Повышающий драйвер светодиода с плавной регулировкой яркости / Хабр
Привет, Хабр! Вы до сих пор не знаете, как работает DC-DC-конвертер, как его собрать или переделать имеющийся под свои нужды? Тогда вас заинтересует эта статья.
Рассматривать принцип работы повышающего (step-up, boost) преобразователя, а самое главное, обратную связь по току и напряжению, будем на примере самодельного светодиодного фонарика.
Импульсные преобразователи мощности (или напряжения, как исторически сложилось их название), давно стали неотъемлемой частью электронной техники. Дело в том, что химические источники тока (аккумуляторы, батарейки) дают низкое напряжение, а многим приборам, прежде всего, на вакуумных и газоразрядных лампах, требовалось высокое.
За основу для сегодняшней самоделки возьму китайский набор для сборки повышающего преобразователя c 5 до 12 вольт. Модуль носит название ICSK034A и разработан компанией icstation.
Это не просто «вор джоулей» (joule thief), а стабилизированный преобразователь, поддерживающий на выходе заданное напряжение. Но сегодня я хочу сделать не источник питания 12 В, а светодиодный фонарик с плавной регулировкой яркости. То есть управляемый повышающий стабилизатор тока для светодиода.
Итак, сегодня мы будем изучать обратную связь импульсных преобразователей мощности. Благодаря чему сможем построить конвертер с теми свойствами, которые нам нужны. Или переделать имеющийся преобразователь в такой, как нам нужно. То есть добавить или изменить обратную связь по току или напряжению. Или сделать существующую обратную связь управляемой, т. е. добавить возможность перенастройки.
Главная часть повышающего преобразователя — это катушка. По-английски катушки и конденсаторы называют реакторами, потому что в них происходит реакция, то есть противодействие.
Конденсатор противодействует изменению напряжения.
Чтобы изменить напряжение между обкладками конденсатора, следует сообщить ему электрический заряд. Заряд, помноженный на напряжение, является энергией. То есть конденсатор накапливает и отдаёт электрическую энергию.
Катушка индуктивности также противодействует изменению, но не напряжения, а тока.
▍ Принцип работы преобразователя
Повышающий преобразователь напряжения работает таким образом. Потребитель подключён к источнику питания через катушку и диод. Если ничего не происходит, то напряжение на потребителе равняется входному минус падение на диоде и активном сопротивлении катушки.
Но после катушки имеется выключатель, замыкающий цепь, состоящую из источника питания и катушки. В настоящем преобразователе это транзистор, который может быть полевым или биполярным. Также он бывает отдельным или встроенным в микросхему.
Когда этот выключатель замыкает цепь, ток в катушке растёт. Активное сопротивление катушки обычно невелико, поэтому включать следует ненадолго, чтобы ничего не сжечь.
Когда выключатель разрывает цепь, катушка пытается удерживать ток неизменным. Теперь для тока нет пути через выключатель, поэтому он пойдёт через диод к потребителю.
В результате размыкания выключателя ток снизился. В момент уменьшения тока в катушке возникает электродвижущая сила (ЭДС), то есть напряжение. Она имеет такую полярность, чтобы вызвать ток в том же направлении, куда он шёл, когда выключатель был включён.
То есть это дополнительное напряжение прибавляется к ЭДС источника. Поэтому потребитель получает большее напряжение, чем даёт первоначальный источник. Что и даёт основания называть преобразователь повышающим.
Параллельный потребителю конденсатор сглаживает скачки напряжения. Когда катушка вырабатывает электродвижущую силу, он заряжается до повышенного напряжения. Когда катушка заряжается током через выключатель, конденсатор отдаёт накопленный заряд потребителю.
Эти два реактора или интегратора, катушка и конденсатор, являются неотъемлемыми участниками процесса повышающего преобразования и обязательными составляющими преобразователя.
Также обязательным является диод, мешающий конденсатору разряжаться через выключатель. Диод пропускает ток только в одну сторону. Если потребителем является аккумулятор, диод предотвращает его разрядку через выключатель.
▍ Свойства катушки индуктивности
Напряжение на выходе преобразователя зависит от разряжающего конденсатор потребляемого тока и заряжающей его энергии, отдаваемой катушкой в каждом рабочем цикле. Энергия магнитного поля катушки с током равна индуктивности катушки, помноженной на квадрат силы тока в ней.
Со своей стороны, сила тока через катушку зависит от напряжения первоначального источника и времени, в течение которого она заряжалась. Потому что при накоплении магнитной энергии ток в катушке растёт постепенно.
Мы можем наблюдать, как медленно растёт ток (в динамике — на видео ниже). Осциллограф показывает напряжение на последовательном резисторе, которое по закону Ома зависит от тока.
Резистор, преобразующий ток в напряжение с целью измерения тока или обратной связи по току, называется шунтом.
