Микросхемы преобразователи напряжения схемы – Преобразователи напряжения на специализированных микросхемах

radiopolyus.ru

Как работают импульсные преобразователи напряжения (27 схем)

Для преобразования напряжения одного уровня в напряжение другого уровня часто применяют импульсные преобразователи напряжения

В соответствии с этим известно три типа схем преобразователей: понижающие (рис. 1), повышающие (рис. 2) и инвертирующие (рис. 3).

Общими для всех этих видов преобразователей являются пять элементов:

1. источник питания,
2. ключевой коммутирующий элемент,
3. индуктивный накопитель энергии (катушка индуктивности, дроссель),
4. блокировочный диод,
5. конденсатор фильтра, включенный параллельно сопротивлению нагрузки.

Включение этих пяти элементов в различных сочетаниях позволяет реализовать любой из трех типов импульсных преобразователей.

Регулирование уровня выходного напряжения преобразователя осуществляется изменением ширины импульсов, управляющих работой ключевого коммутирующего элемента и, соответственно, запасаемой в индуктивном накопителе энергии.

Стабилизация выходного напряжения реализуется путем использования обратной связи: при изменении выходного напряжения происходит автоматическое изменение ширины импульсов.

Понижающий импульсный преобразователь

Понижающий преобразователь (рис. 1) содержит последовательно включенную цепочку из коммутирующего элемента S1, индуктивного накопителя энергии L1, сопротивления нагрузки RH и включенного параллельно ему конденсатора фильтра С1. Блокировочный диод VD1 подключен между точкой соединения ключа S1 с накопителем энергии L1 и общим проводом.

Рис. 1. Принцип действия понижающего преобразователя напряжения.

При открытом ключе диод закрыт, энергия от источника питания накапливается в индуктивном накопителе энергии. После того, как ключ S1 будет закрыт (разомкнут), запасенная индуктивным накопителем L1 энергия через диод VD1 передастся в сопротивление нагрузки RH, Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения.

Повышающий импульсный преобразователь

Повышающий импульсный преобразователь напряжения (рис. 2) выполнен на тех же основных элементах, но имеет иное их сочетание: к источнику питания подключена последовательная цепочка из индуктивного накопителя энергии L1, диода VD1 и сопротивления нагрузки RH с параллельно подключенным конденсатором фильтра С1. Коммутирующий элемент S1 включен между точкой соединения накопителя энергии L1 с диодом VD1 и общей шиной.

Рис. 2. Принцип действия повышающего преобразователя напряжения.

При открытом ключе ток от источника питания протекает через катушку индуктивности, в которой запасается энергия. Диод VD1 при этом закрыт, цепь нагрузки отключена от источника питания, ключа и накопителя энергии.

Напряжение на сопротивлении нагрузки поддерживается благодаря запасенной на конденсаторе фильтра энергии. При размыкании ключа ЭДС самоиндукции суммируется с напряжением питания, запасенная энергия передается в нагрузку через открытый диод VD1. Полученное таким способом выходное напряжение превышает напряжение питания.

Инвертирующий преобразователь импульсного типа

Инвертирующий преобразователь импульсного типа содержит все то же сочетание основных элементов, но снова в ином их соединении (рис. 3): к источнику питания подключена последовательная цепочка из коммутирующего элемента S1, диода VD1 и сопротивления нагрузки RH с конденсатором фильтра С1.

Индуктивный накопитель энергии L1 включен между точкой соединения коммутирующего элемента S1 с диодом VD1 и общей шиной.

Рис. 3. Импульсное преобразование напряжения с инвертированием.

Работает преобразователь так: при замыкании ключа энергия запасается в индуктивном накопителе. Диод VD1 закрыт и не пропускает ток от источника питания в нагрузку. При отключении ключа ЭДС самоиндукции накопителя энергии оказывается приложенной к выпрямителю, содержащему диод VD1, сопротивление нагрузки Rн и конденсатор фильтра С1.

Поскольку диод выпрямителя пропускает в нагрузку только импульсы отрицательного напряжения, на выходе устройства формируется напряжение отрицательного знака (инверсное, противоположное по знаку напряжению питания).

Импульсные преобразователи и стабилизаторы

Для стабилизации выходного напряжения импульсных стабилизаторов любого типа могут быть использованы обычные «линейные» стабилизаторы, но они имеют низкий КПД, В этой связи гораздо логичнее для стабилизации выходного напряжения импульсных преобразователей использовать импульсные же стабилизаторы напряжения, тем более, что осуществить такую стабилизацию совсем несложно.

Импульсные стабилизаторы напряжения, в свою очередь, подразделяются на стабилизаторы с широтно-импульсной модуляцией и на стабилизаторы с частотно-импульсной модуляцией. В первых из них изменяется длительность управляющих импульсов при неизменной частоте их следования. Во вторых, напротив, изменяется частота управляющих импульсов при их неизменной длительности. Встречаются импульсные стабилизаторы и со смешанным регулированием.

Ниже будут рассмотрены радиолюбительские примеры эволюционного развития импульсных преобразователей и стабилизаторов напряжения.

Узлы и схемы импульсных преобразователей

Задающий генератор (рис. 4) импульсных преобразователей с нестабилизированным выходным напряжением (рис. 5, 6) на микросхеме КР1006ВИ1 работает на частоте 65 кГц. Выходные прямоугольные импульсы генератора через RC-цепоч-ки подаются на транзисторные ключевые элементы, включенные параллельно.

Катушка индуктивности L1 выполнена на ферритовом кольце с внешним диаметром 10 мм и магнитной проницаемостью 2000. Ее индуктивность равна 0,6 мГн. Коэффициент полезного действия преобразователя достигает 82%.

Рис. 4. Схема задающего генератора для импульсных преобразователей напряжения.

Рис. 5. Схема силовой части повышающего импульсного преобразователя напряжения +5/12 В.

Рис. 6. Схема инвертирующего импульсного преобразователя напряжения +5/-12 В.

Амплитуда пульсаций на выходе не превышает 42 мВ и зависит от величины емкости конденсаторов на выходе устройства. Максимальный ток нагрузки устройств (рис. 5, 6) составляет 140 мА.

В выпрямителе преобразователя (рис. 5, 6) использовано параллельное соединение слаботочных высокочастотных диодов, включенных последовательно с выравнивающими резисторами R1 — R3.

Вся эта сборка может быть заменена одним современным диодом, рассчитанным на ток более 200 мА при частоте до 100 кГц и обратном напряжении не менее 30 В (например, КД204, КД226).

В качестве VT1 и VT2 возможно использование транзисторов типа КТ81х структуры п-р-п — КТ815, КТ817 (рис. 4.5) и р-п-р — КТ814, КТ816 (рис. 6) и другие.

Для повышения надежности работы преобразователя рекомендуется включить параллельно переходу эмиттер — коллектор транзистора диод типа КД204, КД226 таким образом, чтобы для постоянного тока он был закрыт.

Преобразователь с задающим генератором-мультивибратором

Для получения выходного напряжения величиной 30…80 В П. Беляцкий использовал преобразователь с задающим генератором на основе несимметричного мультивибратора с выходным каскадом, нагруженным на индуктивный накопитель энергии — катушку индуктивности (дроссель) L1 (рис. 7).

Рис. 7. Схема преобразователя напряжения с задающим генератором на основе несимметричного мультивибратора.

Устройство работоспособно в диапазоне питающих напряжений 1,0. ..1,5 В и имеет КПД до 75%. В схеме можно применить стандартный дроссель ДМ-0,4-125 или иной с индуктивностью 120.. .200 мкГн.

Вариант выполнения выходного каскада преобразователя напряжения показан на рис. 8. При подаче на вход каскада управляющих сигналов прямоугольной формы 7777-уровня (5 В) на выходе преобразователя при его питании от источника напряжением 12 В получено напряжение 250 В при токе нагрузки 3…5 мА (сопротивление нагрузки около 100 кОм). Индуктивность дросселя L1 — 1 мГн.

