Запуск преобразователя напряжения MAX756 при пониженном входном напряжении. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

В некоторых малогабаритных электронных устройствах с питанием от гальванических элементов или аккумуляторов используются повышающие преобразователи напряжения на микросхеме МАХ756 и ее аналогах. Их запуск при подключенной нагрузке и пониженном напряжении питания может быть затруднен. Решению этой проблемы посвящена предлагаемая статья.

Современные повышающие преобразователи напряжения позволяют получать требуемое выходное напряжение при весьма низком входном, часто менее 1 В. В подавляющем большинстве случаев нагрузка преобразователя напряжения постоянно подключена к его выходу. Это затрудняет запуск преобразователя и достижение его выходным напряжением требуемого значения, особенно при напряжении питания, близком к минимально допустимому.

Современные повышающие преобразователи напряжения позволяют получать требуемое выходное напряжение при весьма низком входном, часто менее 1 В. В подавляющем большинстве случаев нагрузка преобразователя напряжения постоянно подключена к его выходу. Это затрудняет запуск преобразователя и достижение его выходным напряжением требуемого значения, особенно при напряжении питания, близком к минимально допустимому.

Упрощенная структурная схема микросхемы повышающего преобразователя напряжения МАХ756 [1] и ее подключение показаны на рис. 1.

Рис. 1

Микросхема содержит узел управления выходным ключевым полевым транзистором и сам этот транзистор VT1. Так устроены многие микросхемы повышающих преобразователей напряжения. Кроме микросхемы DA1, преобразователь напряжения содержит накопительный дроссель L1, диод Шоттки VD1 и два оксидных конденсатора C1 и C2 на входе и выходе соответственно. Узел управления получает питание от выхода преобразователя и осуществляет широтно-импульсное регулирование. Когда транзистор VT1 открыт, подключенная к выходу нагрузка питается от конденсатора C2, диод VD1 закрыт, дроссель L1 подключен к источнику питания. Ток через дроссель возрастает, и он накапливает энергию. После закрывания транзистора VT1 импульс ЭДС самоиндукции дросселя складывается с напряжением питания и через открытый диод VD1 заряжает конденсатор C2. Таким образом, накопленная дросселем L1 энергия передается нагрузке.

Когда напряжение источника питания близко к минимально допустимому, запуск преобразователя напряжения может быть затруднен, так как транзистор VT1 открывается не полностью. Устройство управления питается выходным напряжением, которое при запуске преобразователя меньше напряжения питания на величину падения напряжения на диоде VD1 и активном сопротивлении дросселя L1. Недостаточно открытый канал транзистора VT1 имеет большее сопротивление, которое и ограничивает пиковое значение импульсов тока через дроссель L1. В результате преобразователь, не имея возможности одновременно обеспечить ток нагрузки и зарядки выходного конденсатора С2, не может выйти на номинальное выходное напряжение.

Описанная ситуация наводит на мысль о том, что на время запуска преобразователя нужно отключать от него нагрузку, что позволит преобразователю выйти на номинальный режим работы на холостом ходу. После того как напряжение на выходе достигнет определенного значения, а выходной конденсатор зарядится, нагрузку можно подключить. В дальнейшем преобразователь будет работать в штатном режиме.

По такому пути пошли разработчики компании Maxim, показавшие в [2], как можно запускать повышающий преобразователь напряжения МАХ756 при подключенной нагрузке и низких значениях напряжения питания. Микросхема МАХ756 позволяет получать на выходе одно фиксированное напряжение 3,3 В или 5 В при максимальных значениях тока нагрузки 300 или 200 мА соответственно. Минимальное напряжение питания, при котором преобразователь запускается на холостом ходу, - 0,7 В.

В преобразователе есть детектор понижения входного напряжения (выводы LBI/LBO; Low Battery Input, Low Battery Output - соответственно вход и выход детектора низкого входного напряжения). Микросхема МАХ756 разработана специально с расчетом на использование в переносной аппаратуре с батарейным питанием, поэтому детектор применяется для оповещения о том, что напряжение на входе LBI становится ниже определенного порогового значения, выбранного разработчиком микросхемы равным 1,25 В. В этом случае выход LBO соединяется с общим проводом через открытый внутренний транзистор микросхемы. Если напряжение на входе LBI выше 1,25 В, внутренний транзистор закрыт и выход lBo находится в высокоимпедансном состоянии. Напряжение срабатывания детектора можно задать входным делителем напряжения, подключенным к питающей преобразователь батарее.