Видим красивый экспоненциальный фрагмент кривой намагничивания, потому что катушка заряжается током как конденсатор напряжением. Когда разрываем цепь, наблюдаем вспышку неоновой лампочки.
Для пробоя межэлектродного промежутка и установления тлеющего разряда ей нужно по крайней мере 50 вольт. Скорее даже 80. Напряжение батареи 3 вольта. Видим, как катушка повышает напряжение в десятки раз.
▍ Изучаем схему
Теперь рассмотрим схему преобразователя. Он построен на микросхеме MC34063. Конденсатор С3 определяет частоту колебаний. Ёмкость 100 пикофарад соответствует самой высокой частоте этой микросхемы, 100 килогерц. То есть сто тысяч включений и отключений в секунду. Наши электронные друзья умеют работать так быстро.
Резистор R2 определяет пиковый ток выходного транзистора, то есть нашего выключателя. Это шунт. Когда напряжение на нём достигает 300 милливольт, микросхема закрывает транзистор, чем прекращает дальнейший рост тока. 300 милливольт на сопротивлении 1 Ом будет при токе 300 миллиампер.
Сопротивление R1 ограничивает ток базы выходного транзистора. Это не шунт, потому что этот резистор не превращает ток в напряжение, которое чем-либо управляет, а просто ограничивает ток по закону Ома.
Маленький светодиод D2 выполняет две обязанности. Это индикатор работы прибора, а самое главное, нагрузка холостого хода.
Нагрузка холостого хода обязательна для любого преобразователя или стабилизатора, потому что они не могут работать, когда энергия не потребляется. Нечего преобразовывать, нечего стабилизировать.
Теперь самое интересное. Любой стабилизатор имеет вход обратной связи.
Стабилизатор управляет движением чего-либо, например, электрического тока, так, чтобы напряжение обратной связи всегда равнялось определённой величине.
Линейный стабилизатор напряжения открывает выходной транзистор настолько, чтобы напряжение между выходом и ножкой обратной связи равнялось 5 вольтам, если это 7805, или 1.25 В в случае LM317.
Всё лишнее напряжение падает на транзисторе линейного стабилизатора. Этот транзистор подключён последовательно с потребителем. Поэтому ток через них один и тот же.
Пусть он равен, например, одному амперу. Напряжение питания 9 В, напряжение потребителя 5 В. То есть на транзисторе падает четыре вольта.
Мощность равна току, помноженному на напряжение. Поэтому общее потребление от источника питания составит 9 Вт. Но потребитель получит всего 5 Вт. Четыре ватта теряются на транзисторе стабилизатора. Они его нагревают.
Это пустая трата энергии, что особенно плохо в условиях автономного питания от аккумуляторов, генераторов или батарей.
Ещё линейный стабилизатор нуждается в радиаторе для охлаждения. Он имеет объём, вес и цену. Потому нищие сталкеры и туристы не любят линейных стабилизаторов, и среди энтузиастов они одними из первых в стали глубоко исследовать DC-DC-конвертеры. А некоторые перешли на тёмную сторону бестопливных генераторов, сверхъединичного КПД, красной ртути и рептилоидов.
В отличие от линейного, импульсный преобразователь полностью открывает и закрывает выходной транзистор. Когда транзистор полностью открыт, на нём падает небольшое напряжение, поэтому и тепла выделяется гораздо меньше. Ещё импульсный преобразователь умеет повышать напряжение, тогда как линейный только снижает.
Итак, вход обратной связи этой импульсной микросхемы – её пятая ножка. MC34063 управляет коэффициентом заполнения так, чтобы удерживать на ножке ОС напряжение 1.25 вольта.
Коэффициент заполнения — это соотношение промежутка времени, когда транзистор открыт, к общему периоду колебания.
На схеме к ножке обратной связи подключён делитель напряжения R3R4. Резистор R4 имеет сопротивление 1.2 килоома. Напряжение на нём почти равно 1.2 вольтам, поэтому ток будет равен одному миллиамперу.
Поэтому на резисторе R3 сопротивлением 10 кОм будет напряжение 10 В. 10 + 1.2 = 11.2, то есть почти 12 В на выходе преобразователя. Это обратная связь по напряжению.
Чтобы получить обратную связь по току, следует предусмотреть шунт, напряжение на котором при желаемом токе будет равно 1.25 В. Страница набора на сайте разработчика говорит, что преобразователь при пяти вольтах на входе и 12 на выходе выдержит 60 миллиампер.
Я планирую использовать светодиодную матрицу с рабочим напряжением около 10 вольт. То есть в ней последовательно соединены три белых светодиода. Выходит, что выходное напряжение преобразователя будет то же самое, 10 В на светодиоде плюс 1.25 В на шунте.
Но питать преобразователь буду не от пятивольтового USB-пауэрбанка, а от литиевого аккумулятора.
Его минимальное напряжение 3.7 В.
Нагрузка на катушку и транзистор повышающего преобразователя тем выше, чем ниже входное напряжение.
