Данный преобразователь предназначен для повышения напряжения постоянного тока. Его можно применить для питания ноутбука от бортовой сети автомобиля (+12В), который требует напряжение питания +19В. Также к бортовой сети автомобиля с помощью этого повышающего DC-DC преобразователя можно подключать нагрузку, требующую напряжение питания +24В. Схема и печатная плата были найдены в интернете и немедленно повторены мною, результатами работы преобразователя я был приятно удивлен.
Схема повышающего DC-DC преобразователя на UC3843
Работа схемы
Схема построена на базе ШИМ-контроллера UC3843, который через резистор R5 управляет затвором N-канального полевого транзистора (VT1), генерируя прямоугольные импульсы с примерной частотой 120кГц.
Один вывод дросселя L1 всегда соединен с положительным выводом питания (+12В). В тот момент, когда с ШИМ-контроллера UC3843 на затвор VT1 через резистор R5 поступает высокий уровень напряжения, транзистор VT1 открывается, соединяя второй вывод дросселя с землей (через резистор R6 и открытый транзистор VT1). В данный момент времени на дросселе накапливается энергия.
Далее с ШИМ-контроллера UC3843 на затвор VT1 через резистор R5 поступает низкий уровень напряжения и транзистор VT1 закрывается, размыкая вывод дросселя L1 с землей, вследствие чего происходит явление самоиндукции. Накопленная дросселем L1 энергия (уже с обратной полярностью и большая по величине) отдается через диоды Шоттки VD1, VD2 на выход преобразователя.
С помощью делителя напряжения R7, R8, R9 через вывод 2 (вывод обратной связи) микросхемы UC3843 происходит регулировка скважности (ширины) импульсов и соответственно напряжения на выходе преобразователя.
Резистор R6 выполняет роль датчика тока. При увеличении нагрузки на выходе преобразователя, увеличивается ток, протекающий через сток-исток транзистора VT1, а следовательно и через резистор R6. В итоге, с увеличением тока резистора R6 увеличивается напряжение на нем, которое поступает на 3 вывод ШИМ-контроллера UC3843 и при достижении определенного значения (речь пойдет ниже) ШИМ ограничивает выходной ток (и напряжение) уменьшая ширину импульса на выводе 6. Резистор R3 является ограничительным. Емкость C5 сглаживает пульсации напряжения на выводе 3, исключая нестабильные режимы работы защиты.
Емкости C1, C2, C3, C8, C9 и C10 сглаживают пульсации напряжения на входе и выходе преобразователя. Также C8, C9 являются выходными накопителями энергии.
На вывод 7 через ограничивающий резистор R4 подается напряжение питания микросхемы UC3843, по данным производителя от +8,5В до +30В. У меня при испытаниях микросхема запускалась при 8,9В (необходимо учесть погрешность измерения).
Цепь R2, C6 задает частоту генерации импульсов. Указанные на схеме номиналы обеспечивают генерацию прямоугольных импульсов с частотой 120кГц. Частота может регулироваться в широких диапазонах (до 500кГц), но не стоит забывать о возможности дросселя L1, он должен быть рассчитан на рабочую частоту ШИМ-контроллера UC3843 (в нашем случае 120 кГц).
Элементы R1 и C4 устанавливаются между выводами 1 и 2 по рекомендации производителя. Связано это с нормальной работой компаратора ошибки (вывод 1).
Резистор R10 ограничивает ток светодиода HL1.
Элементы схемы повышающего DC-DC преобразователя на UC3843
Все резисторы должны быть мощностью 0,25Вт, кроме R4 (0,5Вт) и R6 (2Вт).
Электролитические конденсаторы C1, C2 должны быть рассчитаны на напряжение не ниже 16В (оно зависит от входного напряжения питания схемы и его необходимо подбирать с запасом). Электролитические конденсаторы C8, C9 должны быть рассчитаны на напряжение, больше выходного напряжения на 25%. В моем случае это электролиты на 25В.
Диоды VD1 и VD2 должны быть диодами Шоттки или другими быстродействующими диодами типа UF, SF, FR. У меня установлена диодная сборка Шоттки SB2040CT. Можно установить вместо сборки одиночный диод.
Подстроечный резистор R9 многооборотный типа 3296, им легче производить настройку выходного напряжения.
Дроссель L1 можно выдернуть из блока питания компа или другого импульсного БП. Индуктивность его должна составлять 40мкГн. Если у вас нет под рукой готового, это не беда. Вам необходимо добыть кольцо из порошкового железа (желтого цвета). В моем случае размеры: наружный диаметр 18мм, внутренний 8мм, ширина 7мм. Мотаем проводом (диаметр 1мм и более, у меня 1,2мм) 20-30 витков. У меня два дросселя, один чуть больше другого и оба имеют по 20 витков. Индуктивность обоих по 20мкГн (маловато, но работает отлично). Если есть кольцо больше, и оно подходит по габаритам, то лучше установить его, так как дроссель в данной схеме греется хорошо.
