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Come realizzare un convertitore DC-DC 12V 24V

Convertitore  dc-dc 12 v 24v

Un convertitore Dc Dc risulta utile in molte circostanze, come ad esempio quando sono richiesti 24V Dc da una sorgente a 12V. L’esempio che viene riportato di seguito è stato realizzato da un utente di Circuits Today ed è il prodotto di una situazione in cui lo stesso utente doveva adattare nella propria macchina un piccolo amplificatore stereo transistorizzato, che era operativo con 24V Dc.

Ha quindi realizzato un circuito adatto allo scopo, in grado di produrre un output di 24V Dc e di trasmettere fino a 800mA di corrente in output. Il circuito è praticamente un convertitore Dc Dc 12v 24v costruito intorno ad un amplificatore LM324 IC, che è configurato come un oscillatore per produrre la frequenza di switch, e ad un transistor che funziona come elemento semiconduttore di switching.

Il convertitore Dc/Dc

Nella realizzazione di questo convertitore Dc Dc, IC1 LM324 rappresenta il cuore del circuito; LM324 è un quad “op-amp”, un amplificatore operazionale, e, dei quattro amplificatori che ha al suo interno, due vengono utilizzati qui. IC1a, i resistori R1, R2, R3 e C1 formano un oscillatore che opera a circa 500Hz. Il resistore R2 ed il condensatore C1 vengono utilizzati per configurare la frequenza dell’oscillatore. IC1b è collegato come un comparatore che relazione la tensione di output con un riferimento e riporta la tensione allo stadio dell’oscillatore.

Questo viene fatto per controllare la tensione di output. Un divisore di potenza che usa un resistore R5 preconfigurato, è connesso al pin non inverting di IC1. La tensione di output è collegata al pin inverting input tramite un resistore da 100K. L’output di questo comparatore è collegato al pin non inverting input di IC1a attraverso un altro resistore da 100K.

L’output dello stadio dell’oscillatore è infine connesso alla base del transistor Q1 e il resistore R7 viene utilizzato per limitare la corrente di base di Q1. Come si può vedere nello schema elettrico relativo al convertitore Dc Dc

Quando l’output dello stadio dell’oscillatore è alto, il transitor Q1 verrà attivato (ON) ed comincerà ad aumentare la corrente attraverso l’induttore L1. Quando l’output dell’oscillatore invece si abbassa, Q1 si disattiverà (OFF) e quindi l’unico percorso per l’induttore è quello attraverso il diodo D2, il capacitore C3 e il carico, se presente. Il diodo flyback D2 sarà polarizzato direttamente e l’energia immagazzinata nell’induttore durante lo stato ON, sarà scaricata nel capacitore.

D1 agisce invece come un diodo freewheeling (a ruota libera). Un induttore cercherà sempre di opporsi ad ogni variazione nella corrente che passa attraverso di esso e questa proprietà viene utilizzata nel nostro circuito. Una volta caricato, immagazzina energia e quando si scarica si comporta come una sorgente di energia. La tensione che produce durante la fase scarico è proporzionale al tasso di cambio della corrente che passa attraverso di esso. Quando aumenta la frequenza di switching, lo stesso accade per la forza elettromotrice (f.e.m., o e.m.f. in inglese) indotta.

Note riguardo la realizzazione di un convertitore Dc Dc 12v 24v

    - Per L1 è sono stati avvolti 60 giri di filo di rame smaltato 22SWG intorno ad un nucleo sendust CS166060. Le dimensioni approssimative del nucleo sono le seguenti: diametro esterno 1,47 cm, diametro interno 1,23 cm, altezza 0,61 cm.

    - Il carico di corrente non dovrebbe superare gli 800mA

    - IC1 deve essere montato su supporto

    - Il circuito si può assemblare su una perfboard

    - R5 può essere utilizzato per regolare la tensione di output

    - C1 è un condensatore in poliestere mentre C2 è in ceramica

    - Il condensatore elettrolitico C3 deve avere una tensione nominale minima di 50V

    - R5 deve essere di tipo lineare

    - R7 deve avere valore 0.5 watt.

 

 

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ritratto di bibo86

Info

Molto interessante, però volevo sapere se ci sono già dei dispositivi in commercio che fanno la conversione e se si mi potreste indicare la marca e dove trovarli???Grazie....

ritratto di Emanuele

convertitori boost 12-24

La conversione da 12 a 24V è sicuramenet piu complessa (e costosa) di quella da 24 a 12 :)

Ecco una lista di prodotti da valutare in base al range di tensione di ingresso ed alla potenza

convertitori DC/DC da 12V a 24V

ritratto di Vittorio Crapella

Al posto del BD139 sarebbe

Al posto del BD139 sarebbe meglio prevedere un mosfet tipo IRFZ48 con una bassa Rom

Interessante il funzionamento del controllo per la regolazione della tensione di uscita..
a secondo del livello del pin 7 di IC1b la R4 viene connessa al positivo o al negativo
così che sul pin 3 di IC1a si modifica il livello di tensione a cui dovrà tendere C1
per commutare l'uscita pin 1.. ne consegue che se questo livello è alto C1 ci impiegherà più tempo a raggiungere la soglia di commutazione e pertanto l'uscita pin 1 resta alta per tanto e Q1 in conduzione per più tempo...
viceversa se R4 va a massa il potenziale sul pin 3 è minore e C1 raggiunge prima la soglia di commutazione e il pin 1 resta alto per minor tempo e Q1 in saturazione per meno.. in sostanza si modifica il duty-cicle tanto quanto basta per mantenere la tensione al valore voluto regolata con il trimmer R5
Infatti se Vout tende ad aumentare anche la tensione sull'invertente pin 6 di IC1b tende a superare quella del pin 5 non invertente mandando così basso l'uscita pin 7
che attraverso R4 fa calare la tensione di soglia di commutazione dell'oscillatore diminuendo il tempo ON di Q1 e pertanto la vout tende a calare.. viceversa se la Vout cala il pin 7 va alto e fa aumentare la soglia di commutazione aumentando il tempo ON di Q1 che tenderà a far aumentare tanto quanto basta per non lasciare scendere l'uscita.

ritratto di divivoma

Ma se volessi studiare la

Ma se volessi studiare la stabilità di questo circuito (guadagno d'anello)..tu come faresti vittorio?

Vorrei realizzare questo circuito perchè èla terza volta che ad un colloquio mi chiedono se ho mai lavorato con un convertitore di tensione.. e io rispondo che li ho visti soltanto in teoria ma non in pratica con molta insoddisfazione personale..

Quindi il mio approccio sarebbe si quello di realizzare il circuito..ma prima vorrei studiarmelo con spice e capire come fare l'analisi in stabilità in modo tale da capire come sono stati dimensionati i vari componenti...

un'altra cosa: per quanto riguarda l'induttanza.. devo realizzarla a filo avvolto oppure ce ne sono già in commercio su nucleo in ferrite ?

grazie vittorio ciao

ritratto di Vittorio Crapella

DC/DC con operazionale

Premettiamo che non sono un conoscitore di SPICE ma vediamo cosa posso dirti di utile da sapere..
Cominciamo col dire che l'induttanza si può anche avvolgere ma che sicuramente si trova in commercio e il suo valore in micro Henry potrebbe andare da 100 a 200 uH ovviamente va presa adatta per lavori switching adeguata per corrente da 1A od oltre.
Minimo ci vorrebbe tipo questa
http://it.farnell.com/toko/822ly-101k/induttanza-100-uh/dp/1193633

Spesso quelli come me che sono amanti più della pratica che della grammatica non usano quasi mai formule per i dimensionamento dei componenti (questo non vuol dire che sia un buon metodo) ma si affidano alle conoscenze di base teoriche e pratiche utilizzando circuiti conosciuti al punto che si sa già come configurali e che valori adottare che poi spesso non sono nemmeno critici.

Ecco allora che il circuito principe in questo caso è il classico oscillatore ad onda quadra che utilizza un operazionale dove il non invertente si polarizza con un partitore fatto da due R uguali (ecco del perché non sono critiche, ingresso ad alta impedenza dell’OP permette un partitore con R di qualsiasi valore o quasi) che in funzione del livello alto o basso d’uscita sul pin 1 determinano le due soglie VH e VL a cui dovrà arrivare la carica e la scarica del condensatore C1 per far avvenire la commutazione e creare cosi le onde quadre d’uscita sul pin 1 per il pilotaggio del MOSFET.

http://www.webalice.it/crapellavittorio/electronic/didact.htm

La frequenza dunque dipende da R2 e C1 dove il periodo T = K x R2 x C1 dove K dipende dai livelli delle soglie imposte dal partitore R1 e R3 e poi vedremo anche da R4.
Qui eventualmente la trattazione teorica completa
http://www.itimonaco.it/documpdfvari/fiondapdf/TeoriaeLaboratorio/GondaQconAO.pdf

Il mosfet che chiude e apre verso massa la bobina L1 fa immagazzinare energia ad L1 durante la chiusura che verrà restituita sottoforma di un impulso all’apertura del mosfet. Questo impulso che teoricamente tende all’infinito viene smorzato dal condensatore C2 che immagazzina energia forzando il suo potenziale (Vout) a salire .
Siccome l’uscita la voglio stabile ad un valore regolabile attraverso il trimmer R5 devo intervenire a dosare lo scambio di energia tra bobina e condensatore in maniera da creare un equilibrio.
Devo pertanto valutare Vout e compararla con quella fissata con R5 e intervenire sull’oscillatore affinché modificando la frequenza o duty-cicle dell’onda quadra il mosfet dosi la corrente media e di conseguenza l’energia che L1 cede a C3
Ecco che assolve a questo compito il comparatore IC1b mandando la sua uscita alta (quasi Vcc) quando il pin invertente è a tensione inferiore del non invertente pin 5 essendo la Vout leggermente minore del dovuto, ma pin7 alto significa che R4 aumenta VH e cioè C1 impiegherà più tempo a caricarsi attraverso R2 e pertanto il pin 1 resta alto per più tempo e pure il mosfet resta saturo più a lungo e anche la L1 accumula maggiore energia che poi passerà a C3 che si riporterà un poco più altro di tensione rispetto a prima e dunque l’uscita tende a rimanere stabile.
Se dovesse salire oltre il comparatore fa esattamente il contrario questa volta sarebbe il pin 6 a potenziale maggiore del pin 5 e di conseguenza il pin 7 basso verso 0V e cos’ questa volta R4 abbassa VH e il mosfet conduce per meno tempo e la bobina L1 immagazzina meno e C3 riceverà qualcosa meno. Questo continuo controllo determina il ripple d’uscita cioè l’uscita sale tanto da far intervenire il comparatore che poi abbassa l’uscita e pertanto R4 andrebbe dosata affinché questo ripple sia il meno possibile e a tal proposito andrebbe provato ad usare invece di un comparatore tutto o niente una configurazione ad amplificatore invertente con guadagno limitato in modo da dosare VH in modo lineare. Si dovrebbe ridurre il ripple in uscita.
Sempre sul dimensionamento anche R6 e R8 come puoi intuire metterle da 100K o da 10K non cambierebbe nulla e nemmeno entro un certo limite metterle diverse una con l’altra perché poi con R5 si dovrà regolare per un’uscita desiderata che equivale a creare sul centrale del trimmer (pin 5 dell’OP) una uguale tensione data dal partitore R8 e R6.
In questo circuito l’unica R che potrebbe essere critica o adattata è R4 oltre alla scelta di C1 R2 per avere una frequenza di commutazione che possa essere di alcune decine di KHz fino ad un massimo di circa 100 KHz .

ritratto di Spaggiari Pierpaolo

Grazie Vittorio per le tue

Grazie Vittorio per le tue generose risposte, veramente...
E' merito di gente come te che forse l'talia ha ancora una speranza...

Pier

ritratto di Vittorio Crapella

Se bastasse questo ci

Se bastasse questo ci metterei ancora qualcosa.. hi
Speriamo davvero che l'Italia si salvi..
peccato che molte cose che sapevamo fare ce l'hanno fatte dismettere ...
http://digilander.libero.it/i2viu/povera_italia.html

ritratto di divivoma

già...senza dimenticare per

già...senza dimenticare per esempio che i pionieri delle telecomunicazioni siamo stati noi... e adesso arrivano aziende cinesi o giapponesi che fanno chiudere le nostre aziende italiane... ad es. la Huawei...
questo perchè nella maggior parte delle aziende italiane non c'è RICICLO di giovani..sicuramente perchè i giovani di oggi non sono come quelli di 20 anni fa ( io ho 24 anni ..), ma anche perchè oggi ancor piu di prima si pensa solo ad OGGI e non al domani...

ritratto di GIOCATTAN

A PROPOSITO DI QUESTO DC-DC CONVERTER STEP UP

BuonGiorno,
approfitto del suo sapere per richiedere un chiarimento.
Ho relaizzato il circuito per innalzare da 12 a 16 V la tensione della bartteria in modo da poter alimentare il mio portatile.
Purtroppo succede che a vuoto riesco a regolare la tensione in uscita da 12 fino a 25 V ma non appena applico il carico(anche se di pochi mA) la tensione in uscita scende bruscamente al di sotto dei 12V.
Ho provato a variare la L1 ed il condensatore in uscita (fino a 2000uF) e a sostituire il transitor con un mosfet ma il risultato non cambia.
In oltre pur con un carico di poche decine di mA il transitor scalda non poco.
Qualche suggerimento per ottenere il risultato sperato ( almeno 2 A in uscita con 16V ????)
Grazie
Giovanni ( e-mail : giocattan@libero.it )

ritratto di Vittorio Crapella

Sempre in tema di DC/DC può

Sempre in tema di DC/DC può essere interessante quanto qui ho illustrato
http://www.webalice.it/crapellavittorio/electronic/cc_cc.html
e può essere da spunto per creare nuovi Dc/Dc ad esempio notare come cambia
usare un BD139 o un 2SD882

ritratto di Vittorio Crapella

Step-up

Un altro interessante circuito Step-up
http://digilander.libero.it/i2viu/varisch4.html#stepup
anche se fa uso di componenti datati

ritratto di giacomobarresi

Meglio un Circutio integrato.

