Преобразователь на одном транзисторе: Как на одном транзисторе собрать простой преобразователь высокого напряжения 40 кВ

Содержание

Как на одном транзисторе собрать простой преобразователь высокого напряжения 40 кВ

Чтобы получить преобразователь высокого напряжения от низкого источника питания 3,7 В, достаточно наличия одного транзистора, одного резистора и мотка тонкой эмалированной проволоки. Это очень простая, недорогая и доступная для сборки схема, позволяющая создать на выходе электрическую дугу, способную воспламенить бумагу.

Понадобится:


  • транзистор 100N50F — http://ali.pub/4zoru0
  • резистор 1 кОм;
  • П-образные ферритовые сердечники – 2 шт.;
  • эмалированная проволока 0,07 мм и 0,4 мм.

Процесс изготовления преобразователя высокого напряжения


Сборку преобразователя необходимо начать с изготовления трансформатора. Он состоит из двух первичных и одной вторичной обмотки. Для него необходимо подобрать или выточить из диэлектрического материала катушку и намотать на нее проволоку 0,07 мм.



К концам проволоки припаиваются провода, и обмотка закрепляется компаундом или термоклеем. В результате получается вторичная обмотка трансформатора. Количество витков в ней особого значения не имеет, просто нужно сделать их как можно больше.
Далее катушка надевается на рамку из пары П-образных ферритовых сердечников.

Напротив нее наматывается 2 первичные обмотки или одна со средней точкой. Для этого используется проволока 0,4 мм. Наматывается по 30 витков на каждую обмотку. Затем края проволоки зачищаются для пайки.



Одна из обмоток подсоединяется к центральной ножке транзистора. Вторая обмотка присоединяется к базе транзистора через резистор. В средней точке они скручиваются вместе. Затем соединения спаиваются.


Далее подводится питание. К эмиттеру транзистора присоединяется минус источника. Плюс подключается напрямую к соединенным вместе первичным обмоткам.


Теперь при сведении друг к другу проводов на вторичной обмотке между ними возникает устойчивая высоковольтная высокочастотная электрическая дуга. Даже при подключении в качестве источника питания аккумуляторной батареи 3,7В, она может поджигать бумагу или тонкие деревянные щепки. Это позволяет, к примеру, использовать данный преобразователь как базу для изготовления плазменной зажигалки. Нужно будет только уложить устройство в корпус и поставить между аккумулятором и первичной обмоткой включатель. Таким образом, при нажатии на него можно получать дугу для розжига. Важно, подавать питание не дольше пары секунд, так как провода нагреваются, и изоляция на них начинает оплавляться.



Смотрите видео


Однотактный преобразователь напряжения на одном транзисторе — Topsamoe.ru

Предлагаю для повторения простейший повышающий преобразователь для питания ламп лдс от 6. 12В. Схема его очень проста даже для начинающих радиолюбителей. Построена она на основе блокинг-генератора, который представляет собой релаксационную схему, содержащую усилительный элемент – транзистор, работающий в ключевом режиме, и трансформатор выполняющий положительную обратную связь. Итак, приступим к сборке устройства. В моём варианте предназначено оно для запуска и свечения спиральной колбы энергосберегающей лампы КЛЛ, у которой сгорел встроенный балласт.

Трансформатор можно взять готовый из китайского приемника или магнитофона. Затем разобрать и домотать вторичную обмотку. Эта обмотка содержит 25 витков провода 0,5мм. Совет: без микрометра определить диаметр тонкого провода можно намотав на стержень или карандаш несколько десятков витков провода и разделив длину намотки (в миллиметрах) на число витков. При тщательной намотке и достаточной длине, измерить диаметр провода таким способом можно с точностью до 0,01 мм.

Для удобства выбора настройки оптимального режима работы преобразователя, стоят подстроечные резисторы, подходят любые малогабаритные. Транзистор КТ805 надо закрепить на радиатор или алюминевую пластину, чтоб не грелся. Конденсатор советский БМ-2. Видеоролик работы простого самодельного преобразователя смотрите тут. Правильно без ошибок собранная схема начинает работать сразу. В качестве питания взял 3 литиевые батареи от мобильного телефона. Автор: Жека.

Обсудить статью ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОДНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Журналы, книги, сборники
▪ Архив статей и поиск
▪ Схемы, сервис-мануалы
▪ Электронные справочники
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Голосования
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио

▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать – советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(150000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на http://www.diagram.com.ua


сделано в Украине

Простейшие схемы однотактных преобразователей

На рис. 4.7-4.9 приведены довольно простые схемы, которые нередко используются для питания стробоскопической или маломощной люминисцентной лампы в конструкциях, где не предъявляются высокие требования к параметрам, а главным является низкая цена.

Такие устройства могут найти немало и других применений, например, в качестве первичного повышающего напряжение преобразователя для электрошокового устройства. Они позволяют из постоянного напряжения 3. 15 В получать 400 В и более.

Самый простой преобразователь можно выполнить по одноактной схеме. Принцип работы ее основан на свойстве индуктивности накапливать энергию, когда протекает через обмотку ток (при открытом состоянии ключа), а при закрывании ключа – отдавать в нагрузку через вторичную обмотку. Такой режим работы схемы обеспечивается при соответствующей фразировке включения вторичной обмотки. За счет работы преобразователя на повышенной частоте конструкция трансформатора получается малогабаритной.

На рис. 4.7 показана схема преобразователя, выполненного на одном мощном универсальном транзисторе 2N3055 (отечественные аналоги КТ819ГМ, КТ8150А). Подойдут также и другие мощные n-p-n транзисторы с допустимым напряжением Uкэ>80 В и током Iк>2 А. Диод VD1 предохраняет переход эмиттер-база транзистора от воздействия большого обратного напряжения. Этот диод должен быть быстродействующим, например, из серии 1N4007 или КД247. Диод 1N4S4S может быть заменен двумя включенными последовательно диодами КД257Д.


Рис. 4.7. Схема преобразователя для питания стробоскопической лампы

В схеме можно использовать транзистор и другой проводимости. Потребуется только изменить полярность подачи напряжения и включения диода VD1.

Резистор R1 обеспечивает нужное положение рабочей точки транзистора и его величину надо подбирать. Резистор R2 ограничивает ток диода VD2 при зарядке конденсатора С3.

Конденсатор С2 подойдет любой неполярный (от него зависит рабочая частота преобразователя). Лучше выбирать частоту не менее 10. 30 кГц. А если схема будет работать со стробоскопической лампой, конденсатор С3 должен быть рассчитан на длительную работу с большими пульсациями тока, например типа МБМ или взять более современные, изготовленные на основе полистироловой пленки. К78-17,К71-7идр.

Для изготовления трансформатора Т1 подойдет броневой магнитопровод БЗО. Намотка выполняется проводом ПЭЛ. Обмотки 1 и 2 содержат по 18 витков проводом диаметром 0,51 мм (обмотка 1 может быть выполнена более тонким проводом – 0,13 мм), 3 – 350 витков проводом 0,13 мм (число витков во вторичной обмотке зависит от необходимой величины напряжения).

Если от схемы требуется длительная работа, транзистор VT1 должен быть установлен на радиатор.

Схема, показанная на рис. 4.8, является вариантом предыдущей. Она предназначена для питания малогабаритной переносной люминесцентной лампы от 8 батареек АА).


Рис. 4.8. Схема для питания переносной люминесцентной лампы

Трансформатор Т1 имеет следующие намоточные данные: обмотка 1 – 15 витков проводом диаметром 0,14 мм, 2 – 20 витков (0,51 мм), 3 – 350 витков (0,14 мм). Магнитопровод можно взять такой же, как и для схемы, приведенной выше, или от применяемых в цветных телевизорах импульсных трансформаторов.

Однотактный преобразователь можно выполнить и на полевом ключе, как это показано на рис. 4.9.


Рис. 4.9. Преобразователь на полевом транзисторе

Делитель из резисторов R1-R2 обеспечивает такое начальное положение рабочей точки на выходной характеристике транзисторов, при которой возникает автогенерация.

Так как все приведенные выше схемы работают при относительно небольших токах, магнитопровод трансформатора обычно не входит в область насыщения и выполнять зазор между сердечниками нет необходимости.

Лучших характеристик от преобразователя удается добиться применением специализированных микросхем.

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке

:

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Комментарии к статье:

Гаврила
Очень хорошая и грамотная статья, а главное коротко и по делу. Побольше бы таких.

Номер патента: 1829094

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 182909 1)5 Н 02 М 3/33 М ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Использование: преобразование постоянного напряжения в системах вторичного электропитания и автоматики. Сущность изобретения: транзистор 2 открывается импульсом заряда конденсатора 8 при появлении положительного напряжения на обмотке положительной обратной связи 7 выходного трансформатора 3. Транзистор 2 остается открытым на время рассасывания избыточных носителей в его базе, которое определяется током в цепи дополнительной обмотки 9 выходного трансформатора 3. Время закрытого состояния транзистора 2 превышает время его открытого состояния, благодаря чему снижается напряжение на закрытом транзисторе. 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и предназначено для применения в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры,Целью данного технического решения является повышение надежности путем уменьшения относительной длительности открытого состояния транзистора,На фиг,1 приведена схема устройства; на фиг.2 – эпюры напряжений и токов.Устройство состоит из первичного источника питания, к которому подключен транзистор 2 и выходной трансформатор 3, первичная обмотка которого 4 подключена последовательно к источнику питания 1, вторичная обмотка 5 подключена к нагрузке б, обмотка положительной обратной связи (базовая) 7 подключена одним выводом к общей точке источника питания 1, а другим – через конденсатор 8 к базе транзистора 2, дополнительная обмотка одним выводом подключена к общей точке источника питания 1, а другим – к последовательно соединенным диоду 10 и резистору 11, Конденсатор 8 шунтирован резистором 12, Пусковая КС-цепь 13 подключена к выводу источника питания 1 и базе транзистора 2.Устройство работает следующим образом.При включении первичного источника питания 1 пусковой импульс через ВС-цепь 13 отпирает транзистор 2. Благодаря положительной связи через обмотки 4 и 7 трансформатора 3 начинает протекать базовый ток транзистора 2, и последний входит в насыщение, При этом основная часть базового тока протекает через конденсатор 8, Поскольку дополнительная базовая обмотка 9 включена согласно базовой обмотке 7, то на катоде диода 10 возникает отрицательное напряжение. Конденсатор 8 начинает заряжаться по цепи: обмотка 7, конденсатор 8, резистор 11. диод 10, обмотка 9.Ток, поступающий в базу транзистора 2, при этом уменьшается. В момент времени, когда транзистор 2 выходит из насыщения, происходит регенеративный процесс его выключения,Напряжения на обмотках 7,9 изменяют знак. Диод 10 в этом случае препятствует отпиранию транзистора 2 напряжением обмотки 9. Конденсатор 8 с помощью обмотки 7 заряжается в обратной полярности,Параметры резисторов 11,12 и конденсатора 8 выбираются таким образом, чтобы время перезаряда гарантировало отсутствие насыщения сердечника трансформатора и обеспечивало требуемую скважность импульсов, 40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 Стабильность частоты переключений преобразователя определяется стабильностью входной характеристики транзистора 2, Она оказывается более высокой, чем в преобразователе-прототипе, т,к, в последнем стабильность определяется хаоактеристиками двух транзисторов,Видоизменение процессов в преобразователе при использовании дополнительной базовой цепи 9 показано на фиг.2.Защита преобразователя от перегрузки по току и коротких замыканий нагрузки, как в любом преобразователе с самовозбуждением, обеспечивается разрывом положительной связи коллекторной и базовой обмотки при перегрузке. Наличие пусковой КС-цепи 13 устраняет опасность отпирания транзистора 2 после срыва колебаний,Преобразователь имеет повышенную надежность и более простую схему, т,к. содержит только один транзистори более высокий КПД вследствие исключения резистивного датчика тока.Дополнительным преимуществом преобразователя является стабильность частоты и независимость ее от колебаний напряжения первичного источника питания 1. При возрастании напряжения первичного источника питания 1 возрастает напряжение на базовой обмотке 7, т.е, напряжение, прикладываемое к конденсатору 8. Однако возрастает и напряжение на обмотке 9, что приводит к более быстрому его перезаряду. Таким образом, частота переключений оказывается постоянной,Формула изобретения Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной трансформатор, первичная обмотка которого началом соединена с первым входным выводом преобразователя, а концом – с коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с вторым входным выводом преобразователя, а обмотка положительной обратной связи началом через конденсатор соединена с базой транзистора, а концом – с эмиттером транзистора, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения относительной длительности открытого состояния транзистора, введены первый и второй резисторы, диод и дополнительная обмотка выходного трансформатора, причем первый резистор включен параллельно конденсатору, дополнительная обмотка выходного трансформатора концом соединена с базой транзистора через последовательно соединенные второй резистор и диод, а началом – с эмиттером транзистора,1829094ойюлжой У 5 ез аЬюлки,У 35 40 45 50 Составитель Л. ГутерТехред М. Моргентал Корректор И. Шмакова Реда кто р Т. И ва нова Заказ 2478 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент», г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заявка

МОСКОВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЧЕТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

ГУТЕР ЛЕВ РАФАИЛОВИЧ, СОЛОВЬЕВ ВИКТОР ДМИТРИЕВИЧ

Простые повышающие DC/DC преобразователи своими руками для батарейного питания

В данной статье рассмотрены два небольших повышающих преобразователя с входным напряжением 1,5 В, предназначенных для питания маломощной нагрузки, такой как светодиод или небольшой электронной самоделки от 1 батарейки типоразмера AA.

Устройствами с батарейным питанием сейчас уже никого не удивишь, всевозможных игрушек и гаджетов питающихся от аккумулятора или батарейки найдется с десяток в каждом доме. Между тем, мало кто задумывался над количеством разнообразных преобразователей, которые используются для получения необходимых напряжений или токов от стандартных батарей. Эти самые преобразователи делятся на несколько десятков различных групп, каждая со своими особенностями, однако в данный момент времени мы говорим про понижающие и повышающие преобразователи напряжения, которые чаще всего называются AC/DC и DC/DC преобразователями. В большинстве случаев для построения таких конвертеров используются специализированные микросхемы, позволяющие с минимальным количеством обвязки построить преобразователь определенной топологии, благо микросхем питания на рынке сейчас великое множество.

Рассматривать особенности применения данных микросхем можно бесконечно долго, особенно с учетом целой библиотеки даташитов и аппноутов от производителей, а также бесчисленного числа условно-рекламных обзоров от представителей конкурирующих фирм, каждая из которых старается представить свой продукт наиболее качественным и универсальным. В этот раз мы будем использовать дискретные элементы, на которых соберем несколько простейших повышающих DC/DC преобразователей, служащих для того, чтобы запитать небольшое маломощное устройство, к примеру, светодиод, от 1 батарейки с напряжением 1,5 вольт. Данные преобразователи напряжения можно смело считать проектом выходного дня и рекомендовать для сборки тем, кто делает свои первые шаги в удивительный мир электроники.

Итак, схема первая:

Рис. 1 — Схема простого DC/DC преобразователя №1

На данной схеме представлен релаксационный автогенератор, представляющий собой блокинг-генератор со встречным включением обмоток трансформатора. Принцип работы данного преобразователя следующий: при включении , ток протекающий через одну из обмоток трансформатора и эмиттерный переход транзистора – открывает его, в результате чего он открывается и больший ток начинает течь через вторую обмотку трансформатора и открытый транзистор. В результате в обмотке, подключенной к базе транзистора наводится ЭДС, запирающая транзистор и ток через него обрывается. В этот момент энергия, запасенная в магнитном поле трансформатора, в результате явления самоиндукции, высвобождается и через светодиод начинает протекать ток, заставляющий его светиться. Затем процесс повторяется.

Компоненты, из которых можно собрать этот простой повышающий преобразователь напряжения, могут быть совершенно различными. Схема, собранная без ошибок, с огромной долей вероятности будет корректно работать. Мы пробовали использовать даже транзистор МП37Б – преобразователь отлично функционирует! Самым сложным является изготовление трансформатора – его надо намотать сдвоенным проводом на ферритовом колечке, при этом количество витков не играет особой роли и находится в диапазоне от 15 до 30. Меньше – не всегда работает, больше – не имеет смысла. Феррит — любой, брать N87 от Epcos не имеет особого смысла, также как и разыскивать M6000НН отечественного производства. Токи в цепи протекают мизерные, поэтому размер колечка может быть очень небольшим, внешнего диаметра в 10 мм будет более чем достаточно. Резистор сопротивлением около 1 килоома (никакой разницы между резисторами номиналом в 750 Ом и 1,5 КОм обнаружено не было). Транзистор желательно выбрать с минимальным напряжением насыщения, чем оно меньше – тем более разряженную батарейку можно использовать. Экспериментально были проверены: МП 37Б, BC337, 2N3904, MPSh20. Светодиод – любой имеющийся, с оговоркой, что мощный многокристальный будет светиться не в полную силу.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

Рис. 3 — Преобразователь, собранный по схеме № 1

Размер платы 15 х 30 мм, и может быть уменьшен до менее чем 1 квадратного сантиметра при использовании SMD-компонентов и достаточно маленького трансформатора. Без нагрузки данная схема не работает.

  

Вторая схема — это типовой степ-ап преобразователь, выполненный на двух транзисторах. Плюсом данной схемы является то, что при её изготовлении не надо мотать трансформатор, а достаточно взять готовый дроссель, но она содержит больше деталей, чем предыдущая.


Рис.7 — Схема простого DC/DC преобразователя №2

Принцип работы сводится к тому, что ток через дроссель периодически прерывается транзистором VT2, а энергия самоиндукции направляется через диод в конденсатор C1 и отдается в нагрузку. Опять же, схема работоспособна с совершенно различными компонентами и номиналами элементов. Транзистор VT1 может быть BC556 или BC327, а VT2 BC546 или BC337, диод VD1 – любой диод Шоттки, например, 1N5818. Конденсатор C1 – любого типа, емкостью от 1 до 33 мкФ, больше не имеет смысла, тем более, что можно и вовсе обойтись без него. Резисторы – мощностью 0,125 или 0,25 Вт (хотя можно поставить и мощные проволочные, ватт эдак на 10, но это скорее расточительство чем необходимость) следующих номиналов: R1 — 750 Ом, R2 — 220 КОм, R3 – 100 КОм. При этом, все номиналы резисторов могут быть совершенно свободно заменены на имеющие в наличии в пределах 10-15% от указанных, на работоспособности правильно собранной схемы это не сказывается, однако влияет на минимальное напряжение, при котором может работать наш преобразователь.

Самая важная деталь — дроссель L1, его номинал также может отличаться от 100 до 470 мкГн (экспериментально проверены номиналы до 1 мГн – схема работает стабильно ), а ток на который он должен быть рассчитан не превышает 100 мА. Светодиод – любой, опять же с учетом того, что выходная мощность схемы весьма невелика. Правильно собранное устройство сразу же начинает работать и не нуждается в настройке.

Напряжение на выходе можно стабилизировать, установив стабилитрон необходимого номинала параллельно конденсатору C1, однако следует помнить, что при подключении потребителя напряжение может проседать и становиться недостаточным. ВНИМАНИЕ! Без нагрузки данная схема может вырабатывать напряжение в десятки или даже сотни вольт! В случае использования без стабилизируещего элемента на выходе, конденсатор C1 окажется заряжен до максимального напряжения, что в случае последующего подключения нагрузки может привести к её выходу из строя!

Преобразователь также выполнен на плате размером 30 х 15 мм, что позволяет прикрепить его на батарейный отсек типа размера AA. Разводка печатной платы выглядит следующим образом:

 

Обе простые схемы повышающих преобразователей можно сделать своими руками и с успехом применять в походных условиях, например в фонаре или светильнике для освещения палатки, а также в различных электронных самоделках, для которых критично использование минимального количества элементов питания.

Простой маломощный импульсный блок питания мощностью 20 ватт на одном транзисторе

Предлагаемый импульсный источник собран всего на одном транзисторе KT872A. KT872A — это мощный высоковольтный транзистор. Такие транзисторы советского производства сейчас уже сложно найти. Можно применить любой подходящий по параметрам импортный транзистор, например такие транзисторы можно заказать на алиэкспресс. Как пример, можно использовать транзисторы BU208A или очень популярные MJE13009, которые применяются в электронных балластах люминесцентных ламп.

Принципиальная схема импульсного блока питания

Схема источника питания представляет собой импульсный понижающий преобразователь напряжения, работающий на частоте в диапазоне 20 .. 40 килогерц. рабочая частота преобразователя зависти от настройки схемы. На транзисторе VT1 реализован генератор с автозапуском. Частота генератора устанавливается подбором номинала конденсатора C5. Цепь запуска автогенератора собрана на компонентах VD5, VD6, C6.

Трансформатор Т3 — самодельный. Его можно намотать на ферритовом Ш-образном сердечнике М2000НМ9 или М2500НМС-2. Типоразмер сердечника Ш5Х5. Первичная обмотка 1-2 имеет 600 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 0.1 мм. Обмотка обратной связи 5-6 содержит 10 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 0.1 мм. Вторичная обмотка 3-4 имеет 44 витка провода диаметром 0.25 мм. Если вам нужно несколько напряжений, можете намотать несколько вторичных обмоток с соответствующими параметрами.

При настройке блока питания в первую очередь необходимо добиться устойчивой генерации при изменении входного напряжения в диапазоне 187 — 242 вольта. Для этого необходимо точнее подобрать те элементы схемы, которые помечены звездочкой ‘*’. резистор R2 может иметь сопротивление от 150 до 300 килоом, конденсатор C5 подбирается в диапазоне 6800 — 15000 пФ.

При сборке ИБП имейте в виду, что транзистор и микросхему стабилизатора нужно установить на небольшом радиаторе.

О замене компонентов. Как уже было сказано, транзистор можно применить типа BU208A или MJE13009. В качестве стабилизатора выходного напряжения удобно использовать регуляторы 7815 или 7812 если нужно выходное напряжение 12 вольт. В качестве сетевого выпрямителя можно применить диодный мостик

Транзистор MJE13009

Транзистор BU208A

Стабилизатор 15 вольт

Диодный мостик 1000в

Как из хлама сделать простой повышающий преобразователь для различных нужд


Данный преобразователь неимоверно прост в изготовлении, имеет всего 1 транзистор в своем составе. Сделан полностью из деталей от старой платы блока питания компьютера. Может использоваться для питания различных светодиодных ламп, светодиодных лент, различных приборов и тп.

