Преобразователь от 3.7 вольт схема. Как повысить постоянное и переменное напряжение. Окончательная сборка импульсного преобразователя напряжения
Как получить нестандартное напряжение, которое не укладывается в диапазон стандартного?
Стандартное напряжение – это такое напряжение, которое очень часто используется в ваших электронных безделушках. Это напряжение в 1,5 Вольта, 3 Вольта, 5 Вольт, 9 Вольт, 12 Вольт, 24 Вольт и тд. Например, в ваш допотопный МР3 плеер вмещалась одна батарейка в 1,5 Вольта. На пульте дистанционного управления ТВ используются уже две батарейки по 1,5 Вольта, включенные последовательно, значит уже 3 Вольта. В USB разъеме самые крайние контакты с потенциалом в 5 Вольт. Наверное, у всех в детстве была Денди? Чтобы питать Денди нужно было подавать на нее напряжение в 9 Вольт. Ну 12 Вольт используется практически во всех автомобилях. 24 Вольта используется уже в основном в промышленности. Также для этого, условно говоря, стандартного ряда “заточены” различные потребители этого напряжения: лампочки, проигрыватели, и тд.
Но, увы, наш мир не идеален. Иногда просто ну очень надо получить напряжение не из стандартного ряда. Например, 9,6 Вольт. Ну ни так ни сяк… Да, здесь нас выручает Блок питания . Но опять же, если использовать готовый блок питания, то наряду с электронной безделушкой придется таскать и его. Как же решить этот вопрос? Итак, я Вам приведу три варианта:
Вариант №1
Сделать в схеме электронной безделушки регулятор напряжения вот по такой схеме (более подробно ):
Вариант №2
На Трехвыводных стабилизаторах напряжения построить стабильный источник нестандартного напряжения. Схемы в студию!
Что мы в результате видим? Видим стабилизатор напряжения и стабилитрон, подключенный к среднему выводу стабилизатора. ХХ – это две последние цифры, написанные на стабилизаторе. Там могут быть цифры 05, 09, 12 , 15, 18, 24. Может уже есть даже больше 24. Не знаю, врать не буду. Эти две последние цифры говорят нам о напряжении, которое будет выдавать стабилизатор по классической схеме включения:
Здесь стабилизатор 7805 выдает нам по такой схеме 5 Вольт на выходе. 7812 будет выдавать 12 Вольт, 7815 – 15 Вольт. Более подробно про стабилизаторы можно прочитать .
U стабилитрона – это напряжение стабилизации на стабилитроне. Если мы возьмем стабилитрон с напряжением стабилизации 3 Вольта и стабилизатор напряжение 7805, то на выходе получим 8 Вольт. 8 Вольт – уже нестандартный ряд напряжения;-). Получается, что подобрав нужный стабилизатор и нужный стабилитрон, можно с легкостью получить очень стабильное напряжение из нестандартного ряда напряжений;-).
Давайте все это рассмотрим на примере. Так как я просто замеряю напряжение на выводах стабилизатора, поэтому конденсаторы не использую. Если бы я питал нагрузку, тогда бы использовал и конденсаторы. Подопытным кроликом у нас является стабилизатор 7805. Подаем на вход этого стабилизатора 9 Вольт от балды:
Следовательно, на выходе будет 5 Вольт, все таки как-никак стабилизатор 7805.
Теперь берем стабилитрон на U стабилизации =2,4 Вольта и вставляем его по этой схеме, можно и без конденсаторов, все-таки делаем просто замеры напряжения.
Опа-на, 7,3 Вольта! 5+2,4 Вольта. Работает! Так как у меня стабилитроны не высокоточные (прецизионные), то и напряжение стабилитрона может чуточку различаться от паспортного (напряжение, заявленное производителем). Ну, я думаю, это не беда. 0,1 Вольт для нас погоды не сделают. Как я уже сказал, таким образом можно подобрать любое значение из ряда вон.
Вариант №3
Есть также другой подобный способ, но здесь используются диоды. Может быть Вам известно, что падение напряжение на прямом переходе кремниевого диода составляет 0,6-0,7 Вольт, а германиевого диода – 0,3-0,4 Вольта ? Именно этим свойством диода и воспользуемся;-).
Итак, схему в студию!
Собираем по схеме данную конструкцию. Нестабилизированное входное постоянное напряжение также и осталось 9 Вольт. Стабилизатор 7805.
