Поделки своими руками для автолюбителей
Универсальное ЗУ или понижающий и повышающий преобразователь сразу, схема
Сегодня я предоставлю вам схему универсального зарядного устройства, также можно её использовать и как лабораторный блок питания на базе повышающего и понищающего преобразователя.
Перед вами сейчас преобразователь напряжения, однотактный малогабаритный и довольно мощный, обычный преобразователь может либо повышать, либо понижать входное напряжение, данный же вариант умеет и повышать и понижать.
У меня есть разные регулируемые источники питания, которыми я тестирую собраны самоделки, заряжаю аккумуляторы и многое другое. 
Но вот недавно возникла идея создать портативный источник питания, который бы справился со всеми поставленными задачами, а в частности заряжал портативные гаджеты смартфона, ноутбуки, автомобильные АКБ и т.д.
Сразу замечу одну вещь номиналы некоторых компонентов на схеме могут отличаться от тех, что на плате например конденсаторы.
Схема нарисована с применением эталонных номиналов, а плату я делал под свои нужды опираясь в первую очередь на компактные размеры.
Именно мой источник питания обеспечивает на выходе ток до 3 ампер, но схема способна обеспечить выходной ток до 5 ампер, так что она универсальна, всё зависит от ёмкости конденсаторов, дросселя, полевого ключа и диодного выпрямителя.
Несколько слов о схеме — это однотактный преобразователь на базе шим контроллера UC3843, питать данную схему можно как от аккумулятора, так и от выпрямителя.
Чтобы микросхема работала спокойно от моего мощного аккумулятора, 
мне пришлось на плату добавить линейный стабилизатор 7812 на 12 вольт для питания микросхемы шим, на схеме этот стабилизатор не указан, его можно ставить по желанию.
При сборке стоит обратить внимание на перемычки, которые имеются на плате, при том 2 из них силовые, следовательно они должны иметь примерный диаметр в 1 и более миллиметров.
Трансформатор, точнее это дроссель, 
намотан на жёлто-белом колечке из порошкового железа, такие применяются в качестве сердечника выходного фильтра в компьютерных блоках питания.
Размеры использованного мною сердечника сейчас перед вами
Дроссель содержит две равноценные обмотки, обе намотаны проводом 1 и 2 миллиметра, советую диаметр чутка побольше, полтора — два миллиметра, количество витков 10, обе обмотки намотаны разом, естественно в одинаковом направлении.
Перед установкой дросселя, перемычки желательно заклеить скотчем, 
работа схемы зависит от правильной установки дросселя, нужно соблюдать начала обмоток или просто установить дроссель, так как это показано на рисунке…
Силовой транзистор — любой низковольтный n-канальный полевой транзистор с током от 30 ампер, в моем случае использован транзисторы IRFZ44 (как всегда).
Выходной выпрямитель —это сдвоенный диод в корпусе TO220, очень желательно взять диоды-шотки у последних минимальное падение напряжения на переходе, а следовательно и потери.
Такие диоды можно найти в тех же компьютерных блоках питания, они стоят в качестве выходного выпрямителя, в таком корпусе два диода, которые в нашей схеме подключены параллельно для увеличения общего тока и еще большего снижения падения напряжения на переходе.
Преобразователь естественно стабилизирован, обратная связь и все такое. Выходное напряжение задается резистором R3, его можно заменить на обычный переменник для удобства регулировки.
Кстати наш преобразователь снабжен защитой от коротких замыканий. В качестве датчика тока резистор R10-это низкоомный шунт,
чем больше его сопротивление, тем меньше ток срабатывания защиты и наоборот.
Если защита не нужна, то этот узел можно исключить. Ещё из защиты имеется предохранитель на 10 ампер.
Использованные в схеме конденсаторы очень и очень желательно взять с низким внутренним сопротивлением.
Силовые элементы, транзистор и выпрямитель, лепятся к алюминиевой пластинки, при том не забываем изолировать подложки указанных элементов от радиатора, используя пластиковые втулки и теплопроводящие изолирующие прокладки. Термопаста также не помешает.
Благодаря шим-управлению, данный преобразователь обладает очень высоким КПД, ток холостого хода в зависимости от питающего напряжения может составить от 20 до 40 миллиампер.
