Foxiss Автомобильный блок питания для ноутбуков, повышающий преобразователь на LM3478 для питания и зарядки ноутбука от бортовой сети автомобиля 12 В.
Всё чаще различные портативные устройства сопровождают нас в поездках. Ноутбук берут с собой практически всегда — хотя бы для того, чтобы проверить почту, скинуть фотографии с фотоаппарата или оставаться на связи. Описываемое устройство помогает решить проблему его питания в дороге.
Назначение: блок питания предназначен для питания или зарядки аккумуляторов ноутбуков с типовым напряжением 19 В от автомобильной бортовой сети 12 В.
Основные характеристики автомобильный блок питания
Блок питания построен на основе повышающего (step-up) преобразователя, питаемого напряжением 9…16 В из автомобильной бортовой сети. Номинальная мощность преобразователя — 65 Вт, а в пике его можно нагружать до 85 Вт, чего вполне достаточно для подзарядки аккумулятора даже энергоёмкого ноутбука.
Принципиальная схема автомобильный блок питания для ноутбуков
Схема блока питания показана на рисунке ниже.
В качестве контроллера преобразователя используется микросхема LM3478 производства Texas Instruments — универсальный контроллер, работающий в широком диапазоне питающего напряжения (2,7…45 В), с встроенным ШИМ-генератором, защитами и драйвером внешнего MOSFET-транзистора. Структурная схема LM3478 из технической документации приведена на рисунке.
Питающее напряжение 12 В / 8 А из автомобильной розетки прикуривателя подаётся на вход VIN преобразователя. Цепь 12 В обязательно должна быть защищена плавким предохранителем на 10 А, установленным, например, внутри корпуса разъёма питания.
Защита и фильтрация:
— Супрессор DZ1 защищает устройство от перенапряжений в бортовой сети и от обратной полярности питания.
— Конденсатор CE1 обеспечивает локальную фильтрацию питания микросхемы.
— RC-цепочка R10/C5, помимо фильтрации питания контроллера U1, создаёт небольшую задержку при запуске, ограничивая пусковые токи.
Регулирование и защита:
— Резистор R6 задаёт частоту работы преобразователя около 350 кГц.
— Конденсаторы C2, C3 и резистор R5 — элементы компенсации петли регулирования.
— Резистор R1 — измерительный резистор для контроллера U1 (токовый режим работы) и цепи защиты от короткого замыкания.
— Резистор R2 и конденсатор C4 фильтруют помехи в цепи измерения тока.
Силовая часть:
С выхода драйвера U1-6 (DR) управляется ключевой транзистор Q1, коммутирующий катушку L1. В качестве диода D1, из-за значительного выходного тока и необходимости снижения потерь, применён сдвоенный высоковольтный диод Шоттки. Батарея конденсаторов CE8, CE2, CE3 фильтрует выходное напряжение — это обязательно должны быть конденсаторы с очень низким ESR (у CE2 и CE3 — на уровне 20…35 мОм). Делитель R3/R4 устанавливает выходное напряжение преобразователя на уровне 19 В. Светодиод LD1 сигнализирует о наличии выходного напряжения.
Охлаждение
К разъёму FAN подключается вентилятор 40 × 40 × 20 мм на напряжение 24 В, обеспечивающий охлаждение в тяжёлых условиях эксплуатации в автомобиле. Вентилятор также создаёт начальную нагрузку преобразователя, необходимую для корректной работы петли регулирования — преобразователь должен работать с нагрузкой не менее ~0,2 А: без нагрузки контроллер переходит в прерывистый режим, что увеличивает пульсации на выходе.
Монтаж
Блок питания собран на небольшой двусторонней печатной плате, монтажная плата для ознакомления приведена на рисунке.
Сама сборка не требует особых пояснений. Критично важно использовать электролитические конденсаторы и дроссель, соответствующие для преобразователей.
Вентилятор устанавливается на пластиковых дистанционных втулках M3. Под крепёжные винты со стороны платы необходимо подложить изолирующие шайбы M3, а сам вентилятор защитить кожухом. Устройство следует размещать в корпусе с вентиляционными отверстиями, защищёнными от пыли фильтрующей тканью.
Настройка
Преобразователь не требует настройки. Достаточно проверить значение выходного напряжения после подключения к автомобильному аккумулятору (через предохранитель 10 А). В зависимости от требований конкретного ноутбука (18…20 В), при необходимости можно подобрать R3.
⚠ Из-за значительного тока, протекающего в цепи 12 В, следует применять соединительные провода достаточного сечения и минимизировать их длину. Штекер выходного провода нужно подобрать под конкретный ноутбук.
Совместимость: устройство корректно работает с ноутбуками, которые не идентифицируют блок питания, то есть не имеют дополнительной линии связи «ноутбук–блок питания». В этом случае возможна работа только от автомобильной сети 12 В — зарядка встроенного аккумулятора при этом не запустится.
Результаты измерений
При измерениях КПД преобразователя в зависимости от питающего напряжения было получено значение до 92 % (Uвх = 12 В, Uвых = 19 В, Iвых = 3,7 А). При меньшем питающем напряжении КПД будет на несколько процентов ниже.
