Convertitore boost DC-DC HV: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Passaggio 1: introduzione al funzionamento e all'elettronica

Come funziona un convertitore boost? Principio di base: un convertitore boost funziona in due fasi, ON e OFF. Nella fase ON l'interruttore semiconduttivo è in conduzione e la corrente si accumula nell'induttore producendo un campo elettromagnetico, questo campo immagazzina energia. Nella fase OFF l'Interruttore Semiconduttivo non conduce e il campo elettromagnetico collassa. Quando il campo collassa, l'energia immagazzinata in esso non può sfuggire attraverso l'interruttore semiconduttivo, quindi passa attraverso il diodo e nel carico/condensatore a una tensione molto più alta. Ciò accade diverse migliaia di volte al secondo tramite gli impulsi del chip timer NE555 e il risultato è la possibilità di caricare un condensatore ad alta tensione da una sorgente a bassa tensione. Di seguito è riportato un aiuto per quelli di voi che non conoscono bene l'elettronica. R-Resistor VR-Resistore variabile (chiamato anche potenziometro) B-Batteria V-Sorgente di tensione C-Condensatore D-Diodo L-Induttore U / IC-Circuito integrato Q-Transistor / IGBT M-MOSFET GND- Terra (terminale negativo di Batteria per applicazioni portatili) Alcuni diagrammi e grafici sono mostrati di seguito per aiutarti ulteriormente.

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Passaggio 2: convertitore boost scheda prototipi 500V

Questo convertitore boost è per chi ha una moderata esperienza di elettronica.

Se hai le risorse, ti consiglio di realizzare la versione del circuito stampato di questo dispositivo perché è più semplice, più piccola e ha meno probabilità di fallire. Tuttavia, sentiti libero di realizzare la versione della scheda prototipi se lo spazio non è un problema.

Questo circuito occupa un minimo di 1,75 "x 1,5" x 1" e può funzionare da 8,4 V a 31,2 V Ingresso e uscita massimo di 500 V in sicurezza (per il circuito). Consiglio almeno un ingresso batteria da 12 V.

PERICOLO ALTA TENSIONE Questo dispositivo può emettere tensioni letali e i condensatori caricati possono immagazzinare cariche letali per ore. Indossare guanti da elettricista e occhiali di sicurezza durante il funzionamento e prendere tutte le precauzioni di sicurezza

Specifiche:

Costo del progetto: - $ 17 + Spedizione Mouser - $ 5 + Spedizione Coilcraft PCV-2-394-05L (Seguire il collegamento e digitare il numero di parte da acquistare) - Costo totale medio con spedizione - $ 35 -

Dimensioni: 1,75" x 1,5" x 1" Tensione di ingresso: da 8,4 V a 31,2 V Gamma di tensione di uscita: da 100 V a 500 V Potenza di uscita:

- Ingresso 12V 36W massimo +-20% Caricato Banco di condensatori 290J in 8s - Ingresso 24V 92W massimo +-20% Caricato Banco di condensatori 1468J in 16s

Potenza di uscita misurata con 1-2 batterie al piombo acido da 12 V 34 Ah per una fonte di tensione praticamente costante

Il limite maggiore di quanta energia può essere prelevata dalle batterie è il Battery Pack ESR

---Per i migliori risultati utilizzate batterie ad alta corrente nominale o batterie destinate a dispositivi Power RC---NiCd sono le migliori (con l'eccezione di Li-poly) Per le seguenti batterie è possibile ricavare una potenza massima stimata ESR = Resistenza in serie equivalente = Resistenza interna

NiCD/NiMH 12V AAA ESR = 350-400mOhm 28-30W 12V AA ESR = 150-300mOhm 31-34W 24V AAA ESR = 700-800mOhm 60-80W 24V AA ESR = 300-600mOhm 75-85W

Avvertenza: l'assorbimento di troppa corrente dalle batterie può ridurne la capacità, la durata e causare il surriscaldamento della batteria. Monitorare la temperatura delle batterie.

Nota: i fori della scheda prototipi non ospitano i pin del MOSFET e del diodo, la perforazione di un foro 1/32 risolve questo problema, anche se potrebbe essere necessario saldare i cavi ai pad adiacenti.

