Bipolär strömförsörjning från färdiga kinesiska dc-dc step down LM2596-moduler. Step-down spänningsomvandlare på LM2596 från Stone Age Lm2596 strömförsörjningskrets

LM2596 - buck converter likström, den produceras ofta i form av färdiga moduler, kostar cirka $1 (sök efter LM2596S DC-DC 1.25-30 V 3A). Genom att betala $1,5 kan du köpa en liknande modul på Ali med LED-indikering av in- och utspänning, stänga av utspänningen och finjustera knappar med visning av värden på digitala indikatorer. Håller med - erbjudandet är mer än lockande!

Under är kretsschema på detta omvandlarkort (nyckelkomponenter är markerade på bilden i slutet). Vid ingången finns skydd mot polaritetsomkastning - diod D2. Detta kommer att förhindra att regulatorn skadas av felaktigt ansluten inspänning. Trots att lm2596-chippet kan bearbeta ingångsspänningar upp till 45 V enligt databladet, bör inspänningen i praktiken inte överstiga 35 V för långvarig användning.

För lm2596 bestäms utspänningen av ekvationen nedan. Med motstånd R2 kan utspänningen justeras från 1,23 till 25 V.

Även om lm2596-chippet är designat för en maximal ström på 3 A vid kontinuerlig drift, är den lilla ytan på foliemassan inte tillräcklig för att sprida den alstrade värmen över hela kretsens driftsområde. Observera också att effektiviteten hos denna omvandlare varierar mycket beroende på ingångsspänning, utspänning och belastningsström. Verkningsgraden kan variera från 60 % till 90 % beroende på driftsförhållanden. Därför är värmeavlägsnande obligatoriskt om kontinuerlig drift sker vid strömmar på mer än 1 A.

Enligt databladet måste framkopplingskondensatorn installeras parallellt med motstånd R2, speciellt när utspänningen överstiger 10 V - detta är nödvändigt för att säkerställa stabilitet. Men denna kondensator finns ofta inte på kinesiska billiga inverterkort. Under experimenten testades flera kopior av DC-omvandlare under olika driftsförhållanden. Som ett resultat kom vi till slutsatsen att stabilisatorn LM2596 är väl lämpad för låga och medelstora matningsströmmar för digitala kretsar, men för högre uteffektsvärden krävs en kylfläns.

Det visar sig att du på mikroenheten LM2596 enkelt kan montera ett fullfjädrat stabiliserat nätaggregat som kan användas i nästan alla laboratorienätaggregat med skydd mot eventuella kortslutningar.

Maximalt tillåtna egenskaper och egenskaper:

Utländska analoger: En komplett analog till denna mikrokrets är MIC4576BU-chippet

Typisk mikrokretsanslutningskrets:

Alla komponenter i kretsen som används för att montera strukturen i den första versionen motsvarar i nominella värden de som anges i databladet (se arkivet på länken ovan), bara inställningsmotståndet på femtio kilo-ohm kunde inte hittas, så istället för det finns ett motstånd på 47 kilo-ohm. Fördelen med denna spänningsstabilisator kan anses vara minimal uppvärmning vid höga strömmar, vilket är något som typiska KRENOK och LM317 mikroenheter inte kan skryta med.

Dessutom kan en signal skickas till den femte delen av mikroenheten för att stänga av enheten.

Alternativ 2 - Justerbar spänningsregulator baserad på LM2596T-chippet

LM2596T, som arbetar i pulsläge, har en ganska hög verkningsgrad och tillåter strömmar med ett nominellt värde på upp till 2 A att flöda genom sig själv, utan att det krävs en kylfläns. För höga belastningsströmmar är det nödvändigt att använda en radiator med en yta på minst 100 cm2. Dessutom bör radiatorn fästas på mikroenheten med värmeledande pasta typ KPT-8.