Итак, что на выходе?
Почти 5.7 Вольт;-), что и требовалось доказать.
Если два диода соединять последовательно, то на каждом из них будет падать напряжение, следовательно, оно будет суммироваться:
На каждом кремниевом диоде падает по 0,7 Вольт, значит, 0,7+0,7=1,4 Вольта. Также и с германиевыми. Можно соединить и три, и четыре диода, тогда нужно суммировать напряжения на каждом. На практике более трех диодов не используют. Диоды можно ставить даже малой мощности, так как в этом случае ток через них все равно будет мал.
С помощью данного преобразователя напряжения можно получить 220 вольт от аккумуляторной батареи, напряжением 3.7 вольт. Схема не сложная и все детали доступы, этим преобразователям можно запитать энергосберегающую или светодиодную лампу. К сожалению более мощные приборы подключить не получится, так как преобразователь маломощный и больших нагрузок не выдержит.
Итак, для сборки преобразователя нам понадобится:
- Трансформатор от старого зарядного устройства для телефона.
- Транзистор 882P или его отечественные аналоги КТ815, КТ817.
- Диод IN5398, аналог КД226 или вообще любой другой рассчитанный на обратный ток до 10 вольт средней или большой мощности.
- Резистор (сопротивление) на 1 кОм.
- Макетная плата.
Еще естественно понадобится паяльник с припоем и флюсом, кусачки, провода и мульти метр (тестер). Можно конечно изготовить и печатную плату, но для схемы из нескольких деталей не стоит тратить время на разработку разводки дорожек их прорисовку и травление фольгированного текстолита или гетинакса. Проверяем трансформатор. Плата старого зарядного устройства.
Аккуратно выпаиваем трансформатор.
Дальше нам надо проверить трансформатор и найти выводы его обмоток. Берем мультиметр, переключаем его в режим омметра. По очереди проверяем все выводы, находим те которые парой «звонятся» и записываем их сопротивления.
1. Первая 0,7 Ом.
2. Вторая 1,3 Ом.
3. Третья 6,2 Ом.
Та обмотка, у которой наибольшее сопротивление была первичной, на нее подавалось 220 В. В нашем устройстве она будет вторичной, то есть выходом. С остальных снималось пониженное напряжение. У нас они будут служить как первичная (та, которая с сопротивлением 0,7 ом) и часть генератора (с сопротивлением 1,3). Результаты замеров у разных трансформаторов могут отличаться, нужно ориентироваться на их соотношение между собой.
Схема устройства
Как видите она простейшая. Для удобства мы пометили сопротивления обмоток. Трансформатор не может преобразовывать постоянный ток. Поэтому на транзисторе и одной из его обмоток собран генератор. Он подает пульсирующее напряжение от входа (батареи) на первичную обмотку, напряжение около 220 вольт снимается с вторичной.
Собираем преобразователь
Берем макетную плату.
Устанавливаем трансформатор на нее. Выбираем резистор в 1 килоом. Вставляем его в отверстия платы, рядом с трансформатором. Загибаем выводы резистора так чтобы соединить их с соответствующими контактами трансформатора. Припаиваем его. Удобно при этом закрепить плату в каком ни будь зажиме, как на фото, чтобы не возникала проблема недостающей «третьей руки». Припаянный резистор. Лишнюю длину вывода обкусываем. Плата с обкусанными выводами резистора. Дальше берем транзистор. Устанавливаем его на плату с другой стороны трансформатора, так как на скриншоте (расположения деталей я подобрал так, чтобы было удобнее их соединять согласно принципиальной схеме). Изгибаем выводы транзистора. Припаиваем их. Установленный транзистор. Берем диод. Устанавливаем его на плату параллельно транзистору. Припаиваем. Наша схема готова.
Припаиваем провода для подключения постоянного напряжения (DC input). И провода для съема пульсирующего высокого напряжения (AC output).
Для удобства провода на 220 вольт берем с «крокодилами».
Наше устройство готово.
Тестируем преобразователь
Для того чтобы подать напряжение выбираем аккумулятор на 3-4 вольта. Хотя можно использовать и любой другой источник питания.
Припаиваем провода входа низкого напряжения к нему, соблюдая полярность. Замеряем напряжение на выходе нашего устройства. Получается 215 вольт.
