Анализ регулируемого преобразователя напряжения

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для      изменения      величины      входного      напряжения устройства. Преобразователи напряжения могут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

Характеристика микросхемы.

Данная микросхема очень универсальна в плане построения импульсных преобразователей напряжения. Используя схемотехнику, на данной микросхеме можно строить понижающие, повышающие и инвертирующие преобразователи. Эти типы преобразователей являются базовыми и не имеют гальванической развязки [1].

Основные характеристики:

• -    Широкий диапазон входных напряжений, от 3 до 40 В.

• -    Высокий выходной импульсный ток, до 1.5 А.

Регулируемое выходное напряжение. Частота преобразования до 100 кГц. Точность внутреннего источника опорного напряжения, 2%.

• -    Ограничение тока короткого замыкания. Низкое потребление в спящем режиме.

Из недостатков можно выделить следующие пункты:

• -    Отсутствие внутреннего усилителя ошибки, поэтому пульсации выходного напряжения получаются большими. В рекомендациях по применению предлагается на выход преобразователя ставить LC-фильтр.

Мощный выходной транзистор требует драйвера для его раскачки.

Аналоги данной микросхемы:

Зарубежные - AP34063, KS34063, отечественный- K1156УЕ5.

Рассмотрим схемотехнику преобразователя напряжения (рисунок 1) [2].

Рисунок 1 – Схема преобразователя

На данной схеме представлен преобразователь с полным драйвером транзистора типа N-MOSFET – Q2, выполненного на 2 транзисторах средней мощности Q1 и Q3. Это сделано для того, чтобы уменьшить нагрев транзистора Q2 и установить резистор R6 номиналом 1кОм без значительного рассеивания на нем мощности. При этом излишне не нагружается внутренний ключ микросхемы и повышается КПД преобразователя за счет уменьшения нагрева радиодеталей. При использовании драйвера транзистора происходит уменьшение нагрева самого транзистора, что позволяет использовать его без радиатора.

Силовой транзистор Q1 подбирается на максимальное выходное напряжение, не менее 250 В, например IRF740, IRF840.

Защита от перегрузки (короткого замыкания) выполнена на токовом резисторе R3 номиналом 0,22 Ома. Если его не ставить то схема может работать не стабильно, особенно если дроссель L1 будет насыщаться.

C4 – это задающий частоту работы преобразователя конденсатор, его номинал может быть в пределах 200-1000пФ, а его емкость зависит от используемого дросселя и требуемой нагрузки (выходной емкости). Чем больше емкость, тем меньше частота работы преобразователя.

Дроссель L1 подбирается с открытым магнитопроводом, либо на кольце большого диаметра (чтобы не возникал эффект насыщения). При использовании магнитопровода в форме кольца можно снизить количество витков и выполнить их толстым проводом, при этом снижаются омические потери индуктивности. Номинал дросселя ставится от 200 мкГн и выше.

При неправильно выбранном дросселе, если он не подходит конструктивно, либо его номинал, будет происходить нагрев элементов и будет слышен низкочастотный писк. При правильно подобранной индуктивности ее нагрев будет не значителен.

Диод D1 – ультрабыстрый диод Шотки, выбирается по обратному напряжению, оно не должно быть меньше 300 В.

При питании преобразователя ниже 9 В, требуется большое количество импульсов для раскачки транзистора Q1, при этом он открывается не полностью и происходит его нагрев. Оптимальным питанием является 12В.

Транзисторы Q1 и Q3 - КТ315 и КТ361, их цель заряжать и разряжать до нуля затвор транзистора Q3. Электролитические конденсаторы C1, C3 и керамический C2 служат для сглаживания входного и выходного напряжения. C1, C2 выбираются на напряжение выше, чем напряжение питания, на- пример 25 В. Конденсатор С3 выбирается на напряжение не менее чем 200 В.