Схема. Повышающий ШИМ конвертер

Схема Повышающий ШИМ конвертер 1
      Повышающий или усиливающий контур преобразует низкое напряжение в более высокое выходное напряжение. Схема состоит из катушки индуктивности , конденсатора, диода и переключателя (транзистор), который включается и выключается с помощью модуляции длительности импульса (ШИМ) сигнала. Один переключающий цикл имеет период Т, состоящий из повременного t1 и вневременного Т — t1.

      В ШИМ-сигнале, по времени переключатель замкнут (нижний график рис. 1). Входное напряжение Ue подключено через катушку индуктивности L1 и обеспечивает питание Ue имея достаточно низкий импеданс будет производить линейный рост тока IL через катушку, накопленную увеличенную энергию в магнитном поле. Когда откроется переключатель, исчезновение магнитного поля катушки индуцирует обратное напряжение через катушку. Это наведенное напряжение добавляется к напряжению питания в цепи, а также обеспечивает прямой ток через диод, где энергия, накопленная в конденсаторе. Можно сказать, что энергия в магнитном поле — которая хранится в основном в ферритовом сердечнике катушки — передается через диод с конденсатором на стадии выключения.
Схема Повышающий ШИМ конвертер 2

Схема повышающего ШИМ конвертера

      Рисунок 2 показывает, как сконфигурирована схема повышающего преобразователя с L1, D1, C8 и T1 MOSFET. Микроконтроллер Atmel ATmega8 — 16PU вместе с соответствующей прошивкой производит ШИМ сигналы для переключения транзистора T1. Сигнал ШИМ поступает от контакта PB1 с частотой 66 кГц, используя режим внутреннего быстрого ШИМ. Выходное напряжение контролируется на знак/пустота отношение переключения ШИМ сигнала, и микроконтроллер должен ощущать уровень выходного напряжения, чтобы контролировать сигнал. Эта обратная связь по напряжению происходит через делитель напряжения, образованный R6, R7 и Р2. Datasheet показывает, что уровень опорного напряжения может быть между 2,3 и 2,9 В и P2 допускает некоторую степень калибровки цепи. Если значения резистора не позволяют осуществить достаточную регулировку или если значение R7 ( 43 кОм) затруднительно подобрать, в прошивке могут быть сделаны корректировки, для компенсирования. Чтобы настроить схему можно использовать вольтметр для измерения выходного напряжения и настройки предустановки, пока отображаемое значение не будет соответствовать значению на вольтметре.

      АЦП встроенный в микроконтроллер дает разрешение 10 бит. Прошивка вычисляет напряжение с помощью делителя напряжения, состоящего из 47 кОм (R7 + Р2) и 2,7 кОм (R6). Этот дает измерение разрешением 46 мВ (((49,7 кОм/2.7 кОм) x2.56 V)/1023). Наблюдая показания на LCD, можно изменять напряжение с шагом 0,04-0,05 В. У повышающих преобразователей, использующих эту топологию нет какого-либо встроенного ограничения тока. Чтобы уменьшить возможность перегрузки, шунтирующий резистор R5 включен в выходной контакт заземления, а падение напряжения измеряется с помощью второго АЦП на входе контроллера. Прошивка теперь регулирует импульсы переключения преобразователя сигнала, чтобы уменьшить выходной ток прежде чем преобразователь войдет в периодический режим.
    Схема Повышающий ШИМ конвертер 3   
      Цепь C10 , C11/R8 подавляет любой радиочастотный шум на входе АЦП. ЖК-дисплей используется для отображения рабочих параметров (через меню выбора), таких как выходное напряжение и ток. Схема снабжена тремя кнопками: S1 сбрасывает микроконтроллер в то время как S2 и S3 обеспечивают увеличение/ уменьшение выходного напряжения. С нажатием обеих кнопок одновременно, программное обеспечение введет режим ограничения тока согласно показаниям дисплея. В этом режиме S2 и S3 теперь могут быть использованы для увеличения и уменьшения значения предельного тока. Через некоторое время после последнего нажатия кнопки, дисплей возвращается к исходному отображению.
      Светодиод D3 означает, что входное напряжение присутствует. Если выходит из строя предохранитель F1, то, возможно что схема, потребляет избыточный ток или что внешний источник питания неисправен. Светодиод D2 означает, что ограничитель тока активен.

