Меню

Схема преобразователя двухполярного напряжения

Двухполярный преобразователь на микроконтроллере ATtiny25-20SU

преобразователь однополярного напряжения в двухполярное

AC-DC преобразователи

Мне потребовался такой преобразователь с выходной мощностью 1…2Вт и КПД не менее 70%.

dc dc преобразователь двухполярный

Проектируя его, я пользовался сведениями и расчётными формулами из книги Б. Ю. Семёнова “Силовая электроника: от простого к сложному” (М.: Солон-Пресс, 2006). Частота преобразования была выбрана равной 100 кГц, чтобы можно было применить ферритовый магнитопровод и обеспечить минимальные габариты устройства. Для задающего генератора преобразователя был выбран микроконтроллер ATtiny25-20SU, который позволяет сформировать две противофазные неперекрывающиеся импульсные последовательности, необходимые для управления транзисторами двухтактной выходной ступени преобразователя.

Имеется возможность программно установить между импульсами этих последовательностей защитные паузы, длительность которых гарантирует отсутствие сквозного тока через транзисторы. В этом микроконтроллере имеется также узел ФАПЧ, способный умножить частоту тактового генератора микроконтроллера в четыре или восемь раз. Тактируя её выходным сигналом таймера микроконтроллера, несложно довести частоту управляющих транзисторами импульсов до 100 кГц.

Выходную ступень преобразователя было решено построить по двухтактной схеме с выходным трансформатором, поскольку в этом случае затворы обоих полевых транзисторов этой ступени могут быть соединены с выходами микроконтроллера непосредственно без специальных драйверов, нужных для мостовых и полумостовых схем.

Схема преобразователя показана на рисунке. Кроме микроконтроллера DD1 с цепью R1C1, устанавливающей его в исходное состояние при включении питания, в преобразователе имеются ключевые полевые транзисторы VT2 и VT3, импульсный трансформатор Т1 и двухполярный выпрямитель на диодах VD1—VD4 со сглаживающими конденсаторами С5 и С6. Транзистор VT1, конденсатор С2 и резисторы R2 и R3 образуют узел “мягкого” запуска преобразователя.

При указанных на схеме номиналах элементов этого узла преобразователь выходит на рабочий режим приблизительно за 2 с. Резисторы R4 и R5 ограничивают ток зарядки и разрядки ёмкости затвора полевых транзисторов. При входном напряжении преобразователя 5 В транзисторы VT2 и VT3 должны иметь максимально допустимое напряжения сток—исток не менее 10 В. При мощности нагрузки преобразователя 2 Вт и КПД 70 % амплитуда импульсов тока стока этих транзисторов около 0,6А.

Применённые транзисторы FDN337N (максимальное напряжение сток—исток — 30В, максимальный ток стока — 2,2А) с большим запасом соответствуют этим требованиям и малогабаритны (в корпусе SOT-23). Диоды 1N4148 можно заменить на КД522А или другие импульсные диоды с малым временем восстановления. Можно применить и диоды с барьером Шотки и допустимым обратным напряжением не менее 40…50 В. Оксидные конденсаторы С2 и С3 — алюминиевые, С5 и С6 — танталовые, более подходящие для работы на частоте 100 кГц.

Для изготовления трансформатора Т1 использован ферритовый магнитопровод К10x6x4, извлечённый из ЭПРА компактной люминесцентной лампы. Обмотки I.1 и I.2 содержат по 11 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,27 мм, обмотки 11.1 и II.2 — по 39 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,12 мм. Каждую пару обмоток наматывают одновременно в два провода. Поскольку выходное напряжение преобразователя довольно сильно зависит от нагрузки, число витков обмоток 11.1 и II.2 указано с небольшим запасом.

После изготовления и запуска преобразователя необходимо отмотать равное число витков от каждой из этих обмоток до получения нужного напряжения на реальной нагрузке. Магнитопровод для трансформатора я выбирал из трёх ферритовых колец одинакового размера, намотав на каждое пробную обмотку из 20 витков и измерив её индуктивность. Вычислив по результатам измерения магнитную проницаемость каждого (1635, 4879 и 2775), выбрал тот, у которого она равна 2775.

Читайте также:  При каком напряжении бытовая техника не будет работать

Число витков половины первичной обмотки N, рассчитывают по формуле:

где D = 0,5 — коэффициент заполнения импульсов; Uпит — напряжение питания, В; F — частота следования импульсов, Гц; В = 0,25 — магнитная индукция в магнитопроводе, Тл; Sc — площадь сечения магнитопровода, м².

Число витков половины вторичной обмотки N₂ выбирают исходя из заданного выходного напряжения:

где Uвых — выходное напряжение, В.

Программа, загружаемая во FLASH- память микроконтроллера DD1, занимает менее 3% её объёма. Конфигурация микроконтроллера должна быть запрограммирована в соответствии с таблицей, что соответствует его работе от встроенного тактового RC-генератора частотой 8МГц. Программатор подключают к показанным на схеме линиям MISO, MOSI, SCK, RESET и к источнику напряжения 5В, питающему преобразователь.