Микросхема в этом наборе достаточно мощная, но катушка слабая. Поэтому с выхода преобразователя можно потреблять ток (60/5)*3.7 = 44 миллиампера. Следовательно, сопротивление шунта должно быть 30 Ом.
Этот огромный светодиод может потреблять ток до 900 мА. Но в таком случае ему нужен радиатор. Если использовать более мощную катушку, можно сделать повышающий преобразователь с более высоким выходным током.
Соответственно можно установить с помощью резистора R2 больший пиковый ток, но не более полутора ампер, потому что для нашей микросхемы это предел.
Ещё я хочу добавить плавное управление яркостью. Для этого подсоединю шунт ко входу обратной связи не напрямую, а через резистор на 1.2 кОм. Вход ОС микросхемы имеет высокое сопротивление, поэтому этот резистор сам по себе ничего не изменит.
Добавим переменный резистор 50 кОм и последовательно с ним постоянный 5 кОм, чтобы предотвратить непосредственное соединение ножки обратной связи с выходом преобразователя.
Теперь напряжение обратной связи будет равно сумме напряжений на шунте и на дополнительном резисторе 1.2 кОм. Микросхема поддерживает напряжение ОС постоянным. Оно всегда равняется 1.25 вольта.
Поэтому напряжение на шунте, а соответственно и ток светодиода, будет меньше на величину напряжения на дополнительном резисторе. Это напряжение зависит от тока через переменный резистор.
Если этот ток равен одному миллиамперу, то шунту остаётся вообще ноль вольт. Иными словами, светодиод выключен.
Все или почти все знают, что светодиод питается током. Чем выше ток, тем ярче свет. При этом напряжение на светодиоде при разных токах остаётся почти постоянным.
Иногда светодиоды даже используют как стабисторы, то есть стабилизаторы напряжения.
Поэтому считаем, что напряжение на этих трёх резисторах 50к, 5к и 1.2к равно десяти вольтам.
Если ручка переменного резистора в положении 0 Ом, сопротивление этой цепи равно 6.2 килоома. Ток выше 1 миллиампера, то есть светодиод выключен.
Если ручка в положении 50 кОм, то общее сопротивление равняется 56 кОм. Ток равен 180 микроамперам.
Это 18% от одного миллиампера. Поэтому можно уменьшить сопротивление шунта на восемнадцать процентов. Выходит 26 Ом.
Получается регулятор яркости. Если светодиод всегда присоединён к выходу преобразователя, то больше ничего не нужно. Светодиод будет ограничивать выходное напряжение преобразователя.
Если светодиода нет, или выходное напряжение ниже рабочего напряжения светодиода, то есть он закрыт и не принимает участие в работе схемы, цепь управления яркостью работает как ОС по напряжению.
Ток делителя равен одному миллиамперу. То есть число вольт на выходе равно числу килоом общего сопротивления делителя. Наименьшее напряжение выходит 6.
2 вольта. Это приемлемо.
Но наивысшее напряжение получается 56 вольт, что слишком высоко. Это может повредить электролитический конденсатор и диод.
Как сделать обратную связь по напряжению так, чтобы она не мешала регулятору яркости? Нам может помочь стабилитрон. Это особый диод, подключаемый в обратном направлении.
Если напряжение на нём ниже его рабочего, он остаётся закрытым и ничего не делает. Если напряжение достигает рабочего, то стабилитрон открывается и стабилизирует напряжение.
То есть когда светодиод подключён, стабилитрон не мешает работе фонарика. Когда светодиода нет, выходное напряжение будет равно 12 + 1.25 = 13.25 В. Или меньше, в зависимости от положения регулятора яркости.
▍ Сборка и испытания
Теперь можно собрать преобразователь с теми изменениями схемы, которые мы сейчас разработали.
Фонарик неплохо светит и освещает. Если напечатать на 3D-принтере или изготовить иным способом хороший корпус, то получится полезный экономный фонарик.
Ещё не помешает добавить контроллер зарядки, желательно современный, чтобы быстро заряжать аккумулятор.
Потребление тока на холостом ходу меньше десяти миллиампер. Это много, но энергия тратится не на пустой нагрев, а на работу красного светодиода, благодаря которому фонарик легко отыскать в темноте. Конечно же, можно и нужно добавить выключатель питания.
При максимальной яркости цепь потребляет 130 мА. То есть аккумулятора типоразмера 18650 хватит на сутки или несколько суток, в зависимости от яркости и времени использования. Следует учитывать, что ЭДС аккумулятора при разрядке снижается. При неизменной мощности преобразования растёт потребляемый ток.
900-миллиамперная матрица работать от преобразователя отказалась. Ей нужно по крайней мере 200-300 мА. Маленький ток матрица просто съедает и даже не светится.
Поэтому я сделала матрицу 2p3s (два параллельно, три последовательно) из обычных 5-миллиметровых белых светодиодов.
