 1 "i pot funcionar de 8,4 V a 31,2 V i pot produir un màxim de 500 V. De forma segura, us recomano utilitzar almenys una bateria de 12 V si l'objectiu és la màxima potència La mida d'aquesta versió també es pot reduir a 1 5/8 "x 1 1/4" x 3/8 "si l'inductor es troba allunyat del vostre circuit, ja que en la majoria de les pistoles de bobina es pot convèncer. Es mostra a la imatge següent. ALT TENSIÓ DE PERILL Aquest dispositiu pot provocar tensions letals i els condensadors que carregueu poden emmagatzemar càrregues letals durant hores, portar guants d’electricista i ulleres de seguretat durant el funcionament i prendre totes les precaucions de seguretat Especificacions: Cost del projecte: - 20 $ + enviament Mouser - 5 $ + enviament Coilcraft PCV-2-394-05L (seguiu l'enllaç i escriviu el número de peça per comprar) -> = 15 $ + enviament MPJA - Cost total mitjà amb enviament - <50 $ - Voltatge d'entrada: 8,4 V a 31,2 Rang de tensió de sortida V: 100V a 500V Potència de sortida: - Entrada TEST 1-12V 48W màx + -20% Càrrega 290J Banc de condensadors en 6 s - TEST 2 - Entrada 12V 45W màxim + -20% Càrrega 1160J Banc de condensadors en 26 s - Entrada 24V Potència de sortida TBD mesurada amb 1-2 bateries de plom àcid de 12 V 34 Ah per a una font de tensió pràcticament constant. Cada prova es va fer 5 vegades, la millor de les quals es mostra. La principal limitació de la quantitat d’energia que es pot extreure de les vostres bateries és el paquet de bateries ESR --- Per obtenir els millors resultats, s’utilitzen bateries d’alta intensitat o bateries destinades a dispositius de potència RC --- Els NiCd són els millors (amb l’excepció de Li- poli) Per a les bateries següents es pot extreure una potència màxima estimada ESR = Resistència de sèrie equivalent = Resistència interna Es pot utilitzar alcalina, però recomano les bateries recarregables d’alta intensitat. Es poden utilitzar voltatges més baixos, però esperen una sortida de potència inferior. NiCD / NiMH 12V AAA ESR = 350-400mOhm 28-30W 12V AA ESR = 150-300mOhm 31-34W 24V AAA ESR = 700-800mOhm 60-80W 24V AA ESR = 300-600mOhm 75-85W Advertència: treure massa corrent de les bateries poden reduir-ne la capacitat, la vida útil i fer que les bateries es sobreescalfin, controlar la temperatura de la bateria en fer les proves.

Pas 5: PCB Boost Converter 500V Parts

Eines:

• Soldador
• Soldadura elèctrica (preferible Rosin Core 0,032 ")
• Corretja antiestàtica
• Guants per a electricista
• Ulleres de seguretat
• Qualsevol envàs de plàstic o vidre amb segell de bloqueig múltiple a prova de fuites (exemple)

Materials: MPJA o Amazon:

• CLORUR FERRIC (obteniu un paquet més gran si teniu previst fer més plaques de circuit)
• 2 cadascun de RESIST PEN o Industrial Sharpie
• PISSAR DE TAPA DE COURE (Trieu un 3 x 5, 4 x 6 o 6 x 9 per a aquest projecte)

Peces comprades a Mouser: per a C1, C2, C3 i CT, utilitzeu una tensió nominal segons: Voltatge de la bateria … Voltatge nominal del condensador = 16V Cap = 25V Cap = 50V CapU2- Regulador de tensió - DPAK (TO-252) Número de peça d'entrada de bateria: 8,4V a 12V LF60ABDT-12V a 13,2V LF90ABDT-13,2V a 16,8V MC7809E-16,8V a 26,4V MC7812E-26,4V a 31,2V LM317M (R1 = 500 Ohm R2 = 5,5 k Ohm) - Tipus C2 segons el regulador utilitzat: --LF60ABDT electrolíticLF90ABDT electrolíticMC7809E CeramicMC7812E CeramicLM317M electrolític-- C1, C3, C4 i C5 són MLCC SMD / SMT 5% -20%, o -20% a + 80% ---- CT és MLCC SMD / SMT 1% -10% ---- Totes les resistències, excepte Rdiv1, són 1 / 10W o més --4 dígits després que el valor sigui la mida (és a dir, 0805 o 1210) -C1-10uF 1210-C2- 10uF 1210- C3- 0,22uF (220nF) 0805-C4- 0,01uF (10nF) 0805-C5- 0,01uF (10nF) 0805-CB1- Qualsevol banc de condensadors que vulgueu carregar-CT- 0,022uF (22nF) 0805-LEDPWR- Indica l'alimentació s'aplica 1206-LEDREG- Indica que s'ha arribat a la tensió desitjada 1206-LEDGATE- Indica que NE555 està subministrant tensió a e MOSFET 1206-R1, R2, R3-1kOhm (= 12V) 1% -5% 0805-RA- 15kOhm (2% o superior) 0805-RB- 10kOhm (2% o superior) 0805-Rdiv1- 1MOhm (2% o superior, 1 / 4W o superior) 1206-Rdiv2- 0805 Valor usat del regulador (2% o millor) LF60ABDT 11kOhmLF90ABDT 16kOhmMC7809E 16kOhmMC7812E 22,3kOhmLM317M 28kOhm-SW1- Classificat per a 5 U1 iguals Xip) - LM393AM SOIC-8-U3- SE555D SOIC-8-VR1- 10kOhm Potentiometer (Multi-turn serà més precís) -M1- FCA47N60 (F) -D1- RURG3060 (Si us plau, utilitzeu el RURG30120 si aquest és un dels vostres primers projectes electrònics) Coilcraft: -L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Seguiu l'enllaç i escriviu el número de peça per comprar). DESCÀRREGA VISUALITZACIÓ PODER