В качестве VT1 можно использовать отечественный транзистор, например, КТ604, КТ605, КТ704Б, КТ940А(Б), КТ969А и др.

Рис. 8. Вариант выполнения выходного каскада преобразователя напряжения.

Рис. 9. Схема выходного каскада преобразователя напряжения.

Аналогичная схема выходного каскада (рис. 9) позволила при питании от источника напряжением 28В и потребляемом токе 60 мА получить выходное напряжение 250 В при токе нагрузки 5 мА, Индуктивность дросселя — 600 мкГч. Частота управляющих импульсов — 1 кГц.

В зависимости от качества изготовления дросселя на выходе может быть получено напряжение 150…450 В при мощности около 1 Вт и КПД до 75%.

Преобразователь напряжения на основе КР1006ВИ1

Преобразователь напряжения, выполненный на основе генератора импульсов на микросхеме DA1 КР1006ВИ1, усилителя на основе полевого транзистора VT1 и индуктивного накопителя энергии с выпрямителем и фильтром, показан на рис. 10.

На выходе преобразователя при напряжении питания 9В и потребляемом токе 80…90 мА образуется напряжение 400…425 В. Следует отметить, что величина выходного напряжение не гарантирована — она существенно зависит от способа выполнения катушки индуктивности (дросселя) L1.

Рис. 10. Схема преобразователя напряжения с генератором импульсов на микросхеме КР1006ВИ1.

Для получения нужного напряжения проще всего экспериментально подобрать катушку индуктивности для достижения требуемого напряжения или использовать умножитель напряжения.

Схема двуполярного импульсного преобразователя

Для питания многих электронных устройств требуется источник двухполярного напряжения, обеспечивающий положительное и отрицательное напряжения питания. Схема, приведенная на рис. 11, содержит гораздо меньшее число компонентов, чем аналогичные устройства, благодаря тому, что она одновременно выполняет функции повышающего и инвертирующего индуктивного преобразователя.

Рис. 11. Схема преобразователя с одним индуктивным элементом.

Схема преобразователя (рис. 11) использует новое сочетание основных компонентов и включает в себя генератор четырехфазных импульсов, катушку индуктивности и два транзисторных ключа.

Управляющие импульсы формирует D-триггер (DD1.1). В течение первой фазы импульсов катушка индуктивности L1 запасается энергией через транзисторные ключи VT1 и VT2. В течение второй фазы ключ VT2 размыкается, и энергия передается на шину положительного выходного напряжения.

Во время третьей фазы замыкаются оба ключа, в результате чего катушка индуктивности вновь накапливает энергию. При размыкании ключа VT1 во время заключительной фазы импульсов эта энергия передается на отрицательную шину питания. При поступлении на вход импульсов с частотой 8 кГц схема обеспечивает выходные напряжения ±12 В. На временной диаграмме (рис. 11, справа) показано формирование управляющих импульсов.

В схеме можно использовать транзисторы КТ315, КТ361.

Преобразователь напряжения со стабильными 30В

Преобразователь напряжения (рис. 12) позволяет получить на выходе стабилизированное напряжение 30 В. Напряжение такой величины используется для питания варикапов, а также вакуумных люминесцентных индикаторов.

Рис. 12. Схема преобразователя напряжения с выходным стабилизированным напряжением 30 В.

На микросхеме DA1 типа КР1006ВИ1 по обычной схеме собран задающий генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы с частотой около 40 кГц.

К выходу генератора подключен транзисторный ключ VT1, коммутирующий катушку индуктивности L1. Амплитуда импульсов при коммутации катушки зависит от качества ее изготовления.

Во всяком случае напряжение на ней достигает десятков вольт. Выходное напряжение выпрямляется диодом VD1. К выходу выпрямителя подключен П-образный RC-фильтр и стабилитрон VD2. Напряжение на выходе стабилизатора целиком определяется типом используемого стабилитрона. В качестве «высоковольтного» стабилитрона можно использовать цепочку стабилитронов, имеющих более низкое напряжение стабилизации.

Преобразователь напряжения с индуктивным накопителем энергии

Преобразователь напряжения с индуктивным накопителем энергии, позволяющий поддерживать на выходе стабильное регулируемое напряжение, показан на рис. 13.

Рис. 13. Схема преобразователя напряжения со стабилизацией.

Схема содержит генератор импульсов, двухкаскадный усилитель мощности, индуктивный накопитель энергии, выпрямитель, фильтр, схему стабилизации выходного напряжения. Резистором R6 устанавливают необходимое выходное напряжение в пределах от 30 до 200 В.

Аналоги транзисторов: ВС237В — КТ342А, КТ3102; ВС307В — КТ3107И, BF459—КТ940А.

Понижающие и инвертирующие преобразователей напряжения

Два варианта — понижающего и инвертирующего преобразователей напряжения [4.1] показаны на рис. 14. Первый из них обеспечивает выходное напряжение 8,4 В при токе нагрузки до 300 мА, второй — позволяет получить напряжение отрицательной полярности (-19,4 В) при таком же токе нагрузки. Выходной транзистор ѴТЗ должен быть установлен на радиатор.

Рис. 14. Схемы стабилизированных преобразователей напряжения.

Аналоги транзисторов: 2N2222 — КТЗ117А  2N4903 — КТ814.

Понижающий стабилизированный преобразователь напряжения

Понижающий стабилизированный преобразователь напряжения, использующий в качестве задающего генератора микросхему КР1006ВИ1 (DA1) и имеющий защиту потоку нагрузки, показан на рис. 15. Выходное напряжение составляет 10 В при токе нагрузки до 100 мА.

Рис. 15. Схема понижающего преобразователя напряжения.

При изменении сопротивления нагрузки на 1% выходное напряжение преобразователя изменяется не более чем на 0,5%.

Аналоги транзисторов: 2N1613 — КТ630Г, 2N2905 — КТ3107Е, КТ814.

Двухполярный инвертор напряжения

Для питания радиоэлектронных схем, содержащих операционные усилители, часто требуются двухполярные источники питания. Решить эту проблему можно, использовав инвертор напряжения, схема которого показана на рис. 16.

Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов, нагруженный на дроссель L1. Напряжение с дросселя выпрямляется диодом VD2 и поступает на выход устройства (конденсаторы фильтра СЗ и С4 и сопротивление нагрузки). Стабилитрон VD1 обеспечивает постоянство выходного напряжения — регулирует длительность импульса положительной полярности на дросселе.

Рис. 16. Схема инвертора напряжения +15/-15 В.

Рабочая частота генерации — около 200 кГц под нагрузкой и до 500 кГц без нагрузки. Максимальный ток нагрузки — до 50 мА, КПД устройства — 80%.

Недостатком конструкции является относительно высокий уровень электромагнитных помех, впрочем, характерный и для других подобных схем.

В качестве L1 использован дроссель ДМ-0,2-200.

Инверторы на специализированных микросхемах

Наиболее удобно собирать высокоэффективные современные преобразователи напряжения, используя специально созданные для этих целей микросхемы.

Микросхема КР1156ЕУ5 (МС33063А, МС34063А фирмы Motorola) предназначена для работы в стабилизированных повышающих, понижающих, инвертирующих преобразователях мощностью в несколько ватт.

На рис. 17 приведена схема повышающего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5. Преобразователь содержит входные и выходные фильтрующие конденсаторы С1, СЗ, С4, накопительный дроссель L1, выпрямительный диод VD1, конденсатор С2, задающий частоту работы преобразователя, дроссель фильтра L2 для сглаживания пульсаций. Резистор R1 служит датчиком тока. Делитель напряжения R2, R3 определяет величину выходного напряжения.

Рис. 17. Схема повышающего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5.

Частота работы преобразователя близка к 15 кГц при входном напряжении 12 В и номинальной нагрузке. Размах пульсаций напряжения на конденсаторах СЗ и С4 составлял соответственно 70 и 15 мВ.