Выходит допустимый ток 2*20 = 40 мА, рабочее напряжение 3*3.3 = 10 В. Снижать сопротивление шунта до 26 Ом не стала, оставила 30. Тем более, что как раз такой резистор у меня был в наличии.
Подобным образом можно переделать в драйверы светодиодов или блоки питания для мастерской и другие DC-DC преобразователи. Обратная связь по току — это ещё и защита от перегрузки или короткого замыкания.
Например, так выглядел драйвер фары электромопеда на базе понижающего преобразователя. В правой части фото несимметричный мультивибратор — электронный прерыватель для зуммера, который пришлось сделать потому, что штатный прерыватель в зуммере не работал.
Опишите в комментариях свой опыт работы со светодиодами и преобразователями напряжения.
Блок питания (005) коробка
Начинающим набор конструктор Блок питания. (005)
При сборке любой электронной схемы возникает вопрос: «от чего будет питаться эта схема?» Основных два варианта- это химические источники тока ( батарейки или аккумуляторы) или блок питания, который будет преобразовывать переменное напряжение сети в постоянное с параметрами, необходимыми для работы устройства.
Основными из этих параметров является напряжение и ток, выдаваемые блоком питания. Потом следуют другие параметры, может быть не главные, но в отдельных случаях необходимые для каких-то отдельных схем. Например, при изготовлении блока питания для акустических усилителей немаловажное значение имеет коэффициент пульсаций, т.е. если блок питания будет плохо сглаживать выпрямленное диодным мостом переменное напряжение, то эти пульсации с частотой 50Гц будут прослушиваться в динамиках усилителя. В некоторых случаях важное значение имеет стабильность выходного напряжения блока питания при изменении нагрузки в допустимых пределах, например для питания видеокамеры и других сложных схем. Есть ещё несколько параметров блоков питания, но в нашем случае они не являются определяющими и мы на них останавливаться не будем. В этом разделе на примере стабилизированного блока питания рассмотрим все вышеперечисленные параметры и процессы преобразования напряжения и тока. На Рис.1 изображена схема стабилизированного сетевого блока питания, преобразующего переменное сетевое напряжение 220 вольт (переменное напряжение на схемах обозначается АС) в постоянное напряжение (обозначается DC) с возможностью регулирования и стабилизации выходного напряжения.
Рассмотрим последовательно все процессы. Сначала из сети напряжение 220вольт с частотой 50 герц (т.е. за одну секунду напряжение в сети меняется с плюса на минус и наоборот 50 раз) поступает через предохранитель Пр1, предназначенный защитить трансформатор от «короткого замыкания», на первичную ( I ) обмотку трансформатора (ещё её называют сетевой). Ток, протекающий через первичную обмотку, возбуждает в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле, соответственно с частотой 50Гц, которое в свою очередь приводит к возникновению переменного тока во вторичной ( II ) обмотке. Если количество витков в обоих обмотках будет одинаково, то напряжение на вторичной обмотке практически будет равно напряжению в первичной, т.е. 220 вольт (практически,- потому что во время трансформации напряжения происходят незначительные потери на преобразовании). Если мы изготавливаем блок питания для анодной цепи лампового усилителя с напряжением 440 вольт, то количество витков во вторичной обмотке должно быть в 2 раза больше, чем в первичной.
Но в нашем случае мы будем изготавливать блок питания с низким напряжением (до 30 вольт). Надо не забывать, что при определённом напряжении, электрический ток становится опасным для жизни!!! Это означает, что до определённого значения напряжения ток, протекающий через тело человека, не представляет угрозы, а при увеличении напряжения до опасного, соответственно увеличивается и ток. Именно ток, достигнув опасного уровня, протекая через тело и внутренние органы человека, может принести непоправимый урон. Принято, что безопасными в обычных условиях являются переменное напряжение до 36 вольт и постоянное до 40 вольт, а в опасных (сырые помещения, мокрый пол и др.) условиях до 24 вольт. Продолжим: мы решили, что для питания наших будущих схем нам будет достаточно, если наш универсальный блок питания будет вырабатывать на своём выходе напряжение от 3 до 24 вольт. С учётом потерь на падении напряжения на выпрямительных диодах, микросхеме стабилизатора, напряжение вторичной обмотки должно быть около 30 вольт, т.
е. возьмём соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток как 7:1. Считаем: если напряжение в сети равно 220В, то напряжение на вторичной обмотке равно 220в : 7 = 31В или если первичная обмотка содержит 2100 витков провода, то для вторичной обмотки нам необходимо намотать 2100:7=300 витков. А с учётом трансформации мощности, вторичную обмотку (грубо) мы можем намотать проводом сечением в 7 раз больше, чем первичная обмотка (не путайте сечение провода, т.е. площадь, измеряемую в мм квадратных, с диаметром провода, измеряемых в мм ). Для примера: у нас есть трансформатор от старого видеомагнитофона ВМ-12. Первичная обмотка намотана медным проводом диаметром 0,28 мм и содержит 1180 витков. Считаем количество витков во вторичной обмотке: 1180:220в (напряжение в сети) =5,3636 витков на 1 вольт напряжения, далее нам необходимо напряжение на вторичной обмотке около 30 вольт: 5,3636 х 30в = 160 витков. Диаметр провода первичной обмотки переводим в сечение: Д=0,28мм делим на 2 = 0,14мм (радиус провода) , далее по известной формуле S = 3,14 x R2 получаем S = 3,14х0,14мм2= 0,062мм2.