Passaggio 3: parti da 500 V del convertitore boost della scheda prototipi

Utensili:

• Saldatore
• Saldatura elettrica (preferenziale nucleo in resina 0,032")
• Cinturino da polso antistatico
• Guanti da elettricista
• Occhiali di sicurezza

Materiali: - Scheda prototipi (il collegamento è la scheda prototipi che ho usato, set di schede prototipi) Parti acquistate da Mouser: U2- Regolatore di tensione - Numero parte ingresso batteria - 8,4 V a 12 V LF60CV - 12 V a 13,2 V LD1086 V90 - 13,2 V a 16,8 V LM7809ACT- da 16,8 V a 26,4 V LM7812ACT da 26,4 V a 31,2 V LM317 Qualsiasi TO-220 (R1 = 500 Ohm R2 = 5,5 k Ohm) Vedere la scheda tecnica --- Verificare che l'uscita sia 15 V per LM317 --- Per C1, C2, C3, e CT utilizzano una tensione nominale in base a questa: Tensione della batteria ………. Tensione nominale del condensatore = 16 V Cap = 25 V Cap = 50 V Cap - Tipo C2 in base al regolatore utilizzato: --LF60CV ElectrolyticLD1086V90 ElectrolyticLM7809ACT CeramicLM7812ACT CeramicLM317 Electrolytic-- C1 e C3 sono dischi ceramici o MLCC con piombo 5% -20% o da -20% a +80% ---- CT sono dischi ceramici o MLCC con piombo 1% -10% ---- Tutti i resistori tranne Rdiv1 sono 1/10 W o superiore ---2 prese 8-DIP-C1- 0.33uF (330nF) o superiore-C2- 10uF-C3- 0.01uF (10nF)-CB1- Qualsiasi banco di condensatori che si desidera caricare-CT- 0.022uF (22nF) -LEDPWR- Indica che l'alimentazione è applicata-LEDREG- Indica che la tensione desiderata è R eached-LEDGATE- Indica che NE555 sta fornendo tensione al MOSFET-R1, R2, R3 - 1kOhm(=12V) 1%-5%-RA- 15kOhm (2% o migliore)-RB- 10kOhm (2% o migliore)- Rdiv1- 1MOhm (2% o superiore, 1/4W o superiore)-Rdiv2- Valore utilizzato regolatore (2% o superiore)LF60CV 11kOhmLD1086V90 16kOhmLM7809ACT 16kOhmLM7812ACT 22.3kOhmLM317 28kOhm-SW1- Nominale per tensione di ingresso e 5-6A-U1 e U1. 1 (stesso chip) - LM393AN-U3- SE555P-VR1- Potenziometro da 10 kOhm (il multigiro sarà più preciso) -M1- FCA47N60 (F) -D1- RURG3060 (usa il RURG30120 se questo è il tuo primo progetto elettronico) Coilcraft: L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Seguire il link e digitare il codice da acquistare) I NUMERI DI PIN SONO NELLO SCHEMA FARE CLIC SULLA "i" IN ALTO DELLO SCHEMA PER UNA VISUALIZZAZIONE PI GRANDE SCARICABILE

Passaggio 4: convertitore boost PCB 500V

Se hai le risorse, ti consiglio vivamente di realizzare questo convertitore Boost per circuiti stampati invece di quello per schede prototipi. Realizzare un PCB personalizzato sarà più compatto e avrà un aspetto molto migliore. Questo circuito occupa solo 1 5/8 "x 1 1/4" x 1" e può funzionare da 8,4 V a 31,2 V e emettere un massimo di 500 V in modo sicuro. Consiglio vivamente di utilizzare almeno una batteria da 12 V se l'obiettivo è la massima potenza La dimensione di questa versione può anche essere ridotta a 1 5/8" x 1 1/4" x 3/8" se l'induttore è posizionato lontano dal circuito, come nella maggior parte dei coilgun per convincere. Mostrato nell'immagine sotto. PERICOLO ALTA TENSIONE Questo dispositivo può emettere tensioni letali e i condensatori caricati possono immagazzinare cariche letali per ore, indossare guanti da elettricista e occhiali di sicurezza durante il funzionamento e prendere tutte le precauzioni di sicurezza Specifiche: Costo del progetto: - $ 20 + spedizione Mouser - $ 5 + Spedizione Coilcraft PCV-2-394-05L (Segui il link e digita il numero di parte da acquistare) -> = $ 15 + Spedizione MPJA - Costo totale medio con spedizione - < $ 50-- Tensione di ingresso: da 8,4 V a 31,2 V Gamma tensione di uscita: da 100 V a 500 V Potenza in uscita: - TEST 1-12V Ingresso 48W max +-20% di carica Condensatori 290J in 6s - TEST 2 - 12V Ingresso 45W max +-20% caricati 1160J Banca di condensatori in 26s - Ingresso 24V Potenza in uscita TBD misurata con 1-2 batterie al piombo acido da 12 V 34 Ah per una sorgente di tensione praticamente costante Ogni test è stato eseguito 5 volte, di cui viene mostrata la migliore. La principale limitazione di quanta energia può essere prelevata dalle batterie è il Battery Pack ESR --- Per i migliori risultati utilizzate batterie ad alta corrente nominale o batterie pensate per dispositivi RC di potenza --- NiCd sono le migliori (con l'eccezione di Li- poly) Per le seguenti batterie è possibile ottenere una potenza massima stimata ESR = Resistenza in serie equivalente = Resistenza interna È possibile utilizzare batterie alcaline, ma consiglio vivamente batterie ricaricabili ad alta corrente nominale. È possibile utilizzare tensioni inferiori, ma si prevede una potenza di uscita inferiore. NiCD/NiMH 12V AAA ESR = 350-400mOhm 28-30W 12V AA ESR = 150-300mOhm 31-34W 24V AAA ESR = 700-800mOhm 60-80W 24V AA ESR = 300-600mOhm 75-85W Avvertenza-Prelievo di corrente eccessiva da le batterie possono ridurre la capacità, la durata e causare il surriscaldamento delle batterie, monitorare la temperatura della batteria durante il test.

