Повышающий преобразователь напряжения на ne555 своими руками

Обновлено: 07.07.2024

Преобразователь напряжения большой мощности

Инвертора питания DC / AC может быть полезной везде, где нет розетки электропитания, например, автомобиль, жилой автоприцеп или коттедж. Благодаря ему, вы сможите использавать привычные вам дома приборы, такие как: радио, магнитолы, DVD-плееры, телевизоры, электробритвы, люминесцентные лампы или зарядное устройство сотового телефона. Максимальная нагрузка зависит от трансформатора, транзисторов и размер радиатора.

Преобразователи напряжения собран на таймере 555 и выдает прямоугольные импульсы частотой 50 Гц. Частота задается сопротивлением резистора Rx и емкостью конденсатора Сх. В качестве выходных ключей используются два МОП транзистора N-типа. Один управляется непосредственно от таймера 555 , другой- через логический инвертор на транзисторе BC547. Можно использовать любой сетевой трансформатор с двумя вторичными обмотками на 12 В, они должны быть рассчитаны на максимальную нагрузку. Размеры радиаторов для двух силовых транзисторов зависят от нагрузки. Они установлены на изолирующих прокладках. Используйте предохранитель нужного номинала в цепи входного питания!

Если вы предполагаете питать приборы , которые не требуют применения частоты 50 Гц, то можно использовать более высокую частоту, приблизительно в 100 - 300Гц. Это снижает энергопотребление в режиме ожидания. Частота может быть отрегулирована путем изменения значения Rx и Сх. Можно также легко изменить выходную частоту устройства от 50 Гц до 60 Гц, просто уменьшив значение Rx на 1/6 (от 120k до 100k). МОП- транзисторы могут быть: IRFZ44 для нагрузок до 200 Вт, IRFZ48 до 350 Вт или IRF3205 до 600 Вт. Для вывода выше 600 Вт можно объединить несколько транзисторов IRF3205 параллельно. Очень хорошие показатели имеет и IRF1405. Этот тип инвертора DC / AC имеет нестабилизированный выходное напряжение, меандр.

Схема преобразователя питания 12V / 230V 50Hz прямоугольной формы на 555. MOSFET IRF1405,распиновка - (то же самое для всех транзисторов)

Внимание:
При работе с инвертором соблюдайте осторожность - выходное напряжение является смертельным. Все, что вы делаете, вы делаете на свой страх и риск.

Таймер 555. Преобразователи напряжения

Достаточно часто в различных схемах требуются преобразователи напряжения. Наиболее типичный пример, - питание какого-либо устройства от автомобильного аккумулятора. Обычно такие преобразователи напряжения делаются двухтактными на базе различных специализированных микросхем. Но, если мощность преобразователя невелика, вполне возможно создать таковой на базе таймера 555 (КР1006ВИ1). Схема одного из возможных вариантов показана на рисунке 1.

Схема содержит уже знакомый по предыдущим статьям о таймере 555 автоколебательный мультивибратор, к выходу которого (вывод 3) подключен затвор мощного полевого транзистора VT1. К стоку этого же транзистора подключен дроссель L1.

При включении питания генератор начинает вырабатывать прямоугольные импульсы. Поэтому на дросселе L1 появляются импульсы ЭДС самоиндукции, которые выпрямляются диодной сборкой VD2, и заряжают конденсатор выходного фильтра C4 до напряжения, заданного стабилитроном VD3.

Устройство стабилизации представляет собой пороговое устройство, практически компаратор, с порогом срабатывания заданным стабилитроном VD3.

Работает устройство стабилизации следующим образом: как только напряжение на конденсаторе C4 превысит напряжение стабилизации стабилитрона и перехода база – эмиттер транзистора VT2, последний откроется, что приведет к уменьшению длительности импульса на выходе таймера и снижению напряжения на конденсаторе C4. Далее весь цикл повторяется.

