Схема преобразователя 12 В в 5 В — повышающие и понижающие преобразователи

Схема преобразователя 12 В в 5 В — понижающее преобразование постоянного тока в постоянный 

У нас всегда нет под рукой батареи на 5 В, и иногда нам нужно одновременно более высокое и более низкое напряжение для питания различных частей одной и той же цепи. Чтобы решить эту проблему, мы используем более высокое напряжение, которое в нашем случае представляет собой батарею на 12 В, в качестве основного источника питания, и уменьшаем это напряжение, чтобы получить более низкое напряжение, скажем, 5 В, где это необходимо. Для этого во многих электронных гаджетах и ​​приложениях используется ПИН-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, который понижает напряжение в соответствии с требованиями нагрузки.

Сначала позвольте мне рассказать вам о конвертерах. В целом, существует три типа преобразователей, первый из которых — понижающий преобразователь, который понижает напряжение по сравнению с более высоким напряжением источника. Во-вторых, повышающий преобразователь, который повышает напряжение от источника с более низким напряжением. Кроме того, есть еще один преобразователь, который представляет собой комбинацию двух, расположенных в той или иной форме, более популярным является преобразователь Buck-Boost, который сначала снижает напряжение, а затем повышает его до требуемого значения. Я постараюсь объяснить каждый из вышеупомянутых преобразователей более подробно, чтобы понимание будущей схемы было более понятным.

• Публикация по теме: Автоматический дверной звонок с обнаружением объектов с помощью Arduino

Что такое Buck Converter?

Понижающий преобразователь (также известный как понижающий преобразователь) — это преобразователь постоянного тока в постоянный. , который понижает напряжение от входа к выходу. Понижающий преобразователь достигает своего выходного сигнала с помощью полупроводниковых переключающих устройств, которые обычно представляют собой диоды и транзисторы, расположенные в определенном порядке и каждый из которых переключается в определенное время, чтобы в конечном итоге дать требуемый выходной сигнал. Понижающие преобразователи могут быть очень эффективными, иногда достигая 90%.

Базовая схема понижающего преобразователя состоит из переключающего транзистора и схемы маховика. Когда транзистор находится в состоянии ON, ток протекает через нагрузку через дроссель. Индуктор противостоит изменениям направления тока, а также накапливает энергию в процессе. Диод, подключенный параллельно нагрузке, теперь не работает, так как находится в обратном смещении.

Ток, протекающий по цепи, также заряжает конденсатор. Теперь, когда транзистор закрыт, заряженный конденсатор и катушка индуктивности прикладывают напряжение к нагрузке из-за обратной ЭДС. теперь, когда в цепи нет источника напряжения. Энергии, запасенной в катушке индуктивности, достаточно, по крайней мере, на часть времени, пока переключатель находится в разомкнутом состоянии. Если время, в течение которого переключатель остается включенным и выключенным, изменяется, он, в свою очередь, изменяет выходное напряжение постоянного тока между 0 В и В_in .

• Публикация по теме:Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — блок-схема, факторы и приложения

На диаграмме ниже показана простая операция Buck-преобразователя.

Что такое Boost Converter?

Похожий на понижающий преобразователь, повышающий преобразователь (также известный как повышающий преобразователь) также относится к классу импульсных преобразователей питания. Но работа повышающего преобразователя прямо противоположна работе понижающего преобразователя. Понижающий преобразователь понижает напряжение от более высокого значения источника питания до требуемого значения, тогда как повышающий преобразователь повышает напряжение от более низкого значения источника питания.

Основной принцип конвертера Boost состоит из двух различных состояний. В первом состоянии состояние «включено» — это когда катушка индуктивности, подключенная к стороне источника, заряжается, когда переключатель находится в положении «включено». Затем, когда переключатель находится в положении OFF, единственный путь, по которому может протекать ток дросселя, — это обратный диод, конденсатор и нагрузка. Это приводит к передаче энергии, накопленной во включенном состоянии, в конденсатор. Если цикл переключения переключателя достаточно быстрый, то индуктор не будет полностью разряжаться между состояниями зарядки. Следовательно, напряжение на нагрузке всегда будет больше, чем напряжение входного источника, когда переключатель находится в положении OFF.

• Публикация по теме: Система автоматизации умного дома — схема и исходный код

На диаграмме ниже показана простая работа конвертера Boost.

Конвертер Buck-Boost

Преобразователь Buck-Boost — это тип преобразователя постоянного тока в постоянный. Он имеет большую или меньшую величину выходного напряжения, чем величина входного напряжения.

Инвертирующий повышающе-понижающий преобразователь, работающий по очень простому принципу. Во включенном состоянии работа аналогична работе повышающего преобразователя, где индуктор накапливает энергию. Конденсатор подает энергию на нагрузку в течение этого времени, чтобы подключиться к нагрузке. В выключенном состоянии катушка индуктивности подключена к выходной нагрузке и конденсатору, поэтому энергия, запасенная в катушке индуктивности, передается конденсатору и нагрузке. За это время конденсатор заряжается.

На простой диаграмме ниже показан принцип работы преобразователя Buck-Boost.

Теперь существует много способов получить требуемый ПИН-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, но мы используем самый популярный импульсный регулятор, доступный в этом сегменте, с помощью IC MC34063. Другой популярный метод — использование схемы полевых МОП-транзисторов, переключаемых по фиксированной схеме.

