Преобразователи напряжения (инверторы) 12/24/220 вольт

Принципиальные электрические схемы инверторов и стабилизаторов

Часть 4. Преобразователи 24В в 12В (линейные стабилизаторы)

Для преобразования напряжения 24-вольтового аккумулятора автомобиля или автобуса в 12 вольт наиболее часто используют простые линейные стабилизаторы напряжения (адаптеры), построенные на микросхеме 7815 (отечественный аналог КР142ЕН8В) с дополнительным одним или несколькими мощными транзисторами. Эта микросхема недефицитна, стоит от 5 до 10 рублей и имеет следующие характеристики:

• Выходное напряжение - 15В
• Ток нагрузки - 1,5 А
• Тип корпуса - TO220
• Максимальное входное напряжение - 35В
• Нестабильность по напряжению - 0.05%
• Нeстабильность по току - 0.67%
• Температурный диапазон - 10…70 град.С

Электрическая принципиальная схема преобразователя напряжения (адаптера) 24 в 12 вольт линейного типа показана на рис.1

Рис.1. Принципиальная электрическая схема преобразователя напряжения 24В в 12В

Как видим, в этой схеме несколько параллельно включенных мощных транзисторов, обычно от одного до восьми, управляются стабилизатором на микросхеме LM7815. На выходе этой микросхемы поддерживается напряжение 15 вольт, а на выходе преобразователя оно меньше на напряжение перехода база-эмиттер КТ819, равное 1,0..1,2 вольта и равно, следовательно, 13,8...14,0 вольт.

Из достоинств этой схемы преобразователя 24 в 12 вольт следует отметить простоту конструкции, высокую ремонтопригодность, отсутствие помех, характерных для импульсных источников питания, использование недефицитных элементов и дешевизну всего изделия.

Серьёзный недостаток такой схемы преобразователя - низкий КПД из-за рассеивания примерно половины мощности на проходных транзисторах. При средней мощности автомагнитолы 4х40Вт они требуют установки на больших по размеру радиаторах или применения вентилятора для их охлаждения.

Так же снижает КПД схемы и необходимость использования выравнивающих эмиттерных резисторов R1-R4. Для их исключения вместо биполярных транзисторов КТ819 целесообразно применить мощные полевые, которые допускают параллельное включение без таких резисторов. Схема преобразователя с 24 в 12 вольт с использованием распространенных полевых транзисторов IRFZ44N рассмотрена в статье "Стабилизатор 12В на полевых транзисторах" .

Тяжелый тепловой режим работы проходных транзисторов может привести к их пробою. В этом случае на выход преобразователя поступает полное напряжение 24 вольта, что может привести к выходу из строя дорогой автомагнитолы. Один из методов снижения рассеваемой транзисторами мощности - использование гасящих диодов, рассмотрен в статье Улучшенный преобразователь 24В в 12В .

В отличие от схемы линейного стабилизатора, преобразователи напряжения на основе трансформатора лишены этих недостатков, хотя имеют более сложную конструкцию и, соответственно, выше себестоимость. Но если учесть вероятность повреждения дорогостоящей автомагнитолы при использовании линейного адаптера 24 на 12 вольт, то затраты вполне оправданы. Кроме того, такие преобразователи имеют выход не только 12 вольт, но и 220В 50Гц, что значительно расширяет сферу их применения.

01.10.2014

УКВ тюнер выполнен с применением микросхем К174ХА34(тюнер) и ТА7343Р(стереодекодер). Для полного перекрытия диапазона 66-108МГц изменение напряжения на варикапе должно быть не менее 3,5В. Резистор настройки R2, индикаторы настройки VD2(рис №2) и СТЕРЕО VD3 можно установить в любом месте корпуса. Намотка катушек бескаркасная на оправке диаметром 3 мм проводом ПЭВ 0,45…0,55мм. …

22.09.2014

Эта схема позволяет предотвратить перезаряд аккумуляторов. По окончании заряда напряжение на одном аккумуляторе составляет 1,4…1,45В, на трех 4,2В плюс 1,5 В на красном светодиоде и 1,8В на зеленом, и того 5,7В. При достижении этого напряжения начинает открываться стабилитрон VD5, забирая часть тока на себя. При этом яркость свечения VD6 уменьшается …

21.09.2014

Припои принято делить на две группы - мягкие и твёрдые. К мягким относятся припои с температурой плавления до 300°С, к твёрдым - выше 300°С. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16-100 МПа, а твёрдые - 100-500МПа. Мягкими припоями являются оловянно-свинцовые сплавы …

25.10.2014

Характеристики: Выходная мощность: 200Watts Сопротивление нагрузки: 8ohms Входное сопротивление: 55K Максимальное напряжение питания: (+95 V) -0 — (-95 В) Рекомендованное напряжение питания: (+66 V) -0 — (-66v) Усилитель имеет отличное качество звучания, низкий уровень шума. Аудио усилитель мощности базируется на гибридной интегральной схемы STK4050 производства Sanyo. Для усилителя необходим источник …

20.09.2014

Биполярные транзисторы со статической индукцией (БСИТ) по характеристикам близки к биполярным транзисторам, но имеют более высокое быстродействие и меньшее напряжение насыщения. Большинство специализированных микросхем не пригодны для непосредственного управления БСИТ, так как его необходимо закрывать вытекающим (обратным) током. Поэтому представлена схема ИПП на дискретных элементах. Основные технические характеристики: Напряжение питающей …

Как уже говорил - большим недостатком является отсутствие какой-либо схемы подключения на упаковке. Всё бы было ничего, если было только два провода - красный и чёрный, более менее тогда понятно: красный на плюс, чёрный на минус. Но присутствует ещё жёлтый провод, который вводит в заблуждение.