Запуск повышающего DC-DC преобразователя на UC3843
Напомню, ШИМ-контроллер запускается от +8,9В (при моих испытаниях). Поэтому на вход схемы я подавал +12В. Также нужно подать +12В на резистор R4 (на печатной плате отмечен как REM), иначе сердце нашего преобразователя не запустится.
После подачи питания нужно вращать подстроечный резистор R9, до тех пор, пока напряжение на выходе не достигнет желаемого (в моем случае +19В). При вращении подстроечного резистора R9, изменяется напряжение на 2 выводе UC3843 (вывод обратной связи). При проверке схемы генерация импульсов на 6 выводе наблюдалась при напряжении на 2 выводе от +2,5В и менее. Чем меньше напряжение на 2 выводе, тем больше напряжение на выходе преобразователя.
При подаче питания +12В на вход схемы, если ШИМ не генерирует импульсы на 6 выводе (это происходит при напряжении на 2 выводе больше +2,5В), на выходе схемы будет всегда напряжение +12В. Дело в том, что если нет генерации на 6 выводе ШИМ, то на дросселе также не накапливается энергия и не отдается на выход, и получается что вход (+12В) соединен через предохранитель FU1, дроссель L1 диоды VD1,VD2 c выходом схемы и мы всегда имеем на выходе +12В.
Нагрев элементов
При работе данного преобразователя, наибольшее количество теплоты выделяется на диодной сборке Шоттки (VD1,VD2). Также греются, но в меньшей степени полевой транзистор VT1 и дроссель L1.
Для отвода тепла на диодную сборку и транзистор необходимо устанавливать радиатор, площадь которого необходимо определить экспериментальным путем.
При проверке схемы на работоспособность, я радиаторы не устанавливал. При испытании преобразователя (нагрузив его определенной нагрузкой) выходное напряжение составило +19В, выходной ток 0,77А и соответственно выходная мощность равнялась 14,6Вт. В течение 30 минутной работы на данной выходной мощности транзистор был теплым, кольцо теплым, а диодная сборка чуть горячая. КПД при данных параметрах был равен 85% (входная мощность при данном эксперименте равнялась 17,16Вт).
Установив на транзистор и диодную сборку радиатор, а также применив дроссель L1 с более мощным сердечником, данный повышающий преобразователь вполне может выдавать выходную мощность равную 100Вт.
Пару слов о защите
Защитой от КЗ на выходе служит предохранитель. Остальные элементы схемы выдерживают КЗ без «сюрпризов», данный факт был многократно проверен мною лично. Да кстати и гореть то нечему. При КЗ входное напряжение падает до нуля, работа UC3843 прекращается. Весь ток КЗ протекает через предохранитель FU1, который перегорает. Главное чтобы источник входного напряжения имел ограничение по току или защиту от КЗ, чтобы избежать его поломки.
Работа защиты по перегрузке описывалась выше, отвечает за это 3 вывод микросхемы UC3843, на который поступает напряжение с резистора R6. Чем больше на этом резисторе напряжение, тем больше ограничивается выходная мощность. Напряжение на R6 зависит от его номинала (чем номинал больше, тем больше на R6 напряжение), а также зависит от выходной нагрузки (чем больше нагрузка, тем больше на R6 напряжение).
Я провел два эксперимента с разными номиналами резистора R6, установив сначала 0,1Ом, а потом 0,2Ома. При R6 равным 0,1Ом и сопротивлении нагрузки 3,3Ома ток на выходе составил 4,69А, напряжение на выходе 15,6В, напряжение на выводе 3 составило примерно 1В.
После чего в качестве резистора R6 я установил 0,2Ома. При том же сопротивлении нагрузки, равным 3,3Ома, выходной ток понизился до 3,3А и напряжение на выходе составило 10,8В. Как видите сами, при увеличении сопротивления R6 до 0.2Ома выходная мощность очень сильно ограничилась (т.е. порог ограничения мощности снизился). При этом, на выводе 3 напряжение повысилось до 2,4В, а ширина импульса на выходе ШИМ здорово уменьшилась.
Подведя итоги, хочу отметить что данный повышающий DC-DC преобразователь на UC3843 мне очень понравился простотой сборки, своей живучестью, плавной настройкой выходного напряжения, малым нагревом и достаточно неплохим КПД.
Печатная плата преобразователя на UC3843 СКАЧАТЬ
Даташит UC3843 СКАЧАТЬ