Необходимые компоненты

1. IC34063 импульсный стабилизатор
2. Диод Шоттки 1N5819
3. 2k резисторы
4. Резисторы 6,2 кОм
5. Резисторы 26 Ом
6. Дроссель 62 мкГн, 1,5 А
7. Конденсатор 100 мкФ, 25 В и 359 мкФ, 25 В.
8. Керамические дисковые конденсаторы 428 пФ
9. Блок питания 12 В с номинальным током 1,5 А.
10. Подключение проводов

IC MC34063

MC34063 — это монолитная схема управления, обладающая всеми функциями, необходимыми для построения преобразователей постоянного тока. Он состоит из нескольких функций, таких как компаратор, осциллятор, сильноточный выходной переключатель и активный предел пикового тока. MC34063 доступен в корпусах DIP, SOIC и SON. В каждом по восемь штифтов. Таблица которых приведена ниже.

Распиновка MC34063
PIN-код	Имя пин-кода	Описание
1	Коллектор переключателей	Ввод сильноточного коллектора внутреннего переключателя
2	Переключить излучатель	Сильноточный вход эмиттера внутреннего переключателя
3	Время конденсатор	Подключение временного конденсатора к переменной частоте переключения
4	Заземление (GND)	Заземление (GND)
5	Инвертирующий ввод компаратора	Подключите сеть резисторных делителей, чтобы создать петлю обратной связи
6	Напряжение (Vcc)	Напряжение питания логики
7	Iпк	Ввод датчика ограничения тока
8	Сборщик драйверов	Вход коллектора транзистора, управляющего парой Дарлингтона

Некоторые из функций IC MC34063 следующие:

1. Эталон с температурной компенсацией
2. Схема ограничения тока
3. Генератор с управляемым рабочим циклом с активным сильноточным выходным переключателем драйвера
4. Подходит от 3,0 В до 40,0 В постоянного тока.
5. Может работать на частоте коммутации 100 кГц с допуском 2 %.
6. Очень низкий ток в режиме ожидания
7. Регулируемое выходное напряжение

Кроме того, эта ИС широко доступна и намного более экономична, чем другие ИС, доступные в этом сегменте. Вот почему мы собираемся использовать эту микросхему для нашей схемы.

• Публикация по теме: Схема детектора скорости автомобиля — работа и исходный код

Распиновка MC34063 как указано ниже.

Есть много приложений, связанных с MC34063, некоторые из них:человеко-машинный интерфейс (HMI), портативное устройство, измерения и испытания, анализаторы газов и крови, вычислительная техника, телекоммуникации, кабели решения и т.д.

1N5819

1N5819 представляет собой силовой диод металл-кремний, также называемый выпрямителем Шоттки, в котором применяется принцип барьера Шоттки. Он в основном используется в качестве выпрямителей в высокочастотных инверторах низкого напряжения, диодах для защиты от полярности и обратных диодах. Его также называют диодом с поверхностным барьером, диодом с горячими электронами или диодом с горячим носителем. Он немного отличается от обычных диодов с PN-переходом, в которых вместо полупроводника P-типа используется такой металл, как платина или алюминий. В диоде Шоттки полупроводник и металл соединяются, образуя переход металл-полупроводник, где сторона полупроводника действует как катод, а сторона металла действует как анод. Когда между металлом и полупроводником образуется переход металл-полупроводник, образуется обедненный слой, также называемый барьером Шоттки.

Schottky отличается низким запасом заряда, меньшими потерями мощности и более высокими механическими характеристиками. Он изготовлен таким образом, что все внешние поверхности устойчивы к коррозии, а клеммы легко поддаются пайке, где ток течет только в одном направлении, и он останавливает ток, протекающий в другом направлении. Падение мощности, которое происходит в этом диоде, ниже, чем у диодов с PN-переходом. Когда на клеммы диода подается напряжение, начинает течь ток, что приводит к небольшому падению напряжения на клеммах. Меньшее падение напряжения приводит к более высокой эффективности и более высокой скорости переключения.

Приведенная выше схематическая диаграмма показывает электрическое обозначение диода Шоттки.

Схема цепи 12–5 В

Приведенная выше принципиальная схема показывает схему вместе со всеми расчетными значениями для требуемой операции.

Работа цепи от 12 В до 5 В

Правильно подключите цепь, как показано на принципиальной схеме. Сначала для питания этой микросхемы мы подключаем + V к контакту 6, а контакт 4 к земле. Заодно подключаем конденсатор CIN для фильтрации лишнего шума от блока питания. Вывод 3 подключен к ТТ, который определяет скорость переключения схемы. Вывод 5 является инвертирующим выводом компаратора. Напряжение неинвертирующего вывода составляет 1,25 В от внутреннего регулятора напряжения. К инвертирующему выводу мы подключаем резисторную сеть, состоящую из двух резисторов. Они определяют коэффициент усиления компаратора операционного усилителя. Таким образом, мы делаем понижающий преобразователь, который теперь понижает входное напряжение 12 В постоянного тока до 5 В постоянного тока.

• Публикация по теме: Схема сигнализации дождя — проект детектора снега, воды и дождя

Приложения

В нашей повседневной жизни есть много приложений, которые требуют только низковольтных входов. Им также нужно регулируемое 5V для безопасности. Например, зарядные устройства, модули Wi-Fi, модули Arduino и так далее. Вышеупомянутая схема удовлетворяет потребности во входных данных всех вышеупомянутых и многих других приложений.

Связанные проекты:

• Автоматическая система полива и орошения растений — схема, код и отчет о проекте
• Схема оповещения о дожде — проект детектора снега, воды и дождя
• Схема индикатора уровня воды — два простых проекта
• Другие проекты в области электротехники и электроники