Бестрансформаторный преобразователь. Бестрансформаторные конденсаторные преобразователи напряжения

Повышение напряжения без трансформатора. Умножители. Рассчитать онлайн. Преобразование переменного и постоянного тока (10+)

Бестрансформаторные источники питания - Повышающие

Этот процесс иллюстрирует рисунок:

Синим помечена область, где конденсаторы C заряжаются, а красным, где они отдают накопленный заряд в конденсатор C1 и в нагрузку.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. сообщений.

Добрый вечер. Как ни старался, не смог по приведенным формулам для рис 1.2 пол учить значения ёмкостей конденсаторов С1 и С2 при приведенных значениях данных в вашей таблице (Uвх~220V, Uвых 15V, Iвых 100мА, f 50Hz). У меня проблема, включить катушку малогабаритного реле постоянного тока на рабочее напряжение -25V в сеть ~220V, рабочий ток катушки I= 35мА. Возможно я что то не

Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Принцип р...
Сборка и наладка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работ...

Измерение действующего (эффективного) значения напряжения, силы тока. ...
Схема прибора для измерения действующего значения напряжения / силы тока...

Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения. Силовой ключ - б...
Как сконструировать обратноходовый импульсный источник питания. Как выбрать мощн...

Использование: в преобразователях постоянного напряжения, где первичным напряжением служит сеть промышленной частоты 220 В или более. Сущность изобретения: устройство содержит каскадный делитель напряжения, состоящий из диодно-конденсаторных ячеек. Конденсаторы, соединенные последовательно, заряжаются во время максимума амплитуды положительного значения синусоиды переменного напряжения на шинах. Разряд их на питающие входы силового импульсного каскада осуществляется при отрицательном значении синусоиды переменного напряжения и при параллельном соединении этих конденсаторов. Вспомогательный транзистор позволяет уменьшить мощность, требующуюся для управления выходным транзистором, и снизить рассеиваемую им мощность. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике к устройствам преобразования электрической энергии переменного напряжения, например промышленных сетей, в постоянные напряжения для питания систем автоматики или радиоэлектроники. Известны бестрансформаторные преобразователи напряжения, у которых переменное первичное напряжение выпрямляется мостовым выпрямителем, а затем осуществляется преобразование постоянного напряжения в требуемые выходные с гальванической развязкой импульсным высокочастотным транзисторным силовым каскадом Недостатком таких преобразователей является невысокая надежность работы и недостаточная энергетическая эффективность. Это обусловлено неоптимальной областью безопасной работы современных высоковольтных силовых транзисторов, использующихся в силовых импульсных каскадах, а также невысокими коэффициентами усиления этих транзисторов. Применяются также бестрансформаторные преобразователи напряжения, у которых напряжение питания силового импульсного каскада снижается при помощи импульсного или линейного стабилизатора Недостатком подобных преобразователей является сложность схемы и невысокая надежность работы, так как достаточно высокая частота преобразования в импульсном стабилизаторе требует решения вопросов соблюдения норм безопасной работы силового транзистора этого стабилизатора. В случае использования линейного стабилизатора энергетическая эффективность такого технического решения невысока. Наиболее близким к предлагаемому как по схемотехнике, так и по сущности происходящих процессов является преобразователь, содержащий каскадные диодно-конденсаторные ячейки, соединяемые последовательно или параллельно при помощи выходного транзистора и которые осуществляют снижение первичного напряжения до достаточно низких величин Недостатком этого преобразователя является сложность из-за наличия специальной схемы управления выходным транзистором и мостового сетевого выпрямителя, а также невысокая надежность