Дроссель L1 индуктивностью 170 мкГн намотан на трех склеенных кольцах К12x8x3 М4000НМ проводом ПЭШО 0,5. Обмотка состоит из 59 витков. Каждое кольцо перед намоткой следует разломить на две части.

В один из зазоров вводят общую прокладку из текстолита толщиной 0,5 мм и склеивают пакет. Можно также применить кольца из феррита с магнитной проницаемостью свыше 1000.

Пример выполнения понижающего преобразователя на микросхеме КР1156ЕУ5 приведен на рис. 18. На вход такого преобразователя нельзя подавать напряжение более 40 В. Частота работы преобразователя — 30 кГц при UBX=15 В. Размах пульсаций напряжения на конденсаторах СЗ и С4 — 50 мВ.

Рис. 18. Схема понижающего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5.

Рис. 4.19. Схема инвертирующего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5.

Дроссель L1 индуктивностью 220 мкГч намотан аналогичным образом (см. выше) на трех кольцах, но зазор при склейке был установлен 0,25 мм, обмотка содержала 55 витков такого же провода.

На следующем рисунке (рис. 4.19) показана типовая схема инвертирующего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5, Микросхема DA1 питается суммой входного и выходного напряжений, которая не должна превышать 40 В.

Частота работы преобразователя — 30 кГц при UBX=5 S; размах пульсаций напряжения на конденсаторах СЗ и С4 — 100 и 40 мВ.

Для дросселя L1 инвертирующего преобразователя индуктивностью 88 мкГн были использованы два кольца К12x8x3 М4000НМ с зазором 0,25 мм. Обмотка состоит из 35 витков провода ПЭВ-2 0,7. Дроссель L2 во всех преобразователях стандартный — ДМ-2,4 индуктивностью 3 мкГч. Диод VD1 во всех схемах (рис. 17 — 19) должен быть диодом Шотки.

Для получения двухполярного напряжения из однополярного фирмой MAXIM разработаны специализированные микросхемы. На рис. 20 показана возможность преобразования напряжения низкого уровня (4,5…5 6) в двухполярное выходное напряжение 12 (или 15 6) при токе нагрузки до 130 (или 100 мА).

Рис. 20. Схема преобразователя напряжения на микросхеме МАХ743.

По внутренней структуре микросхема не отличается от типового построения подобного рода преобразователей, выполненных на дискретных элементах, однако интегральное исполнение позволяет при минимальном количестве внешних элементов создавать высокоэффективные преобразователи напряжения.

Так, для микросхемы МАХ743 (рис. 20) частота преобразования может достигать 200 кГц (что намного превышает частоту преобразования подавляющего большинства преобразователей, выполненных на дискретных элементах). При напряжении питания 5 В КПД составляет 80…82% при нестабильности выходного напряжения не более 3%.

Микросхема снабжена защитой от аварийных ситуаций: при снижении питающего напряжения на 10% ниже нормы, а также при перегреве корпуса (выше 195°С).

Для снижения на выходе преобразователя пульсаций с частотой преобразования (200 кГц) на выходах устройства установлены П-образные LC-фильтры. Перемычка J1 на выводах 11 и 13 микросхемы предназначена для изменения величины выходных напряжений.

Для преобразования напряжения низкого уровня (2,0…4,5 6) в стабилизированное 3,3 или 5,0 В предназначена специальная микросхема, разработанная фирмой MAXIM, — МАХ765. Отечественные аналоги — КР1446ПН1А и КР1446ПН1Б. Микросхема близкого назначения — МАХ757 — позволяет получить на выходе плавно регулируемое напряжение в пределах 2,7…5,5 В.

Рис. 21. Схема низковольтного повышающего преобразователя напряжения до уровня 3,3 или 5,0 В.

Схема преобразователя, показанная на рис. 21, содержит незначительное количество внешних (навесных) деталей.

Работает это устройство по традиционному принципу, описанному ранее. Рабочая частота генератора зависит от величины входного напряжения и тока нагрузки и изменяется в широких пределах — от десятков Гц до 100 кГц.

Величина выходного напряжения определяется тем, куда подключен вывод 2 микросхемы DA1: если он соединен с общей шиной (см. рис. 21), выходное напряжение микросхемы КР1446ПН1А равно 5,0±0,25 В, если же этот вывод соединен с выводом 6, то выходное напряжение понизится до 3,3±0,15 В. Для микросхемы КР1446ПН1Б значения будут 5,2±0,45 В и 3,44±0,29 В. соответственно. Максимальный выходной ток преобразователя — 100 мА. Микросхема МАХ765 обеспечивает выходной ток 200 мА при напряжении 5-6 и 300 мА при напряжении 3,3 В. КПД преобразователя — до 80%.

Назначение вывода 1 (SHDN) — временное отключение преобразователя путем замыкания этого вывода на общий провод. Напряжение на выходе в этом случае понизится до значения, несколько меньшего, чем входное напряжение.

Светодиод HL1 предназначен для индикации аварийного снижения питающего напряжения (ниже 2 В), хотя сам преобразователь способен работать и при более низких значениях входного напряжения (до 1,25 6 и ниже).

Дроссель L1 выполняют на кольце К10x6x4,5 из феррита М2000НМ1. Он содержит 28 витков провода ПЭШО 0,5 мм и имеет индуктивность 22 мкГч. Перед намоткой ферритовое кольцо разламывают пополам, предварительно надпилив алмазным надфилем. Затем кольцо склеивают эпоксидным клеем, установив в один из образовавшихся зазоров текстолитовую прокладку толщиной 0,5 мм.

Индуктивность полученного таким образом дросселя зависит в большей степени от толщины зазора и в меньшей — от магнитной проницаемости сердечника и числа витков катушки. Если смириться с увеличением уровня электромагнитных помех, то можно использовать дроссель типа ДМ-2,4 индуктивностью 20 мкГч.

Конденсаторы С2 и С5 типа К53 (К53-18), С1 и С4 — керамические (для снижения уровня высокочастотных помех), VD1 — диод Шотки (1 N5818, 1 N5819, SR106, SR160 и др.).

Сетевой блок питания фирмы «Philips»

Преобразователь (сетевой блок питания фирмы «Philips», рис. 22) при входном напряжении 220 В обеспечивает выходное стабилизированное напряжение 12 В при мощности нагрузки 2 Вт.

Рис. 22. Схема сетевого блока питания фирмы «Philips».

Источник питания для питания портативных и карманных приемников

Бестрансформаторный источник питания (рис. 23) предназначен для питания портативных и карманных приемников от сети переменного тока напряжением 220 В. Следует учитывать, что этот источник электрически не изолирован от питающей сети. При выходном напряжении 9В и токе нагрузки 50 мА источник питания потребляет от сети около 8 мА.

Рис. 23. Схема бестрансформаторного источника питания на основе импульсного преобразователя напряжения.

Сетевое напряжение, выпрямленное диодным мостом VD1 — VD4 (рис. 4.23), заряжает конденсаторы С1 и С2. Время заряда конденсатора С2 определяется постоянной цепи R1, С2. В первый момент после включения устройства тиристор VS1 закрыт, но при некотором напряжении на конденсаторе С2 он откроется и подключит к этому конденсатору цепь L1, СЗ.

При этом от конденсатора С2 будет заряжаться конденсатор СЗ большой емкости. Напряжение на конденсаторе С2 будет уменьшаться, а на СЗ — увеличиваться.

Ток через дроссель L1, равный нулю в первый момент после открывания тиристора, постепенно увеличивается до тех пор, пока напряжения на конденсаторах С2 и СЗ не уравняются. Как только это произойдет, тиристор VS1 закроется, но энергия, запасенная в дросселе L1, будет некоторое время поддерживать ток заряда конденсатора СЗ через открывшийся диод VD5. Далее диод VD5 закрывается, и начинается относительно медленный разряд конденсатора СЗ через нагрузку. Стабилитрон VD6 ограничивает напряжение на нагрузке.

