- 02.08.2015
Маркировка тремя цифрами. В этом случае первые две цифры определяют мантиссу, а последняя — показатель степени по основанию 10, для получения номинала в пикофарадах. Последняя цифра «9» обозначает показатель степени «-1». Если первая цифра «0», то емкость менее 1пФ (010 = 1.0пФ). Маркировка четырьмя цифрами. Эта маркировка аналогична описанной выше, …
- 19.10.2016
Эти простые схемы представляют собой датчики освещения, в качестве чувствительного элемента используется фоторезистор. Первая схема — датчик затемнения, вторая — освещения. Когда свет попадает на фоторезистор, он меняет сопротивление, чем больше света тем меньше сопротивление и больше падение напряжения на нем. При увеличении падения напряжения транзистор открывается, срабатывает реле. Порог …
- 28.04.2015
MAX9721 — стерео усилитель для наушников с фиксированным коэффициентом усиления. ИМС специально разработана для применения в малогабаритной переносной аппаратуре. В MAX9721 используется технология DirectDrive позволяющая работать при однополярном питании на заземленную нагрузку без разделительных конденсаторов. Микросхема имеет три коэффициента усиления, что позволяет снизить до минимума кол-во внешних элементов: MAX9721A: -2V/V MAX9721B: -1.5V/V MAX9721C: …
- 19.01.2016
Микросхема LA4743B является 4х канальным усилителем мощности, разработанная компанией SANYO для применения в автомобильных аудиосистемах. При номинальном напряжении питания от бортовой сети 14.4 В микросхема способна развить мощность до 45 Вт на каждый канал. Микросхема имеет встроенную защита от короткого замыкания выходов, защиту от перегрева, функцию ослабления сигнала, выключение в дежурный …
Хотим уделить также внимание бестрансформаторным преобразователям напряжения . Принцип работы практически такой же. Разница лишь в конструктивном исполнении выходного каскада. С одной стороны, убрав импульсный трансформатор, схема преобразователя напряжения заметно упрощается, уменьшаются габариты и вес. Но с другой – при бестрансформаторном способе отсутствует гальваническая развязка от аккумулятора и для реализации двуполярного питания необходимо собирать две схемы. Также затруднено получение на выходе бестрансформаторного преобразователя напряжения большего по сравнению с входящим напряжения. Обычно в бестрансформаторных вариантах Uвх?Uвых (но не всегда, в зависимости от топологии).
Такие преобразователи напряжения собираются на современной элементной базе и также содержат ШИМ - контроллеры с выходными каскадами на мощных транзисторах для обеспечения повышенной максимально допустимой силы тока. Отличительной чертой современных ШИМ контроллеров для сборки на их базе бестрансформаторных преобразователей напряжения является широкий диапазон питающих напряжений.
В рамках нашей сегодняшней статьи рассмотрим ШИМ контроллеры LM5088 и LM3488 . ШИМ - контроллер LM5088 конца 2008 года выпуска, а LM3488 значительно моложе – конец 2010 года. На вход преобразователя напряжения в первом случае можно подавать от 4,5 до 75 вольт, во втором – от 2,97 до 40 вольт. Устройство рассчитывается на любое выходное напряжение относительно входного по формулам. В зависимости от этого подбираются номиналы применяемых радиодеталей. Приведенные ШИМ контроллеры обеспечивают высокий выходной ток преобразователя, который составляет 10 ампер.
Частота LM5088 задается в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц. КПД очень высокий – 97%. ШИМ - контроллер LM5088 выпускается в двух исполнениях:
Упрощенная на LM5088:
Назначение некоторых выводов:
VIN – питающее напряжение в диапазоне 4,5…75 В;
EN – если напряжение на контакте ниже 0,4 вольт, преобразователь не работает; если в диапазоне 0,4…1,2 В – LM5088 находится в режиме ожидания; если выше 1,2 вольт – ШИМ контроллер выполняет свои функции в полном объеме. Таим образом, делителем напряжения может быть установлен порог отключения преобразователя напряжения;
SS – вывод для плавного пуска;
RAMP – используется для режима управления. Конденсатор Cramp рекомендуется выбирать из диапазона 100…2000 пФ;
RT/SYNC – задающий генератор частоты – частотный диапазон выбирается подбором резистора Rrt и лежит в диапазоне 50 кГц – 1 МГц;
GND – земля;
COMP – выходной вывод усилителя ошибки – составляет петлю с выводом FB;
FB – вывод для сигнала обратной связи – соединен с инвертирующим входом усилителя ошибки, регулирует порог в 1,205 вольт;
OUT – выходное (снимаемое) напряжение;
SW – коммутационный узел – подключается к выходу силового транзистора;
HG – подключается ко входу силового транзистора;
BOOT – вход для стартерного конденсатора – конденсатор подключается между SW и BOOT выводами, чтобы обеспечить переключение MOSFET транзистора;
VCC – выход смещающего регулятора – Cvcc – керамический разделительный конденсатор номиналом 0,1…10 мкФ.