работы вследствие использования высокой частоты переключения. Целью изобретения является повышение надежности работы за счет упрощения схемы и облегчения режимов работы элементов. Цель достигается тем, что управление выходным транзистором, осуществляющим переключение диодно-конденсаторных ячеек, выполняется сетевым первичным напряжением при помощи вспомогательного транзистора. Кроме того, для ограничения амплитуды коротких коммутационных импульсов тока разряда конденсаторов ячеек вводится дроссель с блокирующим диодом. Для дальнейшего повышения энергетической эффективности преобразователя в схему введены форсирующие транзистор и конденсатор, осуществляющие ускорение начального открывания выходного транзистора. На фиг. 1-3 приведены схемы бестрансформаторных преобразователей напряжения, которые соответствуют: фиг.1 п.1 формулы изобретения; фиг.2 п.2 и 3 формулы; фиг.3 п.4. Бестрансформаторный преобразователь напряжения по схеме фиг.1 содержит N диодно-конденсаторных ячеек, где ячейки с первой по (N-1)-ю содержат зарядные 1.1,1.(N-1) диоды, разрядные 2.1,2.(N-1) диоды, выходные 3.1,3.(N-1) диоды и конденсаторы 4.1,4.(N-1), а N-я ячейка состоит из зарядного 1.N диода и конденсатора 4.N. Анод зарядного диода 1.1 первой ячейки соединен с первой сетевой шиной 5 и первым выводом открывающего резистора 6. Аноды разрядных диодов 2.1,2.(N-1) подключены к второй сетевой шине 7 и отрицательному питающему входу 8 силового импульсного каскада 9. Катоды выходных диодов 3.1,3.(N-1) соединены с эмиттером выходного транзистора 10 р-n-р-типа проводимости и с первым выводом запирающего резистора 11. Катоды зарядных 1.1,1.(N-1) диодов соединены с анодами соответствующих выходных 3.1,3.(N-1) диодов и с первыми выводами конденсаторов 4.1,4. (N-1) соответственно, вторые выводы которых подключены к катодам разрядных 2.1,2.(N-1) диодов соответственно. Кроме того, катоды разрядных диодов 2.1, 2. (N-1) соединены соответственно с анодами зарядных 1.2,1.N диодов последующих ячеек, а катод зарядного диода 1.N подключен к первому выводу конденсатора 4.N, коллектору выходного транзистора 10, второму выводу запирающего резистора 11 и к положительному питающему входу 12 силового импульсного каскада 9. Второй вывод конденсатора 4.N соединен с второй сетевой шиной 7. Точка соединения катода диода 2.(N-1) и анода диода 1.N подключена через коллекторный резистор 13 к коллектору вспомогательного транзистора 14 р-n-р-типа проводимости, эмиттер которого соединен с базой выходного транзистора 10, а база с вторым выводом открывающего резистора 6. Силовой импульсный каскад 9 для наглядности изложения изображен в виде транзисторного однотактного преобразователя постоянного напряжения, где силовой транзистор 15, управляемый блоком 16 управления, соединен через первичную обмотку 17 силового трансформатора 18 с положительным 12 и отрицательным 8 питающими входами. В общем виде тип силового импульсного каскада не влияет на рассматриваемые процессы работы бестрансформаторного преобразователя напряжения. Схема бестрансформаторного преобразователя напряжения по фиг.2 отличается тем, что коллектор выходного транзистора 10 соединен с первым выводом дросселя 19 и с катодом блокирующего диода 20, анод которого подключен к второй сетевой шине 7, а второй выход дросселя 19 соединен с положительным питающим входом 12 силового импульсного каскада 9, вторым выводом открывающего резистора 11 и точкой соединения катода зарядного диода 1.N и первого вывода конденсатора 4.N. В схеме бестрансформаторного преобразователя напряжения по фиг.3, кроме описанных связей и элементов, коллектор транзистора 14 через коллекторный резистор 13 соединен с первым выводом форсирующего конденсатора 21 и эмиттером форсирующего транзистора 22 р-n-р-типа проводимости, коллектор которого подключен к точке соединения катода диода 2.(N-1), анода диода 1.N и второго вывода конденсатора 4.(N-1), а база через базовый резистор 23 соединена с катодом диода 1.N. Второй вывод конденсатора 21 подключен к аноду диода 3.