Трансформируем это значение в сечение вторичной обмотки: 0,062мм2х7= 0,434мм2. Теперь это сечение обратно переводим в диаметр: 0,434мм2 : 3,14=0,1382мм2 и извлекаем из этого значения квадратный корень: = 0,37мм – это радиус, который умножаем на 2 и получаем диаметр провода вторичной обмотки =0,74мм. Мощность данного трансформатора равна 42 ватта. Посмотрим, достаточна ли мощность этого трансформатора для нашей схемы? Максимальный ток микросхемы стабилизатора составляет 1,5 ампера. Максимальное напряжение питания, необходимое для будущих схем будет равно 24 вольтам, т.е. максимально необходимая мощность потребления равна 24В х 1,5А= 36Вт, т.е. мощности трансформатора достаточно для работы нашей схемы во всём диапазоне токов и напряжений. Разобрались с трансформатором. Далее переменное напряжение с выхода вторичной обмотки поступает на диоды (в различных описаниях может встречаться понятие вентили) выпрямительного моста Д1-Д4. Форма переменного напряжения сети имеет вид синусоиды. На Рис.
3 в верхней части показана форма напряжения на входе моста, а в нижней части на выходе выпрямителя. Как видно из этого рисунка, выпрямленное напряжение имеет большие пульсации и практически непригодно для питания электронных схем. Чтобы оно стало пригодным, его надо в первую очередь отфильтровать. Эту роль в нашей схеме будет играть электролитический конденсатор С1, который будет компенсировать «провалы между волн» отдачей в схему собственного заряда, получаемого им в момент достижения максимального значения выпрямленного напряжения, в результате чего пульсации тока после выпрямителя будут очень малы, а форма напряжения будет стремиться с прямой, обозначенной на Рис.3 прямой Ud. Здесь надо остановиться на одной особенности: допустим мы собрали и подключили только трансформатор и диодный выпрямитель без конденсатора. При измерении напряжения на выходе выпрямителя вольтметр покажет не максимальное значение, достигаемое каждой полуволной, а действующее, обозначенное прямой Ud т.е. если вы рассчитали вторичную обмотку на 30 вольт, то измеренное переменное напряжение на вторичной обмотке и выпрямленное постоянное напряжение на выходе моста будут приблизительно одинаковыми (при выпрямлении на каждом диоде «теряется» около 0,4 вольта.
Учитывая, что в каждом плече 2 диода, то падение напряжения составит 0,8 вольта. Это надо учитывать при разработке низковольтных выпрямителей с напряжением 1,5 – 3 вольта) и будут около 30 вольт. Но как только мы подключим к выходу моста фильтрующий конденсатор С1, он зарядится до максимального значения напряжения полуволны выпрямленной синусоиды, т.к. нагрузки пока нет и разряжаться конденсатору пока не на что. Как видно из рисунка, напряжение на конденсаторе увеличится на 1 /3 волны ,т.е при действующем напряжении 30 вольт, напряжение может составить 45 вольт. Это надо учитывать при подборе максимально допустимого рабочего напряжения конденсатора (в нашем случае по существующим стандартам напряжений конденсаторов ближайший должен быть не менее 50 вольт, а учитывая возможные скачки напряжения сети, лучше поставить конденсатор с напряжением 63 вольта). Так же это необходимо учитывать при подключении простого блока питания (адаптера), состоящего из выпрямителя и конденсатора. В этом случае сначала блок питания подключается к схеме (нагрузке), затем в сеть.
Теперь остановимся на ёмкости конденсатора С1 и типе диодов выпрямителя. При подборе сглаживающего конденсатора необходимо пользоваться следующим правилом: на 1 ампер рассчитываемой нагрузки, минимальная ёмкость должна составлять 1000МкФ. В нашем случае при максимальном токе в 1,5А ёмкость не должна быть менее 1500МкФ. С учётом выпускаемых основных стандартов, ближайшее значение будет 2200Мкф. И это минимальное значение. Для улучшения сглаживающих возможностей конденсатора можно поставить 4700МкФ. С конденсатором С1 разобрались. Диоды выпрямителя: два основных параметра – максимальное рабочее напряжение диодов и максимальный ток. В нашей схеме ток будет до 1,5А, значит диоды (или готовый диодный мост) должны быть с рабочим током 2 или более ампер и напряжением (учитывая наше максимально возможное значение в 45В плюс мы допускаем скачки в сети), оно должно быть не менее 100В (т.к. как правило диоды выпускают на 50В, потом 100В, 200В и т.д.). Далее подключаем микросхему стабилизатор напряжения КР142ЕН12А (можно КР142ЕН12Б, но у неё параметры «послабее»).
