Convertidor DC-DC de 200 vatios 12V a 220V: 13 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Hola, todos:)

Bienvenido a este instructivo donde le mostraré cómo hice este convertidor CC-CC de 12 voltios a 220 voltios con retroalimentación para estabilizar el voltaje de salida y protección de batería baja / bajo voltaje, sin usar ningún microcontrolador. Aunque la salida es CC de alto voltaje (y no CA), podemos ejecutar lámparas LED, cargadores de teléfono y otros dispositivos basados en SMPS desde esta unidad. Este convertidor no puede ejecutar ninguna carga inductiva o basada en transformador como un motor de CA o un ventilador.

Para este proyecto, utilizaré el popular circuito integrado de control SG3525 PWM para aumentar el voltaje de CC y proporcionar la retroalimentación necesaria para controlar el voltaje de salida. Este proyecto utiliza componentes muy simples y algunos de ellos se recuperan de fuentes de alimentación de computadoras antiguas. ¡Vamos a construir!

Suministros

1. Transformador de ferrita EI-33 con bobina (puede comprarlo en su tienda de electrónica local o recuperarlo de una fuente de alimentación de computadora)
2. MOSFET IRF3205 - 2
3. 7809 regulador de voltaje -1
4. IC del controlador SG3525 PWM
5. OP07 / IC741 / o cualquier otro IC amplificador operacional
6. Condensador: 0.1uF (104) - 3
7. Condensador: 0.001uF (102) - 1
8. Condensador: condensador de cerámica no polar de 3,3 uF 400 V
9. Condensador: condensador electrolítico polar de 3.3uF 400V (puede usar un valor más alto de capacitancia)
10. Condensador: electrolítico 47uF
11. Condensador: electrolítico 470uF
12. Resistencia: 10K resistencias-7
13. Resistencia: 470K
14. Resistencia: 560K
15. Resistencia: 22 ohmios - 2
16. Resistencia variable / preajuste: 10K -2, 50K - 1
17. Diodos de recuperación rápida UF4007 - 4
18. Toma IC de 16 pines
19. Toma IC de 8 pines
20. Terminales de tornillo: 2
21. Disipador de calor para montar MOSFET y regulador de voltaje (de la fuente de alimentación de la computadora antigua)
22. Perfboard o Veroboard
23. Cables de conexión
24. Kit de soldadura

Paso 1: recopilación de los componentes necesarios

La mayoría de las piezas necesarias para realizar este proyecto se han extraído de una fuente de alimentación de computadora que no funciona. Encontrará fácilmente el transformador y los diodos rectificadores rápidos de dicha fuente de alimentación junto con los condensadores de clasificación de alto voltaje y el disipador de calor para los MOSFETS.

Paso 2: Fabricación del transformador según nuestras especificaciones

La parte más importante para obtener el voltaje de salida correcto es garantizar la relación correcta de bobinado del transformador de los lados primario y secundario y también asegurarse de que los cables puedan transportar la cantidad de corriente requerida. He utilizado un núcleo EI-33 junto con una bobina para este propósito. Es el mismo transformador que se obtiene dentro de un SMPS. También puede encontrar un núcleo EE-35.

Ahora nuestro objetivo es aumentar el voltaje de entrada de 12 voltios a aproximadamente 250-300 voltios y para esto he usado 3 + 3 vueltas en el primario con tapping central y alrededor de 75 vueltas en el lado secundario. Dado que el lado primario del transformador manejará una corriente mayor que el lado secundario, he usado 4 cables de cobre aislados juntos para formar un grupo y luego los enrolle alrededor de la bobina. Es un cable de 24 AWG que compré en una ferretería local. La razón para juntar 4 cables para hacer un solo cable es reducir los efectos de las corrientes parásitas y hacer una mejor portadora de corriente. el devanado primario consta de 3 vueltas cada una con roscado central.

El devanado secundario consta de aproximadamente 75 vueltas de un solo cable de cobre aislado de 23 AWG.

Tanto el devanado primario como el secundario están aislados entre sí utilizando cinta aislante enrollada alrededor de la bobina.

Para obtener detalles de cómo exactamente hice el transformador, consulte el video al final de este instructivo.

Paso 3: la etapa del oscilador

El SG3525 se utiliza para generar pulsos de reloj alternativos que se utilizan para impulsar alternativamente los MOSFETS que empujan y tiran corriente a través de las bobinas primarias del transformador y también para proporcionar control de retroalimentación para estabilizar el voltaje de salida. La frecuencia de conmutación se puede configurar utilizando resistencias de temporización y condensadores. Para nuestra aplicación, tendremos una frecuencia de conmutación de 50Khz que se establece mediante un condensador de 1nF en el pin 5 y una resistencia de 10K junto con una resistencia variable en el pin 6. La resistencia variable ayuda a ajustar la frecuencia.

