Bộ chuyển đổi tăng tốc hẹn giờ 555 không đáp ứng thông số kỹ thuật

Gần đây tôi đã loay hoay với các ống nixie cần nguồn điện áp cao (~ 150V-200V) để bật.

Tôi đã tìm kiếm một máy phát điện áp cao đơn giản và tìm thấy mạch này sử dụng bộ định thời 555 để có được một đầu ra điện áp cao được điều chỉnh, điều chỉnh trong khoảng từ 170V đến 200V.

Tôi có tất cả các bộ phận và tôi đã tạo mẫu trên bảng. Sau khi cắm pin 9V và chắc chắn rằng nó sẽ không nổ vào mặt tôi (ví dụ như vô tình cài đặt nắp ngược), tôi đã đo điện áp đầu ra và có đầu ra 210V đẹp mà không tải và với bộ chỉnh âm được điều chỉnh để cung cấp điện áp tối đa.

Thật không may, điện áp đã giảm xuống khoảng 170V ngay sau khi tôi kết nối với ống nixie. Tôi đã đo chính xác dòng điện đang chảy và thấy rằng cấu hình chỉ có hiệu suất 15%. Mạch rút ra khoảng 100mA trên đầu vào mà không tải! Bản thân ống Nixie đã thu được khoảng 0,8mA ở 170V và đầu vào rút ra khoảng 120mA.

Tôi đã đặt nó vào tình trạng thua lỗ do sự thiếu hiệu quả trong quá trình chuyển đổi (tôi đã đặt nó ra trên một chiếc bánh mì) vì vậy tôi đã dành cả buổi chiều để tạo một phiên bản PCB trong khi cẩn thận làm theo bất kỳ hướng dẫn bố trí PCB SMPS nào tôi có thể tìm thấy. Cuối cùng tôi đã thay thế tụ điện đầu ra C4 bằng một định mức cho 400V vì 250V vẫn đang cắt nó quá gần. Tôi cũng đã sử dụng mũ gốm thay vì mũ phim được đề xuất trong hướng dẫn.

Tuy nhiên, vẫn không có sự khác biệt đáng kể về hiệu quả.

Tôi cũng nhận thấy rằng điện áp đầu ra dường như thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào. Ở 9V, nó sẽ cung cấp điện áp gần hơn với 170V với tải và khoảng 140V ở 8V với tải.

Vì vậy, ngay bây giờ, tôi bắt đầu nghĩ rằng tôi đã bỏ lỡ điều gì đó rõ ràng hoặc mạch chuyển đổi tăng cường này chỉ là một loại hút. Không cần phải nói, có lẽ tôi sẽ xem xét các thiết kế khác hiệu quả hơn nhưng tôi vẫn muốn khám phá lý do tại sao mạch này hoạt động theo cách này.

Tôi cho rằng sự sụt giảm điện áp khi tải được kết nối có thể được giải thích bởi thực tế là 555 không tạo ra chu kỳ nhiệm vụ đủ dài cho việc chuyển đổi để không có đủ năng lượng được cung cấp cho đầu ra.

Điện áp đầu ra thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào có thể được giải thích do không có điện áp tham chiếu ổn định. Vòng phản hồi sử dụng điện áp đầu vào làm tham chiếu, vì vậy nó giống như điện áp quy định 'số nhân'.

Nhưng tôi vẫn không thể tìm ra 100mA được rút ra từ đầu vào sẽ đi đâu khi không có tải. Theo các bảng dữ liệu, bộ định thời 555 rút ra rất ít dòng điện. Bộ chia điện áp phản hồi chắc chắn không vẽ bất cứ nơi nào gần đó. Tất cả sức mạnh đầu vào đó đi đâu?

tl; dr ai có thể giải thích hoặc giúp tôi hiểu tại sao mạch này hút?

Chỉ mất gần 2 mA để sạc và xả cổng MOSFET của bạn. Bạn cũng đang lãng phí khoảng 5 mA trong R1, vì nó được nối đất qua pin 7 khoảng một nửa thời gian. Bộ chia phản hồi điện áp của bạn đang vẽ khoảng 1 mA từ đường ray điện áp cao, có nghĩa là hơn 20 mA ở đầu vào.

Có vấn đề với việc sử dụng 555 để điều khiển MOSFET lớn: Dòng đầu ra hạn chế của 555 có nghĩa là MOSFET không thể chuyển nhanh từ chế độ toàn bộ sang chế độ đầy đủ và trở lại. Nó dành rất nhiều thời gian (tương đối nói) trong một khu vực chuyển tiếp, trong đó nó tiêu tan một lượng đáng kể năng lượng đầu vào của bạn thay vì cung cấp năng lượng đó cho đầu ra. MOSFET có tổng điện tích cổng là 63 nC và 555 có dòng điện đầu ra tối đa khoảng 200 mA, có nghĩa là phải mất tối thiểu 63 nC / 200 mA = 315 ns để sạc hoặc xả cổng. Nếu bạn đang sử dụng CMOS 555, dòng điện đầu ra ít hơn nhiều và thời gian chuyển đổi tương ứng lâu hơn.

Nếu bạn thêm một chip điều khiển cổng giữa 555 và MOSFET (một chip có khả năng có dòng điện cực đại 1-2A), bạn sẽ thấy hiệu suất tổng thể tăng lên rõ rệt. Một chip điều khiển tăng thực sự thường sẽ có các trình điều khiển như vậy được tích hợp.

Nếu bạn nghiêm túc về việc phát triển bộ chuyển đổi năng lượng chuyển đổi, bạn chắc chắn cần phải có một máy hiện sóng để bạn có thể tự mình nhìn thấy những hiệu ứng này.

Thiết kế điều chỉnh đó cũng khá nhảm nhí vì một lý do khác. Công suất thông qua bộ chuyển đổi chế độ tăng được điều chỉnh bằng cách thay đổi chu kỳ nhiệm vụ của phần tử chuyển mạch. Trong mạch này, thông tin phản hồi được tạo ra bằng cách sử dụng một bóng bán dẫn để kéo xuống nút điện áp điều khiển của 555, làm giảm ngưỡng chuyển đổi trên. Tuy nhiên, do cách thức xây dựng của 555, điều này cũng làm giảm ngưỡng chuyển đổi thấp hơn theo tỷ lệ. Điều này có nghĩa là sự thay đổi trong chu kỳ nhiệm vụ khi điện áp ouptut tăng ít hơn nhiều so với bạn nghĩ. Nó có ảnh hưởng lớn hơn đến tần số của các xung đầu ra, nhưng điều này không liên quan. Một lần nữa, chuyển sang một chip điều khiển tăng cường thích hợp sẽ giải quyết vấn đề này.

Nhân tiện, phần "bộ điều chỉnh" của mạch KHÔNG sử dụng điện áp đầu vào làm tham chiếu, nó sử dụng điện áp chuyển tiếp của tiếp giáp BE của Q1 làm tham chiếu.

Như Spehro chỉ ra, một cuộn cảm 100 100H ở tần số chuyển đổi 30 kHz - danh nghĩa đúng giờ = 16 Lời nói - với nguồn 9V sẽ đạt mức cực đại 1,44 A. Điều này thực sự lạm dụng pin 9V. , không đề cập đến tổn thất I ² R ở cả cuộn cảm và MOSFET. Điều này cũng khó chịu gần với dòng bão hòa của cuộn cảm, chỉ làm trầm trọng thêm tổn thất.

Cuộn cảm đó có giá trị khá nhỏ đối với tần số chuyển mạch và điện áp đầu vào tương đối thấp - đảm bảo rằng điện áp bạn đang sử dụng sẽ không bão hòa ở một vài ampe.

Nếu thời gian đúng là 20 micro giây và cuộn cảm bắt đầu từ 0, nó sẽ chuyển sang một vài ampe (dự đoán ngược phong bì).

Tôi nghi ngờ nếu bạn thử nó với CMOS 555 tại (giả sử) tăng gấp đôi tần số (giảm giới hạn xuống 1nF) và một cuộn cảm tốt hơn bạn có thể thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu quả.

Dave đưa ra những điểm tuyệt vời (+1 từ tôi) về mức độ may mắn của mạch và dường như nó bắt nguồn từ mạch này bằng cách bỏ qua các điện trở, tụ điện, thay đổi diode, v.v. Trang đưa ra lời giải thích về mạch như một dự án để tăng sức mạnh nixies. http://www.dos4ever.com/flyback/flyback.html

Tôi đã thử nghiệm một mạch tương tự và tôi nghĩ vấn đề chính ở đây là 0,8mA trên một Nixie duy nhất không đủ tải để mạch này có hiệu quả đặc biệt:

• Như những người khác đã chỉ ra, "chi phí cố định" của mạch điều khiển 555 này là tương đối cao và không thể tránh khỏi.
• Nhưng tăng cường hiện tại hoặc lái nhiều Nixies và mọi thứ nhanh chóng trở nên tốt hơn.
• ví dụ: lái IN-14 ở 0,39mA tôi thấy hiệu suất 11%, nhưng tăng lên 2mA và hiệu suất tăng lên 22,2%

Một yếu tố khác cần lưu ý là snubber R3 / C3 trên FET:

• Mặc dù nó làm giảm tiếng chuông trên cuộn cảm, tôi không thấy bất kỳ tác động có ý nghĩa nào đến đầu ra nên có thể cho rằng nó không hữu ích trong ứng dụng này
• nhưng nó đi kèm với một chi phí hiệu quả (tỷ lệ thuận với điện dung)
• các giá trị được chọn là 100pF / 2.2kΩ có lẽ là tối ưu - điều này sẽ làm giảm đáng kể tiếng chuông và có lẽ chỉ tốn 1-2% hiệu quả. Nhưng bạn có thể quan tâm để so sánh kết quả nếu bạn gõ lại để nói 30pF hoặc thậm chí loại trừ hoàn toàn trình snubber.