Готовая схема бестрансформаторного преобразователя напряжения на LM5088, рассчитанная на выходное напряжение 5 вольт и ток до 7 ампер:
Чтобы рассчитать устройство на другое напряжение и ток, можно воспользоваться либо формулами из datasheet, либо специальным калькулятором .
Частота LM3488 задается в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц с помощью одного внешнего резистора. Данный ШИМ – контроллер значительно проще и меньше по габаритам и представляет собой 8-ми контактную микросхему.
Назначение выводов аналогичное, что и у ШИМ LM5088. Более подробные технические характеристики LM3488, как базового компонента бестрансформаторного преобразователя напряжения , а также различные диаграммы зависимостей напряжения, тока и частоты можно посмотреть в datasheet .
Также можно в качестве примера привести схемы уже готовых бестрансформаторных преобразователей напряжения на LM3488. Первый с входным напряжением 3…24 В, а выходное 5 вольт – 1 ампер; второй с входным – 3,3 вольта, а выходным – 5 вольт – 2 ампера. Третья схема, мне кажется, более ходовая и обеспечивает на выходе 12 вольт – 1,5 ампера при входном напряжении 4,5…5,5 В.
Вид двухсторонней печатной платы для последней схемы преобразователя напряжения таков:
Но основная ценность ШИМ – контроллера LM3488 в том, что на его базе можно собрать отличный источник питания (точнее посредник, т.е. бестрансформаторный преобразователь) для усилителей мощности звуковой частоты. Нами были рассчитаны номиналы радиодеталей для схемы бестрансформаторного преобразователя напряжения , который может быть использован для питания популярного УМЗЧ на TDA7294 . В качестве источника тока применяется автомобильный аккумулятор на 12 вольт. Все данные ниже на рисунках.
в настоящей главе в первую очередь будут рассмотрены бестрансформаторные преобразователи напряжения, как правило, состоящие из генератора прямоугольных импульсов и умножителя напряжения. Обычно таким образом удается повысить без заметных потерь напряжение не более чем в несколько раз, а также получить на выходе преобразователя напряжение другого знака. Ток нагрузки подобных преобразователей крайне невелик - обычно единицы, реже десятки мА.
Задающий генератор бестрансформаторных преобразователей напряжения может быть выполнен по типовой схеме, базовый элемент 1 которой (рис. 1.1) выполнен на основе симметричного мультивибратора. В качестве примера элементы блока могут иметь следующие параметры: R1=R4=1 кОм; R2=R3=10 кОм; С1=С2=0,01 мкФ. Транзисторы - маломощные, например, КТ315. Для повышения мощности выходного сигнала использован типовой блок усилителя 2.
Рис. 1.1. Схемы базовых элементов бестрансформаторных преобразователей: 1 - задающий генератор; 2 - типовой блок усилителя
Бестрансформаторный преобразователь напряжения состоит из двух типовых элементов (рис. 1.2): задающего генератора 1 и двухтактного ключа-усилителя 2, а также умножителя напряжения (рис. 1.1, 1.2). Преобразователь работает на частоте 400 Гц и обеспечивает при напряжении питания 12,5 В выходное
напряжение 22 В при токе нагрузки до 100 мА (параметры элементов: R1=R4=390 Ом, R2=R3=5,6 кОм, С1=С2=0,47 мкФ). В блоке 1 использованы транзисторы КТ603А - Б; в блоке 2 - ГТ402В{Г) и ГТ404В{Г).
Схема бестрансформаторного преобразователя с удвоением напряжения
Схемы преобразователей напряжения на основе типового блока
Преобразователь напряжения , построенный на основе типового блока, описанного выше (рис. 1.1), можно применить для получения выходных напряжений разной полярности так, как это показано на рис. 1.3.
Для первого варианта на выходе формируются напряжения -1-10 Б и -10 Б; для второго - -1-20 Б и -10 Б при питании устройства от источника напряжением 12 Б.
