Convertidor elevador DC-DC HV: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Paso 1: Introducción al funcionamiento y la electrónica

¿Cómo funciona un convertidor Boost? Principio básico: un convertidor elevador funciona en dos etapas, ENCENDIDO y APAGADO. En la etapa ON, el interruptor semiconductor está conduciendo y la corriente se acumula en el inductor produciendo un campo electromagnético, este campo almacena energía. En la etapa OFF, el interruptor semiconductor no conduce y el campo electromagnético colapsa. Cuando el campo colapsa, la energía almacenada en él no puede escapar a través del interruptor semiconductor, por lo que pasa a través del diodo y entra en la carga / condensador a un voltaje mucho más alto. Esto sucede varios miles de veces por segundo a través de los pulsos del chip temporizador NE555 y el resultado es poder cargar un condensador de alto voltaje desde una fuente de bajo voltaje. A continuación se muestran algunas ayudas para aquellos de ustedes que no conocen bien la electrónica. Resistencia R Resistencia variable VR (también llamada potenciómetro) B-Batería Fuente de voltaje V C-Condensador D-Diodo L-Inductor U / IC-Circuito integrado Q-Transistor / IGBT M-MOSFET GND- Tierra (terminal negativo de Batería para aplicaciones portátiles) A continuación se muestran algunos diagramas y tablas para ayudarlo aún más.

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Paso 2: Protoboard Boost Converter 500V

Este convertidor elevador es para aquellos con experiencia moderada en electrónica.

Si tiene los recursos, le recomiendo hacer la versión de placa de circuito impreso de este dispositivo porque es más simple, más pequeño y menos propenso a fallar. Sin embargo, siéntase libre de hacer la versión protoboard si el espacio no es un problema.

Este circuito ocupa un mínimo de 1.75 "x 1.5" x 1 "y puede operar desde 8.4V a 31.2V Entrada y salida máxima de 500V de manera segura (para el circuito). Recomiendo al menos una entrada de batería de 12V.

PELIGRO ALTO VOLTAJE Este dispositivo puede producir voltajes letales y los condensadores que carga pueden almacenar cargas letales durante horas. Utilice guantes de electricista y gafas de seguridad mientras lo utiliza y tome todas las precauciones de seguridad.

Especificaciones:

Costo del proyecto: - $ 17 + envío Mouser - $ 5 + envío Coilcraft PCV-2-394-05L (Siga el enlace y escriba el número de pieza para comprar) - Costo total promedio con envío - $ 35 -

Dimensiones: 1,75 "x 1,5" x 1 "Voltaje de entrada: 8,4 V a 31,2 V Rango de voltaje de salida: 100 V a 500 V Potencia de salida:

- Entrada de 12 V 36 W máximo + -20% Banco de capacitores 290J cargado en 8 s - Entrada de 24 V 92 W máximo + -20% Banco de capacitores 1468J cargado en 16 s

Potencia de salida medida con 1-2 baterías de plomo de 12 V y 34 Ah para una fuente de voltaje prácticamente constante

La principal limitación de la cantidad de energía que se puede extraer de las baterías son los paquetes de baterías ESR

--- Para obtener los mejores resultados, utilice baterías de alta corriente nominal o baterías diseñadas para dispositivos Power RC --- NiCd son las mejores (con la excepción de Li-poly) Para las siguientes baterías, se puede obtener una potencia máxima estimada ESR = Resistencia en serie equivalente = Resistencia 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

Advertencia: extraer demasiada corriente de las baterías puede reducir la capacidad, la vida útil y hacer que la batería se sobrecaliente. Controle la temperatura de las baterías.

Nota: Los orificios de Protoboard no se adaptan a los pines del MOSFET y del diodo; perforar un orificio de 1/32 resuelve esto, aunque es posible que tenga que soldar los cables a las almohadillas adyacentes.