Понадобится

  • Транзистор D1047C (Подойдет практически любой биполярный) — http://ali.pub/5hfocc
  • Катушка индуктивности.
  • Резистор 1 кОм.
  • Диод.
  • Конденсатор 100 мкФ 400 В.

Все детали можно найти на блоке питания от компьютера.

Схема


Простейшая схема на одном транзисторе с самовозбуждением. На выходе в качестве диода можно поставить стабилитрон и тогда выходное напряжение будет стабилизированно до заданного значения.
Катушка использована готовая. Если соберетесь делать сами, то берите провод 0,7 мм. Число витков 45 с отводом от 30 витка.

Изготовление преобразователя постоянного тока своими руками

Выпаиваем катушку индуктивности по схожим параметрам.

Отвода от середины у нее нет, поэтому сделаем его сами. Отсчитав примерное соотношение витков, канцелярским ножом соскребем лак в месте пайки.

Припаяем провод и средний вывод готов.

Транзистор устанавливаем на радиатор.

Припаиваем индуктивность.

Припаиваем резистор.

Припаиваем диод, конденсатор, провода.

На этом преобразователь готов к работе.

Испытываем преобразователь в действии

Подаем напряжение 1,3 В. И на выходе уже имеем 18 В.

Увеличиваем напряжение до 2,2 В и на выходе получается порядка 50 В

При входе 4,4 В, получается более 150 В.

Пробуем на небольшой нагрузке, в виде которой используется неоновая лампа.

Теперь испытаем преобразователь на более реальной нагрузке — светодиодной лампе.

Преобразователь хорошо питает лампу при 5 В.

КПД преобразователя порядка 98%, потребляемая мощность около 5 Вт.

Смотрите видео

Гетеродинная часть — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Гетеродинная часть

Cтраница 3

Преобразователь на одном транзисторе ( рис. 9.116) мало чем отличается, по существу, от предыдущей схемы. Гетеродинная часть преобразователя собрана по схеме с индуктивной обратной связью.  [31]

Преобразователь частоты собран по схеме с совмещенным гетеродином, то есть функции смесителя и гетеродина выполняет один транзистор, в данном случае Тг. Гетеродинная часть преобразователя частоты выполнена по так называемой схеме с общим коллектором.  [32]

На рис. 68 изображена схема простого супергетеродинного приемника на пяти транзисторах и одном диоде. Преобразователь собран на одном транзисторе П402, гетеродинная часть преобразователя выполнена по схеме с индуктивной связью.  [33]

В положении III переключателя S ( для схемы на рис. 5.14, а) напряжение 12 В подается через контакты Ш / 6 ( УВП-3-32), 6 ( ПС-1) и Ш1 / 10 ( ПСК) — на вывод 3 селектора СК-Д-30. Одновременно на вывод 7 СК-М-30 поступает — 7В, отключая его входную и гетеродинную часть. В положении III переключателя S ( для схемы на рис. 5.14 6) напряжение 12 В поступает на вывод 3 СК-Д-30 через контакты Ш / 4, 4, Ш1 / 10 соответствующих блоков. Диод VD3 закрыт, и напряжение — 7В поступает через резистор R3 и контакты 8, III1 / 4 на вывод 7 СК-М-30. Таким образом, для обеих схем обеспечивается режим работы диапазона ДМВ.  [35]

Входная часть этого преобразователя супергетеродина ничем не отличается от входной части высокочастотного каскада приемника прямого усиления. Катушка L4, включенная в коллекторную цепь транзистора, и контур L3C4C5 образуют гетеродинную часть преобразователя. Сущность работы этого участка схемы аналогична сущности работы однолампового регенератора: благодаря индуктивной связи между катушками L3 и L4 в гетеродинном контуре возбуждаются электрические колебания.  [36]

Входная цепь супергетеродина, состоящая из контура LIC1C2 магнитной антенны W1 и катушки связи L2, ничем не отличается от входной цепи радиочастотного каскада приемника прямого усиления. Катушка L4, включенная в коллекторную цепь транзистора, и контур L5C6C7C8, соединенный через конденсатор С5 с эмиттером транзистора VI, образуют гетеродинную часть преобразователя.  [38]

При помощи прибора Л1 — 3 можно испытывать приемно-усилительные и маломощные генераторные лампы, кенотроны, диоды, стабилитроны и измерять их статические параметры. Прибор позволяет измерять ток эмиссии, анодный ток, ток второй сетки, обратный ток первой сетки, крутизну характеристики анодного тока, крутизну гетеродинной части характеристики частотно-преобразовательных ламп.  [39]

Если генерация слаба или срывается на низкочастотном участке длинноволнового поддиапазона или в самом начале коротковолнового диапазола, нужно сначала повысить несколько ( на 20 — 30 в) напряжение на аноде гетеродина. Если это не улучшит генерацию, то нужно проверить достаточность обратной связи, не следует ли приблизить или увеличить на несколько витков катушку обратной связи. Увеличение индуктивности катушки следует производить осторожно, по одному витку, так как слишком сильная связь также нежелательна. Особенно существенно установить правильную величину обратной связи при использовании в преобразовательном каскаде лампы 6А7, в которой гетеродинная часть работает обычно по трехточечной схеме. Относительно этой части схемы необходимо особенно точно соблюдать указания, приводимые в описании конструкции приемника.  [40]

В результате напряжения промежуточной частоты, наводимые на вторичной обмотке выходного трансформатора промежуточной частоты токами обоих диодов, будут синфазными и суммируются. Вместе с тем составляющие спектра шумовой модуляции гетеродина подаются на оба диода синфазно. Вызываемые ими токи промежуточной частоты в первичной обмотке будут направлены навстречу друг другу и их действие будет взаимно компенсироваться. В хорошо согласованном Т — образном сочленении можно получить развязку входов гетеродина и радиосигнала на 20 — 40 дб; при этом связь гетеродина со смесителем может быть сильной, не создавая трудностей стабилизации частоты гетеродина и не вызывая увеличения потерь мощности сигнала за счет его ответвления в гетеродинную часть схемы. Использование балансного смесителя вместо обычного однотактного в приемниках с УПЧ на 30 Мгц при отражательном клистроне в качестве гетеродина позволяет улучшить коэффициент шума приемника диапазона 10 000 Мгц примерно на 2 дб.  [42]

В преобразователях с совмещенным гетеродином ( рис. 9.11) невозможно подобрать оптимальный режим и для генерирования и для преобразования. Необходимо искать компромиссное решение. Обычно транзистор такого преобразователя включен по схеме с общим эмиттером со стороны сигнала и по схеме с общей базой для гетеродина. Гетеродин может быть собран по любой схеме генератора с самовозбуждением, но чаще используется схема с трансформаторной и автотрансформаторной связью. Большое влияние на работу гетеродинной части преобразователя оказывает соотношение коэффициентов включения гетеродинного контура в цепь коллектора и эмиттера транзистора.  [43]

Страницы:      1    2    3

Простая схема автомобильного преобразователя напряжения 220В » Паятель.Ру


Большинство электроприборов, которые могли-бы пригодиться в длительном путешествии к сожалению питаются переменным напряжением 220 В. В разной радиотехнической литературе описываются всевозможные преобразователи, проставляющие собой, обычно двухтактный транзисторный генератор с индуктивной нагрузкой, либо генератор с двухтактным выходом и индуктивной нагрузкой. Трансформаторы используется самые разные, от готового сетевого от старого лампового телевизора, до самодельных на ферритовых кольцах.


Мною используется уже более двадцати лет преобразователь, схема которого показана на рисунке. Взяты самые широко распространенные (двадцать лет назад, да и сейчас могут лежать у многих радиолюбителей мертвым грузом) радиодетали — мощные транзисторы П214В, конденсаторы К50-12.

Схема проста . Два транзистора (вернее восемь транзисторов, они включены параллельно по 4 штуки: все электроды четырех транзисторов соединяются вместе, базы с базами, коллекторы с коллекторами, эмиттеры с эмиттерами, получается что каждый состоит из четырех) работают в плечах двухтактного генератора, вроде того, который используется в магнитофонах для стирания и подмагничивания, но значительно мощнее.

Обмотка I трансформатора служит нагрузкой этих транзисторов, обмотка II создает необходимую для установки автоколебательного процесса, положительную обратную связь. Нагрузочная обмотка включена в цепи эмиттеров для того, что-бы все коллекторы транзисторов можно было соединить с общим проводом.

Дело в том, что у транзисторов П214 коллектор соединен с корпусом, и такая схема упрощает монтаж — транзисторы (все восемь) без слюдяных прокладок крепятся на одном массивном радиаторе, который можно, при желании, соединить с массой автомобиля.

Данные трансформатора — площадь сечения сердечника 6 см2. Обмотка I содержит 26+26 витков провода ПЭВ-2 1,56 мм, обмотка II — 40+40 витков провода ПЭВ-2 0,44 мм, обмотка III — 700 витков ПЭВ-2 ОД мм. Дроссель Др1 можно и не устанавливать, он служит для подавления помех радиоприему, намотан на ферритовом кольце диаметром 30 мм и содержит 20 витков ПЭВ-2 1,56 мм. Частота преобразования в данном случае около 1 кгц.

В качестве радиатора и шасси преобразователя используется старая клапанная крышка. С таким радиатором преобразователь отдает в нагрузку до 200 вт. Весь монтаж сделан на выводах транзисторов и трансформатора.

Проектирование преобразователей прямого вращения с одним переключателем | Электронный дизайн

Чтобы просмотреть PDF-версию этой статьи, щелкните здесь.

Среди топологий силовых преобразователей однотранзисторный прямой преобразователь является одним из наиболее распространенных для уровней мощности ниже 100 Вт. Однако в этой статье основное внимание уделяется улучшениям в схеме, известной как однотранзисторный прямой преобразователь с резонансным сбросом. , что исключает обмотку сброса и диод (DTR), предлагая ряд других преимуществ.

Его рабочий цикл может превышать 50%, что делает его подходящим для недорогих преобразователей постоянного тока в постоянный, которые работают в широком диапазоне входных напряжений и обеспечивают широкий диапазон выходных сигналов. Отсутствие обмотки сброса снижает затраты за счет упрощения трансформатора, особенно для планарных трансформаторов, широко используемых в модулях преобразователей постоянного тока с высокой плотностью. Наконец, синусоидальное напряжение сброса схемы резонансного сброса снижает электромагнитные помехи.

Чтобы правильно оценить топологию резонансного сброса, мы должны сначала разобраться в обычном прямом преобразователе с одним переключателем ( рис.1 ). Когда переключатель Q1 включается, ток трансформатора возрастает от нуля, и диод DTR смещается в обратном направлении. Ток намагничивания трансформатора увеличивается до значения I M = V IN × T ON / L M , где T ON — время включения на цикл переключения, а L M — индуктивность намагничивания.

Во время периода включения ток нагрузки I O отражается в первичной обмотке как I P = I O × N S / N P , где N S — количество вторичных витков, а N P — количество витков первичной обмотки.Выходное напряжение: V O = V IN × D × N S / N P , где D = T ON / T S и 1 / T S — частота переключения. Ток намагничивания в первичной обмотке трансформатора непосредственно перед выключением составляет V IN × T ON / L M . Когда Q1 выключается, напряжение трансформатора стремится к обратному. Напряжение на катоде DTR продолжает снижаться, пока не включится DTR.