(N-1). Бестрансформаторный преобразователь по схеме фиг.1 работает следующим образом. Рассмотрим установившиеся процессы работы. В исходном состоянии, если не учитывать пульсаций постоянного напряжения, конденсаторы 4.1,4.N заряжены примерно до одинакового напряжения, равного выходному напряжению каскадного делителя напряжения, численно оцениваемого частным от деления амплитудного мгновенного напряжения на сетевых шинах 5 и 7 на количество ячеек каскадного делителя N. Когда мгновенное значение напряжения на сетевых шинах 5 и 7 равно максимальному (амплитудному), конденсаторы 4.1,4.N заряжаются до максимального значения напряжения через зарядные диоды 1.1,1.N. При этом ячейки каскадного делителя оказываются включенными последовательно между собой. После начала снижения напряжения от амплитудного значения диоды запираются, так как суммарное напряжение на последовательно включенных конденсаторах 4.1,4.N становится больше текущего значения напряжения на сетевых шинах 5 и 7. Транзисторы 10 и 14 при этом заперты, так как напряжение, прикладываемое к их базоэмиттерным переходам, имеет запирающую полярность. Ток, протекающий через резистор 11, образует запирающее напряжение на базоэмиттерном переходе транзистора 10. Выбором числа последовательно включенных диодов 3.(N-1) можно изменять величину запирающего напряжения. Далее сетевое напряжение на шинах 5 и 7 уменьшается и полярность его меняется на обратную. Однако транзисторы 10 и 14 остаются запертыми, так как полярность напряжения на базе транзистора 14 запирающая до тех пор, пока напряжение на сетевых шинах 5 и 7 не сравняется с напряжением на конденсаторе 4. N, то есть с напряжением на питающих входах 12 и 8 силового импульсного каскада 9. Когда напряжения сравняются, открываются базоэмиттерные переходы транзисторов 14 и 10 и базовый ток транзистора 10 протекает через открытый транзистор 14 от напряжения на конденсаторе 4.(N-1). Величина тока определяется резистором 13. Таким образом, базовый ток транзистора 10 создается не напряжением на сетевых шинах 5 и 7, а уменьшенным в N раз напряжением на конденсаторе 4.(N-1). Так как напряжение на этом конденсаторе не имеет плавной синусоидальной формы, а постоянно, то фронт напряжения, образующего базовый ток транзистора 10, может быть гораздо более крутым из-за того, что схемотехнически транзисторы 10 и 14 включены по схеме составного транзистора. Это определяет меньшее время включения транзистора 10, а, значит, и меньшую рассеиваемую им мощность на этапах переключения. После открывания транзистора 10 конденсаторы 4.1,4.N соединяются параллельно через выходные диоды 3.1,3.(N-1), коллекторно-эмиттерный переход транзистора 10 и разрядные диоды 2.1,2.(N-1). Так как конденсатор 4.N во время последовательного соединения конденсаторов разряжается на питающие входы 12 и 8 силового импульсного каскада 9, то на остальных конденсаторах 4.1,4. (N-1) к моменту их разряда будет большее напряжение и они разряжаются на подзаряд конденсатора 4.N и в нагрузку. На протяжении рассматриваемого этапа времени сетевое синусоидальное напряжение продолжает уменьшаться, проходя через минимум (то есть через максимум отрицательной полуволны синусоиды). После прохождения минимума напряжение сетевых шин 5 и 7 начинает увеличиваться, имея пока отрицательную полярность. Когда отрицательное напряжение сети, увеличиваясь, достигнет значения напряжения на входах 12 и 8 силового каскада 9, транзисторы 14 и 10 закроются, так как к их базоэмиттерным переходам приложится обратное напряжение. Конденсаторы 4.1,4.(N-1) оказываются отключенными от силового импульсного каскада 9, а конденсатор 4.N будет поддерживать неизменность напряжения на питающих входах 12 и 8 силового импульсного каскада 9. При этом выходные 3.1,3.(N-1) диоды и разрядные 2.1,2.(N-1) диоды запираются. Это состояние поддерживается неизменным до тех пор, пока сетевое напряжение не достигнет уровня положительного напряжения, равного сумме напряжений на последовательно включенных конденсаторах 4.1.4.N. После превышения напряжением сети указанного суммарного напряжения открываются зарядные диоды 1.1,1.