Как только закрывается тиристор VS1 напряжение на конденсаторе С2 снова начинает увеличиваться. В некоторый момент тиристор снова открывается, и начинается новый цикл работы устройства. Частота открывания тиристора в несколько раз превышает частоту пульсации напряжения на конденсаторе С1 и зависит от номиналов элементов цепи R1, С2 и параметров тиристора VS1.

Конденсаторы С1 и С2 — типа МБМ на напряжение не ниже 250 В. Дроссель L1 имеет индуктивность 1…2 мГн и сопротивление не более 0,5 Ом. Он намотан на цилиндрическом каркасе диаметром 7 мм.

Ширина обмотки 10 мм, она состоит из пяти слоев провода ПЭВ-2 0,25 мм, намотанного плотно, виток к витку. В отверстие каркаса вставлен подстроечный сердечник СС2,8х12 из феррита М200НН-3. Индуктивность дросселя можно менять в широких пределах, а иногда и исключить его совсем.

Схемы устройств для преобразования энергии

Схемы устройств для преобразования энергии показаны на рис. 4.24 и 4.25. Они представляют собой понижающие преобразователи энергии с питанием от выпрямителей с гасящим конденсатором. Напряжение на выходе устройств стабилизировано.

Рис. 24. Схема понижающего преобразователя напряжения с сетевым бестрансформаторным питанием.

Рис. 25. Вариант схемы понижающего преобразователя напряжения с сетевым бестрансформаторным питанием.

В качестве динисторов VD4 можно использовать отечественные низковольтные аналоги — КН102А, Б. Как и предыдущее устройство (рис. 23), источники питания (рис. 24 и 25) имеют гальваническую связь с питающей сетью.

Преобразователь напряжения с импульсным накоплением энергии

В преобразователе напряжения С. Ф. Сиколенко с «импульсным накоплением энергии» (рис. 26) ключи К1 и К2 выполнены на транзисторах КТ630, система управления (СУ) — на микросхеме серии К564.

Рис. 26. Схема преобразователя напряжения с импульсным накоплением.

Накопительный конденсатор С1 — 47 мкФ. В качестве источника питания используется батарея напряжением 9 В. Выходное напряжение на сопротивлении нагрузки 1 кОм достигает 50 В. КПД составляет 80% и возрастает до 95% при использовании в качестве ключевых элементов К1 и К2 КМОП-структур типа RFLIN20L.

Импульсно-резонансный преобразователь

Импульсно-резонансные преобразователи конструкции к,т.н. Н. М. Музыченко, один из которых показан на рис. 4,27, в зависимости от формы тока в ключе VT1 делятся на три разновидности, в которых коммутирующие элементы замыкаются при нулевом токе, а размыкаются — при нулевом напряжении. На этапе переключения преобразователи работают как резонансные, а остальную, большую, часть периода — как импульсные.

Рис. 27. Схема импульсно-резонансного преобразователя Н. М. Музыченко.

Отличительной чертой таких преобразователей является то, что их силовая часть выполнена в виде индуктивно-емкостного моста с коммутатором в одной диагонали и с коммутатором и источником питания в другом. Такие схемы (рис. 27) отличаются высокой эффективностью.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

www.qrz.ru

СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В УСТРОЙСТВАХ НА МИКРОСХЕМАХ

Преобразователи напряжения предназначены для повышения или понижения уровня выходного напряжения или изменения его полярности относительно входного с минимальными потерями.

Как правило, такие преобразователи чаще всего ориентированы на работу с индуктивной нагрузкой — накопителем энергии. При периодическом процессе накопления/сброса накопленной энергии и реализации определенных схемотехнических решений можно целенаправленно менять уровень и знак выходного напряжения.

Преобразователи напряжения на основе специализированных микросхем были подробно рассмотрены в моей предыдущей монографии

[28.1]. В этой связи рассмотрим ниже не включенные в то издание схемные решения.

Рис. 28.7. Схема понижающего преобразователя напряжения на микросхеме LM723

Микросхемы серии LM723 можно использовать в качестве понижающих преобразователей напряжения [28.2]. Варианты таких схем для получения выходного пониженного напряжения положительной и отрицательной относительно общего провода полярности приведены на рис. 28.1 и рис. 28.2.

Большинство микросхем, предназначенных для преобразования напряжения, могут работать только от источников положительного напряжения. Нетрадиционное включение микросхемы преобразователя напряжения МАХ761 позволило использовать ее в схеме, питаемой источником отрицательного напряжения, представленной на рис. 28.3 [28.3].

Рис. 28.2. Схема понижающего преобразователя напряжения отрицательной полярности на микросхеме LM723

Рис. 28.3. Схема включения микросхемы преобразователя напряжения МАХ761 при питании от источника отрицательного напряжения

КПД преобразователя достигает 86 % при токе нагрузки до 0,4 А. В качестве VD1 использован «сверхбыстрый» диод Шоттки (General Semiconductor).

Микросхема КР1446ПН1Е (прототип — микросхема МАХ756) представляет собой импульсный повышающий преобразователь напряжения с КПД до 80 %. Представлена на рис. 28.4 и рис. 28.5 [28.4]. Входное напряжение 0,9—5,0 В; выходное — либо 3,3 В, либо 5,0 В по выбору пользователя при токе нагрузки до 100 мА.

Типовая схема преобразователя напряжения на микросхеме КР1446ПН1Е приведена на рис. 28.5. Выбор выходного напряжения производится подключением вывода 2 микросхемы к общему проводу (и_вых = 3,3 В) или к выводу 6 (U_BbIX = 5,0 В). Дроссель L1 должен иметь высокую добротность и намотан проводом диаметром не менее 0,5 мм на штыревом сердечнике. Он должен быть присоединен к микросхеме проводом минимальной длины. В качестве диода VD1 использован в целях повышения КПД диод Шоттки.

Преобразователь напряжения на микросхеме TPS61042 (фирма Texas Instruments) работает при подаче на него питающего напряжения свыше 2,5 В_у рис. 28.6 [28.5, 28.6]. Выходное напряжение преобразователя 16,2 В при токе нагрузки до 30 мА. КПД преобразования при входном напряжении 2,5 В составляет 80 %, при 5 В — приближается к 86 %. Рекомендуемое значение индуктивности L1 лежит в пределах 2,2—47 мкГн.

Рис. 28.6. Схема преобразователя напряжения на микросхеме TPS61042

Рис. 28.5. Схема преобразователя постоянного напряжения на. микросхеме КР7446ПН1Е

Рис. 28.4. Структурная схема микросхемы КР1446ПН1Е

Сверхяркие светодиоды белого свечения имеют высокий КПД. Это позволяет использовать их в качестве рабочих элементов портативных источников света — фонариках. Такие светодиоды отличаются от обычных повышенным рабочим напряжением, обычно свыше 3 В, в связи с чем обычные способы питания напрямую от батареи гальванических элементов малоприемлемы. По этой причине обычно питают ультраяркие светодиоды через повышающие напряжение преобразователи напряжения. Схемы подобных преобразователей представлены на рис. 28.7 и рис. 28.8 [28.7].

Для питания ультраяркого светодиода электрического фонарика от одного гальванического элемента (аккумулятора) С. Баширов использовал преобразователь напряжения на микросхеме КР1446ПН1, включенный по типовой схеме с выходным напряжением 3,3 В, рис. 28.7 [28.8].

Преобразователь, рис. 28.8

[28.7], выполненный на микро-

Рис. 28.7. Схема преобразователя напряжения на микросхеме КР1446ПН1 для питания сверхяркого светодиода фонарика

воде от дросселя сетевого фильтра маломощного импульсного источника питания — кольце К10х4х5 из молибденового пермаллоя с магнитной проницаемостью 60. Можно использовать и дроссели на 40—199 мкГн с активным сопротивлением обмотки не свыше 0,1 Ом, рассчитанные на ток не менее 1 А, например, серии ДМ со стержневым магнитопроводом.