Конструкция и детали
      Кнопка сброса S1 устанавливается непосредственно на плату, потому что она необходима лишь иногда. Кнопки S2 и S3 подсоединены проводами к контактным площадкам на плате: вверх, общий и вниз.
      Светодиоды должны быть установлены, где они будут видны. Подстроечник P1 обеспечивает регулировку контрастности ЖК- модуля. Перемычка JP2 подключает подсветку дисплея, ее можно заменить переключателем, если необходимо.

      Небольшой теплоотвод используется для охлаждении полевого транзистора. Теплоотвод с тепловым сопротивлением 21 К / Вт достаточен для выходного тока до 1 А. Диод D1 можно использовать в стандартном круглом корпусе или в TO220. Электролитические конденсаторы С7 и С8 используемые в схеме переключения требуют определенного внимания. При частоте переключения 66 кГц важно использовать конденсаторы с низкими потерями. Стандартные электролитические конденсаторы не подходят для этого.
      Стандартный разъем ISP установлен в K5, для программирования микроконтроллера. Контроллер должен быть включен через стабилизатор 7805 (IC2) в процессе программирования. Напряжение питания на выводе 2 K5 используется адаптером программирования (AVRISP mkll например), чтобы определить, напряжение питания микроконтроллера (3,3 В или 5 В).

      Перемычка JP1 должна быть удалена при программировании чтобы МОП-транзистор был выключенным. В противном случае транзистор может включиться и закоротить схему по питанию, вызвав перегорание предохранителя. R3 соединяет затвор с общим проводом, при удалении JP1, чтобы обеспечить выключенное состояние транзистора. Будьте осторожны, не забудьте удалить эту перемычку перед программированием!
      Емкость затвора транзистора вводит задержку, когда МОП-транзистор включается или выключается. Это приводит к увеличению рассеиваемой мощности в Т1, потому что исток-сток не переключается сразу, проходя через резистивные стадии, когда мощность рассеивается в устройстве. Высокий коммутируемый ток сможет снять заряд затвора быстрее и привести к времени переключения с меньшим тепловыделением более быстрыми транзисторами. Стандартный вывод ATmega может обеспечить около 30 мА и, следовательно это относительно слабый источник тока.
Схема Повышающий ШИМ конвертер 4
      Максимальный уровень выходного напряжения ограничивается напряжением D1 и Т1. Таким образом, эти два компонента первые кандидаты на замену для улучшения схемы. Схема в ее нынешнем виде только показывает, как могут быть построены повышающие преобразователя и действует как стимул для дальнейшего совершенствования.

Список компонентов
Резисторы
R1, R3, R9 = 10 кОм 5% 250 мВт
R2 = 10 Ом 5% 250 мВт
R4, R6 = 2.7 кОм 5% 250 мВт
R5 = 0.22 Ом 5% 1 Вт
R7 = 43 кОм 1% 600 мВт
R8 = 1,5 кОм 5%
R10 = 4.7 Ом 5 % 250 мВт
Р1, Р2 = 10 кОм 20% 0,15 Вт

Конденсаторы
С1, С2, С5, С6 , С9 = 100 нФ 5% 63В, керамика, 5 мм или 7,5 мм шаг
С3, С4 = 22 пФ 5 % 50V , 5мм шаг
С7 = 1000 мкФ 20% 25V, Ø12.5mm, 5мм шаг
С8 = 1000 мкФ 20% 63V, Ø16mm, 7,5 мм шаг
С10, С11 = 10nF 10% 100V, 5мм шаг, керамический

Полупроводники
D1 = MBR3100G
D2 = светодиод, красный, 3 мм
D3 = светодиод, зеленый, 3 мм
T1 = IRL540NPbF
IC1 = ATmega8 — 16PU
IC2 = 7805

Разное
L1 = 100 мкГн 5А 20%, 8мм шаг
X1 = 16 МГц кварцевый резонатор, HC49
LCD1 = ЖК 2×16 знаков

Прилагаемые файлы:   120460-11.zip

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *