5 схем преобразователей напряжения с импульсным возбуждением
В практике довольно часто встречаются случаи, когда источники питания радиоэлектронных схем должны иметь выходные напряжения с гальванической развязкой. Для преобразования напряжения постоянного тока с гальванической развязкой может быть использовано устройство по схеме, изображенной на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Схема стабилизированного преобразователя напряжения.
Задающий генератор выполнен на микросхеме КР1006ВИ1. Этот генератор может работать на частотах 0,5... 100 кГц. Рабочая частота определяется выражением:
С выхода генератора импульсы поступают на базу транзистора VT1, коммутирующего обмотку трансформатора Т1. На выходе преобразователя включен простейший параметрический стабилизатор напряжения. Выходное напряжение преобразователя определяется типом используемого стабилитрона VD5. Выходная мощность устройства достигает 400 мВт.
В качестве транзистора VT1 можно использовать отечественный аналог КТ645; в качестве диодов VD3 и VD4 — КД106, КД204, КД212.
Преобразователь напряжения С. А. Бирюкова предназначен для питания портативного мультиметра (рис. 8.2). В его основе — асимметричный мультивибратор, режим работы которого зависит от величины выходного напряжения.
На выходе устройства формируются стабилизированные напряжения +5 и -5 В. Изменение выходного напряжения вызывает изменение длительности генерируемых мультивибратором импульсов и, следовательно, величины энергии, передаваемой в нагрузку.
Рис. 8.2. Схема преобразователя напряжения.
Трансформатор Т1 выполнен на сердечнике К12x9x8 600НН. Наматывают одновременно 4 обмотки по 100 витков провода ГІЭШО 0,1 в каждой. Две обмотки включают параллельно и используют в качестве первичной.
Преобразователь (рис. 8.3) имеет двухполярный выход и предназначен для использования в переносной бытовой и измерительной аппаратуре с автономным питанием и потребляемой мощностью не более 0,15 Вт.
Основные технические характеристики преобразователя:
Выходная мощность — до 0,15 Вт.
Коэффициент стабилизации — 100.
Напряжение питания — 4... 12 6.
Частота преобразования — 20 кГц.
КПД при входном напряжении 9 6 и выходной мощности 40 мВт — 75%.
Двойная амплитуда пульсаций при выходной мощности 40 мВт — 50 мВ.
Рис. 8.3. Схема стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием.
Устройство представляет собой стабилизированный преобразователь с широтно-импульсным регулированием. На элементах DD1.1 и DD1.2 (рис. 8.3) собран задающий генератор, работающий на частоте 20 кГц. Импульсы прямоугольной формы с выхода генератора поступают на одновибратор на элементах DD1.3, DD1.4. Длительность его выходных импульсов зависит от суммарного сопротивления, включенного между входом элемента DD1.4 и общим проводом.
Импульсы с выхода одновибратора поступают на вход транзисторного ключа (VT4, VT5). Когда ключ открыт, через первичную обмотку трансформатора Т1 протекает линейно нарастающий ток. При закрытом ключе накопленная в обмотке трансформатора энергия передается в нагрузку. Напряжение обратной связи с обмотки III трансформатора Т1 через делитель на резисторах R9 — R11 поступает на затвор транзистора ѴТЗ, играющего роль переменного резистора и управляющего работой ключа.
Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе К12x5,5x5 из феррита М2000НМ-А. Все обмотки одинаковы и содержат по 100 витков провода ПЭВ-2 0,1. Их наматывают одновременно, в три провода. Можно также использовать импульсный трансформатор МИТ-4В.
При налаживании преобразователя подбором резистора R2 устанавливают на выходе стабилизатора на транзисторах ѴТ1, ѴТ2 напряжение 3,6 В. Затем, подбирая резистор R10 (грубо) и регулируя подстроечный резистор R11 (точно), добиваются требуемого выходного напряжения, причем возможно получение напряжения, почти вдвое превышающего указанное на схеме.
Последующей модификацией устройства является двухполярный стабилизированный преобразователь напряжения, описанный А. Сафроновым .
Преобразователь напряжения, схема которого приведена на рис. 8.4, предназначен для питания нагрузки мощностью не более 10 Вт. Он отличается высоким КПД, стабильным выходным напряжением, некритичен к степени разрядки батареи питания. Выходное напряжение при изменении входного от 6 до 30 6 можно установить любым в пределах от ±10 до ±20 В.
Нестабильность выходного напряжения не превышает 1%, а напряжение пульсаций на нагрузке 2 кОм — 10 мВ. Выходное сопротивление устройства — около 50 мОм.
Рис. 8.4. Схема стабилизированного преобразователя напряжения с биполярным выходом.
По принципу действия устройство является стабилизированным преобразователем с широтно-импульсной модуляцией. Задающий генератор выполнен на инверторах DD1.1, DD1.2 по схеме симметричного мультивибратора. Частота генерируемых импульсов около 50 кГц. Через диод VD1 они поступают на ждущий мультивибратор на инверторах DD1.3, DD1.4. В его частотозадающую цепь, кроме резистора R4 и конденсатора СЗ, входит сопротивление участка эмиттер — коллектор транзистора ѴТ4, цепь смещения которого (резисторы R6, R7) питается положительным напряжением, снимаемым с выхода устройства. Благодаря этому длительность генерируемых мультивибратором импульсов оказывается обратно пропорциональной выходному напряжению (при его уменьшении длительность импульсов увеличивается и наоборот). Триггер DD1.5, DD1.6 улучшает форму импульсов.
Импульсное напряжение, снимаемое с выхода триггера, усиливается по мощности транзисторами ѴТ2, ѴТЗ и повышается трансформатором Т1. Выпрямленное диодами VD4 — VD7 напряжение поступает в нагрузку через фильтр из электролитических конденсаторов С6, С7 и шунтирующих их керамических конденсаторов С8, С9 (они улучшают фильтрацию высокочастотных составляющих выпрямленного напряжения). Выходное напряжение преобразователя устанавливается потенциометром R6.
Напряжение питания устройства поддерживается неизменным стабилизатором на транзисторе VT1 и стабилитроне VD3.
Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом броневом магнитопроводе внешним диаметром 30 и высотой 18 мм. Обмотка I содержит 17 витков провода ПЭЛ 1,0, обмотка II — 2x40 витков провода ПЭЛ 0,23.
Транзистор ѴТЗ устанавливается на теплоотводе с площадью 50...60 см2.
Рис. 8.5. Схема преобразователя напряжения на основе КМОП-микросхемы.
Схема преобразователя напряжения на основе КМОП-микросхемы , имеющего гальваническую развязку выходного напряжения, показана на рис. 8.5. Преобразователь работает на частоте 500 кГц. Его выходной каскад через разделительный конденсатор С2 нагружен на обмотку трансформатора Т1. Выходное напряжение выпрямляется диодным мостом на высокочастотных диодах. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце диаметром 35 мм с магнитной проницаемостью 2000 и содержит 7 и 25 витков провода диаметром 0,8 мм в тефлоновой изоляции. При токе нагрузки 10 мА КПД устройства достигает 60%. Отечественные приблизительные аналоги микросхемы DA1 — КР1554ЛН1 или КР1564ЛН1.
Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.