Для питания тиратронов напряжением примерно 90 Б применена схема преобразователя напряжения по рис. 1.4 с задающим генератором 1 и параметрами элементов: R1=R4=1 кОм,
R2=R3=10 кОм, С1 =С2=0,01 мкФ . Здесь могут быть использованы широко распространенные маломощные транзисторы. Умножитель имеет коэффициент умножения 12 и при имеющемся напряжении питания можно было бы ожидать на выходе примерно 200 В, однако реально из-за потерь это напряжение составляет всего 90 В, и величина его быстро падает с увеличением тока нагрузки.
Рис. 1.4. Схема преобразователя напряжения с многокаскадным умножителем
Рис. 1.5. Схема инвертора напряжения
Для получения инвертированного выходного напряжения также может быть использован преобразователь на основе типового узла (рис. 1.1). На выходе устройства (рис. 1.5) образуется напряжение, противоположное по знаку напряжению питания . По абсолютной величине это напряжение несколько ниже напряжения питания, что обусловлено падением напряжения (потерями напряжения) на полупроводниковых элементах. Чем ниже напряжение питания схемы и чем выше ток нагрузки, тем больше эта разница.
Преобразователь (удвоитель) напряжения (рис. 1.6) содержит задающий генератор 1 (1 на рис. 1.1), два усилителя 2 (2 на рис. 1.1) и выпрямитель по мостовой схеме (VD1 -VD4) .
Блок 1: R1=R4=100 Ом; R2=R3=10 кОм; С1=С2=0,015 мкФ, транзисторы КТ315.
Известно, что мощность, передаваемая из первичной цепи во вторичную, пропорциональна рабочей частоте преобразования, поэтому одновременно с ее ростом уменьшаются емкости конденсаторов и, следовательно, габариты и стоимость устройства.
Данный преобразователь обеспечивает выходное напряжение 12 Б (на холостом ходу). При сопротивлении нагрузки 100 Ом выходное напряжение снижается до 11 Б; при 50 Ом - до 10 Б; а при 10 Ом -до 7 Б.
Рис. 1.6. Схема удвоителя напряжения повышенной мощности
Схема преобразователя для получения разнополярных выходных напряжений
Преобразователь напряжения (рис. 1.7) позволяет получить на выходе два разнополярных напр’яжения с общей средней точкой . Такие напряжения часто используют для питания операционных усилителей. Выходные напряжения близки по абсолютной величине напряжению питания устройства и при изменении его величины изменяются одновременно.
Транзистор VT1 - КТ315, диоды VD1 и У02-Д226.
Блок 1: R1=R4=1,2 кОм; R2=R3=22 кОм; С1=С2=0,022 мкФ, транзисторы КТ315.
Блок 2: транзисторы ГТ402, ГТ404.
Выходное сопротивление удвоителя - 10 Ом. В режиме холостого хода суммарное выходное напряжение на конденсаторах С1 и С2 равно 19,25 В при токе потребления 33 мА. При увеличении тока нагрузки от 100 до 200 мА это напряжение снижается с 18,25 до 17,25 Б.
Задающий генератор преобразователя напряжения (рис. 1.8) выполнен на двух /ШО/7-элементах . К его выходу подключен каскад усиления на транзисторах VT1 и VT2. Инвертированное напряжение на выходе устройства с учетом потерь преобразования на несколько процентов (или десятков процентов - при низковольтном питании) меньше входного.
Рис. 1.8. Схема преобразователя напряжения-инвертора с задающим генератором на КМОП-элементах
Похожая схема преобразователя изображена на следующем рисунке (рис. 1.9). Преобразователь содержит задающий генератор на /СМО/7-микросхеме, каскад усиления на транзисторах VT1 и VT2, схемы удвоения выходного импульсного напряжения, конденсаторные фильтры и схему формирования искусственной средней точки на основе пары стабилитронов . На выходе преобразователя формируются следующие напряжения: -i-15 Б при токе нагрузки 13…15 мЛ и -15 Б при токе нагрузки 5 мА.
На рис. 1.10 показана схема выходного узла бестрансформаторного преобразователя напряжения . Этот узел фактически
Схема преобразователя напряжения для формирования разнополярных напряжений с задающим генератором на КМОП-элементах
Рис. 1.10. Схема выходного каскада бестрансформаторного преобразователя напряжения
является усилителем мощности. Для управления им можно использовать генератор импульсов, работающий на частоте ^0 кГц.
Без нагрузки преобразователь с таким усилителем мощности потребляет ток около 5 мА. Выходное напряжение приближается к 18 Б (удвоенному напряжению питания). При токе нагрузки 120 мА выходное напряжение уменьшается до 16 Б при уровне пульсаций 20 мВ. КПД устройства около 85%, выходное сопротивление - около 10 Ом.
