Einfacher DC-DC-Boost-Wandler mit 555 - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

In einer Schaltung ist es oft nützlich, höhere Spannungen zu haben. Entweder um +ve- und -ve-Schienen für einen Operationsverstärker bereitzustellen, um Summer oder sogar ein Relais ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Batterie anzusteuern.

Dies ist ein einfacher 5V zu 12V DC-Wandler, der mit einem 555-Timer und ein paar 2N2222-Transistoren gebaut wurde. Es gibt bereits dedizierte ICs, die diese Funktion erfüllen, und sie sind viel effizienter als dieses Design - dieses Projekt macht Spaß, damit zu experimentieren und eine Intuition für die Funktionsweise dieser Schaltungen zu haben.

Schritt 1: Grundfunktion

Die Schaltung funktioniert durch Schließen des Transistors, wodurch die Induktivität effektiv geerdet wird. Dadurch fließt ein großer Strom in den Induktor. Wenn der Transistor geöffnet ist, bricht das Magnetfeld in der Induktivität zusammen, wodurch die Spannung ansteigt, oft viel höher als die Batteriespannung. Wenn die erzeugte Spannung höher als die im Kondensator gespeicherte Spannung ist, schließt die Diode und lässt den Kondensator aufladen.

Mit einem Signalgenerator zum Ansteuern des Transistors stellte ich fest, dass ich für meine Komponentenwerte (Teile, die ich aus weggeworfener Elektronik geborgen habe) eine Frequenz von etwa 220 kHz benötige, um 15 V zu erzeugen. Ein Rückkopplungsnetzwerk steuert dann die Frequenz, um zu versuchen, bei verschiedenen Lasten konstant 12 V aufrechtzuerhalten.

Schritt 2: Astabile Schaltung

Es gibt verschiedene 555-Oszillatorschaltungen online, aber ich habe meine so gebaut.

Der Ausgang, Pin 3, wird verwendet, um einen Kondensator über einen Widerstand zu laden und zu entladen. Die Spannung am Kondensator wird überwacht, um den Ausgangspin umzuschalten.

Bei Verwendung einer 6V-Versorgung ist leicht zu erkennen, dass die Operationsverstärker eine 2V- und eine 4V-Referenzspannung haben. Beide Operationsverstärker überwachen die Kondensatorspannung und somit sind die Pins (2 und 6) miteinander verdrahtet.

Wenn die Spannung über 4 V ansteigt, wird der obere Operationsverstärker hoch. Reset im Latch, der Kondensator beginnt sich zu entladen, bis er unter 2 V fällt. An diesem Punkt geht der untere Operationsverstärker hoch und stellt den Latch ein. Laden Sie den Kondensator erneut auf.

Die gelbe Spur des Oszilloskops zeigt das Laden und Entladen des Kondensators, während die blaue Spur zeigt, dass der Ausgangspin 3 eine Rechteckwelle bei 190 kHz erzeugt.

Schritt 3: Die Feedback-Schleife

Die Anforderung an die Rückkopplungsschleife besteht darin, die Frequenz zu senken, wenn die Ausgangsspannung zu hoch wird, und die Frequenz zu erhöhen, wenn die Spannung zu niedrig wird.

Der einfachste Weg, den ich mir vorstellen konnte, war die Verwendung eines Transistors, um den Strom während des Kondensatorladezyklus abzuleiten.

Während dieses Zyklus ist der DISCHARGE-Pin 7 aktiv niedrig, was es der Ableitungsschaltung ermöglicht, Strom aus dem Kondensator zu stehlen.

Die Basisspannung - 0,65 V liegt am Emitter an, diese Spannung über einen festen R-Widerstand hält einen konstanten Strom aufrecht, der aus dem Kondensatorladestrom stammen muss, wodurch der Zyklus verlangsamt und die Frequenz gesenkt wird. Je höher die Spannung, desto mehr Strom wird beim Laden abgeführt und desto niedriger ist die Frequenz. Was genau unseren Anforderungen entspricht.

Experimentieren Sie mit Komponentenwerten, aber ich habe aus diesem Grund 3K für den Basiswiderstand gewählt:

An seinem tiefsten Punkt liegt der Kondensator bei ungefähr 2V. Bei einer 5V-Versorgung bedeutet dies, dass 3V über den 3K-Widerstand den Kondensator mit 1 mA aufladen.

Bei einer Voreinstellung von 1 V am Emitter über einen 3K-Widerstand wird 1/3 des Stroms oder 333uA gezogen … was meiner Meinung nach ein guter Ableitungsstrom wäre. Die Basisspannung kommt von einem Potentiometer, das mit der zu überwachenden Spannung, also dem 12V-Ausgang, einen Spannungsteiler bildet. Da das Potentiometer einstellbar ist, ist der Emitterwiderstandswert unkritisch. Dafür habe ich ein 20K Potentiometer gewählt.

Schritt 4: Abgeschlossener Stromkreis

Ich hatte nur eine oberflächenmontierte Diode zur Verfügung, die an der Unterseite der Platine angelötet zu sehen ist.

Die Schaltung wurde mit einer 5-V-Versorgung von einem Arduino getestet und treibt effektiv einen 12-V-Summer, einen Gleichstrommotor, ein 12-V-Relais oder eine Reihe von Dioden an, ohne dass eine externe 12-V-Versorgung erforderlich ist.