Рисунок 1. Схема DC/DC конвертера на таймере 555

Напряжение на выходе устройства целиком и полностью зависит от напряжения стабилизации стабилитрона, и может достигать до 40 вольт. В рассмотренной схеме выходное напряжение выше, чем у источника питания и составляет 18В. Если понадобится получить, например, 9 или 5В, достаточно просто применить стабилитрон на указанное напряжение стабилизации. Все остальные детали замены не потребуют.

Микромощный преобразователь на 555

Часто в различной аппаратуре требуется двухполярное питание небольшой мощности. В качестве примера можно привести случай, когда надо запитать всего-то один операционный усилитель. Схема подобного преобразователя показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема микромощного преобразователя напряжения на таймере 555

Принцип делать не из того, что надо, а из того, что есть, зачастую дает отличные результаты, во всяком случае, экономию времени, которого всегда не хватает.

Вот и здесь поможет наш старый знакомый – мультивибратор. При указанных на схеме параметрах деталей рабочая частота генератора около 160КГц. Импульсы напряжения с его выхода через разделительный конденсатор C4 поступают сразу на два выпрямителя, собранных по схеме удвоения напряжения.

Стабилизацию выходного напряжения выполняют интегральные стабилизаторы. Для положительного напряжения это 78L05, для отрицательного 79L05. Таким образом получается двухполярный стабилизированный преобразователь с напряжением стабилизации ±5В.

Преобразователь напряжение – частота (ПНЧ)

В некоторых случаях требуется именно такое преобразование. Подобные схемы достаточно сложны, содержат большое количество деталей, капризны в наладке. Существуют, конечно, специализированные интегральные ПНЧ, но они достаточно дороги, а кроме того не всегда имеются под руками. Поэтому зачастую в подобной ситуации выручит широко распространенный таймер 555.

Схема ПНЧ на таймере 555 показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема ПНЧ на таймере 555

В основе ПНЧ все тот же мультивибратор, но если в классической схеме заряд времязадающего конденсатора C1 осуществляется через резистор, то в данном случае конденсатор заряжается через управляемый источник тока, который выполнен с применением операционного усилителя. На схеме указан ОУ типа 741, отечественный аналог которого 140УД7.

Источник тока устроен так, что выходной ток линейно зависит от входного напряжения и почти не зависит от сопротивления нагрузки. При использовании источника тока заряд конденсатора происходит линейно, а не по экспоненте, как в случае с использованием резистора.

При достижении определенного напряжения, а именно 2/3U, (порог срабатывания верхнего компаратора) конденсатор разряжается, формируя импульс напряжения на выходе таймера. После этого начинается новый заряд - разряд конденсатора. Поэтому, частота выходного напряжения на выходе ПНЧ линейно зависит от входного напряжения.

Если на вход устройства подать постоянное напряжение в пределах 0,5…7В, частота на выходе изменяется в диапазоне 1,8…24КГц, что соответствует крутизне преобразования около 3,4КГц/В.

Короткие импульсы на выходе устройства имеют отрицательную полярность. При этом погрешность преобразования не превышает 3,4%. Подобный преобразователь может быть применен, например, в измерителях температуры, когда требуется оцифровать информацию от аналогового датчика.

Микросхема 555-го таймера (отечественный аналог КР1006ВИ1) настолько универсальна, что ее можно встретить в самых неожиданных узлах РЭА. В этой статье рассмотрены схемы импульсных источников питания, в которых используется эта микросхема.
В домашней лаборатории, особенно в полевых условиях, необходим маломощный источник разных постоянных напряжений, который можно запитать от аккумуляторов или гальванических элементов, легкий и портативный. Подобные схемы импульсных источников питания, которые принято называть DC/DC-преобразователями, можно создать на 555-м таймере. Так получилось, что мы в своих конструкциях используем микросхему NE555, но в рассматриваемых схемах можно использовать любые ее аналоги.