Kretsen kan konfigureras för vilken annan fast utspänning som helst, det vill säga använda stabilisatorn som en DC-DC-omvandlare. För att göra detta måste du ersätta resistans R2 med ett motstånd som beräknas med följande matematiska formel:

R 2 = R 1 × (V ut / V ref-1)
eller R2 = 1210×(V ut /1,23 - 1)

Om du ansluter denna design till ett nätverk steg-ned transformator med

För en tid sedan, när jag satt i bilen, tänkte jag: varför laddar jag min telefon via billaddaren som är installerad i cigarettändaren. Det finns trots allt ofta mer än en "konsument", och ibland behövs själva cigarettändaruttaget. Jag formulerade specifikationerna för mig själv: strömförsörjning från nätverket ombord genom tändningslåset, utgång på 1-3 portar med en ström på upp till 2 A. Jag sökte på Internet och det visade sig att jag var långt ifrån först som var förbryllad över problemet och, ännu mer, implementerade det på olika sätt.

För min idé behövde jag en spänningsstabilisator som kunde motstå inbyggd spänning och ström upp till 3 Amp. Det finns faktiskt ett stort antal implementeringsalternativ, men de kokar alla ner till en sak - en pulsad nedtrappningsomvandlare. Varför impuls? Eftersom den har maximal effektivitet. Det betyder att det nästan inte finns något att värma upp i omvandlaren och dimensionerna lovar att vara minimala.

En nedstegsomvandlare är utformad för att reducera spänningen till önskat värde. Dess kraftelement fungerar i nyckelläge, helt enkelt på och av. I ögonblicket för påslagning ackumuleras energi av induktorn (spolen på kärnan), i det ögonblick då kraftelement(transistorn) är avstängd, släpper induktorn den lagrade energin till lasten. Så snart induktorn släpper den ackumulerade energin kommer kretsen som styr utspänningen att slå på krafttransistorn och processen kommer att upprepas.
I för närvarande Alla laddare för telefoner och surfplattor som sätts in i cigarettändaruttaget är gjorda enligt en krets med en pulsreducerare.

Leverans och utseende:
Tavlan anlände i en förseglad antistatisk påse, vilket verkar vara en anledning att glädjas, men i själva verket bör det tas för givet.
Lödkvaliteten är ganska bra. Mindre flödesrester på baksidan av de variabla motståndsanslutningarna.
Det variabla flervarvsmotståndet låter dig justera utspänningen exakt.


Monteringshål för skruvar medföljer. Det finns inga plintar, ledningarna måste lödas. Under chipet finns hål med metallisering för ytterligare värmeavledning till baksidan avgifter.

Schemat kunde inte vara enklare:

Det enda är att kineserna har olika betyg för induktor och kondensatorer. Tydligen, vad som än är tillgängligt installerar de det. Det kan inte bli värre.

Jag lödde snabbt trådarna och belastningen i form av ett 2,2 Ohm 10 W trådlindat motstånd.
För att begränsa temperaturen under uppvärmningen placerades motståndet i vatten.


Det finns 2 spänningar tillgängliga vid stativet: 12 volt och 24 volt. Den första påslagningen utfördes utan belastning för att justera utspänningen för att inte bränna halsduken. Genom att vrida på skruven på motståndet uppnådde jag en utspänning på 5 volt.
En belastning på 2,2 Ohm innebär en ström på 2,27 Amp, vilket passar in i kortets angivna parametrar såväl som mina behov med en liten marginal, eftersom jag fick tag i en dubbelkontakt från ett dött moderkort:

1 Ampere per port.

10 minuters arbete under belastning och tavlan värmer vilt. Foto från värmekamera:

baksidan

Achtung! Temperaturen är 115C på dioden och 110C på mikrokretsen (sida med delar) och 105C på baksidan.
Gasspjällstemperaturen är ca 70C, lite för mycket, men den når inte mättnad.
Den maximala temperaturen för dioden är 150C och för mikrokretsen 125C.