Esistono oggi migliaia di circuiti integrati regolatori switching Step-Up.

Perchè montare un circuito a discreti quando se ne trovano di integrati???

Saluti Giacomo Barresi

ritratto di Vittorio Crapella

è verissimo oggi ci sono

è verissimo oggi ci sono integrati per tutte le esigenze o meglio ancora prodotti finiti già belli e pronti .. ma così facendo l'elettronica per hobby e non solo muore definitivamente... ma siamo già sulla strda buona..
e finirà come già avviene per altre cose ... perchè produrre il grano nel granaio d'Italia quando si trova a meno costo da altre parti, così per l'olio per i pomodori e si potrebbe fare una lunga lista..

La globalizzazione porta a questo... dovevamo andare in Europa perchè avremmo risolto tutti i problemi e dovevamo copiare dall'America perchè li si che che le cose andavano bene... ora sappiamo dove ci ha portati l'America e l'Europa....

Povera Italia
http://digilander.libero.it/i2viu/povera_italia.html

ritratto di giacomobarresi

Sono pienamente d'accordo

Sono pienamente d'accordo Sig. Crapella per quanto scritto.

Ho avuto modo di vedere le sue pubblicazioni in internet e le trovo molto interessanti.

Trovo questo sito a dir poco fantastico per come e' organizzato e anche se iscritto da

piu' di un'anno solo da ieri scrivo dei commenti con la speranza che questi si rivelino

utili ai lettori.

Grazie mille per avere espresso un suo pensiero verso il mio commento.

Il mio punto di vista non e' quello di utilizzare circuiti integrati in sostituzione di

un circuito che potrebbe essere realizzato a discreti ma bensi' utilizzare piu' circuiti

integrati e parti di elettronica a discreti per realizzare sistemi più robusti più

complessi e con caratteristiche' all'avanguardia.

Il progetto descritto rimane comunque validissimo.

Credo che l'hobby dell'elettronica avrà vita eterna come ogni altro hobby.
Questo perchè l'elettronica rappresenta una forma di espressione della creativà.

15 anni fa si realizzavano circuiti con transistor resistenza ecc.

Oggi si utilizzano microcontrollori touch screen ecc. ma l'inventiva rimane sempre nelle mani di noi hobbysti-progettisti-programmatori.

Domani utilizzeremo altri componenti ma sarà sempre la nostra creatività a dar vita a soluzioni circuitale performanti.

Grazie Saluti Giacomo Barresi

ritratto di giocattan

HELP in merito al circuito proposto

Buongiorno,
ho realizzato il circuito proposto per alimentare il mio portatile che necessita di 16 V e almeno 2,5 A sfruttando la batteria 12 V dell'auto ma purtroppo riesco solo ad ottenere la tensione necessaria solo a vuoto ( la regolazione a vuoto e' ottima : da 12 fino a 25 V ) ma appena applico un carico ( anche se di poche decine di mA ) la tensione in uscita si siede e si abbassa al di sotto della tensione in entrata.

Sarei grato se potessi avere qualche suggerimento su come intervenire per ottenere i valori di tensione e corrente che mi necessitano.

grazie e saluti
Giovanni ( giocattan@libero.it)

ritratto di MrJack

Modifica per 48V - 96V

Ciao a tutti,
vorrei sapere se è possibile utilizzare il circuito proposto per una tensione in ingresso di circa 48V e quindi raddoppiarla.
Ci sono modifiche da fare?

Grazie

ritratto di Vittorio Crapella

Ma per che corrente serve ? e

Ma per che corrente serve ? e cosa deve alimentare ?

ritratto di MrJack

la corrente è di poco mA. Mi

la corrente è di poco mA. Mi serve per polarizzare un'armatura di un condensatore.

ritratto di Vittorio Crapella

Duplica da 48V a 96V

Non lo verificato praticamente ma questo dvrebbe soddisfare la richiesta
http://www.webalice.it/crapellavittorio/schemivari/duplica48_96.gif

I mosfet possono essere anche diversi purchè rispettino i rispettivi canali N e P

ritratto di MrJack

Grazie mille davvero. Due

Grazie mille davvero.
Due domande: il 4017 è il CD4017 counter/divider giusto?
I diodi D1 e D2 invece cosa sono? possono andare due 1N4007?

ritratto di Vittorio Crapella

Confermo è un CD4017 e i

Confermo è un CD4017 e i diodi si vanno bene 1N4007 anche se sarebbe meglio di tipo fast come U4007 o FR154 o similari

 

 

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