Повышающий/понижающий DC-DC преобразователь своими руками

Если воспользоваться поиском, то думаю первым в списке будет ролик известного видеоблогера-самодельщика АКА КАСЬЯНА (YouTube канал «AKA KASYAN») по сборке повышающего/понижающего dc-dc преобразователя.

Только там схема с одним дросселем и нет регулировки тока. Версия же Романа собрана по топологии Sepic, более детально ознакомимся чуть позже. А сейчас давайте разберемся для чего нужен такой преобразователь.
Начнем с характеристик:
Входное напряжение от 10В до 25В;
Выходное напряжение от 0 до 30В;
Выходной ток до 2А (тут есть некоторые особенности, их затронем при расчете дросселя).

Как видим из характеристик, такой преобразователь можно использовать в автомобиле для повышения или понижения напряжения 12В. Также можно подключить такой самодельный dc-dc преобразователь на выход компьютерного блока питания и без переделки получать с него разные напряжения.

Ну или же можно взять блок питания от ноутбука и опять же получать на выходе любое напряжение. Это очень удобно, не нужно заботиться о питающем напряжении. 

Теперь переходим непосредственно к схеме устройства.

Тут у нас всеми знакомая tl494, ей уже много лет, но она до сих пор не сдает свои позиции.

С самого начала автор хотел делать dc-dc преобразователь на UС3843, но толи они оказались бракованные, толи еще что-то, но нормальной работы автору добиться не удалось. 

Плюс если делать регулировку по току, то нужно ставить второй шунт, а это снижает итоговый КПД устройства. 

Роман (автор сегодняшней самоделки) пришел к данной схеме не сразу, а после общения с автором YouTube канала «RED Shade», который подсказал в каком направлении думать. И вот перед вами итоговая схема устройства:

В ней есть регулировка напряжения, тока, а также установлен драйвер полевика. С ним немного уменьшился нагрев.

Также можно увидеть, что ограничена максимальная ширина выходного импульса, так как при максимальном заполнении схема уходила в непонятный режим, жрала много тока, но на выходе напряжение падало.

Максимальное выходное напряжение равняется 30В.

Если нужно больше, то придется пересчитать номинал вот этих резисторов:

Причем с таким расчетом, чтобы при нужном выходном напряжении в точке делителя было 5В.

Также у нас ограничен ток, он составляет 2А. Если нужно больше, то необходимо пересчитать вот этот резистор:

Тут уже немного сложнее. Для начала необходимо выяснить сколько вольт упадет на шунте.

К примеру, нам нужен ток 4А. Тогда смотрим, при таком токе на резисторе упадет 0,4В.

Хорошо, теперь пересчитываем резистор. Нам нужно чтобы в точке деления переменного резистора и постоянного, напряжение было 0,4В.

Для этого идем в онлайн калькулятор и начинаем подбирать резистор.

Итак, подаем питание. Ключ разомкнут, а значит ток течет через катушку индуктивности, конденсатор и диод прямо в нагрузку и выходной конденсатор.

Дальше происходит замыкание ключа.

В этот момент в катушке L1 накапливается энергия. Проходной конденсатор был заряжен напряжением питания, и так как после замыкания ключа он оказывается включенным параллельно индуктивности L2, то он ее заряжает. Напряжение с L2 не может уйти в нагрузку, так как там стоит диод и у него на катоде напряжение выше, чем на аноде.

Теперь ключ снова размыкаем, и напряжение на L1 складывается с напряжением самоиндукции.

Таким образом, на проходной конденсатор и нагрузку идет уже повышенное напряжение. 

Изменяя коэффициент заполнения ШИМ, мы изменяем выходное напряжение.

Если ширина импульса достаточно маленькая, то и величина самоиндукции меньше, а, следовательно, и выходное напряжение уменьшается. Преимущество такой схемы перед обыкновенным повышающим dc-dc преобразователем в том, что здесь установлен проходной конденсатор, который в случае короткого замыкания не даст выйти из строя схеме.

Теперь идем дальше. Как уже говорилось выше, некоторые компоненты схемы необходимо рассчитать, благо уже есть сайт с готовым онлайн калькулятором, он нереально облегчает жизнь.

Как видим, сюда необходимо ввести свои данные. 

Автор же попытался рассчитать в максимально широком диапазоне и вот что получилось:

В расчете мы получили некоторые индуктивности катушек.

Но как же в реальной жизни их намотать с нужной индуктивностью? Обладатели ESR метра скажут, что тут нет ничего сложного, мотаешь и смотришь параметры.

Но этот ESR метр показывает с очень большой погрешностью, поэтому автор предлагает воспользоваться программой Старичка.

В ней вводим все необходимые параметры, а также указываем какой у нас сердечник. Если никаких нет под рукой, то достаем 2 одинаковых желтых кольца из компьютерного блока питания.

Ну и осталось намотать наши дроссели, это уже не составит особого труда.

Получилось довольно-таки неплохо. Казалось бы, все сложности уже позади, но нет, впереди еще разводка печатной платы. На нее автор потратил ни один вечер, чтобы максимально компактно расположить все элементы.

Для крепления можно сделать плату немного больше и добавить по бокам отверстия, но это уже на ваше усмотрение. 

Плата готова, просверлены отверстия, настала очередь запайки. Тут есть один важный момент, необходимо поднять силовые элементы выше над платой, так как потом невозможно будет достать отверткой.

Теперь необходимо установить транзистор и диод на радиатор. Автор будет использовать вот такой алюминиевый профиль, он имеет неплохие габариты и сможет нормально охлаждать схему.

Ну и в конце традиционно у нас тесты. Подаём на схему сначала напряжение равное 12В. На выход подключена нагрузка в виде лампы накаливания мощностью 100Вт, рассчитанная на напряжение 36В. Мультиметр следит за выходным напряжением.

Как видим, мы спокойно можем выставить любое напряжение начиная от 0 и заканчивая практически 30 вольтами, тут сказывается большая индуктивность, которую, по словам автора, ему лень было перематывать. Теперь посмотрим ограничение тока.

Как видим, наша схема отлично справляется. Теперь произведем короткое замыкание.

Это вообще без проблем, идёт просто ограничение заранее выставленного тока. Ну и самый важный тест - выставляем на выходе среднее значение в 15В и начинаем изменять входное напряжение.

Как видим, сначала мы его уменьшали, а теперь начали увеличивать, но выходное напряжение держится на заданном уровне.
Ну вот и все, надеюсь вам понравилось. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:
 
Источник