Мощный понижающий DC-DC преобразователь 5 В/7 А с широким диапазоном входного напряжения
Texas Instruments LM5116
В статье мы рассмотрим конструкцию модуля, представляющего собой мощный неизолированный понижающий DC-DC преобразователь с выходным напряжением 5 В и выходным током до 7 А (Рисунок 1).
Основные отличительные характеристики преобразователя:
- Широкий диапазон входного напряжения 7 В – 50 В;
- Выходное напряжение 5 В, выходной ток до 7 А;
- Защита по перегреву;
- Рабочая частота преобразователя 250 кГц;
- Размеры платы: 45.04 мм × 22.82 мм;
 | |
| Рисунок 1. | Модуль мощного понижающего DC-DC преобразователя 5 В/7 А на микросхеме LM5116. |
Основой преобразователя выступает микросхема Texas Instruments LM5116, которая представляет собой интегральный DC-DC преобразователь, предназначенный для применения в системах с высоким напряжением питания или с меняющимся в широком диапазоне напряжением питания, например в автомобильной технике, автомобильных USB адаптерах, промышленных драйверах электродвигателей постоянного тока. Принципиальная схема преобразователя изображена на Рисунке 2.
 | |
| Рисунок 1. | Принципиальная схема DC-DC преобразователя с выходным напряжением 5 В и выходным током до 7 А. |
Кроме того, конструкция включает в себя мощнай дроссель и два N-канальных MOSFET. Отличительной особенностью интегрального преобразователя LM5116 является возможность работы как со стандартными полевыми транзисторами (MOSFET), так и с полевыми транзисторами с логическими уровнями управления (logic level MOSFET). Преобразователь работает на частоте 250 кГц.
Принцип работы преобразователя основан на управлении по току дросселя с применением эмуляции линейного изменения тока. Токовый режим работы обеспечивает связанное линейное регулирование, пошаговое ограничение тока, простоту реализации цепи обратной связи. Использование метода эмуляции линейного изменения тока снижает чувствительность схемы к шуму ШИМ, обеспечивая надежное управление с очень маленькой скважностью, что необходимо в приложениях с высоким входным напряжением.
Резистор R5 и конденсатор С9 образуют снабберную цепь и в данном случае не используются. Конденсатор С7 в цепи установки блокировки при снижении напряжения питания предназначен для реализации режима кратковременного ограничения тока и в данной схеме не используется.
Рабочая частота преобразователя программируется в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц. Микросхема LM5116 управляет внешними MOSFET верхнего и нижнего плеча с адаптивной регулировкой длительности задержки между сигналами открытия транзисторов (длительность мертвого времени). Выбранный пользователем режим эмуляции диода (режим принудительной ШИМ) обеспечивает прерывистый режим работы с целью повышения эффективности в условиях малой нагрузки. Система блокировки при низком токе холостого хода отключает контроллер, и его потребление снижается до уровня менее 10 мкА.
Дополнительные функции контроллера LM5116 включают в себя высоковольтный регулятор смещения, автоматическое переключение на внешнее смещение для повышения эффективности, схему тепловой защиты, синхронизацию частоты, пошаговое ограничение тока и регулируемую блокировку при пониженном напряжении.
Микросхема LM5116 выпускается в 20-выводном корпусе HTSSOP с дополнительной теплоотводящей контактной площадкой.
Внешний вид платы с установленными элементами изображен на Рисунке 3. Список компонентов приведен в Таблице 1. Расположение элементов и подключение модуля преобразователя представлено на Рисунке 4. Рисунок печатной платы и Gerber-файлы для производства печатной платы доступны для скачивания в разделе загрузок.
| Таблица 1. Список примененных компонентов. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
 | |
 | |
| Рисунок 3. | Внешний вид печатной платы преобразователя с установленными компонентами. |
 | |
| Рисунок 4. | Расположение элементов на плате и подключение преобразователя. |
Загрузки
Источник
Поделки своими руками для автолюбителей
Мощный DC-DC преобразователь
Сегодня рассмотрим очередной DC-DC преобразователь напряжения который позволит заряжать или питать ноутбук от автомобильной бортовой сети 12 вольт. Схем похожих преобразователей в сети очень много, мы рассмотрим на мой взгляд один из лучших вариантов. Ещё инверторы такого планы часто применяются для питания мощных светодиодов от пониженного источника поэтому некоторые образцы имеют функцию ограничения тока.
