Conversor 200Watts 12V a 220V DC-DC: 13 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Olá pessoal:)

Bem-vindo a este instrutivo onde vou mostrar como fiz este conversor DC-DC de 12volts para 220volts com feedback para estabilizar a tensão de saída e proteção de bateria fraca / subtensão, sem usar nenhum microcontrolador. Mesmo que a saída seja DC de alta tensão (e não AC), podemos operar lâmpadas LED, carregadores de telefone e outros dispositivos baseados em SMPS a partir desta unidade. Este conversor não pode operar qualquer carga indutiva ou baseada em transformador, como motor CA ou ventilador.

Para este projeto, usarei o IC de controle PWM SG3525 popular para aumentar a tensão CC e fornecer o feedback necessário para controlar a tensão de saída. Este projeto usa componentes muito simples e alguns deles são recuperados de fontes de alimentação de computadores antigos. Vamos construir!

Suprimentos

1. Transformador de ferrite EI-33 com bobina (você pode comprar em sua loja de eletrônicos local ou recuperá-lo de uma fonte de alimentação de computador)
2. MOSFETs IRF3205 - 2
3. 7809 regulador de tensão -1
4. SG3525 PWM controlador IC
5. OP07 / IC741 / ou qualquer outro amplificador operacional IC
6. Capacitor: 0,1uF (104) - 3
7. Capacitor: 0,001uF (102) - 1
8. Capacitor: capacitor de cerâmica apolar de 3,3uF 400V
9. Capacitor: capacitor eletrolítico polar de 3,3uF 400V (você pode usar um valor mais alto de capacitância)
10. Capacitor: eletrolítico 47uF
11. Capacitor: eletrolítico 470uF
12. Resistor: 10K resistores-7
13. Resistor: 470K
14. Resistor: 560K
15. Resistor: 22 Ohms - 2
16. Resistor / predefinição variável: 10K -2, 50K - 1
17. Diodos de recuperação rápida UF4007 - 4
18. Soquete IC de 16 pinos
19. Soquete IC de 8 pinos
20. Terminais de parafuso: 2
21. Dissipador de calor para montagem de MOSFET e regulador de tensão (do antigo computador PSU)
22. Perfboard ou Veroboard
23. Fios de conexão
24. Kit de solda

Etapa 1: reunindo os componentes solicitados

A maioria das peças necessárias para fazer este projeto foram retiradas de uma fonte de alimentação de computador não funcional. Você encontrará facilmente o transformador e os diodos retificadores rápidos dessa fonte de alimentação, juntamente com capacitores de classificação de alta tensão e dissipador de calor para os MOSFETS

Etapa 2: Fazendo o transformador de acordo com nossas especificações

A parte mais importante para obter a tensão de saída correta é garantir a relação correta do enrolamento do transformador dos lados primário e secundário e também certificar-se de que os fios podem transportar a quantidade de corrente necessária. Usei um núcleo EI-33 junto com uma bobina para esse propósito. É o mesmo transformador que você obtém dentro de um SMPS. Você também pode encontrar um núcleo EE-35.

Agora nosso objetivo é aumentar a tensão de entrada de 12 volts para cerca de 250-300 volts e para isso usei 3 + 3 voltas no primário com derivação central e cerca de 75 voltas no lado secundário. Uma vez que o lado primário do transformador aguenta maior corrente do que o lado secundário, usei 4 fios de cobre isolados juntos para fazer um grupo e, em seguida, enrolei-o ao redor da bobina. É um fio 24 AWG que comprei em uma loja de ferragens local. O motivo de juntar 4 fios para fazer um único fio é reduzir os efeitos das correntes parasitas e fazer uma melhor portadora de corrente. o enrolamento primário consiste em 3 voltas cada uma com rosqueamento central.

O enrolamento secundário consiste em cerca de 75 voltas de fio de cobre isolado 23 AWG.

Tanto o enrolamento primário quanto o secundário são isolados um do outro usando fita isolante enrolada ao redor da bobina.

Para obter detalhes de como exatamente eu fiz o transformador, consulte o vídeo no final deste manual.

Etapa 3: o estágio do oscilador

O SG3525 é usado para gerar pulsos de clock alternativos que são usados para acionar alternativamente os MOSFETS que empurram e puxam a corrente através das bobinas primárias do transformador e também para fornecer controle de feedback para estabilizar a tensão de saída. A frequência de chaveamento pode ser definida usando resistores de temporização e capacitores. Para a nossa aplicação, teremos uma frequência de chaveamento de 50Khz, que é definida por um capacitor de 1nF no pino 5 e um resistor de 10K junto com um resistor variável no pino 6. O resistor variável ajuda a ajustar a frequência.

Para obter mais detalhes sobre o funcionamento do IC SG3525, aqui está um link para o datasheet do IC:

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

Etapa 4: o estágio de mudança

A saída de pulso de 50 kHz do controlador PWM é usada para acionar os MOSFETs alternativamente. Eu adicionei um pequeno resistor limitador de corrente de 22 ohms ao terminal da porta do MOSFET junto com um resistor pull down de 10K para descarregar o capacitor da porta. também podemos configurar o SG3525 para adicionar um pequeno tempo morto entre a comutação do MOSFET para garantir que eles nunca estejam LIGADOS ao mesmo tempo. Isso é feito adicionando um resistor de 33 ohms entre os pinos 5 e 7 do IC. A derivação central do transformador é conectada à alimentação positiva, enquanto as outras duas extremidades são comutadas usando os MOSFETs que conectam periodicamente o caminho ao aterramento.

Etapa 5: o estágio de saída e feedback

A saída do transformador é um sinal CC pulsado de alta tensão que precisa ser retificado e suavizado. Isso é feito através da implementação de um retificador de ponte completa usando diodos de recuperação rápida UF4007. Então, os bancos de capacitores de 3,3uF cada (capas polares e não polares) fornecem uma saída CC estável livre de quaisquer ondulações. Deve-se ter certeza de que a leitura da tensão dos capacitores é alta o suficiente para tolerar e armazenar a tensão gerada.

Para implementar o feedback que dei, usei uma rede divisora de tensão de resistor de 560KiloOhms e resistor variável de 50K, a saída do potenciômetro vai para a entrada do amplificador de erro do SG3525 e, assim, ajustando o potenciômetro, podemos obter nossa saída de tensão desejada.

Etapa 6: Implementação da proteção contra subtensão

A proteção de subtensão é feita usando um amplificador operacional no modo comparador que compara a tensão da fonte de entrada a uma referência fixa gerada pelo pino Vref SG3525. O limite é ajustável usando um potenciômetro de 10K. Assim que a tensão cair abaixo do valor definido, o recurso Desligamento do controlador PWM é ativado e a tensão de saída não é gerada.

Etapa 7: Diagrama de Circuito

Este é o diagrama de circuito completo do projeto com todos os conceitos mencionados anteriormente discutidos.

Ok, chega de parte teórica, agora vamos sujar as mãos!

Etapa 8: Testando o circuito na placa de ensaio

Antes de soldar todos os componentes no veroboard, é essencial ter certeza de que nosso circuito funciona e o mecanismo de feedback funciona corretamente.

AVISO: tenha cuidado ao manusear altas tensões ou pode causar um choque letal. Sempre tenha a segurança em mente e certifique-se de não tocar em nenhum componente enquanto a alimentação estiver ligada. Os capacitores eletrolíticos podem reter a carga por um bom tempo, portanto, certifique-se de que esteja completamente descarregado.

Depois de observar com sucesso a tensão de saída, implementei o corte de baixa tensão e ele funciona bem.

Etapa 9: Decidindo a colocação dos componentes

Agora, antes de começarmos o processo de soldagem, é importante que fixemos a posição dos componentes de tal forma que tenhamos que usar o mínimo de fios e os componentes relevantes sejam colocados juntos de forma que possam ser facilmente conectados usando os traços de solda.

Etapa 10: continuando o processo de soldagem

Nesta etapa, você pode ver que coloquei todos os componentes para o aplicativo de comutação. Certifiquei-me de que os rastros para os MOSFETs são grossos para transportar correntes mais altas. Além disso, tente manter o capacitor do filtro o mais próximo possível do IC.

Etapa 11: Soldando o transformador e o sistema de feedback

Agora é hora de consertar o transformador e consertar os componentes para retificação e feedback. É importante mencionar que durante a soldagem deve-se tomar cuidado para que o lado de alta e baixa tensão tenha uma boa separação e qualquer curto deve ser evitado. O lado de alta e baixa tensão deve compartilhar um aterramento comum para que o feedback funcione corretamente.

Etapa 12: Concluindo o módulo

Após cerca de 2 horas de soldagem e certificando-se de que meu circuito está conectado corretamente sem curtos, o módulo foi finalmente concluído!

Então ajustei a frequência, a tensão de saída e o corte de baixa tensão usando os três potenciômetros.

O circuito funciona exatamente como esperado e fornece uma tensão de saída muito estável.

Consegui funcionar com sucesso meu telefone e carregador de laptop com este, pois são dispositivos baseados em SMPS. Você pode operar facilmente lâmpadas LED de pequeno a médio porte e carregadores com esta unidade. A eficiência também é bastante aceitável, variando de cerca de 80 a 85 por cento. A característica mais impressionante é que sem carga o consumo atual é de apenas cerca de 80-90 miliamperes, tudo graças ao feedback e ao controle!

Espero que goste deste tutorial. Compartilhe isso com seus amigos e poste seus comentários e dúvidas na seção de comentários abaixo.

Por favor, assista ao vídeo para todo o processo de construção e funcionamento do módulo. Considere se inscrever se você gosta do conteúdo:)

Te vejo no próximo!