Однотактные преобразователи с высоким КПД, 12/220 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

Некоторые привычные бытовые электроприборы, такие как лампа дневного света, фотовспышка и ряд других, иногда бывает удобно использовать в автомобиле.

Так как большинство устройств рассчитаны на питание от сети с действующим напряжением 220 В, нужен повышающий преобразователь. Электробритва или же небольшая лампа дневного света потребляют мощность не более 6...25 Вт. При этом от такого преобразователя часто не требуется переменное напряжение на выходе. Указанные выше бытовые электроприборы нормально работают при питании постоянным или однополярным пульсирующим током.

Первый вариант однотактного (обратноходового) импульсного преобразователя постоянного напряжения 12 В/220 В выполнен на импортной микросхеме ШИМ-контроллера UC3845N и мощном N-канапьном полевом транзисторе BUZ11 (рис. 4.10). Эти элементы более доступны чем отечественные аналоги, и позволяют добиться высокого КПД от устройства, в том числе и за счет малого падения напряжения исток-сток на открытом полевом транзисторе (КПД преобразователя зависит и от соотношения ширины импульсов, передающих энергию в трансформатор к паузе).

Указанная микросхема специально предназначена для выполнения однотактных преобразователей и имеет внутри все необходимые узлы, что позволяет сократить число внешних элементов. У нее имеется сильноточный квазикомплементарный выходной каскад, специально предназначенный для непосредственного управления мощным. М-канальным полевым транзистором с изолированным затвором. Рабочая частота импульсов на выходе микросхемы может достигать 500 кГц. Частота определяется номиналами элементов R4-C4 и в приведенной схеме составляет около 33 кГц (Т=50 мкс).

Рис. 4.10. Схема однотактного импульсного преобразователя, повышающего напряжение (нажмите для увеличения)

Микросхема также содержит схему защиты для отключения работы преобразователя при снижении напряжения питания ниже 7,6 В, что полезно при питании устройств от аккумулятора.

Рассмотрим более подробно работу преобразователя. На рис. 4.11 приведены диаграммы напряжений, поясняющие проходящие процессы. При появлении положительных импульсов на затворе полевого транзистора (рис. 4.11, а) он открывается и на резисторах R7-R8 будут импульсы, показанные на рис. 4.11, в.

Наклон вершины импульса зависит от индуктивности обмотки трансформатора и если на вершине имеется резкое увеличение амплитуды напряжения, как это показано пунктиром, это говорит о насыщении магнитопровода. При этом резко увеличиваются потери преобразования, что приводит к нагреву элементов и ухудшает работу устройства. Чтобы устранить насыщение, потребуется уменьшить ширину импульса или увеличить зазор в центре магнитопровода. Обычно бывает достаточно зазора 0,1...0,5 мм.

В момент выключения силового транзистора индуктивность обмоток трансформатора вызывает появление выбросов напряжения, как это показано на рисунках.

Рис. 4.11. Диаграммы напряжения в контрольных точках схемы

При правильном изготовлении трансформатора Т1 (секционировании вторичной обмотки) и низковольтном питании амплитуда выброса не достигает опасного для транзистора значения и поэтому в данной схеме специальных мер, в виде демпфирующих цепей в первичной обмотке Т1, не используется. А чтобы подавить выбросы в сигнале токовой обратной связи, приходящем на вход микросхемы DA1.3, установлен простой RC-фильтр из элементов R6-C5.

Напряжение на входе преобразователя, в зависимости от состояния аккумулятора, может меняться от 9 до 15 В (что составляет 40%). Чтобы ограничить изменение выходного напряжения, обратная связь по входу снимается с делителя из резисторов R1-R2. При этом выходное напряжение на нагрузке будет поддерживаться в диапазоне 210...230 В (Rнaгp=2200 Ом), см. табл. 4.2, т. е. меняется не более чем на 10%, что вполне допустимо.

Таблица 4.2. Параметры схемы при изменении напряжения питания

Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет автоматического изменения ширины открывающего транзистор VT1 импульса от 20 мкс при Uпит=9 В до 15 мкс (Uпит=15 В).