Зачем делать то, что можно купить, ещё и за несколько долларов, такие вопросы задают многие люди…, отвечу просто, во-первых, собрать своими руками гораздо быстрее, чем ждать пару месяцев посылку из Китая и, во-вторых ничто не сравнится с той радостью, которую приносит работа конструкции которою ты создал собственными руками. Плюс ко всему наша конструкция будет надёжная.
Давайте рассмотрим схему и принцип её работы.
Это однотактный, повышающий стабилизатор напряжения с защитой от коротких замыканий, в просто народи — Бустер. Принцип работы схож с обратно — ходовым преобразователем,
но у последнего дроссель состоит минимум из двух обмоток и между ними имеется гальваническая развязка.
Основой схемы является популярнейший однотактный ШИМ-контроллер из семейства UC38, в данном случае это UC3843.
На вход схемы подаем напряжение, скажем 12 Вольт, а на выходе получаем 19, которые необходимо для зарядки почти любого ноутбука.
Вообще диапазон входных и выходных напряжений для этой схемы довольно широк, вращением подстроечного многооборотного резистора R8 с лёгкостью можно получить иные напряжения на выходе. Я выставил чуть меньше 18, так как данный преобразователь мне нужен для иных целей.
Микросхема генерирует прямоугольные импульсы с частотой около 120-125 килогерц,
этот сигнал поступает на затвор ключа и тот срабатывает. Когда открыт транзистор в дросселе накапливается некоторая энергия, после закрытия ключа дроссель отдаёт накопленную энергию, это явление называют самоиндукцией, которая свойственна индуктивным нагрузкам.
Важно заметить, что напряжение самоиндукции может быть в разы, а то и в десятки раз больше напряжения питания, всё зависит от индуктивности конкретного дросселя. На выходе схемы установлен однополупериодный выпрямитель 
для выпрямления всплесков самоиндукции в постоянный ток , который накапливается в выходных конденсаторах.
Питание нагрузки осуществляется запасенной в конденсаторах энергией, такой инвертор очень экономичен благодаря ШИМ управлению, потребление холостого хода всего 15-20 миллиампер.
Используя осциллограф мы можем увидеть, как меняется скважность импульсов на затворе полевого транзистора в зависимости от выходной нагрузки, 
чем больше выходная мощность, тем больше длиться рабочий цикл транзистора, то есть в дроссель поступает больше энергии, а следовательно больше и энергия самоиндукции.
Теперь о конструкции… Микросхема — ШИМ установлена на панельку для без паечного монтажа, если собираетесь использовать такой преобразователь в автомобиле, то советую микросхему запаять непосредственно на плату, так как в машине всегда есть вибрация.
Полевой транзистор… Тут большой выбор, использовать можно ключи с током от 20 ампер напряжением не менее 50 вольт. Я просто воткнул мой любимый IRFZ44, которого с головой хватит.
Кстати о мощности…, В принципе схема может отдать 150 вт без проблем, но естественно для этого нужен более мощный транзистор скажем irf3205 и соответствующий дроссель, в моём варианте схема будет под нагрузкой не более 50 Ватт, хотя с таким раскладом компонентов 100 Ватт снять можно.
Далее по счёту идёт накопительный дроссель, его индуктивность 40 мкГн, ничего не мотал, просто взял один из дросселей выходного фильтра компьютерного блока питания. 
Диаметр провода 0,9 мм. Количество витков 25. В принципе он особо не критичен, индуктивность может отличаться, размеры кольца и количество витков тоже.
Введите электронную почту и получайте письма с новыми поделками.
Выходной выпрямитель — это сдвоенный Диод шоттки, подойдут сборки с током от 10 ампер с обратным напряжением не менее 40-45 Вольт.
Схема имеет защиту от коротких замыканий, она построена на базе датчика тока в лице низкоомного резистора подключённого в цепь истока полевого ключа, в моём случае это 2-х ваттный резистор сопротивлением 0,1 Ом.
После окончательной сборки транзистор и выпрямитель устанавливают на общий теплоотвод не забываем и про изоляцию между ними. 
Печатная плата довольно компактная, монтаж плотный.
Печатную плату в формате lay. можно скачать здесь.
Источник