схеме МАХ756, работает при снижении напряжения питания до 0,4 В. Предельный ток нагрузки — до 200 мА (для четырех светодиодов L-53PWC, использованных в схеме, — ПОмА). Максимальный КПД преобразователя — 87 %.

Дроссель преобразователя содержит 35 витков провода ПЭВ-2 0,28, намотанных на магнитопро-

Современные сверхяркие светодиоды белого свечения требуют для своего питания напряжения не ниже 3,5 В. На таких светодиодах могут быть изготовлены миниатюрные высокоэффективные фонарики. Если использовать для их питания пару портативных «пуговичных» литиевых батарей, например, CR2025 или CR2032, рассчитанных на напряжение 3 В и гасить избыточное напряжение резистором, то КПД использования источника питания едва превысит 58 %.

Микросхема широтно-импульсного модулятора BTS629. Решить проблему преобразования напряжения с высоким КПД можно при применении специализированной микросхемы широтно-импульсного модулятора фирмы Siemens — DAI BTS629 (рис. 28.9) [28.9]. Яркость свечения светодиода можно плавно регулировать потенциометром R1, изменяя ширину импульса.

Рис. 28.8. Преобразователь напряжения на микросхеме МАХ756 для питания светодиодов карманного фонарика

Рис. 28.9. Схема миниатюрного светодиодного фонарика с КПД преобразования энергии батареи до 90 %

При использовании элементов CR2025 емкостью 170 мА-ч, карманный фонарик будет непрерывно работать до 15 ч, для CR2032 (230 мА-ч) — 21ч.

Линейка преобразователей серии ВР504х. Большинство портативных радиоэлектронных устройств получает питание от сети. В этой связи особо актуальна проблема создания портативных высокоэффективных преобразователей сетевого напряжения в постоянное напряжение низкого уровня при высоком КПД. Для решения этой задачи фирма Rhom создала линейку преобразователей серии ВР504х, рис. 28.10—28.14, табл. 28.1 [28.10].

Очевидный недостаток применения подобных микросхем в том, что выход источника питания не изолирован от питающей сети, что может привести к поражению потребителя электрическим током. В этой связи при использовании подобных преобразователей следует предпринимать меры по исключению возможного контакта тела человека с токонесущими конструкциями устройства.

Характеристики микросхем преобразователей напряжения серии ВР504х, ВР5085 Таблица 28.7

Напряжение сети (входное напряжение преобразователей) может варьироваться в пределах 226—390 В (типовое значение 282 В) при частоте 50 (60) Гц.

Рис. 28.7 0. Структурная схема микросхемы ВР504 7А

Типовые схемы включения микросхем серии ВР504х приведены на рис. 28.11 и 28.13 [28.10]. В качестве диодов выпрямителя рекомендуется использовать диоды, рассчитанные на обратное напряжение не ниже 700— 800 В при среднем выпрямленном токе не менее 0,5 А и пиковом токе до 20 А.

Конденсатор С1 может быть емкостью

Рис. 28. П. Схема бестрансформаторного преобразователя сетевого напряжения на микросхеме ВР5041А

3.3—  10 мкФ и рассчитан на напряжение 450 В. Конденсатор фильтра СЗ может иметь емкость 100—470 мкФ. Резистор фильтра R1 должен быть сопротивлением 10—22 Ом мощностью 0,25 Вт. Конденсатор С2 — пленочный, на напряжение не ниже 400 В. Он должен быть размещен в непосредственной близости от вывода входа микросхемы.

Микросхемы серии ВР5042, ВР5047, ВР5048, схемы которых представлены на рис. 28.12 и рис. 28.13, используют внешнюю катушку индуктивности. Конденсатор С1 имеет емкость

3.3—  22 мкФ и рассчитан на напряжение 450 В. Конденсатор фильтра СЗ может иметь емкость 100—470 мкФ. Резистор фильтра R1 должен быть сопротивлением

10—22 Ом мощностью 0,25 Вт. Конденсатор С2 — пленочный, емкостью 0,1—0,22 мкФ на напряжение не ниже 400 В. Для защиты микросхемы от повреждения параллельно клеммам питающей сети рекомендуется установить варистор, а в разрыв провода, соединяющего вход микросхемы — плавкий или многоразовый предохранитель FU1. Внешняя катушка индуктивности должна выдерживать ток не менее 0,4 А. Индуктивность этой катушки при использовании микросхем ВР5048, ВР5048—15, ВР5042—15, составляет 1 мГн для ВР5048—24, ВР5047А24 — 1,5 мГн.

Особо стоит выделить микросхему ВР5046 (рис. 28.14), которая позволяет в отличие от ранее рассмотренных микросхем получить выходное

напряжение иной полярности. Дроссель L1 имеет индуктивность 0,47 мГн для микросхемы ВР5046-5 и 1,5 мГн для микросхемы ВР5046 и рассчитан на ток не менее 0,57 и 0,3 А, соответственно.

Микросхема ВР5085-15 отличается от микросхем серии ВР504х цоколевкой, хотя и выполнена в корпусе SIP16. Типовая схема ее включения показана на рис. 28.15 [28.10].

С выхода преобразователя можно снимать два напряжения: 5 Б и 15 В при максимальном токе нагрузки 350 мА и 80 мА, соответственно. Конденсаторы фильтра СЗ и С4 могут иметь емкость 220—1000 мкФ. Рекомендуемое значение емкости конденсатора С1 33—820 мкФ на напряжение 450 В.

Дроссель L1 имеет индуктивность 1 мГн и рассчитан на ток не менее 0,6 А.

Рис. 28.14. Схема бестрансформаторного преобразователя сетевого напряжения на микросхеме ВР5046

Рис. 28.15. Схема бестрансформаторного преобразователя сетевого напряжения с выходными напряжениями 5 и 15 В на микросхеме ВР5085-15

Рис. 28.16. Схема источника питания на микросхеме SR036 (SR037) без гальванической развязки от питающей сети

Преобразователь напряжения на микросхеме SR036 (SR037), рис. 28.16, производимой фирмой Supertex, позволяет получить на выходах стабилизированное напряжение 3,3 В (или 5,5 В для микросхемы SR037), и 18 Б, соответственно, при токе нагрузки по каждому из каналов до 30 мА [28.11,28.12].

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

nauchebe.net

Микросхемы импульсных преобразователей ON Semi с широким диапазоном входных напряжений

Для бортовых аккумуляторных систем питания характерны броски напряжения при включении и выключении индуктивных нагрузок (стартер, электроприводы, вентилятор, кондиционер). Преобразователи напряжения, используемые в бортовых вторичных источниках питания, должны обеспечивать высокий уровень допустимого входного напряжения для устойчивости и надежности цепей вторичного электропитания.

Характерной особенностью приложений автомобильного сектора является также расширенный температурный рабочий режим –40…125°С. Специально для этого сектора разработаны преобразователи ON Semi, имеющие префикс NCV.

В качестве базового режима в преобразователях напряжения данного класса в основном используется режим понижения напряжения. Однако может быть востребован и комбинированный режим с повышением и понижением входного напряжения или с инверсией полярности входного напряжения.

В таблице 1 приведены характеристики микросхем импульсных преобразователей напряжения, имеющие широкий диапазон входных напряжений ON Semi (данные на конец 2009 г.).

Таблица 1. Основные параметры импульсных преобразователей напряжения с широким входным напряжением до 40 В

Все эти линейки преобразователей имеют встроенный мощный выходной ключ (составной биполярный транзистор) и требуют минимальное число дополнительных компонентов. Основными параметрами являются диапазон выходного напряжения и выходной ток, а также диапазон выходных токов.

В представленных импульсных преобразователях напряжения используются различные типы методов регулирования напряжения, разные частоты преобразования, эффективность преобразования.

Широкая номенклатура микросхем с диапазоном выходных токов 0,5…5 А обеспечивает выбор требуемого преобразователя, соответствующего заданному уровню выходных токов и напряжений и работающего в коммерческом или расширенном температурных диапазонах.

