DC/DC-converter voor 3 A een upgrade voor vaste-spanningsbronnen

DC/DC-converters kunnen erg handig zijn op uw werktafel. Ze kunnen verschillende geregelde spanningsuitgangen genereren uit de ingangsspanning van een batterij of een voeding met vaste spanning. Dit ontwerp kan een ingangsspanning van 5...24 VDC omzetten in een geregelde uitgangsspanning die kan worden ingesteld met een potmeter.

Ontwerp DC-DC-vermogensconvertor

Uit figuur 1 wordt meteen duidelijk dat het schema eenvoudig is. F1 en VR1 bieden bescherming tegen ingangsspanningspieken. D1 voorkomt schade aan het IC als de ingangsspanning per ongeluk wordt omgepoold. C2 is de ingangs-filtercondensator. R1 is de serieweerstand voor LED1 die als aan/uit-indicatie dient.

Het hart van het project wordt gevormd door IC1, een LM2576-ADJ schakelende regelaar van Texas Instruments, hier geconfigureerd als step-down converter . Hij schakelt bij de nominale frequentie van 52 kHz en accepteert een breed ingangsspanningsbereik van 5 V tot 35 V. Om de uitgangsspanning te regelen varieert de chip, eigenlijk een schakelaar met vaste frequentie, de aan/uit-verhouding (duty cycle) van het signaal dat de interne serietransistor aanstuurt, waarvan de uitgangsspanning wordt teruggekoppeld – na het L/C-afvlakfilter L2/C1 – via pin 4 (FB). Deze feedback-ingang krijgt het signaal van het instelbare spanningsvdeler R2...R4, waarmee u via R3 de uitgangsspanning kunt instellen.

D2 speelt een sleutelrol in dit soort schakelingen. Het is de flyback-diode (ook wel vrijloopdiode, snubberdiode of clampdiode genoemd) die de negatieve spanningspieken die door L2 worden gegenereerd kortsluit naar GND telkens als de serietransistor wordt opengestuurd. Voor deze diode is een Schottky-type met hoge herstelsnelheid vereist. Gebruik voor D2 geen diodes die geen hoge frequenties aankunnen.

Voorbij van het L/C-hoofdfilter is een secundaire filtertrap opgenomen die bestaat uit L1 en C3. Dit filter moet de uitgangsrimpel verder reduceren. Stand-by weerstand R5 zorgt voor een minimale belasting van de schakeling wanneer er niets op de uitgang is aangesloten, terwijl C4 de klassieke HF-ontkoppelcondensator is.

Dit ontwerp biedt een gemiddeld rendement van 88%. Dat is vrij hoog vergeleken met welke andere lineaire regelaar ook die we hadden kunnen gebruiken. Bovendien zorgt een zeer ruim gedimensioneerd koellichaam voor een continue werking zonder gevaar van oververhitting, zelfs zonder ventilator.

Bouw

Voor het project is een enkelzijdige print ontworpen. Vervaardiging van die print is eenvoudig; de silkscreen en de layouts voor de soldeerzijde kunnen worden gedownload van . In dit ontwerp zijn uitsluitend through-hole componenten gebruikt die probleemloos gemonteerd kunnen worden.

Volg gewoon de componentenopdruk en let op de juiste stand van de gepolariseerde onderdelen. De bouw is geen probleem, zelfs niet voor beginners. Het volstaat om een soldeerbout met gering vermogen (30...40 W) en een fijne punt te gebruiken en een soldeerdraad met een diameter van niet meer dan 0,7...1 mm. Als alles gemonteerd is, moet uw converter eruit zien als het prototype in figuur 2.

Hoewel schakelende omvormers een veel hoger rendement bieden dan lineaire regelaars, vereist hun dynamische werking een nauwgezette controle voordat ze definitief in bedrijf worden genomen. Het is raadzaam om een vermogensweerstand – berekend op het gedissipeerde vermogen bij de gewenste testspanning – aan te sluiten op de uitgang en met een oscilloscoop het niveau van de restrimpel en de afwezigheid van HF-oscillaties te controleren. In dit stadium is het ook mogelijk om de maximale afwijking van de uitgangsspanning te controleren bij een gegeven ingangsspanning, afhankelijk van onze gebruiksvereisten.

Vragen of opmerkingen?

Hebt u technische vragen of opmerkingen naar aanleiding van dit artikel? Stuur een e-mail naar de redactie van Elektor via redactie@elektor.com.

Het oorspronkelijke artikel, "DC-DC 3-A Power Converter" (240036-01), zal verschijnen in de Elektor Circuit Special 2024, die in augustus 2024 in de kiosken ligt.