Внимание. Не желательно прикасаться к деталям при подключенном питании. Это не столь опасно, если у вас нет проблем со здоровьем, особенно с сердцем (хотя две сотни вольт, но ток слабый), но неприятно «пощипать» может.
Завершаем тестирование, подключив люминесцентную энергосберегающую лампу на 220 вольт. Благодаря «крокодилам» это несложно сделать без паяльника. Как видите, лампа горит.
Наше устройство готово.
Совет.
Увеличить мощность преобразователя можно установив транзистор на радиатор.
Правда емкости аккумулятора хватит не на долго. Если вы собираетесь постоянно использовать преобразователь, то выберите более емкую батарею и сделайте для него корпус.
Представляю обзор микромощного преобразователя напряжения, который мало на что сгодится.
Собран довольно неплохо, размер компактный 34х15х10мм
Заявлено:
Входное напряжение: 0.9-5В
С одной батареи АА выходной ток до 200мА
С двух батарей АА выходной ток 500 ~ 600мA
КПД до 96%
Реальная схема преобразователя
В глаза сразу бросается очень малая ёмкость входного конденсатора - всего-то 0.15мкФ. Обычно ставят больше раз в 100, видимо наивно рассчитывают на низкое внутреннее сопротивление батареек:) Ну поставили такой и бог с ним, при необходимости можно и поменять - себе сразу поставил 10мкФ. Снизу на фото валяется родной конденсатор.
Габариты дросселя также весьма невелики, что заставляет призадуматься насчёт правдивости заявленных характеристик
На входе преобразователя подключен красный светодиод, который начинает светиться при входном напряжении более 1,8В
Проверку проводил для следующих стабилизированных
входных напряжений:
1,25В - напряжение Ni-Cd и Ni-MH аккумулятора
1,5В - напряжение одного гальванического элемента
3,0В - напряжение двух гальванических элементов
3,7В - напряжение Li-Ion аккумулятора
При этом нагружал преобразователь до падения напряжения до разумных 4,66В
Напряжение холостого хода 5,02В
- 0,70В - минимальное напряжение, при котором преобразователь начинает работать на холостом ходу. Светодиод при этом естественно не светится - напряжения не хватает.
- 1,25В ток холостого хода 0,025мА, максимальный выходной ток всего 60мА при напряжении 4,66В. Входной ток при этом 330мА, КПД около 68%. Светодиод при таком напряжении естественно не светится.
- 1,5В ток холостого хода 0,018мА, максимальный выходной ток 90мА при напряжении 4,66В. Входной ток при этом 360мА, КПД около 77%. Светодиод при таком напряжении естественно не светится
- 3,0В ток холостого хода 1,2мА (потребляет в основном светодиод), максимальный выходной ток 220мА при напряжении 4,66В. Входной ток при этом 465мА, КПД около 74%. Светодиод при таком напряжении светится нормально.
- 3,7В ток холостого хода 1,9мА (потребляет в основном светодиод), максимальный выходной ток 480мА при напряжении 4,66В. Входной ток при этом 840мА, КПД около 72%. Светодиод при таком напряжении светится нормально. Преобразователь начинает незначительно греться.
Для наглядности, свёл результаты в таблицу.
Дополнительно при входном напряжении 3,7В проверил зависимость КПД преобразования от тока нагрузки
50мА - КПД 85%
100мА - КПД 83%
150мА - КПД 82%
200мA - КПД 80%
300мA - КПД 75%
480мА - КПД 72%
Как несложно заметить, чем меньше нагрузка, тем выше КПД
До заявленных 96% сильно не дотягивает
Пульсации выходного напряжения при нагрузке 0,2А
Пульсации выходного напряжения при нагрузке 0,48А
Как нетрудно заметить, на максимальном токе амплитуда пульсаций очень велика и превышает 0,4В.
Скорее всего это происходит из-за выходного конденсатора небольшой ёмкости с высоким ESR (измерил 1,74Ом)
Рабочая частота преобразования около 80кГц
Запаял дополнительно керамику 20мкФ на выход преобразователя и получил снижение пульсаций при максимальном токе в 5 раз!