Старший байт Младший байт
Разряд Состояние Разряд Состояние
RSTDISBL 1 CKDIV8 1
DWEN 1 CKOUT 1
SPIEN SUT1 1
WDTON 1 SUTO
EESAVE 1 CKSEL3
BODLEVEL2 1 CKSEL2
BODLEVEL1 1 CKSEL1 1
BOOLEVELO 1 CKSEL0
  • 0- запрограммирован;
  • 1- не запрограммирован;

При загрузке в микроконтроллер программы и конфигурации резистор R2 должен быть отключён от цепи +5В, чтобы предотвратить запуск преобразователя по завершении программирования.

Необходимо отметить, что число, записываемое программой в регистр OCR1A микроконтроллера, всегда должно быть в два раза меньше числа в регистре OCR1C. Нарушение этого условия приведёт к асимметрии импульсов, управляющих транзисторами VT2 и VT3. При первом включении изготовленный преобразователь, в котором транзистор VT1 отсутствовал, а истоки транзисторов VT2 и VT3 были соединены с общим проводом, не запустился, а потребляемый им ток достиг 2 А.

Поскольку я предварительно проверял работу преобразователя без трансформатора, формы всех сигналов были в порядке, подозрение пало на неправильно рассчитанный или неисправный трансформатор. Но несколько разных трансформаторов были испытаны с тем же результатом. Ток удалось ограничить до 130 мА лишь включением последовательно в цепь питания оконечной ступени двух резисторов общим сопротивлением 2,5 Ом. Естественно, это не лучшее решение проблемы, так как получить высокий КПД преобразователя не удалось.

Лишь отключение выпрямителя от вторичных обмоток трансформатора, после которого ток холостого хода преобразователя упал до 20мА, помогло выяснить истинную причину его неработоспособности — запуск происходил в режиме короткого замыкания вторичных обмоток разряженными сглаживающими конденсаторами выпрямителя. Поскольку попытки решить эту проблему программным способом успеха не имели, в преобразователь был добавлен узел плавного запуска, а ограничивающие пусковой ток резисторы удалены.

В процессе налаживания преобразователя число витков половин вторичной обмотки трансформатора Т1 было уменьшено до 33. После этого при напряжении питания 5В напряжение на плюсовом и минусовом выходах изменяется от 16,4В до 14,3В при изменении тока нагрузки по обоим выходам от 15мА до 50мА. КПД преобразователя при этом находится в пределах 79…81%. С нагрузкой 1000 Ом только на одном выходе напряжение на нём равно 15,3В, а на выходе, оставленном без нагрузки, — 15,8В.

Если требуется более стабильное выходное напряжение, то число витков вторичной обмотки трансформатора можно оставить без изменения, а нагрузку подключить к выходам выпрямителей через линейные стабилизаторы напряжения. При этом общий КПД преобразователя, естественно, уменьшится. Описанный преобразователь можно собрать на отдельной плате или поместить его на плате питаемого устройства.

Источник

Преобразователь для двухполярного напряжения

Здравствуйте уважаемые подписчики и гости канала! В сегодняшней статье речь пойдёт о необычном стабилизаторе, который позволит получить двухполярное напряжение на выходе при однополярном на входе .

Немного о том, откуда вообще взялась такая идея: использовать стабилизатор для преобразования двухполярного питания. Был у меня трансформатор, с напряжением на вторичной обмотке около 60 В . По габаритам ватт на 400 . Особенностью его было то, что он был залит каким-то герметичным составом зелёного цвета, т.е. не подлежал перемотке. Мощность приличная, а напряжение мне никак не подходило, разве что для лабораторного блока питания , который на тот момент у меня уже был. В итоге я решил использовать его для УНЧ 2×20Вт , с напряжением питания ±25 В .

Схема состоит из трёх параметрических стабилизаторов — R1VD2 , R2VD3 , R3VD4 , которые управляют тремя составными транзисторами — эмиттерными повторителями. Рассмотрим работу схемы на примере трансформатора Т1 с напряжением на вторичной обмотке 60 В .

На базе VT1 действует напряжение стабилизации VD2 — +27 В . Значит на его переходе КЭ будет падать около 33 В . Это падение напряжения использует транзистор VT2 . С учетом всех падений напряжения на эмиттере VT2 относительно эмиттера VT1 получим стабилизированное напряжение +25 В .

Включив аналогичный стабилизатор на транзисторе VT3 противоположной проводимости, в минус схемы, получим стабилизированное напряжение -25 В , относительно эмиттера VT1 .

Максимальный выходной ток стабилизатора ограничен допустимым током коллектора транзисторов — 4 А . При использовании стабилитронов на 27 В — 1N4750A , на выходе получим двухполярное стабилизированное напряжение 25 В . Трансформатор должен обеспечивать напряжение на вторичной обмотке от 55 до 80 В .

