Преобразователи напряжения
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. 4.17 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. 4.17. Схема повышающего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5
Частота работы преобразователя близка к 15 кГц при входном напряжении 12 B и номинальной нагрузке. Размах пульсаций напряжения на конденсаторах СЗ и С4 составлял соответственно 70 и 15 мB.
Дроссель L1 индуктивностью 170 мкГн намотан на трех склеенных кольцах К12×8×3 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. 4.18. На вход такого преобразователя нельзя подавать напряжение более 40 В. Частота работы преобразователя — 30 кГц при Uвx=15 В. Размах пульсаций напряжения на конденсаторах С3 и С4 — 50 мВ.
Дроссель L1 индуктивностью 220 мкГн намотан аналогичным образом (см. выше) на трех кольцах, но зазор при склейке
Рис. 4.18. Схема понижающего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5
Рис. 4.19.Схема инвертирующего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5
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 [4.12]. Микросхема DA1 питается суммой входного и выходного напряжений, которая не должна превышать 40 В.
Частота работы преобразователя — 30 кГц при Uвx=5 В; размах пульсаций напряжения на конденсаторах СЗ и С4 — 100 и 40 мВ.
Для дросселя L1 инвертирующего преобразователя индуктивностью 88 мкГн были использованы два кольца К12×8×3
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 мкГн.
Диод VD1 во всех схемах (рис. 4.17 — 4.19) должен быть диодом Шотки.
Для получения двухполярного напряжения из однополярного фирмой MAXIM разработаны специализированные микросхемы. На рис. 4.20 показана возможность преобразования напряжения низкого уровня (4,5.. .5 В) в двухполярное выходное напряжение 12 (или 15 В) при токе нагрузки до 130 (или 100 мА) [4.13].
Рис. 4.20. 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. 4.20) 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 В) в стабилизированное 3,3 или 5,0 В предназначена специальная микросхема, разработанная фирмой MAXIM, — МАХ765. Отечественные аналоги — КР1446ПН1А и КР1446ПН1Б [4.14]. Микросхема близкого назначения — МАХ757 — позволяет получить на выходе плавно регулируемое напряжение в пределах 2,7…5,5 В.
Рис. 4.21. Схема низковольтного повышающего преобразователя напряжения до уровня 3,3 или 5,0 В
Схема преобразователя, показанная на рис. 4.21, 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. 4.21), 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 В 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 В и ниже).
Дроссель L1 выполняют на кольце К10×6×4,5 из феррита М2000НМ1. Он содержит 28 витков провода ПЭШО 0,5 мм и имеет индуктивность 22 мкГн. 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 мкГн.
Конденсаторы С2 и С5 типа К53 (К53-18), С1 и С4 — керамические (для снижения уровня вьюокочастотных помех), VD1 — диод Шотки (1N5818, 1N5819, SR106, SR160 и др.).