Для типичных приложений отношение витков N P / N R равно 1, где N R — количество витков в первичной обмотке сброса.Ток намагничивания трансформатора теперь уменьшается с I M до нуля. Когда он достигает нуля, трансформатор полностью сбрасывается, и напряжение на трансформаторе остается равным нулю до начала следующего цикла переключения. Максимальный рабочий цикл (D MAX ) в этих приложениях ограничен 50%. С другой стороны, однокнопочные преобразователи прямого типа с резонансным сбросом ( рис. 1 ) характеризуются отсутствием обмотки сброса. Во время выключения трансформатор сбрасывается (без потерь) через резонансный контур, состоящий из индуктивности намагничивания и объединенной емкости переключателя (C S ), первичной обмотки (C P ) и всех отраженных вторичных емкостей (C RS ), включая емкость выпрямительного диода.

Описание работы

Предположения сделаны в следующем анализе схемы:

  • Схема достигла установившегося режима работы.

  • L O и C O (довольно большие) можно считать бесконечными.

  • Индуктивность утечки не учитывается.

  • Падения, вызванные диодом и сопротивлением включения, не учитываются.

Устойчивый режим работы схемы состоит из трех интервалов в каждом цикле переключения:

Интервал 1 .Первоначально t = 0 и Q1 включен ( Рис. 2a ). Трансформатор намагничивается линейным током в течение этого интервала, определяемого как T ON . Вторичный ток течет через вторичный диод DR, и напряжение на емкости C D приблизительно равно нулю. C D включает внутреннюю емкость диода и внешнюю емкость, добавленную через диод DR. Первичный ток намагничивания имеет значение I 1 в начале этого интервала и I 2 в конце интервала:

Первичный ток I P представляет собой сумму отраженного тока I R (равного I O × N S / N P ) и первичного тока намагничивания I MAG .

Интервал 2 . Когда переключатель выключен, напряжение сток-исток переключателя Q1 начинает расти (, рис. 2b, ). Когда это напряжение превышает V IN , полярность вторичной обмотки меняется на обратную. Затем вторичный диод DR выключается и включается диод свободного хода DF. Синусоидальный ток размагничивания начинает течь через резонансный контур, образованный параллельной комбинацией индуктивности намагничивания трансформатора L M и емкости C R , отраженных через первичную обмотку трансформатора.Емкость C R представляет собой сумму всех емкостей на первичной обмотке, включая отраженную емкость C D , внутреннюю и внешнюю емкость на диоде DR (внутренняя емкость диода DRD):

, где C S — емкость первичного переключателя, а C T — первичная емкость трансформатора. Интервал 2 равен T ON + T R , где T R — половина резонансного интервала:

Внешняя емкость C R заряжается от нуля до пикового значения:

в течение этого интервала, а затем снова разряжается до нуля.Следовательно, ток намагничивания I 1 в конце интервала должен быть равен -I 2 . Напряжение сток-исток (V DS ) на первичном переключателе Q1 в конце этого интервала составляет V IN , но достигает пика:

на полпути через интервал 2.

Интервал 3 . В течение этого интервала оба диода DR и DF горят, а первичный переключатель выключен ( Рис. 2c ). Напряжение на первичной обмотке трансформатора поддерживается равным нулю за счет отраженного виртуального короткого замыкания на диоде DF, а ток намагничивания сохраняется на уровне -I 2 в течение всего интервала.Конец интервала 3 определяет конец цикла переключения, и поскольку схема находится в установившемся состоянии, ток I 1 равен -I 2 . Подставляя I 1 в уравнение. 1, мы видим, что первичный ток намагничивания в начале каждого цикла переключения равен:

В течение всего интервала 3 напряжение на первичной обмотке трансформатора поддерживается на уровне 0 В, поэтому напряжение первичного переключателя V DS остается на уровне V IN . Обратите внимание, что в конце T S , I 2 ≠ I 1 возможно, если π√L M × C R > T R .В этом случае полный полупериод резонанса не был завершен до начала следующего цикла переключения, и поэтому напряжение на первичном переключателе превышает V IN в начале каждого цикла переключения. Это условие увеличивает коммутационные потери.

Переходный режим

Переходные напряжения на первичном переключателе и вторичных выходных диодах могут сильно различаться в зависимости от типа контроллера, используемого в приложении. Если конструкция не оптимальна, переходные процессы могут вызвать отказ первичных переключателей или вторичных диодов.

Рассмотрим работу с ШИМ-контроллером токового режима. Первоначально блок питания работает без нагрузки и с высоким линейным напряжением. Применяется переходная нагрузка (от минимальной нагрузки до полной), которая вызывает немедленный переход рабочего цикла к максимальному. В свою очередь, это событие вызывает значительное увеличение тока намагничивания трансформатора и может вызвать насыщение трансформатора, если в его конструкции не учитывались такие переходные процессы. Напряжение резонансного сброса намного выше, чем в установившемся режиме, и может вызвать отказ прямого диода или первичного переключателя.

Чтобы решить эту проблему, мы вводим фиксатор вольт-мксек. Рассмотрим приведенный выше контроллер с фиксатором максимального рабочего цикла, который обратно пропорционален входному напряжению. Такое расположение ограничивает максимальное отклонение магнитного потока по контуру B-H трансформатора во время переходного процесса, что позволяет использовать трансформатор меньшего размера. Напряжение переходных процессов на прямой диод и первичный переключатель значительно меньше, но все же выше, чем в установившемся режиме.

Теперь рассмотрим работу преобразователя этого типа с очень малой нагрузкой с использованием диодов для выпрямления.В этом режиме работы ток намагничивания очень близок к нулю, а рабочий цикл невелик. Если теперь применить переходный процесс нагрузки (от холостого хода до полной нагрузки), рабочий цикл немедленно увеличится до максимального значения, разрешенного адаптивным ограничителем рабочего цикла. Перед применением переходного процесса ток намагничивания равен нулю. Переходный пиковый рабочий цикл при высоком линейном напряжении составляет:

, где V INmin — входное напряжение низкой линии, D MAXtr — максимальный рабочий цикл при низком напряжении, установленный адаптивным фиксатором рабочего цикла, а V INmax — входное напряжение при высоком напряжении. Напряжение.Когда происходит переходный процесс, ток намагничивания увеличивается от нуля до:

в первом цикле включения после переходного процесса, где L M — первичная индуктивность намагничивания, а f S — частота переключения. После выключения переключателя ток намагничивания меняет направление синусоидальным образом, задаваемое индуктивностью намагничивания L M и емкостью C R . Пиковое напряжение на переключателе:

Для установившейся работы при полной нагрузке и высоком линейном напряжении пиковое установившееся напряжение на переключателе составляет:

, где D MAXs — установившийся рабочий цикл при полной нагрузке и низком уровне.В практических приложениях мы стараемся устанавливать D MAXtr немного выше, чем D MAXs . Мы также видим, что пиковое переходное обратное напряжение на диодном DF более чем в два раза превышает пиковое установившееся обратное напряжение с этим типом контроллера с широтно-импульсной модуляцией (PWM). Для контроллеров PWM без фиксатора вольт-мкс переходное напряжение может быть еще выше.

Если в схеме используются синхронные выпрямители, ток индуктора не становится прерывистым, а токи намагничивания при малой нагрузке и при полной нагрузке почти одинаковы.Для контроллеров с режимом тока ШИМ с зажимами вольт-мкс напряжение переходного напряжения на первичном переключателе и вторичном диоде DF ближе к пиковому напряжению установившегося напряжения.

Поведение контроллеров режима напряжения аналогично поведению контроллеров PWM режима тока. Опять же, использование адаптивного зажима вольт-мкс может снизить напряжение. Эти типы преобразователей часто включают в себя плавный пуск рабочего цикла, который увеличивает рабочий цикл, контролируя любое накопление энергии намагничивания при одновременном снижении напряжения.

Пример проектирования

Рабочий источник питания Рис. 3 принимает входное напряжение постоянного тока в диапазоне от 36 до 56 В и выдает изолированное переменное выходное напряжение в диапазоне от 4 до 18 В, управляемое регулируемым внешним опорным сигналом. Максимальный выходной ток составляет 0,4 А, а частота переключения — 500 кГц.

Прямой преобразователь с резонансным сбросом лучше всего подходит для этой конструкции, поскольку он позволяет максимально увеличить рабочий цикл. Эта возможность необходима, если выходное напряжение должно регулироваться от высоких уровней вплоть до 4 В.В противном случае минимальное время работы ШИМ-контроллера является ограничением, которое может вызвать проблемы. Синхронные выпрямители должны быть включены, чтобы максимизировать эффективность и позволить контроллеру PWM управлять выходным напряжением до 4 В при малых нагрузках. Показанный ШИМ-контроллер в токовом режиме также включает в себя адаптивную фиксацию вольт-мксек.

Поскольку источник питания должен включаться при 36 В и обеспечивать полную мощность при 36 В, мы установили его точку включения на 34,2 В. Это значение напряжения включения включает запас 5% для компенсации допусков компонентов.Затем мы устанавливаем максимальный рабочий цикл, соответствующий точке включения (установленной адаптивным рабочим циклом), равным 75%. Это оставляет 25% времени переключения доступным для сброса трансформатора при минимальном рабочем напряжении преобразователя.

При минимальном рабочем напряжении максимально доступное время сброса для трансформатора составляет:

, где D MAX = 0,75 и f S = 5 × 10 5 . Эти значения дают время сброса 0,5 мкс. Чтобы минимизировать потери при переключении, ток намагничивания должен завершить один полупериод синусоидального «резонансного звонка», как указано в формуле.4. Следовательно, пиковое установившееся напряжение напряжения на первичном переключателе (полученное путем подстановки значений в уравнение 7) составляет 217,2 В. Таким образом, для этой конструкции мы выбираем переключатель с номиналом 250 В.

Соотношение витков первичной и вторичной обмоток трансформатора:

Мы выбираем трансформатор с сердечником EFD15 из материала 3F3 и получаем n ≤ 1,35, подставляя значения в уравнение. 9. Фактические витки первичной обмотки (30) и витки вторичной обмотки (24) дают коэффициент трансформации 1,25. Индуктивность намагничивания для этого трансформатора, намотанного с использованием сердечников без зазоров, составляет 702 мкГн ± 25%.Допуск индуктивности намагничивания может привести к допуску (+11%) / (- 13,4%) собственной резонансной частоты трансформатора, не принимая во внимание допуск на общую емкость, возникающую на первичной обмотке в реальной цепи. Измеренная собственная резонансная частота образца трансформатора была ниже 1 МГц.

Мы должны гарантировать, что фактическая собственная резонансная частота размагничивания схемы выше, чем f S / (1-D MAX ). Таким образом, мы делаем разрыв сердечника, как для уменьшения измеряемой собственной резонансной частоты трансформатора, так и для уменьшения изменения индуктивности намагничивания.Использование сердечника с зазором с допуском A -1 10% дает индуктивность намагничивания 144 мкГн.

Собственная резонансная частота, измеренная для нового образца трансформатора, составляет 4 МГц, а емкость трансформатора, рассчитанная из выражения для собственной резонансной частоты, составляет 11 пФ. Исходя из доступного времени сброса, максимально допустимая первичная емкость составляет 176 пФ. Это значение допускает максимум 165 пФ для суммы емкости переключателя и емкости отраженного диода (C R ).Поскольку емкость полевого МОП-транзистора определить нелегко, мы должны построить схему и отрегулировать значение добавленной емкости синхронного полевого МОП-транзистора (QR), чтобы получить соответствующее время сброса. В реальном источнике питания добавленная емкость на полевом МОП-транзисторе QR составляет 100 пФ.

Выходная катушка индуктивности и конденсатор выбраны для оптимизации эффективности и обеспечения соответствия спецификации выходной пульсации. Таким образом, значение индуктивности составляет 47 мкГн, а СО образуется путем параллельного соединения трех керамических конденсаторов, каждый номиналом 4.7 мкФ и 25 В.

Для первичного полевого МОП-транзистора Q1 (номинальное напряжение 250 В) мы выбрали FQD4N25 от Fairchild Semiconductor (Южный Портленд, штат Мэн) из-за его низкой собственной емкости и низкого сопротивления в открытом состоянии. Этот полевой МОП-транзистор также минимизирует потери привода затвора, потери проводимости и потери при переключении.

Пиковое напряжение синхронного выпрямителя QR составляет:

, где n A — фактическое соотношение витков первичной и вторичной обмоток силового трансформатора. В этом случае n A равно 1.25, а расчетное значение V QR составляет 122 В. Поэтому мы выбираем полевой МОП-транзистор на 150 В для QR. Пиковое напряжение на свободно вращающемся МОП-транзисторе QF составляет:

, где n A составляет 1,25, а V INmax составляет 56 В. Расчетное значение составляет 44,8 В, поэтому для QF мы выбираем полевой МОП-транзистор с номиналом 60 В. (Схема управления и синхронные приводы на полевых МОП-транзисторах показаны на рис. 3 , но не обсуждается далее.)

Результаты экспериментов

Фиг. 4 и 5 показаны формы сигналов напряжения на первичном МОП-транзисторе Рис.3 при различных входных напряжениях и различных выходных напряжениях, с выходной нагрузкой 400 мА. Осциллограммы напряжения стока ясно показывают, что напряжение резонансного сброса не изменяется с линейным напряжением, но пропорционально выходному напряжению. Пиковое напряжение на первичном МОП-транзисторе равно входному напряжению плюс напряжение резонансного сброса.

Мы пришли к выводу, что прямые преобразователи с резонансным сбросом вполне подходят для источников питания, работающих от широкодиапазонных входов постоянного напряжения. Они также подходят для приложений, требующих широкого диапазона регулируемого выходного напряжения.При разработке прямых преобразователей с резонансным сбросом следует позаботиться о том, чтобы минимизировать нагрузку переходных напряжений на устройства (использование синхронного выпрямления снижает напряжение переходных процессов на силовых полупроводниках). Для оптимальной производительности вам также следует выбрать подходящий контроллер.

Страница не найдена — ScienceDirect

  • Пандемия COVID-19 и глобальное изменение окружающей среды: новые потребности в исследованиях

    Environment International, том 146, январь 2021 г., 106272

    Роберт Баруки, Манолис Кожевинас, […] Паоло Винеис

  • Исследование количественной оценки риска изменения климата в городском масштабе: обзор последних достижений и перспективы будущего направления

    Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии, Том 135, Январь 2021 г., 110415

    Бинь Йеа, Цзинцзин Цзян, Джунго Лю, И Чжэн, Нань Чжоу

  • Воздействие изменения климата на экосистемы водно-болотных угодий: критический обзор экспериментальных водно-болотных угодий

    Журнал экологического менеджмента, Том 286, 15 мая 2021 г., 112160

    Шокуфе Салими, Сухад А.A.A.N. Алмуктар, Миклас Шольц

  • Обзор воздействия изменения климата на общество в Китае

    Достижения в исследованиях изменения климата, Том 12, выпуск 2, апрель 2021 г., страницы 210-223

    Юн-Цзянь Дин, Чен-Ю Ли, […] Цзэн-Ру Ван

  • Общественное мнение об изменении климата и готовности к стихийным бедствиям: данные Филиппин

    2020 г.

    Винченцо Боллеттино, Тилли Алкайна-Стивенса, Манаси Шарма, Филип Ди, Фуонг Пхама, Патрик Винк

  • Воздействие бытовой техники на окружающую среду в Европе и сценарии снижения их воздействия

    Журнал чистого производства, Том 267, 10 сентября 2020 г., 121952

    Роланд Хишье, Франческа Реале, Валентина Кастеллани, Серенелла Сала

  • Влияние глобального потепления на смертность апрель 2021 г.

    Раннее человеческое развитие, Том 155, апрель 2021 г., 105222

    Жан Каллея-Агиус, Кэтлин Инглэнд, Невилл Каллеха

  • Понимание и противодействие мотивированным корням отрицания изменения климата

    Текущее мнение об экологической устойчивости, Том 42, февраль 2020 г., страницы 60-64

    Габриэль Вонг-Пароди, Ирина Фейгина

  • Это начинается дома? Климатическая политика, нацеленная на потребление домашних хозяйств и поведенческие решения, является ключом к низкоуглеродному будущему

    Энергетические исследования и социальные науки Том 52, июнь 2019, страницы 144-158

    Гислен Дюбуа, Бенджамин Совакул, […] Райнер Зауэрборн

  • Трансформация изменения климата: определение и типология для принятия решений в городской среде

    Устойчивые города и общество, Том 70, июль 2021 г., 102890

    Анна К. Херлиманн, Саре Мусави, Джеффри Р. Браун

  • «Глобальное потепление» против «изменения климата»: повторение связи между политической самоидентификацией, формулировкой вопроса и экологическими убеждениями.

    Журнал экологической психологии, Том 69, 2020 июнь, 101413

    Алистер Раймонд Брайс Сауттер, Рене Мыттус

  • Преобразователь мощности

    постоянного тока в переменный с использованием транзистора 2SC5200

    Силовые цепи преобразователя постоянного тока в переменный — это цепи, которые преобразуют постоянный ток в мощность переменного тока.Следовательно, широко используется во многих электронных схемах. Они есть повсюду, от небольших устройств до сложных схем. Итак, в этой статье мы сделаем простые преобразователи постоянного тока в переменный ток двух типов. Во-первых, с помощью одного транзистора, а во-вторых, с использованием двух транзисторов. Обе схемы просты для понимания и доступны по цене.

    Для создания схемы трансформатор и транзисторы являются основными компонентами, которые используются в качестве основного компонента. Здесь мы используем мощный NPN-транзистор 2sc5200.Этот транзистор обеспечивает меньшее количество гармонических искажений и соотношение сигнал / шум. Поэтому предпочтительнее использовать в этой схеме.

    2SC5200 Распиновка

    Преобразователь постоянного тока в переменный на одном транзисторе

    Во-первых, мы сделаем схему преобразователя постоянного тока в переменный, используя единственный транзистор. Хотя схема не дает чистой синусоидальной волны на выходе, ее можно эффективно использовать для небольших схем. Задача схемы — обеспечить колебательное напряжение на выходе трансформатора, который соединен с выходной нагрузкой схемы.

    Требуемое оборудование

    9045
    Серийный номер Название компонента Значение Кол-во
    1 Транзисторы 2sc5200 1 2sc5200 1
    3 повышающий трансформатор 220 В 1
    4 Аккумулятор 12 В 1
    Принципиальная схема

    Рабочее пояснение

    Когда вы подключаете схему в соответствии со схемой, приведенной выше, и подаете на нее питание постоянного тока, транзистор 2sc5200 является мощным NPN-транзистором с тремя внешними выводами.База этого транзистора управляет смещением, эмиттер, подключенный к земле, отводит ток. Следовательно, ток протекает через коллектор, который подключен к трансформатору, увеличивающему напряжение. В результате трансформатор в цепи управляет нагрузкой этого простого инвертора.

    Приложения

    • Его также можно использовать в небольших цепях, требующих питания переменного тока.
    • Также в маломощных цепях переменного тока.
    • Для работы с некоторыми устройствами переменного тока.

    Преобразователь постоянного тока в переменный на двух транзисторах

    Теперь в этой схеме мы будем использовать два транзистора для изготовления преобразователя. Поскольку в этой схеме используются два транзистора, следовательно, мощность в два раза больше, чем у приведенной выше схемы на одном транзисторе.

    Требуемое оборудование

    9045 2 9045 1 9045 2 9045 1 9045 2 9045 1 9045 2 9045 2 9045 1 9045 2 9045 2 9045 1 9045 2 9045 1 9045 2 9045 2 9045 1 9045 2 9045 2 9045 1 9045
    Серийный номер Наименование компонента Значение Кол-во
    1 Транзисторы 2sc5200 1 2sc5200 1
    3 Повышающий трансформатор 220 Вольт 1
    4 Аккумулятор 12 В 1

    Принципиальная схема

    Рабочее пояснение

    Схема работы такая же, как и в схеме с одним транзистором, но в этом случае выходная мощность будет увеличена вдвое.при подаче напряжения работает только один транзистор. Другими словами, когда на схему подается постоянное напряжение, один из двух транзисторов переходит в состояние насыщения и формирует замкнутый контур, и ток течет до тех пор, пока трансформатор, включенный в схему, не достигнет своего насыщения. Теперь этот транзистор открывается, а второй транзистор закрывается. Процесс этих закрытых и открытых транзисторов дает мощность переменного тока на выходе.

    Приложения

    • Применения такие же, как применение однотранзисторного преобразователя.Но его также можно использовать в цепях, требующих вдвое большей мощности переменного тока.

    (PDF) Исследование последовательного однотранзисторного преобразователя постоянного тока ZVS

    Рис.12 Результаты моделирования параллельного однотранзисторного резонансного преобразователя постоянного тока в постоянный ток

    с LT Spice

    Маркировка на осциллограммах:

    I ( Lk) — ток через индуктор «L»;

    Ic (Q1) — ток через транзистор «Т»;

    В (n009) — напряжение на транзисторе «Т»;

    В (n005) — входное напряжение;

    В (n001) — выходное напряжение;

    I (D11), I (D13) — ток через диоды D11 и D13;

    I (C3) = I (Cin) — ток через конденсатор «Cin»;

    Как видно из осциллограмм, большой ток через

    конденсатора Cin отсутствует, потому что здесь резонансный ток

    протекает только в параллельном резонансном контуре.

    Выходное напряжение для обеих цепей одинаковое — постоянное.

    VIII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    Из проведенных исследований видно, что выбранный алгоритм управления

    путем задания максимальных значений входного тока, схема

    работоспособна при различных нагрузках. Этот вид управления

    содержит токовую защиту, которая ограничивает максимальное значение

    тока через транзистор и обеспечивает переключение нулевого напряжения

    для транзистора.Это дает хорошие результаты, а также

    обеспечивает хорошие рабочие качества последовательного одиночного транзистора

    DC-DC преобразователя.

    ССЫЛКИ

    [1] Дж. Сересо, «Определение IGBT для одностороннего индукционного нагрева

    Плиты», Bodo´s Power Systems® — Electronics in Motion and

    Conversion, апрель 2012 г., ISSN: 1863-5598, стр. .22-30.

    [2] Д. Данков, М. Симеонов, «Квазирезонансный инвертор в электронном балласте

    для разрядных ламп высокого давления», 14-й Международный симпозиум по силовой электронике

    ЕЕ2007 — CD, ISBN 86-

    7892- 065-3, Нови-Сад, Республика Сербия, 7-9.11.2007, Т1-2.4, стр.1-5.

