强大的 24/12 伏电压转换器，效率高。方案、说明

强大的 24/12 伏电压转换器，效率高。无线电电子电气工程百科全书

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几乎所有汽车设备（录音机、电视、冰箱，甚至背光！）都是针对 12 V ± 2 ... 3 V 设计的，当直接连接到 24 V 网络时，它会立即出现故障。

最简单的方法是从标准电池的“两半”或多或少对称地为设备供电（例如，录音机 - 来自一节 12 伏电池，电视 - 来自该电池），但这是不可能的为了实现完全对称，结果，其中一个电池会不断充电，而另一个则充电不足。结果，两种电池的使用寿命都会急剧下降。因此，唯一的出路是将电压转换器降低至此类设备所需的 12 V。对于最大音量的现代汽车收音机，电流为 2 ... 4 ... 1 A。同时，电路功率元件的发热应该最小（即效率尽可能高），因为汽车设备经常在炎热的气候下运行，并且其本身非常热。

这种转换器的示意图如图 1.11 所示。 XNUMX。

DD1.1 定时器上装有时钟发生器，其来自引脚 5 的短脉冲启动 DD1.2 定时器上的 PWM 调制器。由于555微电路的内部特性，输入S处的触发脉冲持续时间应尽可能短，因此DD1.1上的发生器是不平衡的——电阻R1的阻值（通过该电阻R1与电容器C2的阻值）放电）比电阻R1小数百倍。大多数情况下，R100结论一般可以短接，但最好不要冒险，焊接一个小电阻（330 ... XNUMX欧姆）。

米。 1.11. 转换器电气图（点击放大）

设备的操作原理

调制器按照通常的方式组装在DD1.2定时器上，当REF输入端的电压降低时，输出端的单脉冲（具有恒定周期）的持续时间减少，即输出电压降低。当关键晶体管的散热器加热到 4...80°C 以上时，热敏电阻 R100 提供过热保护；其电阻降低至 RES 输入处的微电路开关阈值 (1.0 V) 以下，并且在 RES 输入处强制设置逻辑零。微电路输出直到晶体管冷却下来。在这种情况下，两个关键晶体管都关闭，输出电压消失。

该微电路在RES输入端具有较小的开关滞后（约40 mV），因此，热敏电阻与散热器的热接触可靠，不会出现开关弹跳；为了额外的抗干扰保护，电路中增加了一个电容器C3，最好将其电容增加到数百微法。

选择IR2103（DD2）芯片作为功率晶体管驱动器。对于该装置来说，该微电路在各方面都是理想的，同时成本也不太高。其输入之一是直接输入，第二个输入是反相输入；这节省了外部逆变器的成本。

该微电路具有内置逻辑，可以防止两个晶体管（通过电流）同时解锁，并且在输出脉冲之间有一个暂停发生器（“死区时间”，死区时间），这使得可以最大限度地减少外部元件，而不是在附加逻辑元件上建立保护。另外，该微电路的输出功率足够大，可以直接控制输出场效应晶体管，省去了4个射极跟随器外部晶体管，而该微电路的“亮点”是“浮动”的顶层电压（电压差可以达到 600 V！）微电路本身内部具有完全电气隔离。如果没有这个“芯片”，电路将不得不通过引入高速（且昂贵）光耦合器和十几个元件而变得非常复杂。

微电路按照典型电路连接，结论2和3可以相互连接，但最好保留R6 C4链，以便在热保护触发时转换器正确运行。否则，在这种情况下，低电平晶体管将持续导通并短路输出。结论 Vs——高压（绝缘）部分的公共线，输出V，其功率输出（+10...+20V）。在该电路中，电路下部的晶体管(VT2)仍然开路，Vs连接到公共线，电容器C5通过二极管VD1充电到几乎电源电压。一段时间后，VT2将关闭，但电容器C5上的电荷将保留，因为漏电流极小。当一个逻辑单元到达HIN输入时，NO输出将通过内部晶体管连接到V端，即电容器将给晶体管VT1的栅极充电，并将其打开。该晶体管的栅极漏电流极小，其电容比C5的电容小数百倍，因此晶体管解锁至饱和，电路效率最大化。在下一个循环中，C5再次充电。