Все элементы схемы, кроме конденсатора С6, размещены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита размером 90x55 мм (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Топология печатной платы и расположение элементов

Трансформатор Т1 крепится на плате при помощи винта М4х30 через резиновую прокладку, как это показано на рис. 4.13.

Рис. 4.13 Вид крепления трансформатора Т1

Транзистор VT1 устанавливается на радиаторе. Конструкция штекера. ХР1 должна исключать ошибочную подачу напряжения на схему.

Импульсный трансформатор Т1 выполнен с использованием широко распространенных броневых чашек БЗО из магнитопровода М2000НМ1. При этом в центральной части у них должен быть обеспечен зазор 0,1...0,5 мм.

Магнитопровод можно приобрести с уже имеющимся зазором или же сделать его при помощи грубой наждачной бумаги. Величину зазора лучше экспериментально подобрать при настройке так, чтобы магнитопровод не входил в режим насыщения - это удобно контролировать по форме напряжения на истоке VT1 (см. рис. 4.11, в).

У трансформатора Т1 обмотка 1 -2 содержит 9 витков проводом диаметром 0,5.0,6 мм, обмотки 3-4 и 5-6 по 180 витков проводом диаметром 0,15...0,23 мм (провод типа ПЭЛ или ПЭВ). При этом первичная обмотка (1-2) располагается между двумя вторичными, т.е. сначала наматывается обмотка 3-4, а потом 1-2 и 5-6.

При подключении обмоток трансформатора важно соблюдать показанную на схеме фазировку. Неправильная фазировка не приведет к повреждению схемы, но работать как нужно она не будет.

При сборке использованы детали: подстроенный резистор R2 - СПЗ-19а, постоянные резисторы R7 и R8 типа С5-16М на 1 Вт, остальные могут быть любого типа; электролитические конденсаторы С1 - К50-35 на 25 В, С2 - К53-1А на 16 В, С6 - К50-29В на 450 В, а остальные типа К10-17. Транзистор VT1 установлен на небольшой (по размерам платы) радиатор, сделанный из дюралевого профиля. Настройка схемы заключается в проверке правильной фразировки подключения вторичной обмотки при помощи осциллографа, а также установки резистором R4 нужной частоты. Резистором R2 устанавливается выходное напряжение на гнездах XS1 при включенной нагрузке.

Приведенная схема преобразователя предназначена для работы с заранее известной мощностью нагрузки (6...30 Вт - постоянно подключенной). В холостом ходу напряжение на выходе схемы может достигать 400 В, что не для всех устройств допустимо, так как может привести к их повреждению из-за пробоя изоляции.

Если преобразователь предполагается использовать в работе с нагрузкой разной мощности, к тому же включаемой во время работы преобразователя, то необходимо снимать сигнал обратной связи по напряжению с выхода. Вариант такой схемы показан на рис. 4.14. Это не только позволяет ограничить выходное напряжение схемы в холостом ходу величиной 245 В, но и снизит потребляемую мощность в этом режиме примерно в 10 раз (Iпотр=0,19 А; Р=2,28 Вт; Uh=245 В).

Рис. 4.14. Схема однотактного преобразователя с ограничением максимального напряжения в холостом ходу

Трансформатор Т1 имеет такой же магнитопровод и намоточные данные, что и в схеме (рис. 4.10), но содержит дополнительную обмотку (7-4) - 14 витков проводом ПЭЛШО диаметром 0.12.0.18 мм (она наматывается последней). Остальные обмотки выполнены аналогично, как и в выше описанном трансформаторе.

Для изготовления импульсного трансформатора можно также использовать квадратные сердечники серии. КВ12 из феррита М2500НМ - число витков в обмотках в этом случае не изменится. Для замены магнитопроводов броневых (Б) на более современные квадратные (KB) можно воспользоваться табл. 4.3.

Таблица 4.3. Рекомендуемые варианты замены магнитопровода

Сигнал обратной связи по напряжению с обмотки 7-8 через диод поступает на вход (2) микросхемы, что позволяет более точно поддерживать выходное напряжение в заданном диапазоне, а также обеспечить гальваническую развязку между первичной и выходной цепью. Параметры такого преобразователя, в зависимости от питающего напряжения, приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Параметры схемы при изменении напряжения питания

Еще немного повысить КПД описанных преобразователей можно, если импульсные трансформаторы закреплять на плате диэлектрическим винтом или термостойким клеем. Вариант топологии печатной платы для сборки схемы приведен на рис. 4.15.