При работе узла от задающего генератора на КМОП-эпе-ментах установка резисторов R1 и R2 не обязательна, но для ограничения выходного тока микросхемы желательно соединить ее выход с транзисторным усилителем мощности через резистор сопротивлением в несколько кОм.
Простая схема преобразователя напряжения для управления варикапами многократно воспроизведена в различных журналах . Преобразователь вырабатывает 20 В при питании от 9 Б, и такая схема показана на рис. 1.11. На транзисторах VT1 и VT2 собран генератор импульсов, близких к прямоугольным. Диоды VD1 - VD4 и конденсаторы С2 - С5 образуют умножитель напряжения, а резистор R5 и стабилитроны VD5, VD6 - параметрический стабилизатор напряжения.
Рис. 1.11. Схема преобразователя напряжения для варикапов
Рис. 1.12. Схема преобразователя напряжения на КМОП-микросхеме
Простой преобразователь напряжения на одной лишь К561ЛН2-микросхеме с минимальным числом навесных элементов можно собрать по схеме на рис. 1.12.
Основные параметры преобразователя при разных напряжениях питания и токах нагрузки приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Параметры преобразователя напряжения (рис. 1.12)
| Uпит | Iвых, мА | Uвых, В |
| 10 | 5 | 17 |
| 10 | 10 | 16 |
| 10 | 15 | 14,5 |
| 15 | 5 | 27,5 |
| 15 | 10 | 26,5 |
| 15 | 15 | 25,5 |
Схема выходного каскада формирователя двухполяр-ного напряжения
Для преобразования напряжения одного уровня в двухпо-лярное выходное напряжение может быть использован преобразователь с выходным каскадом по схеме на рис. 1.13 . При входном напряжении преобразователя 5 Б на выходе получаются напряжения -i-8 Б и -8 Б при токе нагрузки 30 мА. КПД преобразователя составил 75%. Значение КПД и величину выходного напряжения можно увеличить за счет использования в выпрямителе-умножителе напряжения диодов Шотки. При увеличении напряжения питания до 9 Б выходные напряжения возрастают до 15 Б.
Приблизительный аналог транзистора 2N5447 - КТ345Б; 2N5449 - КТ340Б. В схеме можно использовать и более распространенные элементы, например, транзисторы типа КТ315, КТ361.
Для схем преобразователей напряжения, построенных по принципу умножителей импульсного напряжения, могут быть использованы самые разнообразные генераторы сигналов прямоугольной формы. Такие генераторы часто строят на микросхеме КР1006ВИ1 (рис. 1.14) . Выходной ток этой микросхемы достаточно большой (100 мА) и часто можно обойтись без каскадов дополнительного усиления. Генератор на микросхеме DA1 {КР1006ВИ1) вырабатывает прямоугольные импульсы, частота следования которых определяется элементами R1, R2, С2. Эти импульсы с вывода 3 микросхемы подаются на умножитель напряжения. К выходу умножителя напряжения подключен рези-стивный делитель R3, R4, напряжение с которого поступает на вход «сброс» (вывод 4) микросхемы DA1. Параметры этого делителя подобраны таким образом, что, если выходное напряжение по абсолютной величине превьюит входное (напряжение питания), генерация прекращается. Точное значение выходного напряжения можно регулировать подбором сопротивлений резисторов R3 и R4.
Схема преобразователя-инвертора напряжения с задающим генератором на микросхеме КР1006ВИ1
Характеристики преобразователя - инвертора напряжения (рис. 1^14) приведены в табл. 1.2.
На следующем рисунке показана еще одна схема преобразователя напряжения на мтросхеме КР1006ВИ1 (рис. 1.15). Рабочая частота задающего генератора 8 кГц. На его выходе включен транзисторный усилитель и выпрямитель, собранный по схеме удвоения напряжения. При напряжении источника питания 12 Б на выходе преобразователя получается 20 Б. Потери преобразователя обусловлены падением напряжения на диодах выпрямителя-удвоителя напряжения.
Таблица 1.2. Характеристики преобразователя-инвертора напряжения (рис. 1.14)
| Uпит, В | Iвых, мА | Iпотреб, мА | КПД, % |
| 6 | 3,5 | 13 | 27 |
| 7 | 6 | 22 | 28 |
| 8 | 11 | 31 | 35 |
| 10 | 18 | 50 | 36 |
| 12 | 28 | 70 | 40 |
Схема преобразователя напряжения с микросхемой КР1006ВИ1 и усилителем мощности
На основе этой же микросхемы (рис. 1.16) может быть создан инвертор напряжения . Рабочая частота преобразования - 18 кГц, скважность импульсов - 1,2.