(N-1) и конденсаторы 4.1,4.N начинаются заряжаться напряжением сети на протяжении этапа времени достижения максимума положительного значения напряжения сети. Далее процессы заряда и разряда конденсаторов продолжаются аналогично. Заряд конденсатора 4.N за время одного цикла работы, то есть за один период частоты переменного напряжения сети, происходит дважды. То есть, несмотря на однополупериодный режим работы конденсаторов 4.1,4.(N-1), конденсатор 4. N работает в квазидвухполупериодном режиме работы: первый этап его заряда осуществляется во время заряда группы последовательно включенных конденсаторов, а второй при разряде конденсаторов 4.1,4.(N-1) на силовой импульсный каскад 9 и конденсатор 4.N. Это способствует снижению пульсаций напряжения на питающих входах 12 и 8 и дает возможность использовать меньшие емкости конденсаторов. Наличие постоянного напряжения на питающих входах 12 и 8 обеспечивает работу силового импульсного каскада 9. Транзистор 15, управляемый блоком 16 управления, преобразует постоянное напряжение в импульсный ток коллектора, трансформируемый трансформатором 18 в нагрузку. Таким образом, в рассматриваемом устройстве управление выходным транзистором осуществляется от напряжения, меньшего, чем напряжение сети и с более крутыми фронтами включения. Это дает возможность повысить энергетическую эффективность работы устройства, снизить потребляемую мощность и повысить надежность работы преобразователя. Бестрансформаторный преобразователь по схеме фиг.2 работает следующим образом. Максимум амплитуды тока, протекающего через выходной транзистор, имеет место при его включении, когда конденсаторы 4.1,4.(N-1) разряжаются на частично разряженный конденсатор 4.N. Длительность импульса этого тока составляет обычно 2-5% от цикла включенного состояния транзистора 10. Ограничение амплитуды выполняет дроссель 19, индуктивность которого практически должна быть невелика. Для исключения режима непрерывных токов дросселя в переходных режимах включения, выключения или коммутации тока нагрузки используется блокирующий диод 20, обеспечивающий разряд тока, накопленного в индуктивности дросселя 19. Таким образом, введение дросселя 19 и диода 20 дает возможность ограничить ток через транзистор 10 и обеспечить отсутствие коммутационных перенапряжений на этом транзисторе при возникновении режима непрерывных токов дросселя 19, который может вызвать коммутационные перенапряжения на коллекторе транзистора 10. Бестрансформаторный преобразователь напряжения по схеме фиг.3 работает следующим образом. Форсирование тока базы транзистора 10 для уменьшения времени разряда конденсаторов 4.1,4.(N-1) на заряд конденсатора 4.N и уменьшения мощности, рассеиваемой этим транзистором на рассматриваемом этапе времени, требуется на сравнительно небольшом промежутке времени, как это было сказано выше. Остающийся гораздо более длительный интервал времени не требует большего тока базы транзистора 10. Поэтому формирование форсированного импульса тока базы осуществляется от заряженного конденсатора 21, емкость которого существенно меньше емкости конденсатора 4.(N-1). При открытом транзисторе 14, когда транзистор 10 открывается, начальный ток разряда конденсатора 21 обеспечивает форсирование базового тока транзистора 10, который затем по мере разряда конденсатора 21 снижается, уменьшаясь до нуля к концу интервала времени включенного состояния транзистора 10. Заряд конденсатора 21 происходит во время заряда последовательно включенных конденсаторов 4.1,4.N от сетевого напряжения на шинах 5 и 7. Остальные процессы работы схемы не отличаются от рассмотренных выше. Таким образом, введение форсирования базового тока транзистора 10 дает возможность ускорить процесс заряда конденсатора 4.N и снизить мощность, рассеиваемую этим транзистором во время коммутационных процессов. Следовательно, предложенное устройство позволяет повысить надежность работы бестрансформаторного преобразователя напряжения за счет упрощения схемы и уменьшения рассеиваемой элементами мощности.