Paso 3: Protoboard Boost Converter 500V Piezas

Instrumentos:

• Soldador
• Soldadura eléctrica (núcleo de colofonia de 0,032 "preferido)
• Pulsera antiestatica
• Guantes de electricista
• Lentes de seguridad

Materiales: - Protoboard (The Link es el protoboard que utilicé, juegos de protoboard) Piezas compradas a Mouser: U2- Regulador de voltaje -Número de pieza de entrada de batería-8.4V a 12V LF60CV-12V a 13.2V LD1086V90-13.2V a 16.8V LM7809ACT- 16.8V a 26.4V LM7812ACT-26.4V a 31.2V LM317 Cualquier TO-220 (R1 = 500 Ohm R2 = 5.5 k Ohm) Ver hoja de datos --- Pruebe que la salida sea de 15V para LM317 --- Para C1, C2, C3 y CT usan una clasificación de voltaje de acuerdo con esto: Voltaje de la batería ………. Voltaje nominal del condensador = 16V Cap = 25V Cap = 50V Cap - Tipo C2 según el regulador utilizado: --LF60CV Electrolytic LD1086V90 ElectrolyticLM7809ACT CeramicLM7812ACT CeramicLM317 Electrolytic-- C1 y C3 son discos de cerámica o MLCC con plomo 5% -20%, o -20% a + 80% ---- CT es disco de cerámica o MLCC con plomo 1% -10% ---- Todas las resistencias excepto Rdiv1 son 1 / 10W o más --- 2 8-DIP Sockets-C1- 0.33uF (330nF) o más-C2- 10uF-C3- 0.01uF (10nF) -CB1- Cualquier banco de capacitores que desee cargar-CT- 0.022uF (22nF) -LEDPWR- Indica que se aplica energía-LEDREG- Indica que el voltaje deseado es R eached-LEDGATE- Indica que NE555 está suministrando voltaje al MOSFET-R1, R2, R3 - 1kOhm (= 12V) 1% -5% -RA- 15kOhm (2% o mejor) -RB- 10kOhm (2% o mejor) - Rdiv1- 1MOhm (2% o mejor, 1/4W o más) -Rdiv2- Valor usado del regulador (2% o mejor) LF60CV 11kOhmLD1086V90 16kOhmLM7809ACT 16kOhmLM7812ACT 22.3kOhmLM317 28kOhm-SW1 y 5-6A-nominal para voltaje de entrada y 5-6A. 1 (mismo chip) - LM393AN-U3- SE555P-VR1- Potenciómetro de 10kOhm (Multi-turn será más preciso) -M1- FCA47N60 (F) -D1- RURG3060 (Use el RURG30120 si este es su primer proyecto electrónico) Coilcraft: L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Siga el enlace y escriba el número de pieza para comprar) LOS NÚMEROS DE PIN ESTÁN EN EL ESQUEMA HAGA CLIC EN LA "i" EN LA PARTE SUPERIOR DEL ESQUEMA PARA OBTENER UNA VISTA DESCARGABLE MÁS GRANDE

Paso 4: PCB Boost Converter 500V

Si tiene los recursos, le sugiero encarecidamente que haga este convertidor Boost de placa de circuito impreso en lugar del protoboard. Hacer un PCB personalizado será más compacto y tendrá una apariencia mucho mejor. Este circuito solo ocupa 1 5/8 "x 1 1/4" x 1 "y puede operar de 8.4V a 31.2V y una salida máxima de 500V de manera segura. Recomiendo encarecidamente usar al menos una batería de 12V si su objetivo es la potencia máxima El tamaño de esta versión también se puede reducir a 1 5/8 "x 1 1/4" x 3/8 "si el inductor se coloca lejos de su circuito, como ocurre en la mayoría de las armas de bobina para convencer. PELIGRO ALTO VOLTAJE Este dispositivo puede apagar voltajes letales y los condensadores que carga pueden almacenar cargas letales durante horas, use guantes de electricista y anteojos de seguridad mientras está en funcionamiento y tome todas las precauciones de seguridad Especificaciones: Costo del proyecto: - $ 20 + envío Mouser - $ 5 + Envío Coilcraft PCV-2-394-05L (Siga el enlace y escriba el número de pieza para comprar) -> = $ 15 + Envío MPJA - Costo total promedio con envío - <$ 50-- Voltaje de entrada: 8.4V a 31.2 V Rango de voltaje de salida: 100 V a 500 V Potencia de salida: - PRUEBA 1-12 V Entrada 48 W máx. + -20% Banco de capacitores 290J cargado en 6 s - PRUEBA 2 - Entrada de 12 V 45 W máx. + -20% Cargado Banco de capacitores 1160J en 26 s - Entrada de 24 V TBD Potencia de salida medida con 1-2 baterías de ácido de plomo de 12 V 34 Ah para una fuente de voltaje prácticamente constante Cada prueba se realizó 5 veces, la mejor de las cuales se muestra. La principal limitación de la cantidad de energía que se puede extraer de sus baterías son los paquetes de baterías ESR --- Para obtener los mejores resultados, utilice baterías de alta corriente nominal o baterías diseñadas para dispositivos Power RC --- NiCd son los mejores (con la excepción de Li poly) Para las siguientes baterías, se puede obtener una potencia máxima estimada ESR = Resistencia en serie equivalente = Resistencia interna Se puede usar alcalina, pero recomiendo enfáticamente baterías recargables de alta corriente nominal. Se pueden usar voltajes más bajos, pero se espera una salida de potencia más baja. 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 Advertencia: consumo excesivo de corriente de sus baterías pueden reducir su capacidad, vida útil y hacer que las baterías se sobrecalienten, controle la temperatura de la batería cuando realice la prueba.

Paso 5: Piezas del convertidor de refuerzo de PCB de 500 V

Instrumentos:

• Soldador
• Soldadura eléctrica (núcleo de colofonia de 0,032 "preferido)
• Pulsera antiestatica
• Guantes de electricista
• Lentes de seguridad
• Cualquier recipiente de vidrio o plástico con sello de bloqueo múltiple a prueba de fugas (ejemplo)

Materiales: MPJA o Amazon:

• CLORURO FÉRRICO (obtenga un paquete más grande si planea hacer más placas de circuito)
• 2 de cada uno de RESIST PEN o Industrial Sharpie
• TABLERO REVESTIDO DE COBRE (Elija un 3 x 5, 4 x 6 o 6 x 9 para este proyecto)

Piezas compradas a Mouser: Para C1, C2, C3 y CT, use una clasificación de voltaje de acuerdo con esto: Voltaje de la batería ………. Voltaje nominal del condensador = 16 V Cap = 25 V Cap = 50 V CapU2- Regulador de voltaje - DPAK (TO-252) Número de pieza de entrada de batería-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 según el regulador utilizado: --LF60ABDT Electrolítico LF90ABDT Electrolítico MC7809E Cerámico MC7812E Cerámico LM317M Electrolítico - C1, C3, C4 y C5 son MLCC SMD / SMT 5% -20%, o -20% a + 80% ---- CT es MLCC SMD / SMT 1% -10% ---- Todos los resistores excepto Rdiv1 son 1/10 W o más - Número de 4 dígitos después del valor es Tamaño (es decir, 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- Cualquier banco de capacitores que desee cargar-CT- 0.022uF (22nF) 0805-LEDPWR- Indica energía se aplica 1206-LEDREG- Indica que se alcanzó el voltaje deseado 1206-LEDGATE- Indica que NE555 está suministrando voltaje a th e MOSFET 1206-R1, R2, R3-1kOhm (= 12V) 1% -5% 0805-RA- 15kOhm (2% o mejor) 0805-RB- 10kOhm (2% o mejor) 0805-Rdiv1- 1MOhm (2% Valor usado del regulador (2% o mejor) LF60ABDT 11kOhmLF90ABDT 16kOhmMC7809E 16kOhmMC7812E 22.3kOhmLM317M 28kOhm-SW1 Chip) - LM393AM SOIC-8-U3- SE555D SOIC-8-VR1- Potenciómetro de 10kOhm (Multi-turn será más preciso) -M1- FCA47N60 (F) -D1- RURG3060 (Utilice el RURG30120 si este es uno de sus primeros proyectos electrónicos) Coilcraft: -L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Siga el enlace y escriba el número de pieza para comprar) LOS NÚMEROS DE PIN ESTÁN EN EL ESQUEMA HAGA CLIC EN LA "i" EN LA PARTE SUPERIOR DEL ESQUEMA PARA UNA MAYOR DESCARGAR VISTA POSIBLE

Paso 6: Construcción de PCB Boost Converter 500V

El primer paso en la construcción de PCB es diseñar su placa de PCB usando DipTrace (haga clic en el enlace y descargue el programa gratuito DipTrace 2) También puede usar el diseño de PCB que se muestra en las imágenes a continuación. puede hacer esto de dos maneras: usando una impresora láser (rápida, fácil, y si puede encontrar una para pedir prestada, la recomiendo) y rastreo manual (CONSUMO DE MUCHO TIEMPO) - IMPRESORA LÁSER - LAS IMPRESORAS DE INYECCIÓN DE JET NO FUNCIONARÁN UTILICE ESTE ENLACE PARA APRENDER CÓMO HACER UNA PLACA DE PCB Herramientas:

• Revestido de cobre
• Marcador permanente de grado industrial o resistente (se puede encontrar un marcador de grado industrial en Lowes)
• Plancha / tabla de planchar
• Grabador (cloruro férrico)
• Cualquier recipiente de vidrio o plástico con cierre múltiple a prueba de fugas (ejemplo)

Si tiene una impresora láser, simplemente obtenga algún catálogo, directorio telefónico o papel de periódico. Este es el tipo de papel barato que es muy liviano y, lo más importante, se deshace en el agua, pruebe un trozo de papel en agua para asegurarse. Deberá pegar el papel con cinta adhesiva a una hoja de alimentación de impresora normal (se muestra en la imagen de abajo). alimente a través de la impresora no se arruga. Descargue el archivo a continuación (Boost Converter, SMT2) (deberá descargar el programa gratuito DipTrace 2). Abra el archivo y haga clic en Vista previa de impresión en ARCHIVO. Asegúrese de que las selecciones de objetos sean las que se muestran en la imagen y que la casilla de espejo esté marcada. Haga clic en Imprimir, en la ventana Imprimir seleccione Propiedades. En la ventana de Propiedades, seleccione la pestaña de gráficos y en el Cuadrado de Oscuridad seleccione OSCURIDAD. Introduzca el papel con el papel barato pegado con cinta adhesiva en la impresora y haga clic en Imprimir. El papel debe verse como en la quinta imagen. Use esto para dimensionar su PCB y corte su revestimiento de cobre con una sierra de mesa o Dremel, corte lentamente. Encienda su plancha y colóquela en su ajuste más alto (generalmente algodón), espere a que se caliente … Mientras espera, limpie completamente su pieza revestida de cobre con agua caliente y jabón, seque completamente su pieza. Cuando finalmente se caliente la plancha, coloque el revestimiento de cobre sobre una tabla de planchar con el lado de cobre hacia arriba. Corte el diseño impreso con LÁSER para que tenga el tamaño de la pieza revestida de cobre. Coloque la hoja de papel con el tóner hacia abajo y coloque la plancha sobre el papel y el revestimiento de cobre. Empuje hacia abajo con fuerza moderada y espere unos minutos. El revestimiento de cobre y el papel ahora deberían estar pegados. Coloca la pieza, estará CALIENTE, en un recipiente con agua tibia y jabón y espera cinco minutos. Después de esperar, tome la Pieza y póngala en agua tibia y frote suavemente la parte superior del papel hasta que todo lo que quede sea el tóner. Retoca el diseño con tu marcador permanente. IR AL SIGUIENTE PASO - RASTREO A MANO - Revestido de cobre - Grabador - Marcador permanente de grado industrial o resistente (grado industrial se puede encontrar en Lowes, es difícil de encontrar; es posible que tenga que preguntar dónde está, si lo encuentra en otro lugar, hágamelo saber. Puedo publicarlo) - Recipiente de plástico Imprime la sexta imagen a gran escala, usa tus partes como referencias y dibuja los trazos con tu marcador permanente lo mejor que puedas. Esto será tedioso, así que prepárate para pasar varias medias horas haciendo incluso trazos simples. Parece más simple eh, no lo es. VAYA AL SIGUIENTE PASO

Paso 7: Problemas finales

A continuación se muestra una imagen de cómo cargar varios bancos para que, si uno se descarga, los demás no.