Фирма ON Semi использует различные методы индексации микросхем, отличающихся температурным диапазоном. В ранних разработках для указания температурного диапазона использовалась дополнительная цифра в номере микросхемы (3 или 4). В других случаях для ИС автомобильного сектора с широким температурным диапазоном — префикс NCV. Например, микросхемы МС3416х отличаются от МС3316х только температурным диапазоном.

В номенклатуре преобразователей напряжений ON Semi можно выделить несколько линеек микросхем, которые имеют одинаковые схемы и цоколевки, но отличаются выходным током, частотой преобразования или температурным диапазоном:

– MC34166, MC33166, MC34163, MC33163;

– NCP3063, NCP3163, NCV3163;

– MC34167, MC33167;

– LM2574, LM2575, LM2576;

– LM2594, LM2595, LM2596;

– NCP1546, NCP1547, NCV8842 ,NCV8843;

– CS51411, CS51412, CS51413, CS51414.

По большей части, их структуры одинаковы или очень похожи. Некоторые типы являются улучшенными модификациями предыдущей серии и полностью совместимы с ними по цоколевке, что позволяет рекомендовать их использование вместо устаревшего аналога.

Рассмотрим некоторые особенности микросхем этих серий, знание которых позволит сделать правильный выбор преобразователя напряжения. Иерархия рассмотрения линеек преобразователей учитывает эволюцию архитектуры и развитие модификации.

Линейка преобразователей напряжения MC34063, MC33063, NCV33063A

Это базовая схема преобразователя, разработанная ON Semi довольно давно и используемая по сей день (см. рис. 1). Достоинство преобразователя — очень простая и дешевая микросхема. Для многих приложений эта схема обеспечивает удовлетворительные параметры.

Частота собственных колебаний генератора задается емкостью конденсатора Timing Capacitor, частота вынужденных колебаний генератора выше и зависит от максимального тока ключа, устанавливаемого резистором ограничения тока. Поскольку скорость нарастания тока в индуктивности зависит от разности входного и выходного напряжений, частота преобразования увеличивается с ростом входного напряжения. Когда напряжение на выходе обратной связи становится равным опорному напряжению, компаратор через логический элемент и триггер запрещает управление выходным ключом на один или несколько периодов частоты генератора. Таким образом, при управлении стабилизатор работает в режиме генерации пакетов импульсов. КПД преобразователя не превышает 70%. Основные потери происходят за счет падения напряжения на составном транзисторе и на ограничивающем ток резисторе.

Основной недостаток структуры — отсутствие защиты от перегрева и ограничения тока в цикле регулирования напряжения. Рабочий температурный диапазон микросхем MC33063A и NCV33063A составляет −40…125°С, а у МС34063А — 0…70°С.

Серия преобразователей NCP3063, NCV3063

Микросхема NCP3063, обновленная версия МС34063, имеет более совершенную схему ограничения максимального тока ключа, работающего только в переходных и аварийных режимах, и дополнена температурной защитой (см. рис. 2).

Схема температурной защиты принудительно переводит мощные выходные каскады в выключенное состояние при превышении температуры кристалла сверх допустимой, что обеспечивает повышение надежности преобразователя. Частота преобразования повышена до 150 кГц, что позволяет увеличить его эффективность. Серия полностью совместима с MC34063A, MC33063A, NCV33063A по цоколевке корпусов и рекомендуется в качестве замены.

Рабочий температурный диапазон микросхем NCP3063 — 0…70°С, а у NCP3063B, NCV3063 он составляет −40…125°С.

Преобразователи MC34166, MC34167, MC33166, MC33167

Мощные преобразователи напряжений серии МС34166, МС34167, МС33166, МС33167 имеют одинаковую структурную схему (см. рис. 3) и обеспечивают выходной ток 3…5 А. Преобразователи работают на фиксированной частоте 72 кГц. Диапазон входных напряжений: 7,5…40 В.

Микросхемы серии отличаются рабочими температурными диапазонами: у MC34167, МС34166 — 0…70°С, а у MC33167, МС33166 он составляет −40…85°С. Уровень выходного тока у МС34166, МС33166 — 3 А, а у MC34167, MC33167 — 5 А.

Схема ограничения тока действует в каждом цикле, реализована защита от перенапряжения и защита от перегрева кристалла. Особенность микросхем — низкое потребление в режиме stand-by, всего 36 мкА. Микросхемы поставляются в корпусах ТО-220 и DPAK.

Серия микросхем MC34163, MC33163, NCP3163, NCV3163

Преобразователи данной серии обеспечивают повышенный выходной ток 3,4 А, а также имеют дополнительные функции, улучшающие надежность. Одной из таких функций является наличие сигнала LVI индикации низкого напряжения на входе, который предназначен для подключения непосредственно к микроконтроллеру.

Версии MC34163, MC33163 были разработаны ранее (см. рис. 4). Микросхемы NCP3163, NCV3163 (см. рис. 5) являются улучшенной модификацией MC34163, MC33163 и полностью совместимы по выводам с MC34163, MC33163. Рабочий температурный диапазон микросхемы МС34163 — 0…70°С; у МС33163 он составляет −40…125°С.

Рис. 4. Структура MC34163, MC33163

Рис. 5. Структура NCP3163, NCV3163

Модифицированные микросхемы NCP3163, NCV3163 имеют дополнительные цепи защиты входов и выходов, а также улучшенную схему защиты от перегрева и превышения порогового значения тока. Рабочий температурный диапазон: NCP3163 — 0…70°С, а у NVC3163 он составляет −40…125°С.

Микросхемы серии LM2594, LM2595, LM2596

Все микросхемы этой серии имеют одинаковую структуру (см. рис. 6) и цоколевку корпусов. Отличие заключается только в параметрах выходных транзисторов, обеспечивающих разные выходные токи: 0,5; 1 и 3 А. Частота задающего генератора — 150 кГц.

Микросхемы имеют схему защиты от перегрева и схему ограничения тока в фазах регулирования.

Преобразователи LM2574, LM2575, LM2576

Структура микросхем такая же (см. рис. 7), как у серии LM2594/LM2595/LM2596. Особенность серии — фиксированные выходные напряжения 3,3; 5,0; 12; 15, а также наличие модификации Adj. с регулируемым выходным напряжением. Частота внутреннего генератора также отличается — 52 кГц. Несмотря на одинаковую структуру, серия имеет отличную от серии LM 2594, LM2595, LM2596 цоколевку корпусов.

Ряд фиксированных значений напряжений задается встроенным резистивным делителем R2/R1. Микросхемы имеют различные выходные мощные транзисторы, которые обеспечивают ток 0,5…3 А.

Преобразователи NCP1546, NCP1547, NCV8842, NCV8843

Это преобразователи нового поколения, в которых используются более совершенные схемы управления стабилизацией выходного напряжения. Архитектура V2 обеспечивает более эффективную обратную связь как по току, так и по напряжению, отслеживая вариации входного напряжения и тока в нагрузке. Данный тип рекомендуется использовать для питания устройств с импульсными режимами потребления в нагрузке. Характерный пример — питание материнской платы в компьютерах.

Микросхемы обеспечивают лучший уровень стабилизации и лучшую надежность за счет совершенствования механизмов защиты от перегрева и короткого замыкания на выходе. Микросхемы этой серии имеют одинаковую структуру (см. рис. 8). Отличие заключается лишь в использовании разной частоты преобразования: 170 кГц для NCP1546 и 340 кГц для NCP1547. Для понижения уровня ЭМИ системы преобразователей микросхемы обеспечивают режим синхронной работы нескольких преобразователей. Имеются схемы защиты от перегрева силовых цепей, а также режим понижения частоты преобразования в 4 раза при коротком замыкании в нагрузке.

Рис. 8. Структура NCP1546/1547 с технологией регулирования V2

Особенностью микросхемы является очень низкий ток 1 мкА в дежурном режиме (SHDNB). Наличие режима мягкого запуска преобразователя снижает опасные перегрузки при его включении и уменьшает уровень ЭМИ.