Формула изобретения

1. БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий N диодно-конденсаторных ячеек, каждая из которых, кроме N-й, состоит из зарядного, разрядного и выходного диодов и конденсатора, катод зарядного диода соединен с анодом выходного диода и с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к катоду разрядного диода, причем катоды выходных диодов ячеек, кроме N-й, соединены с эмиттером выходного транзистора p-n-p-типа проводимости и с первым выводом запирающего резистора, анод зарядного диода первой ячейки подключен к первой сетевой шине и к первому выводу открывающего резистора, аноды зарядных диодов последующих ячеек соединены с катодами разрядных диодов предыдущих ячеек с первой по (N-1)-ю соответственно, аноды которых подключены к второй сетевой шине, к отрицательному питающему входу силового импульсного каскада и второму выводу конденсатора N-й ячейки, первый вывод которого соединен с положительным питающим входом силового импульсного каскада и с коллектором выходного транзистора, отличающийся тем, что второй вывод запирающего резистора подключен к коллектору выходного транзистора, соединенному с положительным питающим входом силового импульсного каскада, второй вывод открывающего резистора соединен с базой введенного вспомогательного транзистора p-n-p-типа проводимости, эмиттер которого подключен к базе выходного транзистора, а коллектор через коллекторный резистор к аноду зарядного диода N-й ячейки. 2. Преобразователь напряжения по п. 1, отличающийся тем, что указанное соединение коллектора выходного транзистора с положительным питающим входом силового импульсного каскада осуществлено через введенный дроссель, точка соединения которого с указанным входом присоединена к точке соединения первого вывода конденсатора и катода N-й ячейки. 3. Преобразователь напряжения по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что между коллектором выходного транзистора и отрицательным питающим входом силового импульсного каскада катодом и анодом соответственно включен блокирующий диод. 4. Преобразователь напряжения по пп. 1 3, отличающийся тем, что указанное подключение коллектора вспомогательного транзистора через коллекторный резистор к аноду зарядного диода N-й ячейки осуществлено через эмиттер-коллектор соответственно введенного формирующего транзистора p-n-p-типа проводимости, база которого подключена через базовый резистор к коллектору выходного транзистора, а эмиттер через введенный форсирующий конденсатор соединен с анодом выходного диода N-1-й ячейки.

Здесь 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

Задающий генератор бестрансформаторных преобразователей напряжения может быть выполнен по типовой схеме, базовый элемент 1 которой (рис. 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. Схемы базовых элементов бестрансформаторных преобразователей: 1 — задающий генератор; 2 — типовой блок усилителя.

Бестрансформаторный преобразователь напряжения

Бестрансформаторный преобразователь напряжения состоит из двух типовых элементов (рис. 2): задающего генератора 1 и двухтактного ключа-усилителя 2, а также умножителя напряжения (рис. 2).

Преобразователь работает на частоте 400 Гц и обеспечивает при напряжении питания 12,5 В выходное напряжение 22В при токе нагрузки до 100 мА (параметры элементов: R1=R4=390 Ом. R2- R3=5,6 кОм, C1=C2=0,47 мкФ). В блоке 1 использованы транзисторы КТ603А — б; в блоке 2 — ГТ402В(Г) и ГТ404В(Г).

Рис. 2. Схема бестрансформаторного преобразователя с удвоением напряжения.

Рис. 3. Схемы преобразователей напряжения на основе типового блока.

Преобразователь напряжения построенный на основе типового блока, описанного выше (рис. 1), можно применить для получения выходных напряжений разчой полярности так, как это показано на рис. 3.

Для первого варианта на выходе формируются напряжения +10 В и -10 В; для второго — +20 В и -10 В при питании устройства от источника напряжением 12В.