Вывод: преобразователь является весьма маломощным - это обязательно следует учитывать, выбирая его для питания Ваших устройств
Далеко не все слышали о том, что литий-ионные батареи типа АА, имеют не только стандартные 3,7 вольта, но есть такие модели что дают обычных полтора, как в никель кадмиевых. Да, сама химия банок не позволяет создавать 1,5-вольтовые ячейки, поэтому внутри есть понижающий стабилизатор. Таким образом получается классическая перезаряжаемая батарейка, на стандартное для большинства приборов и, главное, игрушек, напряжение. Эти АКБ имеют то преимущество, что очень быстро заряжаются и более мощные по ёмкости. Поэтому можно смело предположить рост популярности таких элементов питания. Давайте осмотрим тестовый образец и разберём его начинку.
Сама батарея выглядит как обычные АА элементы, за исключением верхней положительной клеммы. Есть сверху утопленное кольцо вокруг неё, что обеспечивает прямое подключение к Li-ion ячейке для .
После отрывания этикетки, мы встретились с простым стальным корпусом. Желая разобрать ячейку с минимальным риском короткого замыкания внутри, использовался маленький труборез для аккуратной разборки сварного шва.
Печатная плата, которая выдаёт из 3,7 - 1,5 вольта, находится внутри крышки.
В этом преобразователе использована , 1.5 МГц инвертор DC-DC, чтобы обеспечить 1,5 В на выходе. Судя по даташиту, это полностью интегрированный конвертер со всеми силовыми полупроводниковыми компонентами. Преобразователь рассчитан на 2,5-5,5 вольт входа, то есть в пределах рабочего диапазона Li-ion ячейки. Кроме того, он имеет собственный ток потребления всего 20 микроампер.
Для аккумулятора предусмотрена схема защиты, расположенная на гибкой плате, которая окружает Li-ion ячейку. Она использует микросхему XB3633A , которая, как и инвертор, является полностью интегрированным устройством; нет внешних МОП-транзисторов для отключения ячейки от остальной схемы. В общем со всей этой сопутствующей электроникой, из литиевого элемента получилась обычная полноценная батарейка 1,5 В.
Чтобы питать электроприборы, нужно обеспечить номинальные значения параметров электропитания, заявленные в их документации. Безусловно большинство современных электроприборов работают от сети переменного тока 220 Вольт, но бывает так, что нужно обеспечить питание приборов для других стран, где напряжение другое или запитать что-нибудь от бортовой сети автомобиля. В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и что для этого нужно.
Повышение переменного напряжения
Повысить переменное напряжение можно двумя способами – использовать трансформатор или автотрансформатор. Основная разница между ними состоит в том, что при использовании трансформатора есть гальваническая развязка между первичной и вторичной цепью, а при использовании автотрансформатора её нет.
Интересно! Гальваническая развязка – это отсутствие электрического контакта между первичной (входной) цепью и вторичной (выходной).
Рассмотрим часто возникающие вопросы. Если вы попали за границы нашей необъятной родины и электросети там отличаются от наших 220 В, например, 110В, то чтобы поднять напряжение со 110 до 220 Вольт нужно использовать трансформатор, например, такой как изображен на рисунке ниже:
Следует сказать о том, что такие трансформаторы можно использовать «в любую сторону». То есть, если в технической документации вашего трансформатора написано «напряжение первичной обмотки 220В, вторичной – 110В» – это не значит, что его нельзя подключить к 110В. Трансформаторы обратимы, и, если на вторичную обмотку подать, те же 110В – на первичной появится 220В или другое повышенное значение, пропорциональные коэффициенту трансформации.
Следующая проблема, с которой многие сталкиваются – , особенно часто это наблюдается в частных домах и в гаражах. Проблема связана с плохим состоянием и перегрузкой линий электропередач. Чтобы решить эту проблему – вы можете использовать ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Большинство современных моделей могут как понижать, так и плавно повышать параметры сети.
Схема его изображена на лицевой панели, а на объяснениях принципа действия мы останавливаться не будем. ЛАТРы продаются разных мощностей, тот что на рисунке примерно на 250-500 ВА (вольт-амперы). На практике встречаются модели до нескольких киловатт. Такой способ подходит для подачи номинальных 220 Вольт на конкретный электроприбор.
Если вам нужно дёшево поднять напряжение во всем доме, ваш выбор — релейный стабилизатор. Они также продаются с учетом разных мощностей и модельный ряд подходит для большинства типовых случаев (3-15 кВт). Устройство основано также на автотрансформаторе. О том, мы рассказали в статье, на которую сослались.