Исполнения для автомобильных приложений имеют не только дополнительный префикс NCV, но и другие номера — NCV8842, NCV8843. По сути, кристаллы в микросхемах имеют такую же структуру.

Преобразователи CS51411, CS51412, CS51413, CS51414

Серия микросхем преобразователей понижающего типа разработана компанией Catalyst Semiconductor, которая вошла в состав ON Semi в августе 2009 г. По основным параметрам эта серия близка к NCP1546, NCP1547. Схемотехника этой серии ИС также обеспечивает превосходную стабилизацию выходного напряжения и отличные динамические характеристики благодаря запатентованной технологии V2 управления по цепи обратной связи и современным решениям для силовой части преобразователей (см. рис. 9).

Микросхемы преобразователей напряжения обеспечивают выходной ток 1,5 А. Диапазон входных напряжений 4,5…40 В. Микросхемы работают на фиксированной частоте преобразования 260 кГц (CS51411/12) или 520 кГц (CS51413/14).

Микросхемы CS51411 и CS51413 обеспечивают режим синхронной работы нескольких преобразователей, что позволяет снизить уровень ЭМИ за счет отсутствия биений близких частот. Модификации CS51412 и CS51414 имеют дополнительную опцию питания логики преобразователя от источника внешнего напряжения 3,3…6,0 В, что в случае высокого входного напряжения и низких выходных токов дает выигрыш в эффективности преобразования энергии. В структуре имеются схемы защиты от перегрева кристалла, ограничения тока в каждом цикле регулирования, а также схемы уменьшения тока при коротких замыканиях в нагрузке за счет уменьшения в четыре раза частоты генератора.

Микросхемы CS51411/13 и CS51412/14 отличаются цоколевкой и назначением выводов. У микросхем CS51411/13 имеется вывод SYNC для синхронного режима, а микросхемы CS51412/14 имеют вывод BIAS для внешней подачи внешнего напряжения питания логики преобразователя.

Микросхемы CS51411 и CS51413 полностью совместимы с ИС Linear Technologies LT1375, а CS51412/14 полностью совместимы с микросхемами LT1376.

Литература

1. Михаил Пушкарев. Микросхемы импульсных понижающих стабилизаторов. Эволюция схемотехники//Компоненты и технологии. №2. 2008.

2. Datasheet. LM2574, NCV2574 0.5 A, Adjustable Output Voltage, Step-Down Switching Regulator. ON Semi.

3. Datasheet. NCP1546 1.5 A, 170 kHz, Buck Regulator with Synchronization Capability. ON Semi.

4. Datasheet. MC34063A, MC33063A, NCV33063A 1.5 A, Step-Up/Down/Inverting Switching Regulators. ON Semi.

www.russianelectronics.ru

Импульсные преобразователи напряжения

Простые схемы импульсных преобразователей постоянного напряжения для питания радиолюбительских устройств

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Сегодня на сайте “Радиолюбитель“ мы рассмотрим несколько схем несложных, даже можно сказать – простых, импульсных преобразователей напряжения DC-DC (преобразователей постоянного напряжения одной величины, в постоянное напряжение другой величины)

Чем хороши импульсные преобразователи. Во-первых, они имеют высокий КПД, и во-вторых могут работать при входном напряжении ниже выходного.
Импульсные преобразователи подразделяются на группы:
– понижающие, повышающие, инвертирующие;
– стабилизированные, нестабилизированные;
– гальванически изолированные, неизолированные;
– с узким и широким диапазоном входных напряжений.
Для изготовления самодельных импульсных преобразователей лучше всего использовать специализированные интегральные микросхемы – они проще в сборке и не капризны при настройке.

Первая схема.
Нестабилизированный транзисторный преобразователь:
Этот преобразователь работает на частоте 50 кГц, гальваническая изоляция обеспечивается трансформатором Т1, который наматывается на кольце К10х6х4,5 из феррита 2000НМ и содержит: первичная обмотка – 2х10 витков, вторичная обмотка – 2х70 витков провода ПЭВ-0,2. Транзисторы можно заменить на КТ501Б. Ток от батареи, при отсутствии нагрузки, практически не потребляется.

Вторая схема.
Стабилизированный транзисторный преобразователь напряжения:
Трансформатор Т1 наматывается на ферритовом кольце диаметром 7 мм, и содержит две обмотки по 25 витков провода ПЭВ=0,3.

Третья схема.
Нестабилизированный преобразователь напряжения на основе мультивибратора:
Двухтактный нестабилизированный преобразователь на основе мультивибратора (VТ1 и VТ2) и усилителя мощности (VТ3 и VТ4). Выходное напряжение подбирается количеством витков вторичной обмотки импульсного трансформатора Т1.

Четвертая схема.
Преобразователь на специализированной микросхеме:
Преобразователь стабилизирующего типа на специализированной микросхеме фирмы MAXIM. Частота генерации 40…50 кГц, накопительный элемент – дроссель L1.

Пятая схема.
Нестабилизированный двухступенчатый умножитель напряжения:
Можно использовать одну из двух микросхем отдельно, например вторую, для умножения напряжения от двух аккумуляторов.

Шестая схема.
Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме фирмы MAXIM:
Типовая схема включения импульсного повышающего стабилизатора на микросхеме фирмы MAXIM. Работоспособность сохраняется при входном напряжении 1,1 вольта. КПД – 94%, ток нагрузки – до 200 мА.

Седьмая схема.
Два напряжения от одного источника питания:
Позволяет получать два разных стабилизированных напряжения с КПД 50…60% и током нагрузки до 150 мА в каждом канале. Конденсаторы С2 и С3 – накопители энергии.

Восьмая схема.
Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме-2 фирмы MAXIM:
Типовая схема включения специализированной микросхемы фирмы MAXIM. Сохраняет работоспособность при входном напряжении 0,91 вольта, имеет малогабаритный SMD корпус и обеспечивает ток нагрузки до 150 мА при КПД – 90%.

Девятая схема.
Импульсный понижающий стабилизатор на микросхеме фирмы TEXAS:
Типовая схема включения импульсного понижающего стабилизатора на широкодоступной микросхеме фирмы TEXAS. Резистором R3 регулируется выходное напряжение в пределах +2,8…+5 вольт. Резистором R1 задается ток короткого замыкания, который вычисляется по формуле:
Iкз(А)= 0,5/R1(Ом)

Десятая схема.
Интегральный инвертор напряжения на микросхеме фирмы MAXIM:
Интегральный инвертор напряжения, КПД – 98%.

Одиннадцатая схема.
Два изолированных преобразователя на микросхемах фирмы YCL Elektronics:
Два изолированных преобразователя напряжения DA1 и DA2, включенных по “неизолированной” схеме с общей “землей”.

Двенадцатая схема.
Двухполярный стабилизированный преобразователь напряжения на микросхеме фирмы National Semiconductor:
Индуктивность первичной обмотки трансформатора Т1 – 22 мкГн, отношение витков первичной обмотки к каждой вторичной – 1:2.5.

Тринадцатая схема.
Стабилизированный повышающий преобразователь на микросхеме фирмы MAXIM:
Типовая схема стабилизированного повышающего преобразователя на микросхеме фирмы MAXIM.

Четырнадцатая схема
Нестандартное применение микросхемы фирмы MAXIM:

Эта микросхема обычно служит драйвером RS-232. Умножение напряжения получается с коэффициентом 1,6…1,8.

radio-stv.ru

Миниатюрный преобразователь напряжения на микросхеме MP1584EN

Китайский рынок импульсных DC-DC преобразователей довольно широк. И бродя по просторам всем известного AliExpress я наткнулся на маленький, дешевый, но при этом достаточно мощный преобразователь. Стоит сказать сразу, что для целей связи он, как и любой импульсные преобразователь годен ограничено, но тем не менее заслуживает пристального внимания из-за своих размеров.