Сигнал на выходе LBO используют как для оповещения пользователя о разряде батареи, так и для принудительного отключения, например, батареи аккумуляторов от устройства с целью предотвращения их чрезмерной разрядки. Низкое минимальное напряжение запуска микросхемы МАХ756 (0,7 В) позволяет строить на его основе преобразователи напряжения с питанием от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В или Ni-Cd или Ni-MH аккумулятора напряжением 1,2 В. К сожалению, в последнем случае выбранное изготовителем микросхемы значение внутреннего образцового напряжения U_п = 1,25 В не дает возможность определять момент разрядки аккумулятора до напряжения 1 В, ниже которого производители аккумуляторов не рекомендуют их разряжать.

Схема преобразователя на основе микросхемы МАХ756, в котором устранены затруднения запуска при низком напряжении питания путем отключения нагрузки на время запуска [2], показана на рис. 2. Использовано типовое включение микросхемы МАХ756 (DA1). При подаче напряжения питания напряжение на входе LBI микросхемы ниже порога переключения (1,25 В), напряжение на выходе LBO низкого уровня, транзисторы VT1 и VT2 закрыты.

Рис. 2

После того как напряжение на выходе преобразователя достигает значения

U_подкл=U_пит(R1+R2)/R2,

транзисторы VT1 и VT2 открываются и нагрузка подключается к выходу преобразователя. При указанных на схеме сопротивлениях резисторов R1 и R2 подключение нагрузки к преобразователю выполняется при достижении на его выходе напряжения 3,75 В.

Графики зависимости максимального тока нагрузки от напряжения запуска преобразователя [2] показаны на рис. 3. Верхняя линия - с отключением нагрузки на время запуска, нижняя - без отключения. На графиках видно, что при напряжении питания 1 В эти значения равны соответственно 65 и 2,5 мА. А при напряжении питания преобразователя 0,8 В максимальный ток нагрузки при запуске возрастает с 45 мкА до 45 мА.

Рис. 3

Представленная на рис. 2 схема имеет единственный недостаток: детектор понижения входного напряжения LBI/LBO не может быть использован по своему прямому назначению: сигнализировать о снижении напряжения питания, обычно батарейного, ниже определенного порога.

Схема, показанная на рис. 4, лишена отмеченного выше недостатка. Она отличается от предложенной в статье [2] выходной частью устройства. При подаче на преобразователь питания напряжение на его выходе ниже порогового значения детектора понижения напряжения DA2. На выходе детектора (вывод 3) присутствует напряжение низкого уровня, транзисторы VT1.1 и VT1.2 закрыты, а нагрузка отключена от выхода преобразователя. При подаче питания напряжение на выходном конденсаторе С3 начинает расти. Когда оно достигает значения 4,7 В, выход 3 DA2 переходит в высокоимпедансное состояние, на затвор транзистора VT1.1 через резистор R1 поступает выходное напряжение преобразователя. При этом транзисторы VT1.1 и VT1.2 открываются, подключая нагрузку к выходу преобразователя.

Рис. 4

На рис. 5 представлен более простой вариант включения преобразователя на микросхеме МАХ756, при котором осуществляется запуск при подключенной нагрузке. При этом незадействованные выводы LBI/LBO позволяют использовать детектор понижения входного напряжения микросхемы преобразователя по прямому назначению. В отличие от схемы на рис. 4, подключение нагрузки к выходу преобразователя осуществляется не по достижению определенного значения выходного напряжения, а с некоторой задержкой по времени после подачи питания. При подаче питания на преобразователь конденсатор С4 разряжен, напряжение между затвором и истоком транзистора VT1 равно нулю, поэтому транзистор закрыт, подключенная к выходу нагрузка обесточена. По мере зарядки конденсатора С4 через резистор R1 напряжение на нем достигает порогового значения изип, при котором транзистор VT1 открывается, и на нагрузку подается напряжение с выхода преобразователя.