Цепи постоянного тока
Всем известно, что на постоянном токе трансформаторы не работают, тогда как в таких случаях повысить напряжение? В большинстве случаев постоянку повышают с помощью , полевого или биполярного транзистора и ШИМ-контроллера. Другими словами, это называется бестрансформаторный преобразователь напряжения. Если эти три основных элемента соединить как показано на рисунке ниже и на базу транзистора подавать ШИМ сигнал, то его выходное напряжение повысится в Ku раз.
Ku=1/(1-D)
Также рассмотрим типовые ситуации.
Допустим вы хотите сделать подсветку клавиатуры с помощью небольшого отрезка светодиодной ленты. Для этого вполне хватит мощности зарядного от смартфона (5-15 Вт), но проблема в том, что его выходное напряжение составляет 5 Вольт, а распространенные типы светодиодных лент работают от 12 В.
Тогда как повысить напряжение на зарядном устройстве? Проще всего повысить с помощью такого устройства как «dc-dc boost converter» или «импульсный повышающий преобразователь постоянного напряжения».
Такие устройства позволяют повысить напряжение с 5 до 12 Вольт, и продаются как с фиксированной величиной, так и регулируемые, что позволит в большинстве случаев поднять с 12 до 24 и даже до 36 Вольт. Но учтите, что выходной ток ограничен самым слабым элементом цепи, в обсуждаемой ситуации – током на зарядном устройстве.
При использовании указанной платы выходной ток будет меньше входного во столько раз, во сколько поднялось напряжение на выходе, без учета КПД преобразователя (он в районе 80-95%).
Подобные устройства строят на базе микросхем MT3608, LM2577, XL6009. С их помощью можно сделать устройство для проверки реле регулятора не на генераторе автомобиля, а на рабочем столе, регулируя значения с 12 до 14 Вольт. Ниже вы видите видео-тест такого устройства.
Интересно! Любители самоделок часто задают вопрос «как повысить напряжение с 3,7 В до 5 В, чтобы сделать Power bank на литиевых аккумуляторах своими руками?». Ответ прост – использовать плату-преобразователь FP6291.
На подобных платах с помощью шелкографии указано назначение контактных площадок для подключения, поэтому схема вам не понадобится.
Также часто возникающая ситуация — необходимость подключить к автомобильному аккумулятору 220В прибор, а бывает что за городом очень нужно получить 220В. Если бензинового генератора у вас нет – используйте автомобильный аккумулятор и инвертор, чтобы повысить напряжение с 12 до 220 Вольт. Модель мощностью в 1 кВт можно купить за 35 долларов – это недорогой и проверенный способ подключить 220В дрель, болгарку, котёл или холодильник к 12В аккумулятору.
Если вы водитель грузовика, вам не подойдёт именно указанный выше инвертор, из-за того, что в вашей бортовой сети скорее всего 24 Вольта. Если вам нужно поднять напряжение с 24В до 220В – то обратите на это внимание при покупке инвертора.
Хотя стоит отметить, что есть универсальные преобразователи, которые могут работать и от 12, и от 24 вольт.
В случаях, когда нужно получить высокое напряжение, например, поднять с 220 до 1000В, можно использовать специальный умножитель. Его типовая схема изображена ниже. Он состоит из диодов и конденсаторов. Вы получите на выходе постоянный ток, учтите это. Это удвоитель Латура-Делона-Гренашера:
А так выглядит схема несимметричного умножителя (Кокрофта-Уолтона).
С его помощью вы можете повысить напряжение в нужное число раз. Это устройство строится каскадами, от числа которых зависит сколько вольт на выходе вы получите. В следующем видео описан принцип работы умножителя.
Кроме этих схем существует еще множество других, ниже изображены схемы учетвертителя, 6- и 8-кратных умножителей, которые используются для повышения напряжения:
В заключении хотелось бы напомнить о технике безопасности. При подключении трансформаторов, автотрансформаторов, а также работе с инверторами и умножителями будьте аккуратны. Не касайтесь токоведущихчастей голыми руками. Подключения следует выполнять при отключенном питании от устройства, а также избегать их работы во влажных помещениях с возможностью попадания воды или брызг. Также не превышайте заявленный производителем ток трансформатора, преобразователя или блока питания, если не хотите, чтобы он у вас сгорел. Надеемся, предоставленные советы помогут вам повысить напряжение до нужного значения! Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!
Наверняка вы не знаете:
Нравится(0 ) Не нравится(0 )
