Универсальный преобразователь напряжения

Рейтинг: 
Your rating: Нет
0
Еще никто не голосовал

Преобразователь назван универсальным, потому что сфера его применения довольно широка, - это и питание каких-то электронных узлов напряжением выше напряжения основного источника, и реализация гальванической развязки между основным источником питания и каким-то узлом схемы, и формирование отрицательного напряжения... И множество других применений. Входное напряжение (напряжение основного источника питания) может быть в пределах от 5 до 15V, а выходное напряжение зависит от числа витков вторичной обмотки трансформатора и от величины входного напряжения. Практически величину выходного напряжения можно установить от единиц вольт до сотен, но, конечно при условии соответствующих параметров по максимальному напряжению для диодов выпрямительного моста и сглаживающего конденсатора.

Ток нагрузки может быть до 80 тА при выходном напряжении 20V. Выходное напряжение не стабилизировано и его величина зависит от тока нагрузки. Если этот факт категорически не устраивает, можно на выходе применить какой-то стабилизатор напряжения, например, на интегральном стабилизаторе, стабилитроне или собрать на транзисторах.

В основе схемы лежит генератор противофазных импульсов на микросхеме К561ЛН2. Эта микросхема состоит из шести инверторов с повышенной нагрузочной способностью выходов. Однако, мощности выходов все равно не достаточно для «раскачки» трансформатора, поэтому на выходах схемы генератора установлены транзисторные ключи.
Схема состоит из этого генератора, импульсного трансформатора и выходного выпрямителя.

Задающий генератор выполнен на элементах D1.1 и D1.2 микросхемы D1 по схеме мультивибратора. Он вырабатывает импульсы частотой около 50 кГц. Как известно у мультивибратора есть два выхода, - выход каждого из инверторов, на которых он сделан. Но форма импульсов на этих выходах, особенно при работе на такой достаточно высокой частоте не достаточно прямоугольна. Для увеличения крутизны фронтов импульсов используются дополнительные буферные каскады на инверторах D1.3 и D1.4 той же микросхемы.

Дифференцирующие цепи R2-C2 и R3-СЗ ограничивают длительность прямоугольных импульсов поступающих на входы элементов D1.5, D1.6, следовательно, и на базы транзисторов VT1 и VT2.

Ограничение длительности необходимо чтобы исключить возможность даже кратковременного перекрытия (одновременного) открытого состояния транзисторов.
Транзисторы VT1 и VT2 работают на индуктивную нагрузку, состоящую из первичных обмоток трансформатора Т1. Так как нагрузка индуктивная, на коллекторах транзисторов могут быть выбросы напряжения амплитудой до 3 раз большей величины питающего напряжения (то есть, при питании от источника 10V выбросы могут достигать 30V). Выбросы как положительные, так и отрицательные. Если положительные выбросы при достаточной «высоковольтное™» транзистора не опасны, то отрицательные могут вывести транзистор из строя. Для подавления отрицательных выбросов служат диоды VD1 и VD2.

Питание поступает на среднюю (общую) точку первичных обмоток трансформатора. С вторичной обмотки переменное напряжение поступает на мостовой выпрямитель и сглаживающие конденсаторы. Выходное напряжение не стабилизировано, - зависит и от нагрузки и от напряжения питания.

В качестве сердечника для трансформатора используется ферритовое кольцо внешним диаметром 23 мм. Материал марки М2000НМ, но, подозреваю, что это не столь важно, хотя конечно высокочастотный феррит использовать не нужно. Ферритовое кольцо нужно перед намоткой подровнять и закруглить мелкой шкуркой, чтобы края были скругленными немного, потому что строго прямые углы все же могут повредить изоляцию обмоточного провода.

Сначала наматывают первичную обмотку вдвое сложенным проводом ПЭВ 0,43. -60 витков. Намотку равномерно распределяют по кольцу. Затем, обмотку скрепляют и изолируют слоем обычной ПВХ-изоленты. Для удобства нужно изоленту порезать на тонкие полосы шириной где-то 5 мм. И намотать на первичную обмотку.
Так как наматывали двойным проводом получатся две обмотки (1 и 2), которые нужно включить последовательно.

Вторичная обмотка намотана проводом ПЭВ 0,31, но числом витков зависит от того, какое напряжение нужно получить. Грубо говоря нужно принять что число витков рассчитывается по такой формуле: п = (ивых/ипит)*74

Данная формула выведена экспериментально, при нагрузке выхода 50mA, поэтому 100% точности не дает, но примерно определить необходимое число витков позволяет. Например, если нужно получить 20V при напряжении питания 10V, число витков будет 148. Так как выходное напряжение не стабилизировано, и зависит не только от напряжения питания, но и от нагрузки, возможно, придется точнее подобрать число витков под конкретную нагрузку.
Вторичную обмотку наматывают на первичную, так же, равномерно распределяя по кольцу.
Вполне возможно намотать трансформатор и на Ш-образном ферритовом сердечнике.
Диоды 1N4148 можно заменить какими-то другими. При этом нужно учитывать их максимально допустимое обратное напряжение. Для VD1, VD2 оно должно быть как минимум в три раза больше напряжения питания, а для VD3-VD6 - как минимум в 1,5-2 раза больше 11вых.

Если преобразователь не работает или выдает пониженное напряжение это скорее всего связано с неправильным подключением первичных обмоток, попробуйте поменять местами выводы одной из них и все нормально заработает. Еще причиной пониженного выходного напряжения может быть плохой конденсатор Сб. Этот конденсатор лучше брать новый (а не выпаянный из старой аппаратуры), и на напряжение как минимум в 1,5-2 раза большее Ывых.

Транзисторы, тоже должны по максимальному напряжению эмиттер-коллектор быть как минимум в три раза больше напряжения питания.

Асташенко В.В.

Комментарии