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:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Изолированные 24V дискретные входы ISO1211 и ISO1212 01.09.2017 Компания Texas Instruments представила ISO1211 и ISO1212 - специализированные интегральные схемы для реализации 24 В дискретных входов (по стандарту IEC 61131-2 тип 1, 2 и 3 ГОСТ 61131-2) с индивидуальной гальванической развязкой. При помощи ISO1211 можно реализовать компактный изолированный дискретный вход с защитой на одной микросхеме, а при помощи ISO1212 сразу два гальванически развязанных дискретных входа на одной микросхеме. Традиционно дискретные входы строятся на пассивных компонентах, а в качестве развязки, как правило, используют оптрон. Этот подход достаточно прост и имеет низкую стоимость, однако имеет ряд недостатков: большой размер всего решения, достаточно высокая рассеиваемая мощность, низкая скорость срабатывания. Использование ISO1211 или ISO1212 сводит эти недостатки к минимуму и позволяет построить низкопотребляющий малогабаритный канал со скоростью до 4 Мбит в секунду. Это особенно актуально, когда речь идет о разработке малогабаритного промышленного логического контроллера (ПЛК). Для работы ISO1211 и ISO1212 не требуется использовать гальванически развязанный DC/DC преобразователь, достаточно лишь подать питание со стороны цифровой части в пределах 2,25В...5,5В. Микросхемы имеют встроенную защиту от переполюсовки и превышения напряжения в диапазоне +-60В. Гальванический барьер имеет значение изоляции 2,5кВ среднеквадратичного значения в течение одной минуты (UL 1577). ISO1211 - выполнен в корпусе SOIC8 (4.90 мм х 3.91 мм), ISO1212 - в корпусе SSOP16 (4.90 мм х 3.90 мм).

Другие интересные новости:

▪ Ночное зрение бабочек

▪ Солнечные батареи на крыльях самолета

▪ Алкоголь мешает пережить трагедию

▪ Беспроводное электричество

▪ Микро-принтер для смартфона Canon Zoemini

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электричество для начинающих. Подборка статей

▪ статья Чрезвычайные ситуации на радиационно опасных объектах. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Есть ли животное вампир? Подробный ответ

▪ статья Врач-онколог. Должностная инструкция

▪ статья Высокоэффективный преобразователь частоты на электронных ключах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Превращение яйца в конфетти и его появление в стакане. Секрет фокуса

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026