Печатная плата для преобразователя-стабилизатора двухполярного напряжения. Вид сверху.

На печатной плате расположены все детали преобразователя, кроме трансформатора. Транзисторы VT1-VT3 крепятся к теплоотводу. Стабилизатор можно использовать для разных выходных напряжений, которые определяются стабилитронами, с учетом падений на транзисторах. Входное напряжение при этом должно быть больше чем в два раза одного плеча выходного.

Источник



Двухполярное питание из однополярного источника напряжения

Двухполярное питание из однополярного-01

Как сделать двухполярное питание из однополярного источника: трансформатор с одной вторичной обмоткой

Двухполярное питание из однополярного. Хотел бы в этой статье рассказать как я сделал двухполярное питания используя при этом однополярное. Не так давно я для собственных нужд собрал пару усилителей мощности на микросхеме TDA7294, далее для них нужно было подогнать импульсник с двухполярным питанием.

Электронные компоненты для импульсного блока питания у меня были заготовлены не полностью, а собранные усилители протестировать хотелось уже сейчас. Силового транса с двумя вторичками, да еще и с необходимым мне напряжение, в моем загашнике конечно не нашлось.

Но зато у меня хранились на всякий случай пара мощных трансов, каждый только с одной вторичной обмоткой, и причем на разные напряжения. Вообщето у меня была своя задумка как выйти из этого положения исходя из наличия имеющихся деталей. Поэтому поискав в Интернете дополнительную информацию я начал делать схему, с помощью которой можно было бы с одной вторичной обмотки снять напряжение имеющее две разные полярности.

Конечно в устройстве, которое способно обеспечить двухполярное питание из однополярного, ничего сложного нет, но я думаю для начинающих радиолюбителей он будет полезна:

Двухполярное питание из однополярного-1

Необходимые электронные компоненты:

ОБОЗНАЧЕНИЕ ТИП НОМИНАЛ КОЛИЧЕСТВО КОММЕНТАРИЙ
VDS1,VDS2 Выпрямительный диодный мост Любой на нужное напряжение и ток 2 Распространенные KBU-610, KBU-810
C1,C5 Электролит 4700 мкФ 50В 2
C2,C6 Конденсатор неполярный 100 нФ 2 Пленка или керамика
C3,C4 Электролит 470 мкФ 100В 2

Предложенная в этой публикации схема электронного устройства для конвертирования двухполярного питания из однополярного работает только с переменным входным напряжением, входной постоянный ток для нее не приемлем. Принцип работы этого модуля заключается в том, чтобы получить от одной вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение с двумя полярными значениями.

Двухполярное питание из однополярного-2
Двухполярное питание из однополярного-3

Диоды для выпрямителя выбирайте такие, чтобы выдерживали ток в 2,5 больше, чем максимальный ток потребления усилителя или любого другого устройства куда вы намерены его ставить. В моем распоряжении оказались плоские мостовые выпрямители KBL рассчитанные на ток 15А и напряжение 400V. Вот как на фото ниже:

Диодный мост

Это конечно очень жирно, на этот усилитель ставить такие мощные мосты, но для проверки работоспособности аппарата пришлось ставить их. В дальнейшем я их конечно заменю, например, на 4 амперные RBA401У с напряжением 100v, такие мосты свободно обеспечат корректную работу усилителя. Вообщето сейчас выбор мостов большой, не только по электрическим параметрам, но и по типу корпуса.

Двухполярное питание из однополярного-4

В случае применения вами данного модуля на устройствах требующих напряжения питания больше 50v, тогда нужно будет установить электролиты C1 и C5 с напряжением соответствующему рабочему напряжению устройства, ну разумеется с запасом. Если у вас не под рукой емкостей с номиналом, который указан на схеме, то можно поставить четыре кондера по 2200µF, соединив параллельно по два в каждое плечо.

Конденсаторы C2,C6 можно ставить пленочные или керамические, отлично подходят высоковольтные конденсаторы с полипропиленовым диэлектриком, которые можно извлечь из ненужных блоков питания применяющихся в компьютере.

Блок питания-5
Двухполярное питание из однополярного-6

В качестве силового источника питания я использовал тороидальный трансформатор, имеющий только одну выходную обмотку с напряжением 30v и потребляемой мощностью мощностью немного больше 55V·A. В итоге, на концах выходной цепи выпрямителя получилось ±43v постоянного напряжения.

Двухполярное питание из однополярного-7
Блок питания-8

Во время тестирования усилителя я его нагрузил по полной, и мощность в нагрузке составила, где то 38W при падении напряжения 24v на максимальной мощности. Но в таком слишком большом падение, ясное дело, виноват маломощный трансформатор. Электронные компоненты установленные на печатной плате были абсолютно холодными.

Блок питания-9
Блок питания-10

Снимаем двухполярное питание с одной вторичной обмотки

В заключение хочу сказать, что такое устройство отлично работает, никаких нареканий к нему нет.

Файл печатной платы в формате .lay: Скачать Dvuhpolyarka

Источник