Passaggio 5: parti del convertitore boost per PCB da 500 V

Utensili:

• Saldatore
• Saldatura elettrica (preferenziale nucleo in resina 0,032")
• Cinturino da polso antistatico
• Guanti da elettricista
• Occhiali di sicurezza
• Qualsiasi contenitore a tenuta stagna in plastica o vetro con chiusura multipla (esempio)

Materiali: MPJA o Amazon:

• CLORURO DI FERRICO (ottieni un pacchetto più grande se prevedi di realizzare più circuiti stampati)
• 2 ciascuno di RESIST PEN o Industrial Sharpie
• COPPER CLAD BOARD (Scegli un 3 x 5, 4 x 6 o 6 x 9 per questo progetto)

Parti acquistate da Mouser:Per C1, C2, C3 e CT utilizzare una tensione nominale in base a questa:Tensione batteria………. Tensione nominale condensatore=16V Cap=25V Cap=50V CapU2- Regolatore di tensione - DPAK (TO-252) Codice componente ingresso batteria-8,4V a 12V LF60ABDT-12V a 13,2V LF90ABDT-13,2V a 16,8V MC7809E-16,8V a 26,4V MC7812E-26,4V a 31,2V LM317M (R1 = 500 Ohm R2 = 5,5 k Ohm)-- Tipo C2 in base al regolatore utilizzato: --LF60ABDT ElectrolyticLF90ABDT ElectrolyticMC7809E CeramicMC7812E CeramicLM317M Electrolytic-- C1, C3, C4 e C5 sono MLCC SMD/SMT 5%-20% o da -20% a +80% ---- CT è MLCC SMD/SMT 1%-10% ---- Tutti i resistori eccetto Rdiv1 è 1/10 W o superiore --4 Il numero di cifre dopo il valore è la dimensione (cioè 0805 o 1210)-C1-10uF 1210-C2- 10uF 1210- C3- 0.22uF (220nF) 0805-C4- 0.01uF (10nF) 0805-C5- 0.01uF (10nF) 0805-CB1- Qualsiasi banco di condensatori che si desidera caricare-CT- 0.022uF (22nF) 0805-LEDPWR- Indica la potenza viene applicata 1206-LEDREG- Indica che la tensione desiderata è raggiunta 1206-LEDGATE- Indica che NE555 sta generando tensione a th e MOSFET 1206-R1, R2, R3-1kOhm(=12V) 1%-5% 0805-RA- 15kOhm (2% o superiore) 0805-RB- 10kOhm (2% o superiore) 0805-Rdiv1- 1MOhm (2% o superiore, 1/4 W o superiore) 1206-Rdiv2- 0805Valore utilizzato per il regolatore (2% o superiore)LF60ABDT 11kOhmLF90ABDT 16kOhmMC7809E 16kOhmMC7812E 22.3kOhmLM317M 28kOhm-SW1- Valutato per una tensione di ingresso superiore a 5-6A-U1 e U1.1 (uguale Chip) - LM393AM SOIC-8-U3- SE555D SOIC-8-VR1- Potenziometro 10kOhm (il multigiro sarà più preciso) -M1- FCA47N60(F)-D1- RURG3060 (Si prega di utilizzare il RURG30120 se questo è uno dei tuoi primi progetti elettronici)Coilcraft:-L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Seguire il link e digitare il codice da acquistare)I NUMERI DI PIN SONO NELLO SCHEMA FARE CLIC SULLA "i" IN ALTO DELLO SCHEMA PER INGRANDIRE SCARICA LA VISUALIZZAZIONE IN GRADO

