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        2. 采用555定時器IC的簡單DC-DC升壓轉換器

          DC-DC升壓IC

           

          在本項目中,我們使用555定時器IC構建升壓轉換器電路。升壓轉換器是一種非隔離式開關模式電源,用于升壓。換句話說,與輸入電壓相比,它提供了更高的輸出電壓。該電路與我們設計用于控制電機和LED燈條的降壓轉換器非常相似,后者用于降低輸入電壓。升壓轉換器在我們的許多日常設備中都得到了使用,這些是非常常見的電力電子電路,廣泛用于太陽能電池板和其他收集技術,并且是當今時代最重要的電路之一。在本文中,我們將了解降壓轉換器,并使用555定時器和IRFZ44N,N溝道MOSFET設計一個非常簡單的升壓轉換器。您可以在此處查看簡單而有趣的電力電子電路。

           

           

          DC-DC升壓轉換器的工作原理

          升壓轉換器用于通過降低電流來增加輸出電壓,這是通過將能量存儲在電感器中來實現的,并且由于電感器中的能量不能立即變化,因此,它開始將能量存儲在其磁場中。電感兩端的電流由下式給出Iinductor = V/R由于電阻和電流是恒定的,唯一可以改變的值是電壓。如下圖所示,電感器與電壓源串聯,以不斷打開和關閉電路,開關與電壓源和電感器并聯,以實現快速開關,我們利用MOSFET和MOSFET驅動器。電路連接到一個負載,一個電容器并聯。為了阻止電流從電容器向后流動,在電容器和MOSFET之間使用了一個二極管。

           

          電感器試圖抵抗電流的變化以提供恒定的輸入電流,因此Boost轉換器充當恒流輸入源,而負載充當恒定電壓源,該電路與降壓轉換器非常相似,有時稱為反向降壓轉換器。N溝道MOSFET由PWM信號控制,我們使用IC555定時器為MOSFET提供輸出。該電容器用于存儲電荷并向負載提供恒定輸出。該電路分2個階段工作,在1圣級,開關打開,在2nd階段,開關在關閉階段。

           

          第1階段:開關已打開:充電模式

          在此情況下,MOSFET開關處于導通狀態。我們使用的MOSFET是N溝道IRFZ44N MOSFET,其柵極引腳連接到IC555定時器的引腳3。當開關處于導通狀態時,它完成電感器兩端的電路,并在其兩端施加電壓,從而導致其周圍產生磁場。由于它提供了非常低的電阻路徑,因此所有電壓都流經開關并返回電源,如下圖中的紅線所示。

          升壓IC原理圖

          先前在最后一個舞臺上充電的電容器試圖從MOSFET放電并停止它,我們使用二極管來阻止電容器向相反方向流動的電荷。

           

          第2階段:開關關閉:放電模式

          當開關處于關斷狀態時,電感器的充電路徑未完成,因此電感器的極性反轉,其周圍的磁場坍縮,從而產生電壓浪涌,該浪涌穿過二極管并為電容器充電。來自電感器和電源IC的累積能量用于為電容器充電以及在整個負載上運行。

          升壓IC原理圖

           

          電感器的計算值:

          我們知道平均輸入電流(Iavg) 等于平均電感電流  (ILavg).因此,平均電感電流可以通過以下方式計算:

          電感值

          電感器的紋波電流通常為平均輸出電流的20-40%。

          電感值

           

          計算充電電容:

          計算電容器的充電時間 Tc = R*C

          這里,R是充電電路的電阻,C是電容器的電容。在下面給出的電路中,充電電路遵循標有紅色的路徑,即R3>D2>C2。

          要計算輸入電阻和電容的值

          電容值

           

          計算輸出電容:

          電容值

           

          組件選擇

          設計的電路,并使用上述公式計算了所需的組件。然后,我在面包板上做了電路。設計的電路圖如下所示。

          升壓電路圖

          所需組件:

          1. 1 x NE555
          2. 1 x IRFZ44N – N 通道場效應晶體管
          3. 1 x 100uH, 電感器
          4. 1 x 1K,電阻器
          5. 2 x IN4001 二極管
          6. 1 x IN5822 二極管
          7. 1 x 100nF, 電容器
          8. 1 x 1nF 電容器
          9. 1 x 50k 電位計
          10. 2 x 2 針連接器(用于連接電路的輸入和輸出)

           

          選擇組件時要記住的事項:

          MOSFET:您需要選擇能夠承受最大輸出電壓的MOSFET,因此它的擊穿電壓應高于轉換器的最大輸出。

          Diode:對于低壓操作,我使用了IN5822,因為1n4007的慢速使其無法用于我們的操作。我們需要選擇一個快速二極管,我嘗試使用1n4007二極管作為輸出二極管,但由于性能問題,我改用了更快的IN5822。

           

           

          升壓轉換器電路的工作原理

          該電路使用穩定模式下的555IC作為PWM發生器,因此整個電路基于相同的電路。下面提到了所有8個引腳的連接:

          1. 引腳 1 連接到接地軌。
          2. 引腳 2 和引腳 6,接地通過一個 1nF 電容器。
          3. 引腳3給出輸出信號,因此它連接到IRFZ44N的柵極,N溝道MOSFET。該引腳負責將pwm輸出驅動至MOSFET的柵極。
          4. 引腳4需要連接到電源
          5. 引腳5有助于穩定輸出,因此通過0.01 uF電容接地。它還有助于提供對電氣噪聲的抗擾度。
          6. 引腳7連接到反相二極管設置;結通過一個 1K 電阻連接到正軌。
          7. 引腳 8 需要連接到電源。

          任何SMPS中的主要元件都是開關,在本電路中,我們使用N溝道MOSFET,IRFZ44N作為開關。它由來自I 555的微弱信號驅動,因此IRFZ44N的柵極連接到555IC。漏極為電路提供負開關控制,源頭接地。它具有以下規格

          VDSS = 55V

          RDS(on) = 17.5mΩ

          ID = 49A


          升壓穩壓IC

           

          測試基于定時器的555直流升壓轉換器電路

          我用3.7V鋰離子電池測試了電路,電池充電到大約3.4V。我將電池連接到升壓轉換器,其兩端的電壓讀數為7.5V。升壓轉換器輸出端的輸出圖像如下所示。

          升壓轉換電路

          為了測試電流,我將萬用表的引線更改為電流探頭(請記住在萬用表上選擇10A或20A設置,以防止其損壞)電流顯示為3.2安培,因此該電路能夠產生約30瓦特。該電路確實正常工作,并且能夠提高電壓。

          升壓轉換電路

          缺乏反饋會導致電路在連接負載時電壓下降。升壓轉換器采用的反饋可確保即使在連接負載時,占空比也保持穩定。通過使用微控制器測量輸出變化,然后改變輸入電阻,我們可以輕松地提供反饋,從而使該電路對于大多數操作更有用和實用。

           

          這是一個非常簡單但有效的電路,如果您需要更高的電壓,則可以使用它,然后您的電壓源可以提供,同時減少電路中的功率浪費。該電路能夠提供超過30W的功率。雖然,建議至少使用性能板來創建電路,因為常規面包板適用于低功率應用。如果需要恒定輸出,應使用固定電阻代替電位器,以提高整體設計效率。該電路的主要缺點是,由于缺乏反饋,連接負載時電壓降相當大。

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

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          創建時間:2022-04-29 15:16
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