Схема импульсного источника питания двухполярного напряжения

Он собран на одной микросхеме NE555 (рис.1), которая служит задающим генератором прямоугольных импульсов. Генератор собран по классической схеме. Частота следования выходных импульсов генератора 6,474…6,37 кГц. Она изменяется в зависимости от напряжения питания, которое может быть 3,6 В (3 аккумулятора в кассете питания) и 4,8 В (при 4 аккумуляторах в кассете). В схеме импульсного источника питания были использованы аккумуляторы ENERGIZER типоразмера АА емкостью 2500 мА-ч.
Прямоугольные импульсы с выхода 3 МС 555 через ограничивающий резистор R5 подаются на базу транзисторного ключа VT1, нагрузкой которого является дроссель L1 индуктивностью 3 мГн. При резком запирании этого транзистора в дросселе L1 наводится большая ЭДС самоиндукции. Полученные таким образом высоковольтные импульсы поступают на два параллельных выпрямителя с удвоением напряжения, на выходах которых будут два разнополярных напряжения ±4,5…15 В.

Эти напряжения можно регулировать, изменяя скважность выходных импульсов с помощью потенциометра R1. Постоянное напряжение с движка R1 попадает на вывод 5 МС555 и меняет скважность, а следовательно, и выходные напряжение обоих выпрямителей. Выходные напряжения этого источника будут идеально равны только в том случае, когда скважность импульсов генератора будет равна 2 (длительность импульсов равна паузе между ними). При другой скважности импульсов выходные напряжения источника в точках А и Б будут несколько разниться (до 1…2 В). Столь небольшая разница обеспечивается применением в схеме импульсного источника питания выпрямителей удвоения, конденсаторы которых заряжаются как положительными, так и отрицательными импульсами. Этот недостаток компенсируется простотой и дешевизной схемы.

Схема импульсного источника питания на двух NE555

На рис.2 показана схема импульсного источника питания с двумя таймерами NE555. Первая из этих микросхем (DD1) включена по схеме мультивибратора, на выходе которого проявляются короткие прямоугольные импульсы, снимаемые с ножки 3. Частота следования этих импульсов изменяется с помощью потенциометра R3.
Этим импульсы поступают на дифференцирующую цепочку C3R5 и параллельно подключенный к резистору R5 диод VD1. Поскольку катод диода подключен к шине питания, короткие положительные всплески продифференцированных импульсов (фронты) шунтируются малым прямым сопротивлением диода и имеют незначительную величину, а отрицательные всплески (спады), попадая на запертый диод VD1, свободно проходят на вход ждущего мультивибратора МС DD2 (ножка 2) и запускают его. Хотя на схеме VD1 указан как Д9И, в этой позиции желательно использовать маломощный диод Шотки, а, в крайнем случае, можно использовать кремниевый диод КД 522.

Схема импульсного источника питания на таймере NE555 и операционном усилителе

Схема импульсного источника питания, показанная на рис.3, подобна, но в качестве задающего генератора прямоугольных импульсов используется операционный усилитель (ОУ) типа К140 УД12 или КР140 УД 1208. Этот ОУ очень экономичен, может работать от однополярного напряжения питания от 3 до 30 В или от двуполярного ±1,5… 15 В.
Частоту генерации регулируют потенциометром R3. Для увеличения широкополосности выводы 1,4,5 объединяют и заземляют на общий провод. Резистор R6, регулирующий токуправления, уменьшают до минимально возможного значения 100 кОм. Ток потребления ОУ в пределах 1,5…2 мА. Между выходом ОУ и дифференцирующей цепочкой C3R10VD1, от которой запускается одновибратор DD1, включен буферный усилитель на транзисторе VT1 типа ВС237, который служит для увеличения крутизны фронта и спада выходного импульса МС DA1.

Похожие статьи:
Малогабаритный импульсный источник питания на микросхеме LNK501
Импульсный источник питания на однопереходном транзисторе
Импульсный источник питания паяльника и дрели
Импульсный источник питания мощностью 20 Вт

Иногда надо получить высокое напряжение из низкого. Например, для высоковольтного программатора, питающегося от 5ти вольтового USB, надыбать где то 12 вольт.