На рис.6 корпус микросхемы с обозначением выводов. Вход и выход микросхемы подключаются в соответствии со схемой на рис.1 Управляющий вывод 1 подключается к регулируемому делителю напряжения, состоящему из переменного резистора R1 и постоянного R2. Корпус микросхемы необходимо установить на алюминиевый радиатор площадью не менее 200 см2 т.к. при средних и максимальных нагрузках она будет сильно нагреваться, что может привести к её поломке, для улучшения теплоотдачи между корпусом микросхемы и радиатором необходимо положить небольшое количество теплопроводящей пасты КПТ-8. Значение ёмкости конденсатора С2 может быть в пределах 25 – 100 МкФ, рабочее напряжение (с учётом нашего максимального напряжения на выходе в 24В плюс запас) должно быть 35В и выше. Для контроля параметров выдаваемого блоком питания напряжения и тока, желательно дополнить его контрольно – измерительными приборами: вольтметром и амперметром (рис.2) желательно с предельными показаниями амперметра 1,5 – 3 ампера и вольтметра 30В (если нет, можно до 50В, но будет теряться точность измерений).
Если вам потребуется блок питания большей мощности, с большей отдачей по току, можно доработать рассмотренный выше блок питания дополнительным транзистором p-n-p (рис.5) или n-p-n (рис.4) проводимостью. В этом случае микросхема будет выступать регулятором напряжения для транзистора, который будет играть ключевую роль, соответственно основной радиатор большей площади необходимо установить на этот транзистор. Например КТ816 допускает ток до 3 ампер. КТ818,819 до 10 ампер (в нашем случае при нашем максимальном напряжении необходимо использовать КТ816В или Г).
Если для питания устройства требуется применить блок
питания с каким-то фиксированным напряжением, можно использовать микросхемы этой же серии КР142ЕН** (5А является 5 вольтовой, 5Б=6В, 8А=9В, 8Б=12В, 8В=15В, 9А=20В, 9В=24В). Схемы включения этих микросхем одинаковые (рис 7), но значение выводов ЕН12 и ЕН5-9 различное.
ВЫПУСК 005.
Блок питания стабилизированный с плавной регулировкой выходного напряжения от 3 до 12 вольт и блок питания с фиксированными напряжениями: 5, 6, 9, 12 вольт с током нагрузки до 0,5 ампер.
1. Трансформатор 220/15В 0,5А (1 шт.),
2. Монтажная плата для КР142ЕН12 (1 шт.),
3. Монтажная плата для КР142ЕН5А-8Б (1 шт),
4. Радиаторы для микросхем (2 шт.)
5. Конденсаторы электролитические 470 МкФ 25 В (4шт),
6. Постоянные резисторы: 10 к (гасящий ток для светодиода) (2 шт.)
240 Ом (R2 для КР142ЕН12) (1 шт.)
7. Переменный резистор R1 (регулятор напряжения КР142ЕН12) (1 шт.),
8. Микросхема КР142ЕН12 (LM317) (регулируемая) (1 шт.),
9. Микросхема КР142ЕН5А (7805) (5 вольт) (1 шт.),
10. Микросхема КР 142ЕН5Б (7806) (6 вольт) (1 шт.),
11. Микросхема КР 142ЕН8А (7809) (9 вольт) (1 шт.),
12. Микросхема КР 142ЕН8Б (7812) (12 вольт) (1 шт.),
13. Светодиоды (индикатор напряжения) (2шт.
),
14. Предохранители 0,25А (2 шт.),
15. Выпрямительные диоды (8 шт.),
16. Монтажные провода,
17. Термоусаживаемая трубка (для изоляции держателя предохранителя),
18. Винт М3 (2 шт),
19. Гайка М3 (2шт),
20. Пластиковый контейнер с деталями,
21. Вилка сетевая,
22. Провод для сетевого шнура,
23. Держатель предохранителя,
24. Схема и описание.
Почему в электромобилях до сих пор используются 12-вольтовые батареи?
Год за годом технология литий-ионных аккумуляторов совершенствуется, а запас хода и производительность электромобилей стремительно растут. Теперь мы видим электрические пикапы с ускорением, которое не так давно было бы ускорением суперкара, седаны с запасом хода в 520 миль, а также Hyundai и Kias, использующие зарядку на 800 вольт.