После недолгих поисков в тырнете, удалось найти аналогичный блок питания с разрисованной схемой. Фишка оказалась в том, что жёлтый провод является управляющим, который включает/выключает преобразователь. Для того, чтобы DC/DC конвертер заработал, на жёлтый провод надо подать +24 вольта. Самым простым способом является объединение красного и жёлтого проводов и подача на них напряжения. Более извращённым способом является управление блоком питания с помощью слаботочного переключателя S1 (см схему ниже). Таким образом, красный провод должен быть постоянно подключен к плюсовой клеммой аккумулятора (ток там может протекать приличный). Насчёт жёлтого провода на выходе не совсем уверен, обычно он называется REM, т.е. remote - удалённое управление. Как я понимаю он также служит для перевода блока питания в дежурный режим (т.е. его отключение). Я нарисовал на схеме способ подключения жёлтого провода на выходе, но я такое поключение не проверял . Если будет возможность - проверю и отпишусь.

В общем, отписываюсь: всё что написано в предыдущем абзаце - наглая ложь! В)
В ходе экспериментов было установлено, что жёлтый провод является силовым как по входу, так и по выходу. К сожалению (а может и к счастью) опыты закончились как обычно - дымом и запахом сгоревшей изоляции... во-первых, после подключения на входе красного+жёлтого провода, а на выходе только красного и нагрузки 21 Вт (лампочка 12 В) напряжение на выходе просело до 9 В. Мне это сильно не понравилось и я решил посмотреть на незадействованный жёлтый провод на выходе. На нём оказалось напряжение +12В и я подумал, что это вход обратной связи. Сделав такое умозаключение, я подключил его к красному проводу на выходе и всё вроде бы заработало - напряжение стало опять 11.9 В и всё было прекрасно.
После почти часовой нагрузки на три лампочки 21Вт 12В корпус блока был сильно горячим (около 60 градусов). В этот момент было записано видео...

После этого я решил продемонстрировать папе (для него покупался преобразователь), что жёлтый провод (на стороне 12В) является измерительным для обратной связи: я рассчитывал, что когда отключу его от красного напряжение опять снизится где-то до 6 вольт или даже менее. После отключения жёлтого провода (вся нагрузка осталась на красном проводе) раздался щелчок, пошёл дым и всё погасло...

Вскрытие принесло мне озарение: я узнал, как устроен этот преобразователь, что означают те или иные провода.

NEW: Как и обещал, выкладываю фотки внутренностей. Наконец-то дошли руки. Я уже говорил, о том, что сгорел слаботочный преобразователь, это хорошо видно на вот этой фотографии.

А тут хорошо видно основной силовой преобразователь, точнее его половину:

Итак, блок питания состоит из 3х частей: первая и вторая часть собрана на микросхемах NJM2367 фирмы New Japan Radio Co (похоже китайская, хоть и называется японской) по типовой схеме включения. Обе эти части включены параллельно по входу и выходу.
Сама микросхема представляет из себя DC/DC конвертер с максимальным входным напряжением 40 В, номинальным током 5.5 А (максимум 6,5 А), тепловой защитой и защитой от превышения тока. Выполнена в стандартном корпусе ТО-220 с пятью выводами. Вот её даташит: скачать с depositfiles.ru .
Выдержки из даташита, кому качать лень:
1) Корпус и цоколевка

2) Внутреннее устройство

3) Типовая схема включения микросхемы

Итак, эти две микросхемы, включенные параллельно, дают нам в номинале 2*5.5 = 11А.
Чтобы добиться заявленных 15А конструкторы сделали ещё один стабилизатор на широко распространённой микросхеме MC34063A в типовой схеме включения. Как раз этот стабилизатор подключен по входу и выходу на красный провод (какая-то кривая китайская логика) и именно он сгорел у меня, когда я отключил жёлтый провод.
Я попробовал использовать только мощный преобразователь (тот, что собран на 2х NJM2367) и он нормально работал. Я откусил красный провод на входе и выходе и у меня получилась такая схема подключения.