Как быть? Для этого существуют схемы DC-DC преобразования. А также специализированные микросхемы, позволяющие решить эту задачу за десяток деталек.

Принцип работы
Итак, как сделать из, например, пяти вольт нечто большее чем пять? Способов можно придумать много — например заряжать конденсаторы параллельно, а потом переключать последовательно. И так много много раз в секунду. Но есть способ проще, с использованием свойств индуктивности сохранять силу тока.

Чтобы было предельно понятно покажу вначале пример для сантехников.

Заслонка открывается и мощный поток жидкости начинает сливаться в никуда. Смысл лишь в том, чтобы этим потоком как следует разогнать турбину. Накачать ее энергией, передав энергию источника в кинетическую энергию турбины.

Фаза 2

Заслонка резко закрывается. Потоку больше деваться некуда, а турбина, будучи разогнанной продолжает давить жидкость вперед, т.к. не может мгновенно встать. Причем давит то она ее с силой большей чем может развить источник. Гонит жижу через клапан в аккумулятор давления. Откуда же часть (уже с повышеным давлением) уходит в потребитель. Откуда, благодаря клапану, уже не возвращается.

Скорость турбины на излете, энергия перешла в давление в аккумуляторе. Сил продавить клапан, подпертный с той стороны набитым давлением уже не хватает. Вот вот и все встанет. Но в этот момент вновь открывается заслонка и турбина вновь разгоняется, набирает энергию из источника, превращая энергию потока в энергию вращающихся масса металла. Потребитель, тем временем, потихоньку жрет из аккумулятора.

И вновь заслонка закрывается, а турбина начинает яростно продавливать жидкость в аккумулятор. Восполняя потери которые там образовались на фазе 3.

Вместо турбины у нас вполне подойдет индуктивность в виде дросселя. В качестве заслонки обычный ключ (на практике — транзистор), в качестве клапана естественно диод, а роль аккумулятора давления возьмет на себя конденсатор. Кто как не он способен накапливать потенциал. Усе, преобразователь готов!

Ключ замкнут. Ток от источника начинает, фактически, работать на катушку. Накачивая ее энергией.

Ключ размыкается, но катушку уже не остановить. Запасенная в магнитном поле энергия рвется наружу, ток стремится поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В результате, напряжение на выходе с катушки резко подскакивает (чтобы пробить путь току) и прорвавшись сквозь диод набивается в конденстор. Ну и часть энергии идет в нагрузку.

Ключ тем временем замыкается и катушка снова начинает нажирать энергию. В то же время нагрузка питается из конденсатора, а диод не дает току уйти из него обратно в источник.

Ключ размыкается и энергия из катушки вновь ломится через диод в конденсатор, повышая просевшее за время фазы 3 напряжение. Цикл замыкается.

Как видно из процесса, видно, что за счет большего тока с источника, мы набиваем напряжение на потребителе. Так что равенство мощностей тут должно соблюдаться железно. В идеальном случае, при КПД преобразователя в 100%:

Так что если наш потребитель требует 12 вольт и кушает при этом 1А, то с 5 вольтового источника в преобразователь нужно вкормить целых 2.4А При этом я не учел потерь источника, хотя обычно они не очень велики (КПД обычно около 80-90%).

Если источник слаб и отдать 2.4 ампера не в состоянии, то на 12ти вольтах пойдут дикие пульсации и понижение напряжения — потребитель будет сжирать содержимое конденсатора быстрей чем его туда будет забрасывать источник.

Схемотехника
Готовых решений DC-DC существует очень много. Как в виде микроблоков, так и специализированных микросхем. Я же не буду мудрить и для демонстрации опыта приведу пример схемы на MC34063A которую уже использовал в примере понижающего DC-DC преобразователя.

Работа
Питание через токовый шунт Rsc идет в дроссель L1 оттуда через ключ (SWC/SWE) на землю и через диод D1 на накопительный конденсатор C2. C него на нагрузку. Прям как в схеме приведенной выше. Остальные элементы для задания режима работы микросхемы.