Схема преобразователя для питания тиратронов 90В

Для питания тиратронов напряжением примерно 90 В применена схема преобразователя напряжения по рис. 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 200В, однако реально из-за потерь это напряжение составляет всего 90 В, и величина его быстро падает с увеличением тока нагрузки.

Рис. 4. Схема преобразователя напряжения с многокаскадным умножителем.

Инвертор полярности напряжения из (+) в (-)

Для получения инвертированного выходного напряжения также может быть использован преобразователь на основе типового узла (рис. 1). На выходе устройства (рис. 5) образуется напряжение, противоположное по знаку напряжению питания.

Рис. 5. Схема инвертора напряжения.

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

Преобразователь (удвоитель) напряжения (рис. 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).

Рис. 6. Схема удвоителя напряжения повышенной мощности.

Блок 1: R1 =R4=100 Ом; R2=R3=10 кОм; C1=C2=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 12В (на холостом ходу). При сопротивлении нагрузки 100 Ом выходное напряжение снижается до 11 В; при 50 Ом — до 10 В; а при 10 Ом — до 7 В.

Двуполярный преобразователь со средней точкой

Преобразователь напряжения (рис. 7) позволяет получить на выходе два разнополярных напряжения 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.

Рис. 7. Схема преобразователя для получения разнополярных выходных напряжений.

Транзистор VT1 — КТ315, диоды VD1 и VD2—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 В.

Преобразователи-инверторы с задающим генератором на КМОП-элементах

Задающий генератор преобразователя напряжения (рис. 8) выполнен на двух КМОП-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. 8. Схема преобразователя напряжения-инвертора с задающим генератором на КМОП-элементах.

Похожая схема преобразователя изображена на следующем рисунке (рис. 9). Преобразователь содержит задающий генератор на КМОП-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: +15 б при токе нагрузки 13... 15 мА и -15 В при токе нагрузки 5 мА.

Рис. 9. Схема преобразователя напряжения для формирования разнополярных напряжений с задающим генератором на КМОП-элементах.

На рис. 10 показана схема выходного узла бестрансформаторного преобразователя напряжения.

Рис. 10. Схема выходного каскада бестрансформаторного преобразователя напряжения.

Этот узел фактически является усилителем мощности. Для управления им можно использовать генератор импульсов, работающий на частоте 10 кГц.

Без нагрузки преобразователь с таким усилителем мощности потребляет ток около 5 мА. Выходное напряжение приближается к 18 В (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-элементах 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.

Преобразователь напряжения для управления варикапами

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. 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. 11. Схема преобразователя напряжения для варикапов.

Преобразователь напряжения на КМОП микросхеме

Рис. 12. Схема преобразователя напряжения на КМОП микросхеме.

Простой преобразователь напряжения на одной лишь КМОП-микросхеме с минимальным числом навесных элементов можно собрать по схеме на рис.12.

Основные параметры преобразователя при разных напряжениях питания и токах нагрузки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры преобразователя напряжения (рис. 12):

Двуполярный преобразователь

Рис. 13. Схема выходного каскада формирователя двухполярного напряжения.

Для преобразования напряжения одного уровня в двухполярное выходное напряжение может быть использован преобразователь с выходным каскадом по схеме на рис. 13.

При входном напряжении преобразователя 5В на выходе получаются напряжения +8В и -8В 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 В выходные напряжения возрастают до 15 В.

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. 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 резистивный 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 превысит входное (напряжение питания), генерация прекращается. Точное значение выходного напряжения можно регулировать подбором сопротивлений резисторов R3 и R4.

Рис. 14. Схема преобразователя-инвертора напряжения с задающим генератором на микросхеме КР1006ВИ1.

Характеристики преобразователя — инвертора напряжения (рис 14) приведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики преобразователя-инвертора напряжения (рис. 14).

