Foxiss Автомобильный блок питания, 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
Блок питания построен на основе повышающего (step-up) преобразователя, питаемого напряжением 9…16 В из автомобильной бортовой сети.
| Параметр | Значение |
| Номинальная мощность | 65 Вт |
| Пиковая мощность | 85 Вт |
| Входное напряжение | 9…16 В|
| Выходное напряжение | 19 В (регулируется) |
| Контроллер | LM3478 (Texas Instruments) |
| Частота преобразования | ~350 кГц |
| КПД (при 12 В / 19 В / 3,7 А) | до 92 % |
Этого вполне достаточно для подзарядки аккумулятора даже энергоёмкого ноутбука.
Принципиальная схема автомобильный блок питания показана на рисунке
В качестве контроллера преобразователя используется микросхема LM3478 производства Texas Instruments. Это универсальный контроллер, работающий в широком диапазоне питающего напряжения (2,7…45 В), со встроенным ШИМ-генератором, защитами и драйвером внешнего MOSFET-транзистора. Структурная схема LM3478 из технической документации приведена на рисунке.
Питание и защита
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 автомобильный блок питания
— 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 схема приведена на рисунке.
Сама сборка не требует особых пояснений.
⚠️ Критично важно использовать электролитические конденсаторы и дроссель, соответствующие перечню элементов для преобразователей (или подобранные аналоги).
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.
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 %:
| Параметр | Значение |
| Uвх | 12 В |
| Uвых | 19 В |
| Iвых | 3,7 А |
| КПД | до 92 % |
При меньшем питающем напряжении КПД будет на несколько процентов ниже.