Теперь давайте сделаем некоторые тесты первым делом проверим диапазон выходных напряжений подавая на вход скажем 12 вольт, при этом максимальное выходное напряжение составило около 25 вольт можно и больше поднять, но я не рискну, так как конденсаторы у меня всего то на 25 вольт и при дальнейшем увеличении выходного напряжения они могут красиво бахнуть 😉
Минимальное напряжение составляет около 5 вольт — это значит, что спокойно можно и смартфоны заряжать.
Стабилизация отрабатывает прекрасно, при изменениях входного напряжения на где-то 10 вольт, выходное держится строго в пределах заданной величины, что не может не радовать.
Введите электронную почту и получайте письма с новыми поделками.
Несмотря на компактные размеры этот малыш обеспечивает на выходе ток около 3-х ампер, почти без просадки выходного напряжения, но как сказал ранее со схемы можно снять токи в 5 и более ампер.
Вдобавок ко всему скажу, что силовые дорожки печатной платы в обязательном порядке нужно усилить припоем, по ним будут протекать немалые токи.
Автономный источник питания с возможностью выставить любое штатное и нештатное напряжение на выходе я думаю будет актуальным для многих радиолюбителей, а также и для автолюбителей.
Вот такая получилась полезная поделка, печатку для сборки данного преобразователя прилагаю:
Источник
Регулируемый миниатюрный DC/DC-преобразователь: получаем из USB любое напряжение от 1 до 24 В
Содержание
Вступление
Когда в радиолюбительском или даже профессиональном арсенале требуется регулируемый источник питания невысокой мощности, то в его качестве может выступать DC-DC преобразователь, питаемый от 5-Вольтового телефонного зарядного устройства или даже от USB-порта компьютера.
Это тем более интересно, что телефонных зарядок, от которых можно запитать такой преобразователь, в каждом доме скопилось чуть более, чем гуталина на гуталиновой фабрике. 🙂
Представленный в этом обзоре DC-DC преобразователь имеет встроенный вольтметр и позволяет получить из стандартных 5 Вольт любое напряжение от 1 до 24 Вольт (и даже чуть более, как покажет тест).
(изображение со страницы продавца на Алиэкспресс)
Основные технические параметры DC-DC преобразователя
| Входное напряжение | 5 В |
| Выходное напряжение | 1 — 24 В |
| Выходная мощность | 3 Вт (макс.) |
| КПД | 94% |
| Потребляемый ток холостого хода | 30 мА |
| Габариты | 70*26*22 мм |
Характеристики взяты со страницы продавца; некоторые из них по ходу обзора придётся поправлять, в том числе и в лучшую сторону, как ни странно.
Цвет индикатора напряжения может быть красным или зелёным (по выбору потребителя).
Цена преобразователя на момент обзора — около 250 российских рублей ($3.5). Проверить актуальную цену или приобрести устройство можно здесь.
Внешний вид, конструкция и схемотехника DC-DC преобразователя
Преобразователь изготовлен в виде платы с USB-разъёмом, установленной в корпусе из прозрачного голубого пластика:
Прозрачность и гламурный цвет корпуса производят очень приятное впечатление. Хотя, на самом деле, корпус здесь сделан прозрачным не для красоты, а с функциональной целью: чтобы были видны показания встроенного вольтметра.
Корпус — неразборный, его половинки склеены «насмерть».
Вблизи выходных клемм на корпусе имеется оребрение, сделанное, видимо, чтобы корпус не скользил в руке. Но это оребрение оказалось не при деле: удобнее брать в руки устройство ближе к разъёму USB.
На обратной стороне обозначено функциональное назначение изделия:
Кроме того, здесь указана полярность выходных клемм и назначение расположенного с лицевой стороны многооборотного переменного резистора.
Через прозрачный корпус можно более-менее разобраться, как устроен преобразователь.
За оребрением корпуса (на его правой стороне) скрывается маленькая 6-ногая микросхема преобразователя — его главная деталь. На ней проставлена маркировка B6289M. По всей видимости, это — один из клонов популярной микросхемы для повышающих преобразователей MT3608.
Но в данном случае наш преобразователь в целом — повышающе-понижающий. Судя по наличию двух дросселей, здесь применена схема SEPIC, которая и позволяет превратить повышающий преобразователь в повышающе-понижающий.
В качестве выпрямительного диода использован диод Шоттки SS34, имеющий малую величину прямого падения напряжения.