Рис. 5

Длительность времени задержки подключения нагрузки tB (в миллисекундах) без учета времени зарядки выходного конденсатора С3 преобразователя рассчитывают по формуле (1.10) из книги [3]:

t₃=R1·C4·ln(U_вых/( U_вых - U_зип)),

где R1 - сопротивление резистора R1 в килоомах; C4- емкость конденсатора C4 в микрофарадах; U_вых - выходное напряжение преобразователя (в вольтах).

При расчетах следует учитывать, что значение изип для указанного транзистора [4] может находиться в пределах 1,5...3,5 В. Варьируя сопротивление резистора R1 и емкость конденсатора С4, можно менять длительность задержки подключения нагрузки, которую подбирают экспериментально заведомо больше времени установления выходного напряжения преобразователя при минимально допустимом напряжении питания.

Повышающий преобразователь напряжения МАХ756 имеет отечественный аналог КР1446ПН1. Вместо транзистора ZVP2110A [4] можно применить другой, рассчитанный на ток не менее 200 мА, например, ZVP2106, BSP315, MMBF2202PT1. А MMDF2P02E - сборка из двух p-канальных полевых транзисторов, из которых в устройстве по схеме на рис. 2 используется один из них. Он также может быть заменен транзисторами, перечисленными выше. Транзистор 2N3904 заменим импортными 2N3903, 2N4400, 2N4401 или отечественными КТ315, КТ3102 с любым буквенным индексом. Транзисторная сборка IRF7307 заменима на IRF7317 или IRF7507. Диод 1N5817 можно заменить на 1N5819, 1 N5820.

Литература

1. MAX756/MAX757 3.3V/5V/Adjustable-Output Step-Up DC-DC Converters.
2. Switch allows low-voltage regulator to start under load. - Maxim Engineering Journal, vol.21, p.20.
3. Зельдин Е. А. Импульсные устройства на микросхемах. - М.: Радио и связь, 1991.
4. ZVP2110A P-Channel Enhancement Mode Vertical DMOS FET.

Автор: В. Олейник

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Чехол для смартфона с надувными подушками безопасности 10.12.2013 Компания Honda продемонстрировала концептуальный защитный футляр для смартфонов, который оснащён небольшими подушками безопасности: они выстреливаются в случае риска падения, предотвращая повреждение аппарата. В текущем виде прототип чехла наделён собственным аккумулятором, небольшим баллоном с углекислым газом и акселерометром. Сигнал от последнего служит командой для открытия специального клапана, который подаёт газ в шесть небольших надувных подушек, расположенных по всему периметру футляра. Отмечается, что система срабатывает после приблизительно 90 см свободного падения. Время раскрытия подушек составляет 0,2 с. Разумеется, пока футляр Honda является не более чем экспериментальным изделием. Он слишком громоздок для повседневного использования и, судя по всему, не способен защитить смартфон при падении экраном вниз на острый выступающий предмет, скажем, камень. К тому же не ясно, могут ли подушки использоваться повторно после срабатывания или потребуют полной замены. Но не исключено, что в перспективе технология в модифицированном виде будет реализована в коммерческих защитных футлярах. Кстати, ровно год назад патентное ведомство США выдало патент на похожую разработку веб-магазину Amazon: компания Джеффа Безоса предлагает встраивать крошечные подушки безопасности непосредственно в мобильное устройство. Они будут раскрываться по сигналу от акселерометра или камеры, предотвращая выход аппарата из строя при падении.

Другие интересные новости:

▪ Солнечные панели LG NeON R и NeON R Prime

▪ Бильярдный кий с лазерным прицелом

▪ Флешка объемом 16 Гб

▪ Отраженный от планеты свет покажет ее обитаемость

▪ Флэш-память Nano Flash-100 от Toshiba

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Светодиоды. Подборка статей

▪ статья Модели - копии ракет. Советы моделисту

▪ статья Где и когда ядерные взрывы применялись в мирных хозяйственных целях? Подробный ответ

▪ статья Шлюпочный узел. Советы туристу

▪ статья Маломощные усилители с электронным управлением. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Антенный усилитель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026