    [3] Р. Станев, «Электронный интеллектуальный контроллер нагрузки для микросетей и

    автономных энергосистем», XII Национальная конференция с международным участием

    «ELECTRONICA 2014», София, Национальный научный центр и

    Технический центр, 15 мая. 2014, стр.381-386, ISSN 1313-3985.

    [4] Р. Эриксон, Д. Максимович, «Основы силовой электроники»,

    , второе издание, Kluwer Academic Publishers Group, 2001.

    [5] N.Мохан, Т. Унделанд, У. Роббинс, «Силовая электроника — преобразователи,

    , приложения и дизайн (3-е издание)», © 2003 John Wiley & Sons.

    [6] М. Рашид, «Справочник по силовой электронике: устройства, схемы и

    приложений», Academic Press, 2007.

    [7] М. Симеонов, Д. Данков, «Области применения преобразователей с

    одноимпульсный эффект ». PCIM’99 Power Conversion Conference

    Proceedings, 1999, 22–24 июня, Нюрнберг, Германия, рр.475-480.

    [8] Н. Маджаров, «Резонансные источники питания с дозированием энергии и системой управления PLL

    », PCIM’08, Power Conversion, Нюрнберг, Германия,

    2008, стр. 266-271.

    [9] Н. Маджаров, М. Гардевски, «Источник постоянного / постоянного тока высокого напряжения —

    Proceeding» PCIM’10, Power Conversion, Нюрнберг, Германия, 2010.

    pp.692-697.

    [10] Н. Хинов, Д. Арнаудов, Г. Краев, «Схемы однотранзисторных резонансных преобразователей постоянного тока

    с переключением нулевого напряжения и алгоритмом управления ими

    », Патентная заявка на изобретение

    № 111255/2012 г., Официальный бюллетень Патентного ведомства Болгарии,

    № 1/2014 София 2014, стр.15.

    [11] Г. Краев, Н. Хинов, Л. Околийски, «Анализ и проектирование последовательного ZVS

    резонансного инвертора», Ежегодный журнал электроники, том 5, КНИГА 1,

    Технический университет Софии, факультет Электронная инженерия и

    Технологии

    , ISSN 1313-1842, стр.169-172, 2011.

    Проектирование однопереключателя, резонансного сброса, | Максим Интегрированный

    Аннотация: Среди топологий преобразователей мощности однотранзисторный прямой преобразователь является одним из наиболее распространенных для уровней мощности ниже 100 Вт.В этой статье описывается усовершенствование схемы, которая называется «однотранзисторный прямой преобразователь с резонансным сбросом» и устраняет обмотку сброса и диод (D TR ). Мы обсудим несколько других преимуществ этой конструкции.

    Аналогичная статья появилась в октябрьском номере журнала Power Electronics Technology за 2005 год.

    Введение

    Однотранзисторные прямые преобразователи с резонансным сбросом обычно используются в модулях преобразователей постоянного тока для уровней мощности ниже 100 Вт.Эти устройства также весьма полезны для преобразователей постоянного тока в постоянный с широко регулируемыми выходными напряжениями. В этой статье, однако, описывается усовершенствованная схема, называемая «однотранзисторный прямой преобразователь с резонансным сбросом». Эта конструкция исключает обмотку сброса и диод (D TR ) и предлагает несколько явных преимуществ.

    Рабочий цикл этого преобразователя с резонансным сбросом может превышать 50%, что делает его подходящим для недорогих преобразователей постоянного тока в постоянный, которые работают от широких входных напряжений и обеспечивают широкий диапазон выходных значений.Отсутствие обмотки сброса снижает затраты за счет упрощения трансформатора, особенно для планарных трансформаторов, широко используемых в модулях преобразователей постоянного тока с высокой плотностью. Наконец, синусоидальное напряжение сброса схемы резонансного сброса снижает электромагнитные помехи.

    Конструкция обычного однокнопочного прямого преобразователя

    Чтобы правильно оценить топологию резонансного сброса, мы должны сначала разобраться в обычном прямом преобразователе с одним переключателем (, рис. 1а, ). Когда переключатель Q1 включается, ток трансформатора возрастает от нуля, и диод D TR смещается в обратном направлении.Ток намагничивания трансформатора увеличивается до значения I M = V IN T ON / L M , где T ON — время включения на цикл переключения, а L M — ток намагничивания.


    Рисунок 1а. Обычный однотранзисторный прямой преобразователь.

    Во время периода включения ток нагрузки I O отражается в первичной обмотке как I P = I O N S / N P , где N S — это число витков вторичной обмотки, а N P — число витков первичной обмотки.Выходное напряжение: V O = V IN DN S / N P , где D = T ON / T S и 1 / T S — частота переключения. Ток намагничивания в первичной обмотке трансформатора непосредственно перед выключением составляет В IN T ON / L M . Когда Q1 выключается, напряжение трансформатора стремится к обратному. Напряжение на катоде D TR продолжает расти, пока не включится D TR .

    Для типичных приложений отношение витков N P / N R равно 1, где N R — количество витков в первичной обмотке сброса.Ток намагничивания трансформатора теперь уменьшается с I M до нуля. Когда он достигает нуля, трансформатор полностью сбрасывается, и напряжение на трансформаторе остается равным нулю до начала следующего цикла переключения. Максимальный рабочий цикл, D MAX , в этих приложениях ограничен 50%.

    Конструкция прямого преобразователя с резонансным сбросом

    Однокнопочные преобразователи прямого типа с резонансным сбросом характеризуются отсутствием обмотки сброса (, рис. 1b, ). Во время выключения трансформатор сбрасывается (без потерь) через резонансный контур, который состоит из: индуктивности намагничивания; и объединенная емкость переключателя, первичной обмотки и всех отраженных вторичных емкостей, включая емкость выпрямительного диода.


    Рисунок 1б. Однокнопочный прямой преобразователь с резонансным сбросом.

    Описание работы

    Для анализа схемы делаются следующие допущения:
    • Схема достигла установившегося режима работы.
    • L O и C O (довольно большие) можно считать бесконечными.
    • Индуктивность утечки не учитывается.
    • Падения из-за сопротивления диода и включения не учитываются.

    Устойчивый режим работы схемы состоит из трех интервалов в каждом цикле переключения:

    Интервал 1

    Первоначально t = 0 и Q1 включен (, рис. 2а, ).Трансформатор намагничивается линейно нарастающим током в течение периода включения. Вторичный ток течет через вторичный диод, D R , и напряжение на емкости, C D , приблизительно равно нулю. C D включает внутреннюю емкость диода и внешнюю емкость, добавленную к D R . Первичный ток намагничивания имеет значение I 1 в начале этого интервала и I 2 в конце интервала.

    Первичный ток — это сумма отраженного тока I O (N S / N P ) и первичного тока намагничивания.


    Рисунок 2а. На Рисунке 1b показана эквивалентная схема для напряжения на Q1 и формы волны первичного тока намагничивания во время интервала 1 (не в масштабе).

    Интервал 2

    Когда переключатель выключен, напряжение сток-исток переключателя начинает расти (, рис. 2b, ). Когда это напряжение превышает V IN , вторичный диод D R выключается и включается диод свободного хода D F . Синусоидальный ток размагничивания начинает течь через резонансный контур, который образован параллельной комбинацией индуктивности намагничивания трансформатора L M и емкости C R , отраженных через первичную обмотку трансформатора.Эта емкость, C R , представляет собой сумму всех емкостей в первичной обмотке, включая емкость отраженного диода, C D :

    , где C S — это емкость первичного переключателя, а C T — трансформатор. первичная емкость. C D — внешняя емкость через диод C D (емкости диода << C D ). Интервал 2 заканчивается в конце T ON + T R , где T R — половина резонансного интервала.

    Внешняя емкость C R заряжается с нуля до пикового значения в течение этого интервала, а затем снова разряжается до нуля. Следовательно, ток намагничивания I 1 в конце интервала должен быть равен -I 2 . Напряжение на первичном переключателе в конце этого интервала составляет В IN , но напряжение на переключателе достигает пика в середине интервала.


    Рисунок 2б. На Рисунке 1b представлена ​​эквивалентная схема для напряжения на Q1 и формы волны первичного тока намагничивания во время интервала 2 (не в масштабе).

    Интервал 3

    В течение этого интервала оба диода D R и D F горят; первичный переключатель выключен ( Рисунок 2c ). Напряжение на трансформаторе равно нулю, а ток намагничивания в конце интервала равен -I 2 . На этом цикл переключения завершается. Поскольку схема находится в установившемся режиме, ток I 1 , следовательно, равен -I 2 . Подставляя I 1 в уравнение 1, мы видим, что первичный ток намагничивания в начале каждого цикла переключения равен:

    Напряжение первичного переключателя остается на уровне V IN в течение интервала 3.Обратите внимание в конце T S , что I 2 ≠ I 1 возможно, если. В этом случае полный полупериод резонанса не завершается до начала следующего цикла переключения. Следовательно, напряжение на первичном переключателе превышает V IN в начале каждого цикла переключения. Это условие увеличивает коммутационные потери.


    Рисунок 2c. На Рисунке 1b представлена ​​эквивалентная схема для напряжения на Q1 и формы волны первичного тока намагничивания во время интервала 3 (не в масштабе).

    Переходный режим

    Переходные напряжения на первичном переключателе и вторичных выходных диодах могут сильно различаться в зависимости от типа контроллера, используемого в приложении. Если конструкция не оптимальна, переходные процессы могут вызвать отказ первичных переключателей или вторичных диодов.

    Рассмотрим работу с ШИМ-контроллером токового режима. Первоначально источник питания работает без нагрузки и при высоком сетевом напряжении. Применяется переходная нагрузка (от минимальной нагрузки до полной), которая вызывает немедленный переход рабочего цикла к максимальному.В свою очередь, это событие вызывает значительное увеличение тока намагничивания трансформатора и может вызвать насыщение трансформатора, если в его конструкции не учитывались такие переходные процессы. Напряжение резонансного сброса намного выше, чем в установившемся режиме, и может вызвать отказ прямого диода или первичного переключателя.

    Чтобы решить эту проблему, мы вводим вольт-микросекундные зажимы. Рассмотрим приведенный выше контроллер с фиксатором максимальной продолжительности включения, который обратно пропорционален входному напряжению.Такая компоновка ограничивает максимальное отклонение магнитного потока вдоль контура BH трансформатора во время переходного процесса, что, в свою очередь, позволяет использовать трансформатор меньшего размера. Напряжение переходных процессов на прямой диод и первичный переключатель значительно меньше, но все же выше, чем в установившемся режиме.

    Теперь рассмотрим работу этого типа преобразователя с очень малой нагрузкой и с использованием диодов для выпрямления. В этом режиме работы ток намагничивания очень близок к нулю, а рабочий цикл невелик.Если теперь применить переходный процесс нагрузки (от холостого хода до полной нагрузки), рабочий цикл немедленно увеличится до максимального значения, разрешенного адаптивным ограничителем рабочего цикла. Перед применением переходного процесса ток намагничивания равен нулю. Переходный пиковый рабочий цикл при высоком линейном напряжении равен, где V INMIN — это входное напряжение низкой линии, D MAX (TR) — максимальный рабочий цикл при низком линейном напряжении, установленный адаптивным фиксатором рабочего цикла, и V INMIN — входное напряжение при высоком линейном напряжении.Когда происходит переходный процесс, ток намагничивания увеличивается с 0 до в первом цикле включения после переходного процесса. Здесь L M — первичная индуктивность намагничивания, а ƒ SW — частота переключения. После выключения переключателя ток намагничивания меняет направление синусоидальным образом, задаваемое индуктивностью намагничивания L M и емкостью C R . Пиковое напряжение на коммутаторе:

    Для установившейся работы при полной нагрузке и высоком линейном напряжении пиковое установившееся напряжение на коммутаторе составляет:

    , где D MAX (S) — установившееся -состояний рабочий цикл при полной нагрузке и низком уровне.В практических приложениях мы стараемся устанавливать D MAX (TR) немного выше, чем D MAX (S) . Мы также видим, что пиковое переходное обратное напряжение на диоде D F более чем в два раза превышает пиковое установившееся обратное напряжение с этим типом ШИМ-контроллера. Для ШИМ-контроллеров без вольт-микросекундных зажимов переходное напряжение может быть еще выше.