Микросхема имеет встроенный тактовый генератор на частоту 1.2 МГц.
За измерение напряжения и индикацию отвечает «многоногая» микросхема NUVOTON N76E003AT20. Это — аналого-цифровой процессор с 12-битным АЦП. В данном случае этот процессор запрограмирован на роль вольтметра.
Между индикатором и разъёмом USB расположен элемент, обозначенный F1. Это — предохранитель (FUSE), при штатной работе устройства он не должен срабатывать. Но производитель всё-таки подстраховался на всякий случай. Кроме того, производить ещё и настоятельно рекомендует не допускать коротких замыканий.
Наконец, за регулировку напряжения отвечает голубой переменный резистор с ребристой латунной ручкой. При её вращении главное — не прикладывать излишнюю силу, когда она дошла до конечного положения.
Для установки напряжения с точностью 0.1 В вращать ручку надо очень медленно и плавно с того момента, когда напряжение начинает приближаться к требуемому значению. В принципе, миссия — выполнима.
Технические испытания DC-DC преобразователя
Первым делом проверяем реальные пределы регулировки напряжения и точность его измерения встроенным вольтметром.
Устанавливаем положение максимального напряжения:
Итого, по показаниям мультиметра напряжение составило 27.1 В, а по показаниям вольтметра преобразователя 25.9 В. Показаниям мультиметра при этом доверяем больше; ибо это — какой-никакой, а измерительный прибор всё-таки!
Погрешность встроенного вольтметра составила 4.4%. Это — не идеально, но терпимо. При установке напряжения по встроенному вольтметру просто можно учитывать этот факт «в уме».
Теперь устанавливаем минимальное напряжение:
Итого, по показаниям мультиметра напряжение составило 0.61 В, а по показаниям вольтметра преобразователя 0.5 В.
Здесь встроенный вольтметр показывает напряжение только с одной значащей цифрой, и погрешность получается куда больше, аж целых 18%.
Мораль: для очень низких напряжений всё-таки лучше контролировать его установку с помощью внешнего прибора, иначе погрешность может оказаться слишком высокой.
Но главный итог состоит в том, что диапазон регулировки выходного напряжения не только уложился в заявленные пределы, но и даже перевыполнил их! [оркестр играет туш]
При этом, исходя из схемотехники и свойств микросхемы преобразователя, можно предположить, что нижняя граница диапазона регулировки напряжения всегда будет около 0.6 В, а верхняя граница будет зависеть от разброса номиналов резисторов в схеме, но в любом случае будет выше 24 В.
Предельные режимы работы преобразователя и защита от короткого замыкания
Далее проверяем предельный отдаваемый ток преобразователя при разных выходных напряжениях. Проверка производилась только в диапазоне напряжений, официально заявленных производителем.
Проверка осуществлялась при питании от телефонного адаптера 5 Вольт / 2 Ампера; причём работоспособность адаптера при максимальном выходном тока 2 А была ранее успешно проверена.
При этой проверке возникла сложность с определением точной границы начала выхода преобразователя из режима стабилизации заданного напряжения.
Дело в том, что при превышении допустимой отдаваемой мощности защита от перегрузки и короткого замыкания в устройстве срабатывает не мгновенно, а постепенно. В связи с этим граница устойчивости режима определялась немножко «на глазок», по заметному падению напряжения выхода (более, чем на 0.1 В).
| Напряжение выхода | Максимальный ток выхода | Максимальная мощность выхода |
| 1 В | 1.86 А | 1.86 Вт |
| 3 В | 1.33 А | 3.99 Вт |
| 7.5 В | 0.65 А | 4.875 Вт |
| 9 В | 0.62 А | 5.58 Вт |
| 15 В | 0.33 А | 4.95 Вт |
| 24 В | 0.17 А | 4.08 Вт |
Приведённые здесь режимы — предельные, и длительная эксплуатация в них крайне не рекомендуется (нагрев корпуса был ощутимым).
При этой проверке выяснилось, что при установке на выходе малых напряжений и большого тока на выходе появляются колебания с частотой около 80 кГц, по форме близкие к синусу:
Здесь показана осциллограмма при выходном напряжении 1 В и токе 0.7 А; но первые признаки таких колебаний наблюдались, начиная с тока в 0.27 А.