И все же, большинство электромобилей и PHEV на дороге прямо сейчас, независимо от их диапазона или времени разгона от 0 до 60 миль в час, зависят от реликвии, чтобы двигаться: 12-вольтовая батарея, обычно свинцово-кислотная. . У вашей Tesla Model 3 Performance могут быть два двигателя и способность дрейфовать, но ее литиевая тяговая батарея бесполезна без помощи батареи, которую вы можете увидеть на полках в местном магазине O’Reilly. И если вы убьете его, вы будете кирпичом, независимо от того, сколько заряда осталось в высоковольтной батарее. На этой фотографии выше Bronco запускает Leaf, а не наоборот. Вода, вода повсюду, но ни капли для питья. Это почему?
Есть несколько причин. Во-первых, у электромобиля есть две разные потребности, когда речь идет об отправке электронов: движение автомобиля и все остальное. Движение обеспечивается большой, дорогой, новейшей и лучшей высоковольтной батареей, потому что вам нужна молния в бутылке, если вы хотите проехать четверть мили за 9,4 секунды.
Для зарядки чем больше напряжение, тем лучше. Но для включения стереосистемы не требуется 800 вольт. И вы бы не хотели, чтобы это проходило через каждую трассу в машине по разным причинам. Безопасность, например.
Мы спросили инженеров Hyundai по производству электромобилей, почему 12-вольтовая батарея продолжает работать, и Райан Миллер, менеджер по разработке электрифицированных силовых агрегатов, ответил. «Все ЭБУ в автомобиле питаются от низкого напряжения, а также силовые реле, которые отделяют питание от высоковольтной аккумуляторной батареи и остальной части высоковольтной сети в автомобиле», — сказал он. «Это разделение позволяет нам безопасно отключать высокое напряжение от низкого напряжения, когда транспортное средство не движется или в случае аварии». Вы не хотите, чтобы службы экстренного реагирования боролись с дверными замками, работающими от мистера Фьюжн Дока Брауна.
Плагин Ford Escape Hybrid 2022 года оснащен аккумулятором, обеспечивающим запас хода в 37 миль.
А еще этот.
В игре также есть наследственная ситуация. Все — производители и поставщики — знают, как заставить 12-вольтовую систему работать недорого и надежно. Даже если вам удастся разрядить 12-вольтовую батарею, вы можете отсоединить старые соединительные кабели или Weego и решить проблему за минуту или две. Учитывая все другие финансовые и технические проблемы, связанные с созданием электромобиля, использование 12-вольтовой системы для автомобильных компьютеров и аксессуаров имеет смысл. Это особенно верно в случае подключаемых гибридов, которые часто сохраняют как можно больше общего со своими традиционными кузенами с двигателем внутреннего сгорания. Подключаемый Ford Escape Hybrid использует аккумуляторную батарею на 14,4 кВтч, которой хватает на 37 миль пробега по рейтингу EPA, но все это питается от олдскульного свинцово-кислотного 12-вольтового аккумулятора, прикрученного болтами к запасному колесу под капотом. задний грузовой пол.
Компания Hyundai подключила 12-вольтовую систему к высоковольтной батарее, чтобы ее автомобили могли самостоятельно запускаться от внешнего источника.
Автомобиль и водитель Еще неизвестно, примет ли мир какое-то другое общее напряжение — 24 вольта или 48, — но пока царит 12-вольтовая система. Будет ли это всегда означать, что отдельная батарея будет одинаково хорошо работать в Chevelle 1968 года — вопрос открытый. Hyundai, например, посчитала абсурдным запуск электромобиля или гибрида от внешнего источника и подключила свои низковольтные системы к большой тяговой батарее, что позволило электрифицированным автомобилям Hyundai запускаться от внешнего источника, когда вы нажимаете кнопку «Сброс батареи 12 В» на панели управления. бросаться. И хотя эта кнопка вызывает в воображении образ вашего стандартного свинцово-кислотного аккумулятора AC Delco, низковольтные системы на самом деле питаются от 14-вольтовой литий-ионной батареи, которая находится внутри высоковольтной аккумуляторной батареи.
Вы не найдете его в местном магазине автозапчастей.
Так что вполне возможно, что 12-вольтовая система продолжает жить. А сама батарея на 12 вольт? Это другой вопрос.
Этот контент импортирован из OpenWeb. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
Различия между батареями 12 В и 6 В
Параллельные, последовательные, отдельные и т. д.! Существует множество различных способов настройки вашей аккумуляторной системы, и выяснение того, как вы хотите их подключить, часто приводит к следующему вопросу: в чем разница между батареями 12 В и 6 В? Вот краткое изложение того, что отличает их и как они работают!
Макияж и принцип его работы
Батарея состоит из ячеек с химическими веществами, которые перемещают ионы туда и обратно для создания электричества. Каждая ячейка в аккумуляторе глубокого разряда может производить около 2 вольт. Батарея 6 В состоит из 3 ячеек, что в сумме дает 6 вольт, а батарея 12 В имеет 6 ячеек, что в сумме дает 12 вольт! Чтобы действительно понять, как это работает, вы должны понимать напряжение и то, что оно делает.
