مدار افزاینده ولتاژ 5 ولت USB به 12 ولت DC

در این پست از سایت اِمیک, یک مدار بسیار کاربردی با نام مدار افزاینده ولتاژ 5 ولت USB به 12 ولت DC معرفی شده است. مدار افزاینده ولتاژ 5 ولت به 12 ولت یک مبدل DC به DC افزاینده (Boost Converter) است که می تواند ولتاژ 5 ولت DC را به حدود 12 ولت DC افزایش دهد. در این مدار از آی سی رگولاتور ولتاژ سوئیچینگ LM2577-ADJ برای افزایش ولتاژ استفاده شده است.

این مدار می تواند برای تامین ولتاژ 12 ولت از یک منبع 5 ولتی مانند USB یا سایر منابع تغذیه 5 ولت مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه، عملکرد این مدار و نحوه کار قطعات آن را بیشتر بررسی خواهیم کرد. شماتیک این مدار کاربردی به صورت زیر است.

مدار بالا از قطعات کاملا معمولی و ارزان قیمتی تشکیل شده است. این قطعات را به راحتی می توانید از فروشگاه های قطعات الکترونیکی تهیه کنید.

عملکرد مدار

در این مدار، ولتاژ 5 ولت ورودی به آی سی LM2577-ADJ و سلف L1 وارد می شود. آی سی LM2577 با قطع و وصل سریع جریان سلف، انرژی را در آن ذخیره و سپس به سمت خروجی منتقل می کند.

انرژی ذخیره شده در سلف به کمک دیود شاتکی D1 به خازن خروجی منتقل می شود. با تکرار این فرآیند، ولتاژ خروجی از 5 ولت بیشتر شده و به حدود 12 ولت می رسد.

ولتاژ خروجی توسط مدار فیدبک شامل R2 و R3 و R4 اندازه گیری می شود. آی سی LM2577 با بررسی این ولتاژ، عملکرد خود را تنظیم می کند تا ولتاژ خروجی در محدوده مورد نظر باقی بماند.

تحلیل مدار

در بخش ورودی، خازن C1 با مقدار 220µF قرار گرفته است. این خازن به کاهش نوسانات و ریپل ولتاژ ورودی کمک می کند تا ولتاژ 5 ولت پایدارتری به مدار برسد. سلف L1 با مقدار 100µH نیز یکی از قطعات اصلی مدار است و در زمان عملکرد آی سی، انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می کند.

آی سی LM2577-ADJ وظیفه کنترل فرآیند افزایش ولتاژ را بر عهده دارد. این آی سی جریان عبوری از سلف را به صورت سریع قطع و وصل می کند. با این کار، انرژی ذخیره شده در سلف در زمان مناسب به سمت خروجی منتقل می شود. دیود شاتکی D1 نیز مسیر انتقال این انرژی به خروجی را فراهم می کند و از برگشت جریان به سمت آی سی و بخش سوئیچ جلوگیری می کند.

در بخش خروجی، خازن C3 با ظرفیت 1000µF انرژی منتقل شده را ذخیره می کند و باعث کاهش ریپل ولتاژ خروجی می شود. خازن C4 با مقدار 100nF نیز برای کاهش نویز و نوسانات فرکانس بالا در خروجی قرار گرفته است.

مقاومت R1 و خازن C2 به پایه COMP آی سی متصل هستند و در تنظیم و پایداری عملکرد مدار نقش دارند. همچنین مقاومت های R2 و R3 و R4 یک تقسیم کننده ولتاژ در بخش فیدبک تشکیل می دهند. این بخش، بخشی از ولتاژ خروجی را به پایه FEEDBACK آی سی منتقل می کند تا LM2577 بتواند ولتاژ خروجی را بررسی و کنترل کند.

این مدار برای جریان خروجی تا حدود 800 میلی آمپر طراحی شده است، البته مقدار جریان قابل دستیابی به شرایط کاری مدار، کیفیت قطعات و منبع تغذیه بستگی دارد. همچنین اگر ورودی مدار از USB تامین شود، جریان خروجی به مقدار جریانی که منبع USB می تواند در اختیار مدار قرار دهد نیز بستگی دارد.

برای مثال، اگر USB بتواند حداکثر 0.5 آمپر در ولتاژ 5 ولت تامین کند، توان ورودی حدود 2.5 وات خواهد بود. با فرض راندمان حدود 80 درصد، توان خروجی حدود 2 وات می شود و در ولتاژ 12 ولت، جریان خروجی حدود 0.17 آمپر (170 میلی آمپر) خواهد بود.

اگر منبع USB بتواند 2 آمپر در ولتاژ 5 ولت تامین کند، توان ورودی حدود 10 وات خواهد بود. با فرض راندمان 80 درصد، توان خروجی حدود 8 وات می شود و جریان خروجی در ولتاژ 12 ولت حدود 0.67 آمپر (670 میلی آمپر) خواهد بود.

بنابراین هرچه منبع 5 ولت بتواند جریان بیشتری در اختیار مدار قرار دهد، مدار نیز می تواند جریان بیشتری در خروجی تامین کند. البته جریان خروجی نباید از محدوده طراحی مدار، یعنی حدود 800 میلی آمپر بیشتر شود.

در نهایت، این مدار با ولتاژ ورودی 5 ولت DC که می تواند از USB یا هر منبع 5 ولتی تامین شود، می تواند در خروجی ولتاژ 12 ولت DC ایجاد و تولید کند. یک PCB مناسب نیز برای مدار بالا طراحی شده که از انتهای مطلب قابل تهیه است.

لیست قطعات:

• مقاومت  R1=2.2K اهم
• مقاومت  R2=18K اهم
• مقاومت  R3,R4=1K اهم
• خازن الکترولیت   C1=220uF/25V
• خازن عدسی   C2=330nF
• خازن الکترولیت   C3=1000uF/16V
• خازن عدسی   C4=100nF
• آی سی   U1=LM2577-ADJ
• دیود   D1=1N5822
• سلف بشکه ای 100 میکروهانری 3 آمپر

سوالات و نظرات خود را می‌توانید در زیر مطرح کنید.