    Если схема включает синхронные выпрямители, ток индуктора не становится прерывистым, а токи намагничивания при малой нагрузке и при полной нагрузке почти одинаковы.Для контроллеров с ШИМ-режимом с вольт-микросекундными зажимами напряжение переходного напряжения на первичном переключателе и вторичном диоде, D F , ближе к пиковому напряжению установившегося напряжения.

    Поведение контроллеров режима напряжения аналогично поведению контроллеров PWM режима тока. Опять же, использование адаптивного вольт-микросекундного зажима может снизить стресс. Эти типы преобразователей часто включают в себя плавный пуск рабочего цикла, который увеличивает рабочий цикл, тем самым контролируя любое накопление энергии намагничивания при одновременном снижении напряжения.

    Пример проектирования

    Рабочий источник питания Рисунок 3 принимает входные напряжения постоянного тока в диапазоне от 36 до 56 В и выдает изолированное переменное выходное напряжение от 4 до 18 В, управляемое регулируемым внешним опорным сигналом. Максимальный выходной ток составляет 0,4 А, а частота переключения ƒ SW составляет 500 кГц.


    Более подробное изображение (PDF, 212,38кБ).
    Рис. 3. Прямой преобразователь с резонансным сбросом и входным диапазоном от земли до -48 В OUT (от 36 до 56 В) и выходным диапазоном от 4 до 18 В.

    Прямой преобразователь с резонансным сбросом лучше всего подходит для этой конструкции, поскольку он позволяет максимально увеличить рабочий цикл. Эта возможность необходима, если выходное напряжение должно регулироваться от высоких уровней до 4 В. В противном случае минимальное время включения ШИМ-контроллера является ограничением, которое может вызвать проблемы. Синхронные выпрямители должны быть включены, чтобы максимизировать эффективность и позволить контроллеру PWM управлять выходным напряжением до 4 В при малых нагрузках. Показанный ШИМ-контроллер токового режима также включает в себя адаптивный вольт-микросекундный фиксатор.

    Адаптивный зажим рабочего цикла

    Поскольку блок питания должен включаться и обеспечивать полную мощность 36 В, мы установили его точку включения на 34,2 В. Это напряжение включения включает запас в 5% для компенсации допусков компонентов. Затем мы устанавливаем максимальный рабочий цикл, который соответствует точке включения (установленной адаптивным рабочим циклом), равным 75%. При таком подходе 25% времени переключения остается доступным для сброса трансформатора при минимальном рабочем напряжении преобразователя.

    Номинальное напряжение первичного МОП-транзистора

    При минимальном рабочем напряжении максимальное доступное время сброса для трансформатора составляет:

    , где D MAX = 0.75 и ƒ SW = 5 x 10 5 . Эти значения дают время сброса 0,5 мкс. Чтобы минимизировать потери при переключении, ток намагничивания должен завершить один полупериод синусоидального «резонансного звонка», как указано в уравнении 4. Следовательно, и пиковое установившееся напряжение напряжения на первичном переключателе (полученное путем подстановки значений в уравнение 7) составляет 208,6 В. Таким образом, для этой конструкции мы выбрали выключатель на 250 В.

    Конструкция трансформатора

    Соотношение витков первичной и вторичной обмоток трансформатора равно n:

    . Мы выбираем трансформатор с сердечником EFD15 из материала 3F3 и получаем n < 1.35 путем подстановки значений в уравнение 9. Фактические витки первичной обмотки (30) и витки вторичной обмотки (24) дают коэффициент витков 1,25. Индуктивность намагничивания для этого трансформатора, намотанного с использованием сердечников без зазоров, составляет 702 мкГн ± 25%. Допуск индуктивности намагничивания может давать допуск +11% / — 13,4% для собственной резонансной частоты трансформатора, не принимая во внимание допуск на общую емкость, появляющуюся на первичной обмотке в реальной цепи. Измеренная собственная резонансная частота образца трансформатора была ниже 1 МГц.

    Мы должны гарантировать, что фактическая собственная резонансная частота размагничивания схемы выше, чем ƒ SW / (1 — D MAX ). Таким образом, мы делаем разрыв сердечника, как для уменьшения измеряемой собственной резонансной частоты трансформатора, так и для уменьшения изменения индуктивности намагничивания. Использование сердечника с зазором и допуском 10% A 1 дает индуктивность 144 мкГн.

    Собственная резонансная частота, измеренная для нового образца трансформатора, составляет 4 МГц; Емкость трансформатора, рассчитанная из выражения для собственной резонансной частоты, составляет 11 пФ.Исходя из доступного времени сброса, максимально допустимая первичная емкость составляет 176 пФ. Это последнее значение допускает максимум 165 пФ для суммы емкости переключателя и емкости отраженного диода, C R . Поскольку емкость полевого МОП-транзистора определить нелегко, мы должны построить схему и отрегулировать значение добавленной емкости синхронного полевого МОП-транзистора Q R , чтобы получить соответствующее время сброса. В реальном источнике питания добавленная емкость MOSFET Q R составляет 100 пФ.

    Выходной индуктор и конденсатор

    Выходная катушка индуктивности и конденсатор выбраны так, чтобы оптимизировать эффективность и обеспечить соответствие спецификации выходной пульсации. Таким образом, значение индуктивности составляет 47 мкГн, а C O формируется путем параллельного соединения трех керамических конденсаторов, каждый номиналом 4,7 мкФ и 25 В.

    Первичный полевой МОП-транзистор

    Для первичного полевого МОП-транзистора Q 1 (номинальное напряжение 250 В) мы выбрали FQD4N25 от Fairchild из-за его низкой собственной емкости и низкого сопротивления в открытом состоянии.Этот полевой МОП-транзистор также сводит к минимуму потери привода затвора, потери проводимости и коммутационные потери.

    МОП-транзисторы с синхронным выпрямителем

    Пиковое напряжение синхронного выпрямителя Q R составляет:

    , где n a — фактическое соотношение витков первичной и вторичной обмоток силового трансформатора. В этом случае n a равно 1,25, а расчетное значение V QR равно 122 В. Поэтому мы выбираем полевой МОП-транзистор на 150 В для Q R . Пиковое напряжение на свободно вращающемся МОП-транзисторе Q F составляет:

    , где n a равно 1.25 и V INMAX — 56 В. Расчетное значение составляет 44,8 В, поэтому для Q F мы выбираем полевой МОП-транзистор с номинальным напряжением 60 В. (Схема управления и синхронные приводы MOSFET показаны на схеме, но не обсуждаются далее.)

    Результаты экспериментов

    На рисунках 4 , 5 и 6 показаны формы сигналов напряжения на первичном полевом МОП-транзисторе, показанном на рисунке 3, при различных входных напряжениях и различных выходных напряжениях и при выходной нагрузке 400 мА. Осциллограммы напряжения стока ясно показывают, что напряжение резонансного сброса не изменяется с линейным напряжением, но пропорционально выходному напряжению.Пиковое напряжение на первичном МОП-транзисторе равно входному напряжению плюс напряжение резонансного сброса.


    Рисунок 4. Из рисунка 3, V DS на Q14 на входе 48 В DC , с выходным напряжением 4 В ( a ) и 8 В ( b ).


    Рисунок 5. Из рисунка 3, V DS на Q14 при входе 48 В DC , с выходным напряжением 12 В ( a ) и 18 В ( b ).


    Рисунок 6.Как показано на Рисунке 3, выходное напряжение составляет 18 В, с V DS на Q14 на входе 36 В DC ( a ) и 56 В DC ( b ).

    Заключение

    Прямые преобразователи с резонансным сбросом вполне подходят для источников питания, работающих от широкодиапазонных входов постоянного напряжения. Они также подходят для приложений, требующих широкого диапазона регулируемого выходного напряжения. При разработке прямых преобразователей с резонансным возвратом необходимо минимизировать напряжение переходных процессов в устройствах; использование синхронного выпрямления снижает напряжение переходных процессов в силовых полупроводниках.Для оптимальной производительности вам также следует выбрать подходящий контроллер.

    Одинарный транзистор повышающего уровня

    Мне нравится ваше решение. Поскольку вопрос касается простых решений, у меня есть несколько альтернатив (некоторые решения предоставлены Microchip ЗДЕСЬ):

    1) Прямое соединение: если Voh (выходное напряжение высокого уровня) от вашей логической схемы 3,3 В больше, чем Vih (входное напряжение высокого уровня), все, что вам нужно, — это прямое подключение. (для этого решения также требуется, чтобы Vol (выходное напряжение низкого уровня) составляло 3.Выход 3 В меньше, чем Vil (входное напряжение низкого уровня) входа 5 В).

    2) Если указанные выше условия близки, часто можно немного повысить выходное напряжение высокого уровня с помощью подтягивающего резистора (до 3,3 В) и напрямую подключить сигналы.

    3) Подтягивающий резистор может обеспечить небольшое повышение высокого уровня напряжения. Для большего можно использовать диоды и подтягивание до 5В. Показанная схема не будет подтягиваться до 5 В, но она увеличит входное напряжение высокого уровня до логики 5 В на величину падения напряжения на одном диоде (примерно 0.7в). При использовании этого метода необходимо проявлять осторожность, чтобы у вас все еще был действительный низкий уровень, так как он также повышается на одно падение диода. Диоды Шоттки можно использовать для небольшого увеличения напряжения высокого уровня, минимизируя нежелательное увеличение напряжения низкого уровня. Для получения дополнительной информации об этой схеме см. Указанное выше примечание к приложению:

    смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab

    4) Если вы можете иметь дело с логической инверсией (и не требовать активного подтягивания), можно использовать МОП-транзистор и подтягивающий резистор:

    смоделировать эту схему

    5) Я знаю, что вы не ищете логическое решение, но для полноты я упомяну одно (из многих, вероятно).MC74VHC1GT125 — это «неинвертирующий буфер / CMOS Logic Level Shifter с LSTTL-совместимыми входами »в корпусе SOT23-5 или SOT-353. Маленький, простой и дешевый.


    Очевидно, эта тема также обсуждалась на днях: Увеличьте напряжение с 3,3 В до 5 В для цифрового ввода-вывода, хотя решение там неверное (спасибо Дэйву Твида).

    AND8039 техническое описание — Однотранзисторный прямой преобразователь

    ВВЕДЕНИЕ Однотранзисторный прямой преобразователь является наиболее простой формой понижающего преобразователя с трансформаторной изоляцией.Обычно он используется в автономных приложениях в диапазоне 100–300 Вт. Это примечание по применению иллюстрирует подход, который следует использовать для разработки однотранзисторного прямого преобразователя с высоким входным напряжением постоянного тока. С помощью дополнительных модификаций его можно было заставить работать от автономного источника питания 110 В переменного тока.