Напряжение
Напряжение – это сила, с которой движется электричество. Пластины внутри батареи толкают электроны с одной стороны на другую. Чем выше напряжение в аккумуляторе, тем сильнее этот толчок. Представьте себе шланговый кран. Когда вы включаете его только немного, вода только слегка проталкивается к концу шланга. Если включить до упора, вода с силой проталкивается к концу шланга. Затем вы получаете больше воды с большей скоростью. При расчете напряжения оно всегда обозначается заглавной 9.0033 В . Вам нужно будет запомнить это позже, когда мы обсудим, как работает система RV и как подключить батареи, чтобы получить наилучшую настройку.
Ток
Ток , исходящий от батареи, представляет собой поток электронов. Помните, что напряжение — это то, что его толкает, поэтому ток — это его фактическое движение. Возвращаясь к шлангу, где напряжение — это кран и насколько высоко он поднят, вода, текущая по шлангу, — это ток. Вы часто будете видеть, что вещи относятся к ампер , а это измерение тока.
При расчете тока он всегда представляется в верхнем регистре I . Помните об этом и в следующем разделе.
Сопротивление
Некоторые вещи могут нарушить ток так же, как вещи могут нарушить поток воды. Перегиб или засор шланга не меняет давления в кране, но замедляет поток воды, проходящей через его конец. Такие вещи, как поврежденные провода, могут точно так же замедлять ток. это сопротивление найдено. Размер провода обычно соответствует тому, где вы обнаружите наибольшее сопротивление. Вы могли заметить, что чем меньше провод, тем больше у него номер «калибра». Это связано с тем, что это число представляет не размер провода, а величину сопротивления, которое провод дает току.
Мощность
Результатом увеличения тока по напряжению является мощность . Примеры включают свет, который загорается, когда ток течет по нити накала, или телевизор, показывающий изображение, когда оно катится по печатным платам, и так далее. Увеличение тока или напряжения даст вам больше энергии.
Мощность измеряется в ваттах и обозначается заглавной 9.0033 P когда мы работаем с уравнением.
Расчет
Выяснение необходимой мощности полезно при выяснении того, как подключить батареи и какие из них использовать. Для этого мы собираемся избавиться от некоторых наших старых математических навыков. Помните буквы, о которых мы говорили в последних нескольких разделах:
В = Напряжение
I = Ток
P = Мощность (в ваттах)
Возьмем простой пример лампочки. В этом примере предположим, что вы хотите питать лампочку мощностью 60 ватт от батареи на 6 В. Что нам нужно знать, так это ток, необходимый для того, чтобы это произошло. Ток рассчитывается путем деления мощности на напряжение. Таким образом, для этого примера уравнение будет выглядеть примерно так:
60P/6V = 10 ампер (или 10I)
Теперь давайте посмотрим на то же уравнение, но с использованием 12-вольтовой батареи!
60P/12V = 5 ампер (или 5I)
Это вдвое сократило ток, необходимый для питания лампы.
Это исключительно хорошая вещь, если вы испытываете большое сопротивление в своих проводах. Электрическая система теперь более эффективна, и ваша батарея будет работать дольше.
Соединение батарей
Теперь мы знаем, что более высокое напряжение более эффективно. Итак, как вы можете соединить свои батареи вместе, чтобы получить максимальную эффективность? Есть несколько разных способов сделать это, которые приведут к разным результатам. Давайте посмотрим и посмотрим, что происходит!
Серия
Соединение батарей в серию удвоит напряжение! Вот как вы можете получить систему 12 В из двух аккумуляторов 6 В. По сути, вы хотите связать их, чтобы они работали вместе как одно целое. Чтобы подключить это, у вас будет батарея A и батарея B, чтобы было меньше путаницы. Начните с аккумулятора А и подключите положительный штырь к системе RV. Подсоедините отрицательный полюс батареи А к положительному полюсу батареи В. После этого отрицательный полюс батареи В соедините с землей.
Теперь это обеспечивает тот же ток, но при более высоком напряжении, поскольку обе батареи используют свои ячейки для увеличения тока.
Параллельный
Параллельное соединение аккумуляторов просто увеличит емкость вашей системы. Это не повлияет на напряжение, но позволит вам работать в вашей системе больше часов без замены батареи. Соедините положительный кабель аккумулятора А с положительным кабелем аккумулятора В, затем аналогично с отрицательным. Теперь протяните кабель от положительного вывода аккумулятора B к системе RV и от отрицательного вывода к земле. Соединяйте батареи только с одинаковым напряжением в параллельной системе.
Параллельная серия
Итак, что делать, если у вас есть четыре батареи по 6 В, вы хотите, чтобы они питались от 12 В, но не хотите менять их, когда разрядится одна батарея? Вы ведете параллельную серию!
Теперь у нас есть батареи A, B, C и D. Подключите положительный полюс батареи A к системе RV, а отрицательный полюс к положительному полюсу батареи B.