Passaggio 6: costruzione del convertitore boost per PCB da 500 V

Il primo passo nella costruzione del PCB è progettare la scheda PCB utilizzando DipTrace (fare clic sul collegamento e scaricare il freeware DipTrace 2) È inoltre possibile utilizzare il layout PCB mostrato nelle immagini sottostanti. Il passaggio successivo è ottenere il design sul PCB, puoi farlo in due modi: usando una stampante laser (veloce, facile, e se riesci a trovarne una da prendere in prestito te lo consiglio) e tracciamento manuale (consuma MOLTO TEMPO) - STAMPANTE LASER - LE STAMPANTI A GETTO D'INCHIOSTRO NON FUNZIONANO USA QUESTO LINK PER IMPARARE COME REALIZZARE UNA SCHEDA PCBStrumenti:

• rivestito di rame
• Marcatore permanente di grado industriale o resistente (il pennarello di grado industriale può essere trovato a Lowes)
• Ferro / asse da stiro
• Mordenzante (cloruro ferrico)
• Qualsiasi contenitore a tenuta stagna in plastica o vetro con chiusura multipla (esempio)

Se ti capita di avere una stampante laser, procurati semplicemente un catalogo, un elenco telefonico o un giornale. Questo è il tipo di carta economica che è molto leggera e, soprattutto, si sfalda nell'acqua, prova un pezzo di carta nell'acqua per assicurarti. Dovrai fissare la carta su un normale foglio di alimentazione della stampante (mostrato nell'immagine sotto) Devi solo fissarlo alla parte superiore del foglio, assicurati che sia il più piatto possibile rispetto al foglio della stampante in modo che quando è alimentare attraverso la stampante non si accartoccia. Scarica il file di seguito (Boost Converter, SMT2) (dovrai scaricare il software gratuito DipTrace 2). Apri il file e fai clic su Anteprima di stampa in FILE. Assicurati che le selezioni degli oggetti siano come mostrato nell'immagine e che la casella dello specchio sia selezionata. Fare clic su Stampa, nella finestra Stampa selezionare Proprietà. Nella finestra Proprietà selezionare la scheda grafica e in Darkness Square selezionare DARK. Inserisci la carta con il nastro adesivo nella stampante e fai clic su Stampa. La carta dovrebbe apparire come nella quinta immagine. Usalo per dimensionare il tuo PCB e tagliare il tuo rivestimento in rame con un Dremel o una sega da tavolo, tagliando lentamente. Accendi il ferro e mettilo sulla sua impostazione più alta (di solito Cotone), aspetta che si riscaldi … Mentre aspetti pulisci accuratamente il tuo pezzo rivestito di rame con acqua calda e sapone, asciuga accuratamente il tuo pezzo. Quando il ferro è finalmente riscaldato, posiziona il rivestimento di rame su un asse da stiro con il lato di rame rivolto verso l'alto. Tagliare il layout stampato LASER in modo che corrisponda alle dimensioni del pezzo rivestito di rame. Posiziona il pezzo di carta con il toner rivolto verso il basso e appoggia il ferro piatto sulla carta e sul rivestimento di rame. Spingere verso il basso con forza moderata e attendere alcuni minuti. Il rivestimento in rame e la carta dovrebbero ora essere incollati insieme. Metti il pezzo, sarà CALDO, in un contenitore di acqua calda e sapone e aspetta cinque minuti. Dopo aver aspettato, prendi il pezzo e passalo sotto l'acqua tiepida e strofina delicatamente la parte superiore della carta fino a quando tutto ciò che rimane è il toner. Ritocca il layout con il tuo pennarello indelebile. VAI AL PASSO SUCCESSIVO- TRACCIATURA A MANO - Rame placcato- Etchant- Industrial Grade o Resist Permanent Marker (Industrial Grade può essere trovato a Lowes, difficile da trovare potresti aver chiesto dove si trova, se lo trovi da qualche altra parte fammi sapere così Posso postarlo)- Contenitore di plasticaStampa la sesta immagine su larga scala, usa le tue parti come riferimenti e disegna le tracce con il tuo pennarello indelebile nel miglior modo possibile. Questo sarà noioso, quindi preparati a passare diverse mezze ore a fare anche semplici tracce. Sembra più semplice eh, non lo è. VAI AL PASSO SUCCESSIVO

Passaggio 7: problemi finali

Di seguito è riportata un'immagine di come addebitare più banche in modo che se una viene scaricata, le altre non lo faranno.