电压调节器组装在晶体管VT3上。一旦输出电压超过 12V，电流就会流过 VD2 齐纳二极管，晶体管会稍微打开并降低调制器 REF 输入处的电压。单脉冲的持续时间会稍微变短，动态平衡就会到来。需要电容C7或C8来抑制稳压二极管和三极管的噪声，只需焊接其中一个电容即可！在安装过程中选择哪一个，因为它取决于安装和使用的元素。如果没有电容，直流输出端就会有噪声（你会听到线圈如何发出噪声），而且效率会因晶体管发热而略有下降，但如果两个电容都焊接起来，电路就会被激励。电阻R12的阻值限制了反馈电路的增益，电阻R0.3的阻值越大，转换器工作越不稳定。对于指定的电阻值，输出电压（取决于负载电流）变化不超过 0,5 ... 12 V，这对于此类转换器来说已经足够了。当使用具有较低系数 h 的晶体管时，电阻器 R2 的电阻可以减小至 10 ... XNUMX kOhm。

逆变器电源线必须直接连接到电池。否则（如果连接在点火开关之后），汽车的点火系统和其他电气设备会对转换器产生干扰；而且，他自己也会的。

影响机器的电子设备，在某些情况下可能很危险。由于转换器即使在负载关闭时也会消耗一些空闲静态电流（该电路约为 30 ... 50 mA），因此在电路中添加了晶体管 VT4、VT5 上的开关。它仅将电源切换到低功耗控制电路，输出晶体管直接连接到电池，因此电源部分没有功率损耗。当高于 5V 的电压施加到“控制输入”（该输入可以连接到点火开关或使用任何小功率开关连接到+24V）时，晶体管 VT4 打开，解锁晶体管 VT5，并向稳定芯片DA1。

使用两个晶体管，使电路可以由正电压驱动；电容器 C10 可消除接触弹跳。没有正反馈来保证开关的按键操作，但不需要两个晶体管的增益太大（数万）以至于电路始终工作在按键模式。

电阻器 R13 可以保护转换器电路在外壳意外短路时免遭故障，同时还可以降低输入电压，从而减少 DA1 稳定器的发热。

当“控制输入”处没有电压时，所有微电路都断电，在DD2微电路中，引脚4和5、6和7通过小阻值的内部电阻连接，并且两个关键晶体管都闭合。该模式下的消耗电流主要仅由滤波电容C9的漏电流决定，不超过数百微安。

为了简化图形，图中没有示出电源电路的接线；该电路与前面讨论的电路一样敏感。电阻器R11的公共输出连接至电容器C6，电阻器R12左侧（根据图表）的反馈元件连接至输出14DD1。

滤波电容C6和C9优选选自两个或三个容量较小的并联电容器。当在额定电流下工作时，这些电容器在打开转换器后半小时内应保持冷态，其升温不应超过 5 ... 10°C。尝试使用不同制造商的电容器是有意义的；无论如何，对于相同的电容和电压，电容器外壳的尺寸越大，其性能就越好。

在正确组装的转换器中，在 3.4 A 的负载电流下，即使没有散热器，晶体管 VT1 和 VT2 外壳的发热也不会超过 50 ... 70 °C。因此，当在这样的电流下工作时，每个晶体管都会有足够的30x50毫米尺寸的小散热板，它们不应该接触！当负载电流高达 10 A 时，需要更严重的散热器，至少需要一个尺寸为 50x100 mm 的针形散热器（对于两个晶体管，晶体管必须与其隔离，为此，可以方便地使用安装旧计算机电源套件），或者您可以将其连接到转换器外壳的底座（一块金属板），将晶体管放在其上，然后将外壳底座压在任何在运行过程中不会加热的“铁片”上机身，靠近电池。在这种情况下，需要确保良好的热接触，清洁两个表面，并且最好使用导热膏。

关于详情

作者版本中的线圈L1采用直径为48、高度为30毫米的铠装芯（杯）制成，两层新闻纸铺在芯的两半之间。

绕组由两根直径为 1,5 mm 的并联变压器线缠绕，匝数为框架填满之前的匝数（大约 24 ... 30）。这样的线圈在 7 A 的恒定负载电流下保持冷状态。在负载电流高达 3 ... 5 A 的情况下，您可以采用 2-3 个 K50x40x10 环并用直径为 40 ... 50 的电线缠绕 1 ... 2 匝4 ... XNUMX 根线中约 XNUMX 毫米。

或者，您可以采用任何其他用于脉冲转换器的铁氧体磁芯，尺寸大致相同，并且最好是分裂的。

不用NE556微电路，可以用两片555微电路或其国产仿制的KR1006VI1，代替晶体管，用KT817B代替BC3102，用KT807B代替VS3107。电容器C5应该是低ESR的，即薄膜或陶瓷的，并且二极管VD1应该是快速的，具有低电容和反向恢复时间。

极端情况下，可以并联一个容量为1μF的电解电容和一个陶瓷多层（但不是盘！）电容为0...1μF的电容，并用KD521或类似的二极管代替。否则，晶体管VT1会变得很热。最好采用开路电阻不超过1欧姆的场效应晶体管VT2和VT0,03；在作者的版本中，使用了KP723A - IRFZ46N的类似物。