Устраняются эти колебания, как обычно, с помощью конденсатора, подключенного к устройству снаружи, но расположить его надо близко к выходным клеммам преобразователя (оказалось достаточно 4.7 мкФ). Если этот же конденсатор установить на дальнем конце кабеля длиной 1 м (например), то колебания только слегка сглаживаются, но не устраняются.
Что касается защиты от коротких замыканий, то оптимальной её назвать нельзя. При напряжении 7.5 В ток короткого замыкания на выходе составил почти 2.5 А, а потребляемый ток — 1.55 А.
В таком режиме вся потребляемая мощность рассеивается внутри корпуса преобразователя, что опасно для его жизни и здоровья, если замыкание окажется длительным. При кратковременных замыканиях (2-3 секунды) преобразователь остаётся живым (проверено).
КПД преобразователя
КПД проверен в различных режимах работы преобразователя при мощности на выходе 3 Вт (номинал, установленный производителем). Исключение — режим с напряжением выхода 1 Вольт, в котором получить мощность выхода 3 Вт не удалось.
| Напряжение выхода | КПД (Pвых. = 3 Вт) |
| 1 В | 44 % |
| 3 В | 63 % |
| 7.5 В | 77 % |
| 9 В | 91 % |
| 15 В | 75% |
| 24 В | 74 % |
КПД даже в самом благоприятном варианте не дотянул до обещанных производителем 94%.
Вероятно, причина кроется в том, что применена более сложная схема устройства, чем та, под которую рассчитана микросхема преобразователя.
Она разработана для повышающих преобразователей; а использована в повышающе-понижающем преобразователе, имеющем дополнительные элементы, и, следовательно, дополнительные источники потерь.
И, последний вопрос — о пульсациях.
Ниже приведена осциллограмма пульсаций при выходном напряжении 7.5 В и токе 0.4 А:
Размах пульсаций составил около 80 мВ, т.е. примерно 1% от величины выходного напряжения.
В большинстве случаев это — приемлемая величина; но при применении преобразователя для питания устройств, чувствительных к помехам, может потребоваться их дополнительное подавление традиционным способом — с помощью конденсаторов. Конденсаторы в таких случаях желательно использовать в комбинации «керамика + электролит» и по принципу «чем больше, тем лучше».
Итоги и выводы
Даже такое простое устройство заставило вспомнить о том, что ничего идеального в этом мире нет. 🙂
Преобразователь оказался вполне работоспособным и «пригодным к употреблению», но при его применении необходимо учитывать особенности этого устройства.
Во-первых, при работе со значительными токами и малыми напряжениями следует подключать дополнительный внешний конденсатор вблизи выходных клемм (для подавления «генерации» на 80 кГц). Большой ёмкости не требуется, достаточно от 4.7 мкФ.
Во-вторых, при работе с чувствительной аппаратурой так же может потребоваться установка дополнительных конденсаторов, подавляющих пульсации; но уже с более «серьёзной» ёмкостью.
В-третьих, надо помнить о недопустимости коротких замыканий на сколь-нибудь длительное время.
И, наконец, в-четвёртых, надо помнить и о том, что при питании преобразователя не от сетевого адаптера, а от от порта USB компьютера есть ограничения на ток, отдаваемый этими портами (500 мА для USB 2, и 900 мА для USB 3). Для примерного расчёта допустимого выходного тока преобразователя может помочь приведённая в обзоре таблица с КПД устройства при разных выходных напряжениях.
Окончательный список «плюсов» и «минусов».
Плюсы:
— широкий диапазон регулировки выходного напряжения, превосходящий заявленный производителем;
— возможность использования с кратковременным превышением допустимой выходной мощности;
— наличие встроенного вольтметра;
— возможность настройки выходного напряжения с точностью до 0.1 В;
— возможность питания от широко распространённых зарядных устройств для мобильных телефонов;
— возможность питания от USB-портов компьютеров (с ограничениями по мощности);
— приятный внешний вид, малые габариты и вес.
Минусы:
— малая эффективность защиты от коротких замыканий;
— необходимость дополнительных конденсаторов для подавления помех (особенно — при малых напряжениях и высоких токах);
— КПД ниже заявленного производителем.
Приобрести этот преобразователь можно на Алиэкспресс проверить актуальную цену или купить.
Источник