Рис. 4.15. Топология печатной платы и расположение элементов

При помощи такого преобразователя можно питать от бортовой сети автомобиля электробритвы "Агидель", "Харьков" и ряд других устройств.

Автор: Шелестов И.П.

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Атомарное телевидение 30.08.2022 Ученые NIST демонстрируют использование атомов рубидия в состоянии Ридберга в качестве приемников, которые могут принимать живое видео и даже играть в видеоигры. Стабильный радиосигнал подается на стеклянную емкость, заполненную атомами в состоянии Ридберга. Затем модулированный выход подается на телевизор, где аналого-цифровой преобразователь преобразует сигнал в формат графического массива видео для отображения. Эта работа является частью программы NIST on a Chip. Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) адаптировали свой атомный радиоприемник для обнаружения и отображения цветного телевидения и видеоигр. Системы связи на основе атомов представляют практический интерес, поскольку они могут быть физически меньшими и более терпимыми к шумной среде, чем обычная электроника. Добавление видео может улучшить радиосистемы, например, в отдаленных местах или в чрезвычайных ситуациях. Приемник NIST использует атомы, подготовленные в высокоэнергетических ридберговских состояниях, которые чрезвычайно чувствительны к электромагнитным полям, включая радиосигналы. Эти датчики позволяют также измерять мощность сигнала, связанную с международной системой единиц (СИ). Ученые используют два разных цветных лазера для получения газообразных атомов рубидия в состояниях Ридберга в стеклянном контейнере. Команда ранее использовала установку с атомами цезия, чтобы продемонстрировать базовый радиоприемник и устройство "наушники", чтобы повысить чувствительность в сто раз. Для подготовки к приему видео на стеклянный контейнер, наполненный атомами, подается стабильный радиосигнал. Команда может обнаружить энергетические смещения в атомах Ридберга, модулирующих этот опорный сигнал. Затем модулированный выход подается на телевизор. Аналого-цифровой преобразователь преобразует сигнал в формат графического массива видео для отображения. Для отображения живого видеосигнала или видеоигры этот входной сигнал посылается с видеокамеры для модуляции оригинального опорного сигнала, затем подается на рупорную антенну, направляя передачу на атомы. Исследователи используют оригинальный опорный сигнал в качестве эталона и сравнивают его с конечным видеовыходом, обнаруженным через атомы, чтобы оценить систему. Специалисты изучали размеры лазерного луча, мощность и методы обнаружения, необходимые атомам для получения видео в формате стандартной четкости. Размер луча влияет на среднее время нахождения атомов в зоне взаимодействия лазера. Это время обратно пропорционально полосе пропускания приемника; то есть меньшее время и меньшее луч дают больше данных. Это потому, что атомы движутся в зону взаимодействия и выходят из нее, поэтому меньшие области приводят к более высокой "частоте обновления" сигнала и лучшему разрешению. Исследователи обнаружили, что малый диаметр луча (менее 100 микрометров) для обоих лазеров привел к гораздо более быстрой реакции и восприятию цвета. Система достигла скорости передачи данных порядка 100 мегабитов в секунду, что считается превосходной скоростью для видеоигр и домашнего Интернета. Продолжаются исследования по увеличению пропускной способности системы и скорости передачи данных.

Другие интересные новости:

▪ Стабильные миниатюрные 3D-объекты из аэрогеля

▪ Перемещение предметов лучами света

▪ DC-DC-преобразователь EL7566

▪ Робот-археолог

▪ Смарт-часы Amazfit Pop 3S

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Эффектные фокусы и их разгадки. Подборка статей

▪ статья Я мыслю, - значит, существую. Крылатое выражение

▪ статья Почему звездное небо вращается, а Полярная звезда неподвижна? Подробный ответ

▪ статья Эфедра хвощевая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Программатор для микроконтроллеров AT89C51/52/55. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Кувшин алхимика. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026