Passar inte in i några grindar. Jag började tänka att det här var en defekt eller att jag återigen hade köpt billigt skit.
och upptäckte att denna omvandlare har usel effektivitet. Och allt på grund av det faktum att nyckelelementet i mikrokretsen är en bipolär transistor, som, även om den fungerar i nyckelläget, när den är öppen, sjunker spänningen över den ganska mycket.
Att höja inspänningen till 24 volt hjälpte inte situationen.
Effektivitetsdiagram vid en belastningsström på 3 Amp:


De där. cirka 80 % när den drivs från fordonets nätverk ombord. Utgången på mikrokretsen släpps vid en belastning på 3 A 3,7 W, och dioden och induktorn värms också upp. Att byta ut diod (3A 40V) och induktor (47 μH), samt att installera en radiator, skulle kunna lösa uppvärmningsproblemet, men varför en sådan ansträngning när man kan få mer avancerade nedtrappningsomvandlare för samma pengar.

Ett försök att rätta till situationen:
Jag installerade en liten radiator på baksidan genom värmeledande lim (jag sågade radiatorn från en felaktig datorströmförsörjning).




Jag planerade att ta dioden dit från "tjänstrummet." Det är lite mer komplicerat med induktorn, men jag tror att jag skulle kunna hitta en med ett större tvärsnitt av lindningstråden (med hänsyn till den anständiga spridningen av induktans i induktorerna som används av kineserna).
Ett försök att slå på och ta temperaturavläsningar ledde till en krasch =) Jag blandade ihop polariteten och brände mikrokretsen. Jag sparade pengar; jag var tvungen att omedelbart ta 5 av dem för experiment, men det skulle vara bättre att inte ta dem alls, eftersom den här gamla omvandlaren är så hemsk att den inte ens fungerar 50% av egenskaperna i den specifika bräda som används.

I det stora nätverket upptäckte jag en atypisk användning av LM2596-mikrokretsen - en förstärkare ljudfrekvens klass D! Signalen tillförs ingång 4" Respons" Frekvensen för misskreditering är egentligen inte mer än 150 KHz. I inget fall finns det ett samtal om att montera en förstärkare baserad på en omvandlare; det finns specialiserade mikrokretsar för detta =)

Slutsatserna är nedslående:
Den sålda skivan motiverar inte de angivna egenskaperna. Dessutom är beroendet av belastningsströmmen mycket högre än av spänningsförändringen. Du kan modifiera brädan genom att byta ut hälften av delarna, men vad är poängen?

Ändå, om du behöver en nedtrappningsomvandlare, så skulle det bästa alternativet till den som granskas vara omvandlare monterade på mikrokretsar: LM2577, LM 2678 och liknande. På det här ögonblicket Jag har redan beställt flera brädor att prova

Medan jag hade planerat att installera USB-portar på bilen väldigt länge, gick min maskin till skrot :(


men det fanns fortfarande en plats där jag skulle sätta omvandlaren istället för transformatorns strömförsörjning:
Den här gången (där den kreativa inskriptionen är):


Dessa är två (främre stång med USB-portar plexiglas "fodral" väggar rivna från ett gammalt datorfodral):


Speciellt för recensionen gjorde jag en lastplatta för testning laddare(Jag brände till och med ett par, de tålde inte belastningen). På Ali säljs dessa färdiga för cirka $1:

Step-down DC-DC-omvandlare används i allt större utsträckning i vardagen, hushållen, fordonstillämpningar och även som reglerad strömförsörjning i ett hemlaboratorium.

Till exempel, på ett tungt fordon, kan spänningen på kabelnätet ombord vara +24V, men du måste ansluta en bilradio eller annan enhet med en inspänning på +12V, sedan en sådan nedtrappningsomvandlare kommer att vara mycket användbar för dig.

Många människor beställer nedtrappade DC-DC-omvandlare från olika kinesiska platser, men deras effekt är ganska begränsad, på grund av den kinesiska besparingen på tvärsnittet av lindningstråden, halvledarenheter och induktorkärnor, eftersom ju mer kraftfull omvandlare, desto dyrare är det. Därför föreslår jag att du själv monterar en nedtrappad DC-DC, som kommer att överträffa de kinesiska analogerna i kraft och också vara mer ekonomisk. Enligt min fotoreportage och det presenterade diagrammet är det tydligt att monteringen inte kommer att ta mycket tid.