SWC/SWE выводы транзисторного ключа микросхемы SWC — это его коллектор, а SWE — эмиттер. Максимальный ток который он может вытянуть — 1.5А входящего тока, но можно подключить и внешний транзистор на любой желаемый ток (подробней в даташите на микросхему).
DRC — коллектор составного транзистора
Ipk — вход токовой защиты. Туда снимается напряжение с шунта Rsc если ток будет превышен и напряжение на шунте (Upk = I*Rsc) станет выше чем 0.3 вольта, то преобразователь заглохнет. Т.е. для ограничения входящего тока в 1А надо поставить резистор на 0.3 Ом. У меня на 0.3 ома резистора не было, поэтому я туда поставил перемычку. Работать будет, но без защиты. Если что, то микросхему у меня убьет.
TC — вход конденсатора, задающего частоту работы.
CII — вход компаратора. Когда на этом входе напряжение ниже 1.25 вольт — ключ генерирует импульсы, преобразователь работает. Как только становится больше — выключается. Сюда, через делитель на R1 и R2 заводится напряжение обратной связи с выхода. Причем делитель подбирается таким образом, чтобы когда на выходе возникнет нужное нам напряжение, то на входе компаратора как раз окажется 1.25 вольт. Дальше все просто — напряжение на выходе ниже чем надо? Молотим. Дошло до нужного? Выключаемся.
Vcc — Питание схемы
GND — Земля

Все формулы по расчету номиналов приведены в даташите. Я же скопирую из него сюда наиболее важную для нас таблицу:

Конденсатор С1 призван оградить питающую цепь от бросков. Потому и взят побольше. Резистор R1 у меня взят на 1.5кОм, а R2 на 13кОм, что дает нам напряжение выхода в 12 вольт. В качестве диода надо выбирать диод Шоттки. Например 1N5819. У диодов Шоттки заметно ниже падение напряженияна pn переходе, а еще ниже паразитная емкость этого перехода, что позволяет ему работать с меньшими потерями на больших частотах. Микросхема может работать на входном напряжении от 3 вольт.

Опыт
Для примера по быстрому развел микромодульчик, забирающий 5 вольт и выдающий 12 вольт. Схема уже приведена выше, а печатка получилась такой:

Запитал от 5 вольт и нагрузил на 12ти вольтовую светодиодную линейку. КПД у моего преобразователя, кстати, получился так себе — не выше 50% т.к. слишком маленькая индуктивность дросселя и большая емкость конденсатора С3, но иного под рукой не оказалось.

Вот так вот. Простая схемка, а позволяет решить ряд проблем.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

236 thoughts on “Повышающий DC-DC преобразователь. Принцип работы.”

Спасибо, очень познавательно, полезно и подробно, в самый раз для начинающих (типа меня :)).

отличная статья! Очень информативно и познавательно.
И моя любимая параллель — схемотехника сантехника :)

Я не Дихалт, но отвечу.
Токовый шунт — это токовый шунт. В данной схеме он для измерения пикового тока через индуктивность. Так как этот резистор включен последовательно с катушкой то ток через него проходит такой же; и по закону Ома на нем образуется некое падение напряжения(U=I*R), которое пропорционально току, которое и измеряет микросхемка выводом 7.
Перемычкой он заменен потому, что для того, чтобы не просирать много мощности в тепло сопротивления токовых шунтов выбирают достаточно маленькими(0.22 Ома в данном случае) что по большому счету и равно сопротивлению перемычки ну т.е. не обязательно у всех перемычек сопротивление 0.22, просто оно есть, и оно не бесконечно маленькое и его обычно хватает как раз для всяких таких вот шунтов.

То есть, на всех SMD-резисторах с сопротивлением меньше 1 Ом пишут просто 0?

Не совсем так. У 0 сопротивления оно все же весьма близко к нулю. Т.е. меньше чем надо. Просто найти нужный резистор (на 0.3 ома или около того) проблематично бывает. Вот я и забил на токовую защиту.

Читайте также: