Conversor de reforço DC-DC HV: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Etapa 1: Introdução à operação e eletrônicos

Como funciona um conversor de reforço? Princípio básico: Um conversor boost funciona em dois estágios, ON e OFF. No estágio ON, a chave semicondutora está conduzindo e a corrente se acumula no indutor, produzindo um campo eletromagnético, esse campo armazena energia. No estágio OFF, a chave semicondutora não conduz e o campo eletromagnético colapsa. Quando o campo entra em colapso, a energia armazenada nele não pode escapar através da chave semicondutora, então ela passa pelo diodo e entra na carga / capacitor em uma tensão muito mais alta. Isso acontece vários milhares de vezes por segundo através dos pulsos do chip de temporizador NE555 e o resultado é ser capaz de carregar um capacitor de alta tensão de uma fonte de baixa tensão. Abaixo estão algumas dicas para aqueles que não conhecem bem a eletrônica. Resistor R Resistor Variável VR (também chamado de Potenciômetro) Bateria B Fonte de Tensão C Capacitor D Diodo L Indutor U / IC Circuito integrado Q-Transistor / IGBT M-MOSFET GND- Terra (terminal negativo de Bateria para aplicativos portáteis) Alguns diagramas e gráficos são mostrados a seguir para ajudá-lo ainda mais.

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Etapa 2: Protoboard Boost Converter 500V

Este conversor de reforço é para aqueles com experiência moderada em eletrônica.

Se você tiver os recursos, recomendo fazer a versão da placa de circuito impresso deste dispositivo porque é mais simples, menor e tem menos probabilidade de falhar. No entanto, sinta-se à vontade para fazer a versão do protoboard se o espaço não for um problema.

Este circuito ocupa um mínimo de 1,75 "x 1,5" x 1 "e pode operar de 8,4 V a 31,2 V de entrada e saída máxima de 500 V com segurança (para o circuito). Recomendo pelo menos uma entrada de bateria de 12 V.

PERIGO ALTA TENSÃO Este dispositivo pode fornecer tensões letais e os capacitores que você carrega podem armazenar cargas letais por horas. Use luvas de eletricista e óculos de segurança durante a operação e tome todas as precauções de segurança

Especificações:

Custo do projeto: - $ 17 + frete Mouser - $ 5 + frete Coilcraft PCV-2-394-05L (Siga o link e digite o número da peça para comprar) - Custo total médio com frete - $ 35 -

Dimensões: 1,75 "x 1,5" x 1 "Tensão de entrada: 8,4 V a 31,2 V Faixa de tensão de saída: 100 V a 500 V Potência de saída:

- 12V de entrada 36W máximo + -20% Carregado 290J banco de capacitores em 8s - 24V de entrada 92W máximo + -20% carregado 1468J banco de capacitores em 16s

Potência de saída medida com baterias de chumbo-ácido de 1-2 12V 34Ah para uma fonte de tensão virtualmente constante

A principal limitação de quanta energia pode ser retirada de suas baterias é a bateria ESR

--- Para obter os melhores resultados, use baterias de alta corrente nominal ou baterias destinadas a dispositivos RC de energia --- NiCd são as melhores (com exceção de Li-poly) Para as seguintes baterias, uma potência máxima estimada pode ser obtida ESR = Resistência de série equivalente = Resistência 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

Aviso - Tirar muita corrente de suas baterias pode reduzir sua capacidade, vida útil e fazer com que sua bateria superaqueça. Monitore a temperatura de suas baterias.

Nota: Os orifícios do Protoboard não acomodam os pinos MOSFET e Diodo, perfurar um orifício de 1/32 resolve isso, embora você possa ter que soldar os terminais nas almofadas adjacentes.

Etapa 3: Peças Protoboard Boost Converter 500V

Ferramentas:

• Ferro de solda
• Solda elétrica (núcleo de resina 0,032 "preferido)
• Pulseira antiestática
• Luvas de Eletricista
• Óculos de segurança

Materiais: - Protoboard (o link é o protoboard que usei, conjuntos de protoboard) Peças adquiridas da Mouser: U2- Regulador de tensão - Número da peça de entrada da bateria-8,4V a 12V LF60CV-12V a 13,2V LD1086V90-13,2V a 16,8V LM7809ACT- 16,8 V a 26,4 V LM7812ACT-26,4 V a 31,2 V LM317 Qualquer TO-220 (R1 = 500 Ohm R2 = 5,5 k Ohm) Consulte a folha de dados --- Teste se a saída é 15V para LM317 --- Para C1, C2, C3, e o CT usa uma classificação de tensão de acordo com isto: Tensão da bateria ………. Tensão nominal do capacitor = 16V Cap = 25V Cap = 50V Cap - C2 Tipo de acordo com o regulador usado: --LF60CV EletrolíticoLD1086V90 EletrolíticoLM7809ACT CeramicLM7812ACT CeramicLM317 Eletrolítico - C1 e C3 são discos de cerâmica ou MLCC com chumbo 5% -20%, ou -20% a + 80% ---- CT é disco de cerâmica ou MLCC com chumbo 1% -10% ---- Todos os resistores, exceto para Rdiv1, são 1 / 10W ou superior --- 2 8-DIP Sockets-C1- 0,33uF (330nF) ou More-C2- 10uF-C3- 0,01uF (10nF) -CB1- Qualquer banco de capacitores que você deseja carregar-CT- 0,022uF (22nF) -LEDPWR- Indica que a energia está aplicada-LEDREG- Indica que a tensão desejada é R eached-LEDGATE- Indica que NE555 está fornecendo voltagem para o MOSFET-R1, R2, R3 - 1kOhm (= 12V) 1% -5% -RA- 15kOhm (2% ou melhor) -RB- 10kOhm (2% ou melhor) - Rdiv1- 1MOhm (2% ou melhor, 1 / 4W ou superior) -Rdiv2- Valor usado do regulador (2% ou melhor) LF60CV 11kOhmLD1086V90 16kOhmLM7809ACT 16kOhmLM7812ACT 22,3kOhmLM317 28kOhm-SW1- Tensão nominal de entrada U1 e U6 de 5-6. 1 (Mesmo Chip) - LM393AN-U3- SE555P-VR1- Potenciômetro de 10kOhm (Multi-voltas será mais preciso) -M1- FCA47N60 (F) -D1- RURG3060 (Use o RURG30120 se este for seu primeiro projeto eletrônico) Coilcraft: L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Siga o link e digite o número da peça para comprar) OS NÚMEROS DO PIN ESTÃO NO ESQUEMA CLIQUE NO "i" NO TOPO DO ESQUEMA PARA UMA VISUALIZAÇÃO MAIOR PARA BAIXÁVEL

Etapa 4: Conversor PCB Boost 500V

Se você tiver os recursos, eu sugiro fortemente que você faça este conversor de Boost de placa de circuito impresso em vez do protoboard. Fazer um PCB personalizado será mais compacto e terá uma aparência muito melhor. Este circuito ocupa apenas 1 5/8 "x 1 1/4" x 1 "e pode operar de 8,4 V a 31,2 V e saída máxima de 500 V com segurança. Recomendo fortemente o uso de pelo menos uma bateria de 12 V se seu objetivo é a potência máxima O tamanho desta versão também pode ser reduzido para 1 5/8 "x 1 1/4" x 3/8 "se o indutor for colocado longe do seu circuito, como acontece na maioria das bobinas para convencer. Mostrado na imagem abaixo. PERIGO DE ALTA TENSÃO Este dispositivo pode fornecer tensões letais e os capacitores que você carrega podem armazenar cargas letais por horas. Use luvas de eletricista e óculos de segurança durante a operação e tome todas as precauções de segurança. Especificações: Custo do projeto: - $ 20 + Frete - $ 5 + Remessa Coilcraft PCV-2-394-05L (Siga o link e digite o número da peça para comprar) -> = $ 15 + Remessa MPJA - Custo Total Médio com Remessa - <$ 50-- Tensão de Entrada: 8,4V a 31,2 V Faixa de tensão de saída: 100V a 500V Potência de saída: - TESTE 1-12V Entrada 48W máx. + -20% Carregado 290J Banco de capacitores em 6s - TESTE 2 - 12V Entrada 45W máx. + -20% Carregado 1160J Banco de capacitores em 26s - 24V entrada Potência de saída TBD medida com 1-2 baterias de chumbo-ácido de 12 V 34Ah para uma fonte de tensão virtualmente constante Cada teste foi feito 5 vezes, o melhor dos quais é mostrado. A principal limitação de quanta energia pode ser retirada de suas baterias é o Battery Packs ESR --- Para melhores resultados, use baterias de alta corrente nominal ou Baterias destinadas a dispositivos Power RC --- NiCd são os melhores (com exceção do Li- poly) Para as baterias a seguir, uma potência máxima estimada pode ser obtida ESR = Resistência de série equivalente = Resistência interna Alcalina pode ser usada, mas eu recomendo fortemente baterias recarregáveis de alta corrente nominal. Podem ser usadas tensões mais baixas, mas espere uma saída de energia mais baixa. 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 Aviso-Consumindo muita corrente de suas baterias podem reduzir sua capacidade, vida útil e causar superaquecimento, monitore a temperatura da bateria durante o teste.

Etapa 5: Peças PCB Boost Converter 500V

Ferramentas:

• Ferro de solda
• Solda elétrica (núcleo de resina 0,032 "preferido)
• Pulseira antiestática
• Luvas de Eletricista
• Óculos de segurança
• Qualquer recipiente de plástico ou vidro com vedação múltipla à prova de vazamento (exemplo)

Materiais: MPJA ou Amazon:

• CLORETO FÉRICO (adquira um pacote maior se você planeja fazer mais placas de circuito)
• 2 de cada um de RESIST PEN ou Industrial Sharpie
• PLACA DE COBRE CLAD (Escolha um 3 x 5, 4 x 6 ou 6 x 9 para este projeto)

Peças adquiridas da Mouser: Para C1, C2, C3 e CT, use uma classificação de tensão de acordo com esta: Tensão da bateria ………. Tensão nominal do capacitor = 16V Cap = 25V Cap = 50V CapU2- Regulador de tensão - DPAK (TO-252) Número da peça de entrada da bateria-8,4 V a 12 V LF60ABDT-12 V a 13,2 V LF90ABDT-13,2 V a 16,8 V MC7809E-16,8 V a 26,4 V MC7812E-26,4 V a 31,2 V LM317M (R1 = 500 Ohm R2 = 5,5 k Ohm) - Tipo C2 de acordo com o regulador usado: --LF60ABDT EletrolíticoLF90ABDT EletrolíticoMC7809E CeramicMC7812E CeramicLM317M Eletrolítico - C1, C3, C4 e C5 são MLCC SMD / SMT 5% -20%, ou -20% a + 80% ---- CT é MLCC SMD / SMT 1% -10% ---- Todos os resistores, exceto Rdiv1, é 1 / 10W ou maior - Número de 4 dígitos após o valor ser o tamanho (ou seja, 0805 ou 1210) -C1-10uF 1210-C2- 10uF 1210- C3- 0,22uF (220nF) 0805-C4- 0,01uF (10nF) 0805-C5- 0,01uF (10nF) 0805-CB1- Qualquer banco de capacitores que você deseja carregar-CT- 0,022uF (22nF) 0805-LEDPWR- Indica energia é aplicado 1206-LEDREG- Indica que a tensão desejada foi atingida 1206-LEDGATE- Indica que NE555 está fornecendo tensão para o e MOSFET 1206-R1, R2, R3-1kOhm (= 12V) 1% -5% 0805-RA- 15kOhm (2% ou melhor) 0805-RB- 10kOhm (2% ou melhor) 0805-Rdiv1- 1MOhm (2% ou melhor, 1 / 4W ou superior) 1206-Rdiv2- 0805 Valor usado do regulador (2% ou melhor) LF60ABDT 11kOhmLF90ABDT 16kOhmMC7809E 16kOhmMC7812E 22,3kOhmLM317M 28kOhm-SW1- Classificado para maior que a tensão de entrada em U6.1 e 5-1A Chip) - LM393AM SOIC-8-U3- SE555D SOIC-8-VR1- Potenciômetro de 10kOhm (Multi-voltas será mais preciso) -M1- FCA47N60 (F) -D1- RURG3060 (Use o RURG30120 se este for um de seus primeiros projetos eletrônicos) Coilcraft: -L1- Coilcraft PCV-2-394-05L (Siga o link e digite o número da peça para comprar) OS NÚMEROS DO PIN ESTÃO NO ESQUEMA CLIQUE NO "i" NO TOPO DO ESQUEMA PARA UM MAIOR BAIXAR VISUALIZAÇÃO ABLE

Etapa 6: Construção do conversor PCB Boost 500V

O primeiro passo na construção de PCB é projetar sua placa de PCB usando DipTrace (clique no link e baixe o freeware DipTrace 2). Você também pode usar o layout de PCB mostrado nas imagens abaixo. O próximo passo é colocar o design no PCB, você pode fazer isso de duas maneiras: usando uma impressora a laser (rápida, fácil e se você puder encontrar uma para emprestar, eu recomendo) e traçado à mão (MUITO TEMPO DE CONSUMO) - IMPRESSORA A LASER - IMPRESSORAS A JATO DE LASER NÃO FUNCIONARÃO ESTE LINK PARA APRENDER COMO FAZER UM PCB BOARDTools:

• Coberto De Cobre
• Marcador permanente de grau industrial ou resistente (Sharpie de grau industrial pode ser encontrado em Lowes)
• Ferro / tábua de passar
• Etchant (cloreto férrico)
• Qualquer recipiente de plástico ou vidro com vedação múltipla à prova de vazamento (exemplo)

Se você tiver uma impressora a laser, simplesmente adquira algum catálogo, lista telefônica ou papel de jornal. Este é o tipo de papel barato que é muito leve e, o mais importante, se desfaz na água, teste um pedaço de papel na água para ter certeza. Você precisará prender o papel em uma folha normal de alimentação da impressora (mostrado na imagem abaixo). Você só precisa prender o papel na parte superior da folha, certifique-se de que esteja o mais plano possível na folha da impressora para que quando estiver a alimentação através da impressora não amassa. Baixe o arquivo abaixo (Boost Converter, SMT2) (você precisará baixar o freeware DipTrace 2). Abra o arquivo e clique em Visualizar impressão em ARQUIVO. Certifique-se de que as seleções de objetos são como mostrado na imagem e a caixa de espelho está marcada. Clique em Imprimir e, na janela Imprimir, selecione Propriedades. Na janela Propriedades, selecione a guia de gráficos e, no Darkness Square, selecione ESCURO. Alimente o papel com o papel barato colado na impressora e clique em Imprimir. Seu papel deve se parecer com a 5ª imagem. Use-o para dimensionar seu PCB e cortar seu cobre revestido com uma Dremel ou serra de mesa, corte lentamente. Ligue o ferro e coloque-o na configuração mais alta (geralmente algodão), espere que aqueça … Enquanto espera, limpe bem a peça revestida de cobre com água quente e sabão, seque bem a peça. Quando o ferro estiver finalmente aquecido, coloque o revestimento de cobre em uma tábua de passar com o lado do cobre voltado para cima. Corte o Layout impresso a LASER de modo que fique do tamanho da peça revestida de cobre. Coloque o pedaço de papel com o lado do toner voltado para baixo e coloque o ferro reto sobre o papel e revestimento de cobre. Empurre para baixo com força moderada e aguarde alguns minutos. O revestimento de cobre e o papel agora devem ser grudados. Coloque a peça, ela estará QUENTE, em um recipiente com água morna com sabão e espere cinco minutos. Depois de esperar, pegue a peça e coloque-a em água morna e esfregue suavemente a parte superior do papel até que tudo que sobrou seja o toner. Retoque o Layout com seu marcador permanente. IR PARA O PRÓXIMO PASSO- RASTREIO DE MÃO - Coberto de cobre- Etchant- Industrial Grade ou Resist Permanent Marker (Industrial Grade pode ser encontrado em Lowes, difícil de encontrar você pode ter perguntado onde está, se você encontrar em outro lugar, me avise Posso postar) - Recipiente de Plástico Imprima a 6ª imagem em grande escala, use suas peças como referência e desenhe os traços com seu marcador permanente da melhor maneira possível. Isso será entediante, portanto, esteja preparado para gastar várias horas e meia fazendo até mesmo rastreamentos simples. Parece mais simples, não é. VÁ PARA A PRÓXIMA ETAPA

Etapa 7: questões finais

Abaixo está uma imagem de como cobrar vários bancos para que, se um for quitado, os outros não o façam.