LM2596-chippet är inget annat än en switchande spänningsregulator. Den finns i både fast spänning (3,3V, 5V, 12V) och justerbar spänning(ADJ). Vår nedtrappade DC-DC-omvandlare kommer att byggas på basis av en justerbar mikrokrets.

Omvandlarkrets

Grundläggande parametrar för LM2596-regulatorn

Inspänning………. upp till +40V

Maximal inspänning………. +45V

Utspänning………. från 1,23V till 37V ±4%

Generatorfrekvens………. 150 kHz

Utgångsström………. upp till 3A

Strömförbrukning i standbyläge………. 80uA

Drifttemperatur från -45°С till +150°С

Hus typ TO-220 (5 stift) eller TO-263 (5 stift)

Verkningsgrad (vid Vin= 12V, Vout= 3V Iout= 3A)........... 73 %

Även om effektiviteten kan nå 94%, beror det på ingångs- och utspänningen, såväl som på lindningens kvalitet och det korrekta valet av induktansinduktansen.

Enligt grafen hämtad från, med en inspänning på +30V, en utspänning på +20V och en lastström på 3A, bör verkningsgraden vara 94%.

Dessutom har LM2596-chippet ström- och överhettningsskydd. Jag noterar att på icke-originella mikrokretsar kanske dessa funktioner inte fungerar korrekt eller kan vara helt frånvarande. En kortslutning vid omvandlarens utgång leder till fel på mikrokretsen (testad på två LM), även om det inte är något överraskande här; tillverkaren skriver inte i databladet om förekomsten av kortslutningsskydd.

Schematiska element

Alla elementvärden anges på det elektriska kretsschemat. Spänningen på kondensatorerna C1 och C2 väljs beroende på ingångs- och utgångsspänningen (ingång (utgång) spänning + marginal på 25%), jag installerade kondensatorerna med en marginal på 50V.

Kondensator C3 är keramisk. Dess valör väljs enligt tabellen från databladet. Enligt denna tabell väljs kapacitansen C3 för varje enskild utspänning, men eftersom omvandlaren i mitt fall är justerbar använde jag en kondensator med medelkapacitet 1nF.

Diod VD1 måste vara en Schottky-diod, eller en annan ultrasnabb diod (FR, UF, SF, etc.). Den måste vara konstruerad för en ström på 5A och en spänning på minst 40V. Jag installerade en pulsdiod FR601 (6A 50V).

Choke L1 måste vara märkt för en ström på 5A och ha en induktans på 68 μH. För att göra detta, ta en kärna gjord av pulveriserat järn (gul-vit), ytterdiameter 27 mm, inre 14 mm, bredd 11 mm, dina mått kan variera, men ju större de är desto bättre. Därefter lindar vi två trådar (diametern på varje tråd är 1 mm) 28 varv. Jag lindade en enda kärna med en diameter på 1,4 mm, men med en hög uteffekt (40W) blev induktorn väldigt varm, också på grund av kärnans otillräckliga tvärsnitt. Om du lindar två trådar kommer du inte att kunna lägga lindningen i ett lager, så du måste linda den i två lager, utan isolering mellan lagren (om emaljen på tråden inte är skadad).

En liten ström flyter genom motståndet R1, så dess effekt är 0,25W.

Motstånd R2 ställer in, men kan ersättas med en konstant; för detta beräknas dess motstånd för varje utspänning enligt formeln:

Där R1 = 1kOhm (enligt databladet), Vref = 1,23V. Låt oss sedan beräkna resistansen för motståndet R2 för utspänningen Vout = 30V.

R2 = 1 kOhm * (30V/1,23V - 1) = 23,39 kOhm (reducerar till standardvärdet får vi motstånd R2 = 22 kOhm).

Genom att känna till motståndet för motståndet R2 kan du också beräkna utspänningen.

Testar en step-down DC-DC-omvandlare på LM2596

Under testningen installerades en radiator med en yta på ≈ 90 cm² på chipet.