Pas 6: Construcció del convertidor PCB Boost 500V

El primer pas en la construcció de PCB és dissenyar la vostra placa PCB mitjançant DipTrace (feu clic a l’enllaç i descarregueu el programa gratuït DipTrace 2). També podeu utilitzar el disseny de PCB que es mostra a les imatges següents. Podeu fer-ho de dues maneres: fer servir una impressora làser (ràpida, fàcil i si en podeu trobar una per demanar-lo en préstec, el recomano) i el seguiment manual (CONSUM MOLT DE TEMPS): IMPRESSORA LÀSER: LES IMPRESSORES JET EN LINK NO FUNCIONARAN AQUEST ENLLAÇ PER APRENDRE COM FER UNA TAULA DE PCB

• Cobert de coure
• Marcador permanent de grau industrial o resistència (es pot trobar Sharpie de grau industrial a Lowes)
• Planxa / Taula de planxar
• Etchant (clorur fèrric)
• Qualsevol envàs de plàstic o vidre amb segell de bloqueig múltiple a prova de fuites (exemple)

Si teniu una impressora làser, només cal que obtingueu catàleg, agenda o paper de diari. Aquest és el tipus de paper barat que és molt lleuger i el més important és que es desfà en aigua; proveu un tros de paper a l’aigua per assegurar-vos. Haureu d’enganxar el paper a un full d’alimentació normal de la impressora (que es mostra a la imatge següent). Només cal que enganxeu-lo a la part superior del full, assegureu-vos que quedi el més pla possible al full de la impressora de manera que quan estigui que s’alimenta a través de la impressora no es queda enrotllat. Baixeu-vos el fitxer següent (Boost Converter, SMT2) (haureu de descarregar el programa gratuït DipTrace 2). Obriu el fitxer i feu clic a Vista prèvia a la impressió a FITXER. Assegureu-vos que les seleccions d’objectes siguin les que es mostren a la imatge i que la casella Mirall estigui marcada. Feu clic a Imprimeix, a la finestra d'impressió seleccioneu Propietats. A la finestra Propietats, seleccioneu la pestanya gràfica i, a la plaça Foscor, seleccioneu FOSC. Introduïu el paper amb el paper barat enganxat a la impressora i feu clic a Imprimeix. El vostre paper hauria de semblar a la cinquena imatge. Utilitzeu això per dimensionar el vostre PCB i talleu el coure revestit amb una serra de taula o Dremel, talleu-lo lentament. Enceneu la planxa i poseu-la a la posició més alta (normalment de cotó), espereu que s’escalfi … Mentre espereu, netegeu bé la peça revestida de coure amb aigua calenta i sabó, eixugueu-la bé. Quan la planxa s’escalfa per fi, col·loqueu el coure revestit sobre una taula de planxar amb la cara de coure cap amunt. Talleu el disseny imprès amb LÀSER de manera que tingui la mida de la peça revestida de coure. Col·loqueu el tros de tòner de paper cap avall i col·loqueu la planxa cap avall sobre el paper i el coure revestit. Premeu cap avall amb força moderada i espereu uns minuts. Ara el paper revestit de coure i el paper s’han d’enganxar. Col·loqueu la peça, estarà CALENT, en un recipient amb aigua tèbia i sabó i espereu cinc minuts. Després d'esperar, agafeu la peça i passeu-la sota aigua tèbia i fregueu suaument la part superior del paper fins que només quedi tòner. Toca el disseny amb el marcador permanent. VEURE AL SEGÜENT PAS - RÀCORD DE MANS - Cobert de coure- Etchant- Grau industrial o marcatge permanent resistent (el grau industrial es pot trobar a Lowes, és difícil trobar-lo, potser us pregunteu on és, si el trobeu en algun altre lloc, feu-m'ho saber) Puc publicar-lo): contenidor de plàstic Imprimiu la 6a imatge a gran escala, utilitzeu les peces com a referències i dibuixeu les traces amb el marcador permanent com millor pugueu. Això serà tediós, així que estigueu preparats per passar diverses mitges hores fins i tot fent traces simples. Sembla més senzill, no és així. ANAR AL SEGÜENT PAS

Pas 7: números finals

A continuació es mostra una imatge de com cobrar diversos bancs de manera que, si es dóna d'alta, els altres no ho faran.