Para obtener más detalles sobre el funcionamiento del SG3525 IC, aquí hay un enlace a la hoja de datos del IC:

www.st.com/resource/en/datasheet/sg2525.pd…

Paso 4: la etapa de cambio

La salida de pulsos de 50 kHz del controlador PWM se utiliza para controlar los MOSFET de forma alternativa. He agregado una pequeña resistencia limitadora de corriente de 22 ohmios al terminal de la puerta del MOSFET junto con una resistencia de extracción de 10K para descargar el condensador de la puerta. también podemos configurar el SG3525 para agregar un pequeño tiempo muerto entre la conmutación del MOSFET para asegurarnos de que nunca estén ENCENDIDOS al mismo tiempo. Esto se hace agregando una resistencia de 33 ohmios entre los pines 5 y 7 del IC. La derivación central del transformador está conectada al suministro positivo, mientras que los otros dos extremos se conmutan utilizando los MOSFET que conectan periódicamente la ruta a tierra.

Paso 5: Etapa de salida y retroalimentación

La salida del transformador es una señal de CC pulsada de alto voltaje que debe rectificarse y suavizarse. Esto se hace implementando un puente rectificador completo usando diodos de recuperación rápida UF4007. Luego, los bancos de capacitores de 3.3uF cada uno (tapas polares y no polares) proporcionan una salida de CC estable libre de ondulaciones. Uno debe asegurarse de que la lectura de voltaje de las tapas sea lo suficientemente alta para tolerar y almacenar el voltaje generado.

Para implementar la retroalimentación que di utilicé una red de divisor de voltaje de resistencia de 560KiloOhms y una resistencia variable de 50K, la salida del potenciómetro va a la entrada del amplificador de error del SG3525 y así ajustando el potenciómetro podemos obtener nuestra salida de voltaje deseada.

Paso 6: Implementación de protección bajo voltaje

La protección contra subtensión se realiza mediante un amplificador operacional en modo comparador que compara el voltaje de la fuente de entrada con una referencia fija generada por el pin SG3525 Vref. El umbral se puede ajustar mediante un potenciómetro de 10 K. Tan pronto como el voltaje cae por debajo del valor establecido, la función de apagado del controlador PWM se activa y no se genera el voltaje de salida.

Paso 7: diagrama de circuito

Este es el diagrama de circuito completo del proyecto con todos los conceptos mencionados anteriormente discutidos.

De acuerdo, basta de parte teórica, ¡ahora ensuciemos nuestras manos!

Paso 8: Prueba del circuito en la placa de pruebas

Antes de soldar todos los componentes en veroboard, es esencial asegurarse de que nuestro circuito funcione y el mecanismo de retroalimentación funcione correctamente.

ADVERTENCIA: tenga cuidado al manejar altos voltajes o puede causarle una descarga letal. Siempre tenga en cuenta la seguridad y asegúrese de no tocar ningún componente mientras esté encendido. Los condensadores electrolíticos pueden mantener la carga durante bastante tiempo, así que asegúrese de que esté completamente descargado.

Después de observar con éxito el voltaje de salida, implementé el corte de bajo voltaje y funciona bien.

Paso 9: decidir la ubicación de los componentes

Ahora, antes de comenzar a comenzar el proceso de soldadura, es importante que arreglemos la posición de los componentes de tal manera que tengamos que usar cables mínimos y los componentes relevantes se coloquen juntos de manera que puedan conectarse fácilmente demandando pistas de soldadura.

Paso 10: Continuación del proceso de soldadura

En este paso, puede ver que he colocado todos los componentes para la aplicación de conmutación. Me aseguré de que las huellas de los MOSFET sean gruesas para transportar corrientes más altas. Además, intente mantener el condensador del filtro lo más cerca posible del IC.

Paso 11: Soldar el transformador y el sistema de retroalimentación

Ahora es el momento de arreglar el transformador y arreglar los componentes para rectificación y retroalimentación. Cabe mencionar que al soldar se debe tener cuidado de que el lado de alto y bajo voltaje tenga una buena separación y se deben evitar los cortocircuitos. El lado de alto y bajo voltaje debe compartir un terreno común para que la retroalimentación funcione correctamente.

Paso 12: Finalización del módulo

Después de aproximadamente 2 horas de soldadura y asegurándome de que mi circuito esté cableado correctamente sin cortocircuitos, ¡el módulo finalmente estaba completo!

Luego ajusté la frecuencia, el voltaje de salida y el corte de bajo voltaje usando los tres potenciómetros.

El circuito funciona como se esperaba y proporciona un voltaje de salida muy estable.

He logrado ejecutar con éxito mi teléfono y el cargador de mi computadora portátil con esto, ya que son dispositivos basados en SMPS. Puede utilizar fácilmente lámparas y cargadores LED de tamaño pequeño a mediano con esta unidad. La eficiencia también es bastante aceptable, oscilando entre el 80 y el 85 por ciento. La característica más impresionante es que sin carga, el consumo de corriente es de aproximadamente 80-90 miliamperios, ¡todo gracias a la retroalimentación y el control!

Espero que les guste este tutorial. Asegúrese de compartir esto con sus amigos y publicar sus comentarios y dudas en la sección de comentarios a continuación.

Mire el video para conocer todo el proceso de compilación y el funcionamiento del módulo. Considere suscribirse si le gusta el contenido:)

¡Te veré en el próximo!