На рисунке ниже приведена схема подключения DC/DC конвертера с использованием трёх проводов: красного, чёрного и жёлтого. Убрал предыдущую схему (которая была в корне неправильной). Как только нарисую правильную - выложу. На словах получается так: если нам нужен один мощный преобразователь 24 вольта в 12 вольт - берём и объединяем на входе красный с жёлтым провода и также на выходе красный с жёлтым провода. На эти объединённые на входе провода подаём +24 Вольта, а на чёрный подаём минус. Кстати, чёрный провод общий для входа и для выхода, так что в принципе можно сэкономить на одном проводе, хотя это будет и не совсем правильно.

Если же нам нужно два стабилизатора (например, один дежурный), то используем их раздельно - жёлтый провод - это "плюс" силового преобразователя, красный провод - "плюс" дежурного (слаботочного) преобразователя. Я думаю, максимальный ток слаботочного преобразователя где-то около 2 А.
Допилил более правильную схему подключения (с работающим дежурным стабилизатором):

Этот преобразователь напряжения отлично подойдет для включения компьютерного вентилятора от 24 В, когда нехватает стандартной скорости вращения от 12 вольт. Предложенная схема рассмотренная ниже позаимствована для питания УФ лампы в одном из сканнеров.

Основным компонетом конструкции является трансформатор на ферритовом сердечнике диаметром 30 мм. Если в его конструкции взять броневой ферритовый магнитопровод, то схема будет работать гораздо лучше. Броневой ферритовый магнитопровод можно взять из старого блока питания персонального компьютера, или в схеме сгоревшей люминесцентной лампы.

Медной проволоки на сердечник придётся потратить совсем чуток, причем витки можно намотать достаточно тонким проводом. Первичная обмотка состоит всего из четырех витков, две вторичные наматываются из 13 витков каждая. Первичная обмотка укладывается в противоположном направлении, по отношению к вторичным. Начало первой одной вторичной обмотки соединено с концом второй. На схеме, точками возле «спиралек», показаны начала обмоток.

Так как, для наших задач, ток на выходе не превышает 500 мА, то можно применить биполярные транзисторы типа: 2N3904, 2N4401, PN2222, MPS2222, C945, NTE123AP. Если выходной ток нужен побольше, тогда нужно взять транзисторы помощнее, например D965, (Их можно позаимствовать из фотовспышки старого фотоаппарата). Если на выходе нужен ток выше 5 А, тогда следует использовать силовые ключи на составных транзисторах, допустим TIP120 или TIP3055. Но в этом случае диоды применяемые в схеме, должны быть рассчитаны на протекающий ток свыше 10 А, а сами ключи, рекомендуется разместить на радиаторы охлождения.

Диоды в обычном исполнение подойдут любые, главное чтоб они могли запираться при обратной полярности тока за 35 наносекунд или быстрее. Можно взять диоды 1N914 и 1N4148, но учтите они рассчитаны на прямой ток не выше 4 А. При подключении к преобразователю напряжения низкоомной нагрузки, следует использовать выпрямители SUF30J, UF510, UF540, которые способны работать при больших токах 15 – 20 А.

Конденсаторы выбираем любые с изоляционной обкладко. Емкости на 100 пФ и 470 пФобычные, применяются для фильтрации высоких частот. Конденсатор на выходе схемы, с номиналом емкости 1,5 мкФ электролитический. По напряжению емкости следует выбирать в два раза выше, действующего напряжения в схеме.

Нужна на номинал около 1 мГн. Таких катушек очень много готовых в различной радиоаппаратуре.

Резисторы берем с небольшим запасом по мощности. Оптимально для данной конструкции подойдут сопротивления по 0,5 Вт.

Простой преобразователь напряжения для питания радиостанции от бортовой сети с напряжением 24В можно собрать довольно быстро. Схема легко повторяема и не содержит дефицитных и дорогих радиодеталей.

Схема представляет собой линейный стабилизатор напряжения собранный на LM7815. Для увеличения тока стабилизации на радиаторе устанавливается составной транзистор TIP142. Диоды VD1,2 установлены для защиты от не правильного подключения полярности на входе устройства. VD3,4 – защищают устройство при подаче 24V напряжения на выход устройства.

Печатная плата собрана на одностороннем фольгированном текстолите.

Детали устанавливаются на плату со стороны проводников. Транзистор VT1 устанавливается на теплоотводящий радиатор. Я использовал радиатор от старого преобразователя напряжения. Готовое устройство выглядит так:

Примерная стоимость преобразователя составляет 250 руб. Его мощности вполне хватает для питания Си-бишной радиостанции с мощностью передатчика до 15 Вт. Ток потребления данным устройством составляет 10 мА. Выходная мощность – 65Вт. Выходное напряжение – 13В.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VR1	Линейный регулятор	LM7815	1		Поиск в LCSC	В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	TIP142	1	поставить на радиатор	Поиск в LCSC	В блокнот
VD1-VD4	Диод Шоттки	1N5822	4		Поиск в LCSC	В блокнот
C1, C2		4700 мкФ 35 В	2		Поиск в LCSC	В блокнот
C3	Электролитический конденсатор	1000 мкФ 25 В	1		Поиск в LCSC	В блокнот
						Добавить все