负载电流高达 5 A 时，最好使用双路和更高频率的 IRFI4024H 晶体管 - 它们采用绝缘 TO220-5 封装（也就是说，无需将其外壳与散热器隔离）并且能够与 IR2103 驱动器一起工作，频率高达 200 ... 500 kHz（IRFZ30 和类似器件的频率为 70...46 kHz）。

热敏电阻 R4 可以是任何小尺寸的热敏电阻（以便在发生事故时更快加热），室温下的电阻高于 5 kOhm。

热保护装置在使用前必须进行校准。我们是这样做的：我们将电线焊接到热敏电阻的引线上，将其放入几个相互嵌套的坚固袋子中，然后将其放入沸水中。一分钟后，我们测量热敏电阻的电阻（您需要确保水或蒸汽没有进入袋子内），将该数字乘以 12 ... 15 - 这应该是电阻器 R3 的电阻。使热保护器在 80 ... 100 °C 的温度下工作。

热敏电阻必须安装在散热器上，尽可能靠近晶体管，用导热膏仔细润滑接触点，并在必要时注意电气绝缘。

另外，有时需要选择电阻器R8的阻值——它应该使得当电容器C3的端子短路时，端子5DD2处的电压为零。

机构特色

由于DD2芯片中内置的保护逻辑，转换器可以通过焊接关键晶体管VT1和VT2首次打开，但为了以防万一（突然轨道被错误地分开），我们从通过 24 V、1 ... 2 A 灯泡连接电池。电容器 C7 和 C8 未焊接。作为负载，我们将圣诞树花环（12 V，0,16 A）中的两个串联灯泡连接到设备的输出。转换器正常工作期间，这些灯应亮起（转换器输出电压应约为 12 V，但大于 6 ... 8 V 且小于 15 V），电源灯不应发光，流过它的电流不应超过200mA。同时，我们检查开关的正确操作，尽管它不需要通过正确的安装和可维修零件进行调整，并且我们确保“关闭”模式下消耗的电流不超过 1 mA。

如果更多，我们焊接电容器 C9 并重复测量：如果减少，我们放置更好的电容器，如果保持不变，我们焊接相同的电容器，并在两个场电阻的栅极和源极端子之间焊接一个 10 kΩ 电阻。

工作时，如果有声音，转换器不应啸叫，需要通过减小电容C1和C2的电容值来提高工作频率。如果即使使用 200 pF 的电容，高频吱吱声也没有消失，则很可能是电路被激励。

之后，我们关闭负载并测量电路消耗的电流；它应该在 40 ... 70 mA 范围内。如果它大得多，这意味着L1线圈的电感不足，你要么需要增加工作频率（如果电路已经工作在超声波（听不见）频率，最好不要这样做！），或者在线圈上再缠绕十几或两匝。

接下来，我们打开测量极限超过 5 A 的电流表，而不是电源电路中的灯泡，并将电流消耗为 2 ... 4 A 的灯泡连接到输出（即，其功率为 24 ... 48 W）。电池电路消耗的电流应大约比通过灯泡的电流小 2 倍，两个不带散热器的场效应晶体管不应升温（负载电流为 2 A 时），或者在最大电流下它们应缓慢升温升温至约 50 ... 70°C。

此外，两个晶体管的温度应该大致相同。

如果 VT2 的升温明显高于 VT1，则需要使用串联 LED 和 1 ... 10 kOhm 电阻，将它们连接在公共线和晶体管栅极之间，以确保其栅极处有信号。如果LED发光比VT1栅极上的发光弱得多，或者根本不发光，则需要增加电容器C4的电容。

由于电路中没有提供电流保护（防止短路），因此必须通过 5 ... 10 A 保险丝连接负载。它可以放置在汽车保险丝盒中或汽车保险丝盒中（正极线上）。转换器。

负载电流为 5 A 时，从电池引出的电线应大于 1 毫米（铜），到负载的电线应大于 1,5 毫米，在高电流时，电线应更粗。

使用功率更大、沟道电阻更低的晶体管，在电路发热相同的情况下，输出电流可以增加数倍，但随后就需要更换驱动芯片。 IR2103“勉强应付”IRFZ46 晶体管，并且它可能根本无法驱动更强大的晶体管。 IR2183 芯片的理想替代品是在特性、引脚排列和封装类型方面完全模拟，但输出电流高达 1,7 A。只需将其焊接在 IR2103 的位置，无需对电路板进行任何更改。在这种情况下，希望将电容器C5的电容增大数倍（至少1μF），并且必须是薄膜。

作者：Kashkarov A. P.、Koldunov A. S.

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