Jag utförde tester på en last med ett motstånd på 6,8 Ohm (ett konstant motstånd sänkt i vatten). Inledningsvis applicerade jag en spänning på +27V till omvandlarens ingång, ingångsströmmen var 1,85A (ingångseffekt 49,95W). Jag ställde in utspänningen till 15,5V, belastningsströmmen var 2,5A ( uteffekt 38,75W). Verkningsgraden var 78 %, vilket är mycket bra.

Efter 20 min. Under drift av nedstegsomvandlaren värmdes dioden VD1 upp till en temperatur på 50°C, induktorn L1 värmdes upp till en temperatur på 70°C och själva mikrokretsen värmdes upp till 80°C. Det vill säga att alla element har en temperaturreserv, förutom gasreglaget, 70 grader är för mycket för det.

Därför, för att driva denna omvandlare med en uteffekt på 30-40W eller mer, är det nödvändigt att linda induktorn med två (tre) ledningar och välja en större kärna. Dioden och mikrokretsen kan hålla en temperatur på 100-120°C under lång tid utan några rädslor (förutom att värma upp allt i närheten, inklusive höljet). Om så önskas kan du installera en större radiator på mikrokretsen, och du kan lämna långa ledningar på VD1-dioden, då kommer värmen att avledas bättre, eller fäst (löd på en av ledarna) en liten platta (radiator). Du måste också tenna spåren så bra som möjligt. tryckt kretskort, eller löd en kopparkärna längs dem, kommer detta att säkerställa mindre uppvärmning av spåren under långvarig drift med hög uteffekt.

Hej kära besökare. Jag köpte den på ebay för ett år sedan DC-DC omvandlare för en liten laboratorieströmförsörjning, och faktiskt för allmän utveckling. Och priset på 66 rubel visade sig vara mycket attraktivt.

Den allmänna vyn av omvandlaren visas på skärmdumpen.

Som du kan se på bilden är halsduken inte stor alls, och mäter 41x20 mm. Grunden för denna omvandlare är LM2596S-chippet

som är en justerbar nedtrappning pulsstabilisator spänning med en frekvens på upp till 150 kHz och en maximal utström på 3A. Stabilisatoranslutningskretsen är typisk och visas i figur 1.

Den maximala inspänningen för mikrokretsen är 40V; Jag hade inte en sådan spänning för tillfället, så jag analyserade stabilisatorn vid en spänning vid enhetens ingång på 27 volt. Vid utgången satte jag spänningen till 6,5 volt med hjälp av ett trimmotstånd. Den maximala strömmen på 3A, med denna installation och frånvaron av åtminstone en liten radiator, ansågs vara för hög. Därför valdes en belastningsström på 1,5 A. Med dessa parametervärden var temperaturen på mikrokretshuset ungefär 75 grader Celsius efter en halvtimmes drift. Detta tillstånd, måste jag säga, gladde mig. De där. när mikrokretsen är försedd med en radiator eller när blåsning används, är stabilisatorns utström på 3 ampere ganska realistisk. Minimispänningen vid utgången av just denna stabilisator var 2,5 volt.

Baserat på denna modul kan du designa en mängd olika hemmagjorda, justerbara, stabiliserade strömförsörjningar, både unipolära och bipolära. Det kan användas för näring LED-lampor, är också lämplig för att driva DC-elektriska motorer som används i mikroborrar, med möjlighet att justera hastigheten. En sådan stabilisator kan mycket väl ersätta den linjära stabilisatorn på KR142EN5-mikrokretsen för att driva kretsar som inkluderar mikrokontroller. Speciellt när skillnaden mellan stabilisatorns inspänning och utspänningen är mycket stor och det blir nödvändigt att använda en kylfläns för mikrokretsen. Det är vettigt att använda en sådan stabilisator för att undertrycka överspänning när spänningen på sekundärlindningen på transformatorn du köpte är större än nödvändigt, men det är omöjligt eller för lat att avveckla svängarna. Då är sextiosex rubel ingenting. Lycka till. K.V.Yu.