Умощненный преобразователь-инвертор на микросхеме КР1006ВИ1

На следующем рисунке показана еще одна схема преобразователя напряжения на микросхеме КР1006ВИ1 (рис. 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 В. Потери преобразователя обусловлены падением напряжения на диодах выпрямителя-удвоителя напряжения.

Рис. 15. Схема преобразователя напряжения с микросхемой КР1006ВИ1 и усилителем мощности.

Инвертор полярности напряжения на микросхеме КР1006ВИ1

На основе этой же микросхемы (рис. 16) может быть создан инвертор напряжения. Рабочая частота преобразования — 18 кГц, скважность импульсов — 1,2.

Рис. 16. Схема формирователя напряжения отрицательной полярности.

Преобразователь напряжения-инвертор на основе ТТЛ-микросхем

Как и для других подобных устройств, выходное напряжение преобразователя существенно зависит от тока нагрузки.

ТТЛ и КМОП-микросхемы могут быть использованы для выпрямления тока. Развивая тему, автор этой идеи Д. Катберт предложил бестрансформаторный преобразователь напряжения-инвертор на основе ТТЛ-микросхем (рис. 7).

Рис. 17. Схема инвертора напряжения на основе двух микросхем.

Устройство содержит две микросхемы: DD1 и DD2. Первая из них работает в качестве генератора прямоугольных импульсов с частотой 7 кГц (элементы DD1.1 и DD1.2), к выходу которого подключен инвертор DD1.3 — DD1.6.

Вторая микросхема (DD2) включена необычным образом (см. схему): она выполняет функцию 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 КМОП-микросхемой 74НС04 может быть от 2 до 7 В. Примерный отечественный аналог — ТТЛ-микросхема типа К555ЛН1 (работает в более узком диапазоне питающих напряжений) или КМОП-микросхема КР1564ЛН1.

Максимальный выходной ток преобразователя достигает 10 мА . При отключенной нагрузке устройство практически не потребляет ток.

Преобразователь напряжения на микросхеме К561ЛА7

В развитие рассмотренной выше идеи использования защитных диодов КМОП-микросхем, имеющихся на входах и выходах КМОП-элементов, рассмотрим работу преобразователя напряжения, выполненного на двух микросхемах DD1 и DD2 типа К561ЛА7 (рис. 18).

На первой из них собран генератор, работающий на частоте 60 кГц. Вторая микросхема выполняет функцию мостового высокочастотного выпрямителя.

Рис. 18. Схема точного преобразователя полярности на двух микросхемах К561ЛА7.

В процессе работы преобразователя на выходе формируется напряжение отрицательной полярности, с большой точностью при высокоомной нагрузке повторяющее напряжение питания во всем диапазоне паспортных значений питающих напряжений (от 3 до 15 В).

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)

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)

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 {рлс. 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

Малогабаритный прерыватель тока на КМОП микросхеме

Коммутатор выполнен с задающим генератором на КМОП инверторах. Частота автогенератора зависит от номиналов C2-R1. Так как полевой транзистор с изолированным затвором управляется статическим зарядом и не требует большого тока в…….

Стабилизатор напряжения на компаратореОсновные технические характеристики:Выходное напряжение, В ……………………………………………………. 5Ток нагрузки, А …………………………………………………………………… 2Напряжение пульсаций, мВ ………………………………………………..50Коэффициент стабилизации…………………………………………….100Частота переключения, кГц ………………………………………………..25Стабилизатор напряжения работает следующим образом. Пилообразное образцовое напряжение компаратор сравнивает…….

Использование конденсаторов для понижения напряжения, подаваемого на нагрузку от осветительной сети, имеет давнюю историю. В 50-е годы радиолюбители широко применяли в бестрансформаторных источниках питания радиоприемников конденсаторы, которые включали последовательно в…….

Использование в преобразователе частоты трехуровневого инвертора позволяет повысить напряжение системы. Если не требуется рекуперация электроэнергии в питающую сеть, то целе­сообразно применение 12-пульсного диодного выпрямителя с последовательным соединением трехфазных мостов. Если…….