    Упрощенная схема однотранзисторного прямого преобразователя показана на рисунке 1.
    Рисунок 1. Упрощенная схема однотранзисторного прямого преобразователя

    Можно видеть, что трансформатор помещен между входным напряжением и выходным каскадом понижающего преобразователя.Переключатель мощности (SW) используется для создания прямоугольной формы волны напряжения, амплитуда которой является входным напряжением, а ее рабочий цикл является регулируемой переменной. Трансформатор обеспечивает как функцию повышения или понижения, так и безопасную диэлектрическую изоляцию между входной линией и выходной нагрузкой. Основное ограничение этой топологии — максимальный рабочий цикл должен составлять около 50 процентов. Всякий раз, когда сердечник приводится в действие однонаправленным образом, то есть ток подается только в одном направлении в первичную обмотку, сердечник должен быть сброшен.Энергия намагничивания, которая служит только для переориентации магнитных доменов внутри сердечника, должна быть опустошена, иначе сердечник «подойдет» к насыщению после нескольких циклов. Для этого необходимо перезагрузить ядро. Сброс осуществляется путем отвода тока из обмотки в период, когда трансформатор не нагружен, то есть когда выключатель питания и

    Выпрямители

    не проводят. Любая обмотка может обеспечить функцию сброса, но чем выше напряжение на обмотке, тем быстрее произойдет сброс сердечника.Обычно это первичная обмотка или отдельная обмотка сброса с равными виткам первичной обмотки. Затем ток от обмотки сброса может быть возвращен на входной конденсатор и повторно использован во время следующего цикла работы. Типичные напряжение и ток переключателя показаны на рисунке 2. Когда переключатель питания находится в положении ON, переключатель видит, что ток катушки индуктивности выходного фильтра отражается через трансформатор. Амплитуда первичного тока — это отношение выходного тока выпрямителя к числу витков трансформатора (N1 / N2) плюс небольшой ток намагничивания.Во время выключения питания напряжение переключателя «взлетает» примерно в два раза по сравнению с входным напряжением. В это время обмотка сброса начинает выводить ток намагничивания обратно на входной конденсатор.

    Секция выпрямления на выходе и фильтра работает так же, как понижающий преобразователь. Форма волны напряжения вторичной обмотки выглядит как перевернутая форма волны первичной обмотки, за исключением того, что точка нулевого напряжения является точкой входного напряжения на форме волны первичной обмотки. Форма волны становится положительной, когда переключатель питания находится в проводящем состоянии.Выходной выпрямитель в это время тоже работает. Это представляет собой униполярный прямоугольный сигнал напряжения ШИМ на катушку индуктивности, как в типичном понижающем преобразователе. Диод-ловушка работает тогда, когда выключатель питания и выходной выпрямитель выключены. Затем через дроссель выходного фильтра поддерживается постоянный ток.

    Семейство Philips EFD, которое обеспечивает очень аккуратный и низкий профиль, но может стоить немного дороже за базовые наборы шпульки. Выбор приблизительного размера сердечника осуществляется с учетом того, что сначала сердечник должен иметь достаточную площадь поперечного сечения сердечника, чтобы удерживать необходимую плотность потока для передачи мощности от первичной ко вторичной обмотке (ам).Во-вторых, должно быть достаточно площади намотки, чтобы вмещать нужные витки проводов нужного сечения. В-третьих, для автономных трансформаторов семейство сердечников должно соответствовать минимальным размерам пути утечки и зазоров, установленных органами безопасности после завершения сборки трансформатора. Для начала можно использовать уравнение, подобное уравнению 1, которое представляет собой искусственную величину, полученную из произведения площади поперечного сечения сердечника (Ac) на площадь намотки (Wa).

    где: Wd (pri) — средний диаметр провода, необходимый для протекания первичного тока в см.Bmax — максимальная рабочая плотность потока в гауссах (Веберы / см2) в системе MKS (Европа и остальной мир)

    где: Wd (pri) — средний диаметр провода, необходимый для пропускания первичного тока в метрах (м). Bmax — максимальная рабочая плотность потока в теслах (Веберов / м2). Результат в см4 (экв. Или м4 (экв. 1B). Производители сердечников обычно предоставляют WaAc для каждого размера сердечника. Затем можно выбрать размер сердечника, который следует Для автономных приложений, которых нет, следует увеличить результат примерно на 20 процентов, чтобы уложить дополнительную изоляционную ленту, необходимую для трансформатора, прошедшего сертификацию IEC.Кроме того, необходимо использовать набор сердечника и шпульки с достаточными размерами пути утечки (расстояние по поверхности) и зазора (расстояние по воздуху). Для приложений 110–220 В переменного тока это 3,2 мм между фазами и 8,0 мм между входными и выходными цепями. Это может быть трудным при определении автономной пригодности сердечника и бобины по его паспорту. В однотранзисторных прямых преобразователях рабочая плотность потока (Bmax) определяет, сколько энергии намагничивания, которая не используется, должна быть высвобождена сердечником до следующего цикла проводимости переключателя мощности.Это компромисс: если Bmax установлено слишком низким, на трансформаторе будет много витков, что сделает трансформатор больше, чем он должен быть. Установка слишком высокого Bmax делает трансформатор меньше, но увеличивает потери, связанные с функцией сброса сердечника. Хорошим компромиссом является установка Bmax примерно на 25 процентов от Bsat на частоте 100 кГц. Этот уровень следует уменьшать в 0,04 раза на каждые 100 кГц выше этой частоты. Затем можно рассчитать обороты по:

    Пожалуйста, обратитесь к схеме на Рисунке 5, когда упоминаются обозначения компонентов.Технические характеристики: Диапазон входного напряжения: + 140 + 200 В постоянного тока Выходное напряжение: +28 В постоянного тока Выходной ток: A4.0 A Макс. Напряжение пульсаций на выходе: 30 мВ Предварительные оценки: Выходная мощность: Pout (макс.) = (Vout) (Iout (макс.)) = 112 Вт Пиковый входной ток: Ipk 2,8 Pout / Vin (мин.) = 2,24 А Средние входные токи: Iav ( низкий) = Pout / eff (Vin (макс.)) = 0,66 А Iav (hi) = Pout / eff (Vin (мин)) = 0,94 А

    Каждый импульсный источник питания начинается с трансформатора. Все необходимые параметры теперь известны, и они служат основой для остальной части дизайна.Сначала необходимо выбрать семейство сердечников, в котором будет размещаться трансформатор. Сначала это делается путем просмотра различных основных стилей и их атрибутов. Самым распространенным автономным ядром является ядро ​​EE, для которого существует несколько вариантов. Стандартный сердечник EE основан на старых стилях ламинированных сердечников 5060 Гц, которые подходят для большинства приложений. Есть несколько низкопрофильных стилей, таких как

    . где: Bmax в гауссах Ac — площадь поперечного сечения сердечника в см2

    где: Bmax в теслах Ac — площадь поперечного сечения сердечника в м2 Это следует рассматривать как номинальное минимальное количество витков, поскольку добавление большего количества витков снижает рабочую плотность потока, что может нелогичный средний инженер-электрик.Обмотка сброса идентична по количеству витков первичной обмотке, и обычно сечение проводов примерно на 34 меньше, чем у первичной обмотки. Он фазируется противоположно первичному, так что он может разрядить энергию намагничивания, когда выключатель питания выключен. Вторичные витки, необходимые для этого приложения, находятся путем осознания того, что вторичное напряжение должно обеспечивать форму выходного сигнала, которая будет иметь среднее значение по времени, которое будет создавать правильное выходное напряжение при подаче на LC-фильтр. Другими словами, (DCmaxVout (min)) плюс прямое падение напряжения выходного выпрямителя должно быть больше, чем выходное напряжение постоянного тока.Это можно сделать по:

    где: DCmax — максимальный рабочий цикл системы (<0,5) Vfwd - номинальное прямое падение напряжения выпрямителя. Коэффициент 1,1 обеспечивает 10-процентный запас в точке падения низкого напряжения источника питания, а также обеспечивает запас для других изменений в схеме. Эта вторичная обмотка должна быть основным выходом, который затем будет служить опорной обмоткой для всех других вторичных обмоток. Результат следует округлить до следующего целого числа. При определении дополнительной вторичной обмотки необходимо учитывать каждое прямое падение напряжения соответствующих выпрямителей.Это можно сделать по:

    низкое входное напряжение. Пиковое выпрямление вспомогательной обмотки в режиме прямой проводимости дает обмотку с 3,5 витками. Давайте округлим до 4 и добавим последовательный резистор (около 100 Ом) и стабилитрон 18 В через конденсатор фильтра вспомогательного напряжения, чтобы ограничить максимальное напряжение. Это защитит затвор силового полевого МОП-транзистора. В этом примере будет использоваться ядро ​​EFD25. Было рассчитано, что количество витков первичной обмотки составляет 41 виток по стандарту AWG №24. Обмотка сброса будет # 28 AWG. Вторичная обмотка — это 21 виток двух стоек # 22 AWG.Вспомогательная обмотка будет иметь 4 витка # 28 AWG. Сначала на шпульку наматываются первичная обмотка и обмотка сброса. Затем поверх этих обмоток наматывается вспомогательная обмотка. Накладываются три слоя майларовой ленты для обеспечения некоторой степени диэлектрической изоляции (не совсем IEC), затем вторичная обмотка применяется в последнюю очередь. Добавляется последний слой ленты, чтобы обеспечить некоторую защиту внешней обмотки. Теперь необходимо сделать осторожное замечание: этот пример конструкции представляет собой неизолированный источник высокого напряжения на входе.Он предназначен только для примера и не может быть построен для продажи, потому что он не соответствует спецификациям IEC (UL CSA или другим) по диэлектрической изоляции и утечке (расстояние по поверхности). Чтобы сделать это автономным однотранзисторным прямым преобразователем, входной выпрямительный мост, фильтр электромагнитных помех, оптоизолированная цепь обратной связи, оптоизолированная цепь обратной связи и трансформатор должны быть построены в соответствии со спецификациями IEC.

    Выключатель питания В однотранзисторных прямых преобразователях выключатель питания будет видеть удвоенное максимальное входное напряжение плюс любые выбросы, вызванные индуктивностью рассеяния обмотки, а также прямую и обратную характеристики выпрямителя.Таким образом, минимальный рейтинг VDSS для силового MOSFET составляет около:

    .

    Теперь необходимо учитывать точность каждого выходного напряжения. Некоторое изменение можно получить, изменив технологию выходного выпрямителя, в противном случае количество витков можно отрегулировать, подняв опорную вторичную обмотку на оборот и отрегулировав другие обмотки. Это итеративный процесс, выполняемый до тех пор, пока выходное напряжение не окажется в пределах допустимого допуска, и все обмотки не будут иметь целочисленные витки. Этот пример конструкции имеет только одно выходное напряжение.Вспомогательная обмотка, которая обеспечивает питание ИС управления, не требует регулирования или точности. Он должен только превышать предел запрета низкого напряжения UC3845, который V на

    Минимальный номинальный ток стока должен быть больше, чем просто немного меньше, чем немного меньше максимального пикового тока. Это 2,24 А. Еще одним важным фактором, особенно для компонентов поверхностного монтажа, является тепло, выделяемое устройством. RDS (ON) и схема возбуждения имеют наибольшее влияние на это.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *