Преобразователь напряжения 12-28v с стабилизацией на ОУ

Автор: Яковлев М.А., mixon-46@bk.ru
Опубликовано 04.11.2016
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2015!"

Приветствую вас форумчан радиолюбителей. Хочу сказать вам спасибо за то что находите время и посещаете РадиоКот, помогаете советами новичкам и друг другу. Желаю вам успехов в вашем радиолюбительском деле.

Начну я написание статьи с того что у меня есть мотор ДМ-10-6А с вентилятором улиткой.

Он 10 ватный с 25% КПД, скоростью оборотов 6000 в минуту и напряжением питания 28 вольт. Я подключал его от автомобильного аккумулятора но он крутился очень вяло, дул воздухом не очень сильно что мне совсем не нравилось. Блока питания который бы выдавал 28V у меня нету и было решено сделать для него небольшой преобразователь питания. В итоге получилось вот такое устройство.

Данное устройство выполнено на распространненных и знакомых нам элементах. Это таймер NE555 задающий нужную частоту и коэфициент заполнения окна. Операционный усилитель выбран отечественный КР574УД2А выполняющий роль компаратора для отключения таймера. Транзисторы КТ3102 отечественный и IRF530 импортный исполняющие роль ключей. Так же использована "кренка" стабилизатор 78L05 для получения нужного напряжения на инвертирующем входе операционного усилителя. Импульсный диод FR607 недопускает разряда конденсатора на открытый полевой транзистор. Ну и конечно же резисторы, конденсаторы и дроссель на 45 мкГн.

Далее схема: 

Все предельно просто. Когда я делал это устройство я определился какой индуктивности будет у меня дроссель. Я выбрал 45 мкГн. Потом начал расчет тороидальной катушки на кольце из порошкового железа. Кольцо выбранное мной если верить источникам в интернете салатовое с синей полокой и имеет магнитную проницаемость в 75 единиц. Его размеры 27х14х8 мм. 

Теперь будем довольствоваться формулой для рассчета индуктивности катушки с кольцевым сердечником:

√W - количество витков,

L - индуктивность катушки,

m - (мю) магнитная проницаемость кольцевого сердечника,

h - высота кольцевого сердечника,

ln - логарифм произведения R1 и R2,

R1 - наружный диаметр кольцевого сердечника,

R2 - внутренний диаметр кольцевого сердечника.

После того как я посчитал количество витков для данного сердечника (их составило неполных 24 витка) что бы получить свои 45 мкГн я приступил к расчетам DC-DC преобразователя. Формулы для расчета выглядят таким образом:

T on - время открытого полевого транзистора,

T of - время закрытого полевого транзистора,

L - понятно что это индуктивность, 45 мкГн;

I ind - ток в катушке, я паставил 2 ампера;

V load - выходное напряжение, 28 V;

V pwr - входное напряжение, 12 V;

F - частота импульсов, у меня она составила 78 кГц;

D - коэфициент заполнения окна, тут у меня получилось 57 %.

Ну и вроде бы еще нужно не забыть посчитать для таймера NE555 номиналы для генерации нужной частоты и заполнения окна. Пожалуй формулы для этого я приводить не буду. Их не трудно найти в просторах интернета. Вот собственно фото работы устройства без нагрузки:

Как видно напряжение на выходе чуть меньше заявленого. Все из за не точности номиналов делителя на резисторах. На плате я сделал разводку под два IRF530 что бы можно было подключить более мощную нагрузку. Но второй транзистор я не использовал за ненадобностью. Диод поставил импульсный, он не греется, когда ставил обычный выпрямительный он сам себя из платы выпаивал. Транзистор тоже хорошо себя чувствует даже с таким маленьким радиатором, так же не греется как и диод. Значит можно предположить что КПД доходит до 90% хоть я не замерял. При подключени мотора напряжение проседает до 26 вольт, но если закрыть ладонью воздушный вход вентилятора напряжение поднимется обратно до 27.3. Выходной конденсатор емкостью 4700 мкф является своего рода батарейкой. В момент пуска мотора ток приличный и кондер дает ему импульс. Если бы стабилизации небыло напряжение на конденсаторе поднималось вверх пока он бы не взорвался. Так как DC-DC преобразователь работает по принципу чем меньше нагрузка тем больше на ней напряжение, в это трудно поверить но такова физика работы данного преобразователя. На этом пожалуй я закончу и пойду отдыхать. 

P.S. исправил недочеты

Спасибо за внимание!

Файлы:
Радиоэлементы
Травление платы
Радиоэлементы
Фото устройства
Файл принципиальной схемы

Все вопросы в Форум.