Ранее я уже писал о различных импульсных преобразователях которые вполне можно использовать для своих проектов.

Преобразователь напряжения на микросхеме XL4015 (5А)

Обзор преобразователя напряжения ПН 24-12 (3А)

Но все они имеют сравнительно большие габариты и их не всегда удобно использовать. Герой этого обзора гораздо компактнее, но при этом обеспечивает сходные эксплуатационные параметры. Поставляется плата преобразователя запакованной в антистатический пакетик.

На вид малыш выглядит весьма несерьезно, однако, не стоит спешить с выводами.

Размеры платы 22 х 17 мм. В сравнении с 10 рублевой монеткой.

Преобразователь построен на основе специализированной микросхемы преобразователя MP1584, основными особенностями которой являются:

• Входное напряжение может варьироваться в интервале от 4,5 до 28 вольт.
• Выходное напряжение регулируется от 0,8 до 25 вольт.
• Встроенный полевой транзистор обеспечивает рабочий ток до 3А
• Рабочая частота до 1,5МГц (этим и объясняются такие маленькие габариты).
• Встроенная защита от перегрева (при достижении 120 градусов по Цельсию, преобразователь отключается)
• Достаточно низкий уровень пульсаций на входе и на выходе преобразователя.
• Защита от короткого замыкания на выходе.

Из недостатков можно отметить полное отсутствие защиты от переполюсовки. И если вы по неосторожности попутали полярность, микросхема MP1584 с треском взорвется (один из преобразователей погиб во имя науки). 🙂

Схема включения MP1584 из даташита. Собственно по ней наш преобразователь и собран. Здесь также присутствует график КПД в зависимости от потребляемого тока.

Испытания

Для испытания преобразователя подключим к нему радиостанцию M-Tech Legend III,

Сам преобразователь запитаем от лабораторного источника питания Atten PPS3005S способного выдавать напряжения до 31 вольта и ток до 5А. Измерять ток и напряжение будем при помощи мультиметра Vichy VC8145.

Параметры будем снимать до и после преобразователя.

КПД преобразователя по мощности около 90%, что просто прекрасно. 10% потерь вполне приемлемое значение. Также надо помнить о том, что КПД сильно падает при разбросе входного и выходного напряжения менее 3В (в документации, менее 5). Так что КПД нашего малыша даже выше чем у старших братьев.

Измерим уровень пульсаций на входе и на выходе преобразователя под стандартной нагрузкой в виде радиостанции M-Tech Legend III. Исследовать сигнал на входе и на выходе будем при помощи осциллографа Atten ADS1102CAL. Главный исследуемый параметр dV (амплитуда пульсаций между курсорами CurA и CurB).

Пульсации на входе (прием)

Пульсации на выходе (прием)

Пульсации на входе (передача)

Пульсации на выходе (передача)

В сравнении с аналогичными, но более низкочастотными преобразователями, выглядит вполне неплохо.

Температурный режим

Исследуем преобразователь на предмет нагрева в процессе работы.

Дежурный режим, ток потребления 294мА

После 1 минуты работы на передачу, ток потребления 1,55А.

Как видно, сильнее всего нагрелась сама микросхема преобразователя. Безусловно, нашему малышу приходится тяжко, но в целом, он выдержал испытание.

Помехи

В документации к микросхеме MP1584 написано: By switching at 1.5MHz, the MP1584 is able to prevent EMI (Electromagnetic Interference) noise problems, such as those found in AM radio and ADSL applications. Что в переводе означает: Поскольку преобразование происходит на частоте 1,5МГц, MP1584 не должна порождать электромагнитный шум, вызывающий проблемы при работе приемопередающих устройство использующих амплитудную модуляцию и технологию ADSL. В моих опытах, радиостанция M-Tech Legend III будучи подключенной через данный преобразователь не показала сколько-нибудь заметного снижения чувствительности. И тем не менее, памятуя о принципах работы импульсных преобразователей я бы не рекомендовал использовать его для питания чувствительной техники связи. Компактный размер преобразователя позволяет размещать его даже внутри станции, но вот, насколько это пагубно скажется на чувствительности приемника, неизвестно, для проверки этого момента следует провести дополнительные исследования.

Итог

В итоге мы имеем отличный миниатюрный преобразователь который можно легко использовать для питания различных устройств, например, для сборк пауэр банка на свинцовом аккумуляторе, который будет заряжать Ваши мобильные устройства. Совсем недавно у меня как раз возникла подобного рода задача, запитать оборудование для съемки в полевых условиях, дабы не сильно зависеть от встроенных в технику аккумуляторов, и преобразователи на микросхеме MP1584 превосходно с этой задачей справились.

Стоит этот малыш сущие копейки и покупался на AliExpress (ссылка на продавца).

Всем удачи, 55, 73!

Нашли что-то полезное? Поделитесь с друзьями!

radiochief.ru

Схемы простых преобразователей напряжения | Мастер Винтик. Всё своими руками!

Ранее мы подробно рассматривали применение микросхемы NE555. Сейчас рассмотрим несколько простых схем преобразователей напряжения на микросхеме NE555. Схемы преобразования напряжения могут быть полезны для питания малоточных схем, например варикапов в схемах приёмников, металлоискателей… или микросхем, для которых основного питания схемы недостаточно.

Схема удвоения напряжения

Напряжение превышает предложение может быть создано «заряд—насос» схемы создан с 555, диоды и конденсаторы, как показано на следующей схеме. Выход будет поставлять около 50мА.

Для увеличения выходного тока в схеме ниже добавлены транзисторы BC107 и BC117 на выходе микросхемы.

Умножители напряжения

Схема утроения напряжения

Напряжение почти в 3 раза превышает напряжения питания (с 12В до 31В ) Выходной ток будет составлять около 50 мА.

На выходе (выв.3) генерируется сигнал с амплитудой от 0,5В до 11в.

Описание работы схемы умножения

Когда на выходе низкий уровень (0,5В), конденсатор «а» заряжает через диод «а» около 11в.

Когда на выходе высокий уровень (11В), конденсатор «а» заряжен (около 11в) через него, добавляется плюс с выхода. 22в подаётся на положительный вывод конденсатора «а» проходит через диод «б» и заряжает конденсатор «б» с 21в — 12В = 9В. Это создает напряжение 21 в на аноде диода «с».

Когда с выв. 3 идет низкий уровень, конденсаторы «b» и «с» будут заряжаться через диоды «b» и «с». Конденсатор «а» заряжается через диод «а» и конденсатор «с» заряжается через диод «с».

Когда с выв. 3 идет высокий уровень, то к 9В через конденсатор «с» будет добавлено 22в для зарядки конденсатора «d» до 31в.

Схема учетверения напряжения

Схема работает аналогично предыдущей, только добавлено ещё одно плечо (два диода и два конденсатора на выходе схемы).

Таким образом напряжение на выходе составляет 41 В, с током 50мА.

Использовался материал сайта:talkingelectronics.com

П О П У Л Я Р Н О Е:

• Стабилизатор на тиристорах.

Предварительный стабилизатор на тиристорах

Подробнее…

• Делаем импульсный блок питания на UC3842 своими руками

При создании какого-либо устройства может возникнуть проблема создания простого и надежного источника питания. Один из вариантов — импульсный источник питания.

Сегодня много простых схем импульсных блоков питания на минимальном количестве не дефицитных элементов.

В статье, ниже предлагаем описание одного из вариантов простого импульсного блока питания на недорогой микросхеме UC3842.

Подробнее…

• Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания фирмы АРС (часть 1)

Удивляет полное отсутствие информации о таких распространенных приборах, как источники бесперебойного питания. Мы прорываем информационную блокаду и приступаем к публикации материалов по их устройству и ремонту. Из статьи Вы получите общее представление о существующих типах бесперебойников и более подробное, на уровне принципиальной схемы, о наиболее распространенных моделях Smart-UPS. Подробнее…

— н а в и г а т о р —

Популярность: 3 452 просм.

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

www.mastervintik.ru