Как и для других подобных устройств, выходное напряже-ние преобразователя существенно зависит от тока нагрузки.
ТТЛ и /СМОГ/-микросхемы могут быть использованы для выпрямления тока. Развивая тему, автор этой идеи Д. Катберт предложил бестрансформаторный преобразователь напряжения-инвертор на основе ГГ//-микросхем (рис. 1.17).
Устройство содержит две микросхемы: DDI и DD2. Первая из них работает в качестве генератора прямоугольных импульсов с частотой 7 кГц (элементы DDI .1 и DDI .2), к выходу которого подключен инвертор DD1.3 - DDI.6. Вторая микросхема (DD2) включена необычным образом (см. схему): она выполняет функцию
Схема формирователя напряжения отрицательной полярности
Рис. 1.17. Схема инвертора напряжения на основе двух микросхем
диодов. Все ее элементы-инверторы для увеличения нагрузочной способности преобразователя включены параллельно.
В результате такого включения на выходе устройства получается инвертированное напряжение-U, примерно равное (по абсолютной величине) напряжению питания. Напряжение питания устройства с 74НС04 может быть от 2 до 7 В. Примерный отечественный аналог - ГГ//-микросхема типа К555ЛН1 (работает в более узком диапазоне питающих напряжений) или /СМОC/-микросхем а КР1564ЛН1.
Максимальный выходной ток преобразователя достигает 10 мА. При отключенной нагрузке устройство практически не потребляет ток.
В развитие рассмотрен>ной выше идеи использования защитных диодов /C/WO/7-микросхем, имеющихся на входах и выходах /СЛ//0/7-элементов, рассмотрим работу преобразователя напряжения , выполненного на двух микросхемах DDI и DD2 типа К561ЛА7 {р\лс. 1.18). На первой из них собран генератор, работающий на частоте 60 кГц. Вторая микросхема выполняет функцию мостового вьюокочастотного выпрямителя.
Рис. 1.18. Схема точного преобразователя полярности на двух микросхемах К561ЛА7
В процессе работы преобразователя на выходе формируется напряжение отрицательной полярности, с большой точностью при вьюокоомной нагрузке повторяющее напряжение питания во всем диапазоне паспортных значений питающих напряжений (от 3 до 15 8).
Иногда возникает необходимость иметь повышенное напряжение для зарядки конденсаторов или питания высоковольтных схем. Такой напряжения может быть использован для маломощных гаусс-пушек и т.п. Преобразователь не имеет импульсного трансформатора, что резко уменьшает размеры печатной платы.
Повышение входного напряжения происходит благодаря использованному дросселю. Накопительный дроссель имеет индуктивность 1000 микроГенри, именно от добротности дросселя зависит КПД преобразователя в целом.
Генератор импульсов настроен на частоту 14 кГц, но можно увеличить рабочую частоту, этим сокращая витки дросселя. Сам дроссель может быть намотан на Ш-образном сердечнике или в крайнем случае на стержне, размеры не критичны.
Провод, использованный для намотки дросселя, может иметь диаметр от 0,2 мм, поскольку выходной ток преобразователя не превышает 7-8 мА.
Полевой транзистор - буквально любой, который может работать при напряжении более 400 Вольт, я ставил даже биполярные, но с полевыми однозначно лучше. Мощность преобразователь можно увеличить несколькими способами, которые взаимосвязаны между собой.
1) Увеличение напряжения питания.
2) Использование более мощных транзисторов.
3) Использование дополнительного драйвера на выходе микросхемы.
4) Использование более толстого провода для намотки дросселя.
Но все эти способы могут увеличить выходной ток устройства всего на несколько миллиампер. Именно из-за ничтожной выходной мощности (не более 2-х ватт) схема не нашла широкого применения, но иногда она просто незаменима. Вместо микросхемы NE555 можно использовать мультивибратор, который будет настроен на ту же частоту (14 кГц).
Полевой транзистор не нуждается в теплоотводе, поскольку рассеиваемая мощность слишком мизерная.
Для полной зарядки высоковольтной емкости в 1000 мкФ устройству понадобится порядка 5 минут, так что если собрались использовать такой преобразователь в , то должны ждать, но зато устройство очень простое, компактное и экономичное.
