Схемы простейших преобразователей напряжения. Схемы преобразователей напряжения: принцип работы, виды, применение

Как работают различные схемы преобразователей напряжения. Какие бывают виды преобразователей напряжения. Где применяются преобразователи напряжения в электронике. Как выбрать подходящий преобразователь напряжения для своего проекта.

Принцип работы преобразователей напряжения

Преобразователи напряжения — это электронные устройства, которые изменяют уровень входного напряжения на требуемый уровень выходного напряжения. Основной принцип их работы заключается в следующем:

• Входное напряжение преобразуется в переменный ток высокой частоты
• Полученное переменное напряжение трансформируется до нужного уровня
• Выпрямляется и сглаживается для получения стабильного постоянного напряжения на выходе

За счет высокой рабочей частоты (десятки-сотни кГц) удается использовать компактные трансформаторы и добиться высокого КПД преобразования. Современные преобразователи имеют КПД до 95% и более.

Основные виды преобразователей напряжения

По принципу работы выделяют несколько основных видов преобразователей:

Понижающие преобразователи

Преобразуют входное напряжение в более низкое выходное. Например, с 12В до 5В для питания электроники. Основаны на принципе широтно-импульсной модуляции.

Повышающие преобразователи

Позволяют получить на выходе напряжение выше входного. Например, с 3.7В от аккумулятора до 12В. Используют принцип накопления энергии в катушке индуктивности.

Инвертирующие преобразователи

Меняют полярность напряжения на противоположную. Например, с +12В на -12В для создания двуполярного питания. Часто применяются в аудиотехнике.

Преобразователи с гальванической развязкой

Обеспечивают электрическую изоляцию входных и выходных цепей за счет применения трансформатора. Повышают безопасность и помехозащищенность.

Применение преобразователей напряжения

Преобразователи напряжения широко используются в различных областях электроники и энергетики:

• Источники питания для электронных устройств
• Зарядные устройства для аккумуляторов
• Системы электропитания в автомобилях
• Блоки питания компьютеров и ноутбуков
• Драйверы светодиодного освещения
• Инверторы для солнечных батарей
• Системы бесперебойного питания

Благодаря высокой эффективности и компактности современные преобразователи позволяют создавать экономичные и надежные системы электропитания.

Схемы простых преобразователей напряжения

Рассмотрим несколько схем простых преобразователей напряжения, которые можно собрать самостоятельно:

Схема повышающего преобразователя

Простейший повышающий преобразователь можно реализовать на основе микросхемы MC34063:

• Входное напряжение: 3-40В
• Выходное напряжение: до 60В
• Выходной ток: до 1.5А
• КПД: до 80%

Схема содержит минимум внешних компонентов и проста в реализации. Выходное напряжение задается резистивным делителем.

Схема понижающего преобразователя

Для понижения напряжения можно использовать популярную микросхему LM2596:

• Входное напряжение: 4.5-40В
• Выходное напряжение: 1.23-37В
• Выходной ток: до 3А
• КПД: до 85%

Микросхема содержит встроенный силовой ключ и требует минимум внешних компонентов. Выходное напряжение также задается делителем.

Выбор преобразователя напряжения

При выборе преобразователя напряжения следует учитывать следующие основные параметры:

• Диапазон входных и выходных напряжений
• Требуемый выходной ток
• КПД преобразования
• Уровень пульсаций выходного напряжения
• Наличие гальванической развязки
• Диапазон рабочих температур
• Габариты и стоимость

Правильный выбор преобразователя позволит создать эффективную и надежную систему электропитания для вашего устройства.

Преимущества современных преобразователей напряжения

Современные преобразователи напряжения обладают рядом важных преимуществ:

• Высокий КПД преобразования (до 95-98%)
• Широкий диапазон входных и выходных напряжений
• Компактные размеры и малый вес
• Высокая удельная мощность
• Низкий уровень электромагнитных помех
• Возможность работы в широком температурном диапазоне
• Встроенные защиты от перегрузки, КЗ, перегрева

Это позволяет создавать эффективные и надежные источники питания для самых разных применений — от портативной электроники до промышленного оборудования.

Заключение

Преобразователи напряжения являются важным элементом современных электронных устройств и систем электропитания. Они позволяют эффективно преобразовывать напряжение для питания различной нагрузки. Правильный выбор типа и схемы преобразователя обеспечивает оптимальные характеристики по КПД, габаритам и стоимости.

Схемы простых преобразователей напряжения | Мастер Винтик. Всё своими руками!

Ранее мы подробно рассматривали применение микросхемы NE555. Сейчас рассмотрим несколько простых схем преобразователей напряжения на микросхеме NE555. Схемы преобразования напряжения могут быть полезны для питания малоточных схем, например варикапов в схемах приёмников, металлоискателей… или микросхем, для которых основного питания схемы недостаточно.

Схема удвоения напряжения

Напряжение превышает предложение может быть создано «заряд—насос» схемы создан с 555, диоды и конденсаторы, как показано на следующей схеме. Выход будет поставлять около 50мА.

Для увеличения выходного тока в схеме ниже добавлены транзисторы BC107 и BC117 на выходе микросхемы.

Умножители напряжения

Схема утроения напряжения

Напряжение почти в 3 раза превышает напряжения питания (с 12В до 31В ) Выходной ток будет составлять около 50 мА.

На выходе (выв. 3) генерируется сигнал с амплитудой от 0,5В до 11в.

Описание работы схемы умножения

Когда на выходе низкий уровень (0,5В), конденсатор «а» заряжает через диод «а» около 11в.

Когда на выходе высокий уровень (11В), конденсатор «а» заряжен (около 11в) через него, добавляется плюс с выхода. 22в подаётся на положительный вывод конденсатора «а» проходит через диод «б» и заряжает конденсатор «б» с 21в — 12В = 9В. Это создает напряжение 21 в на аноде диода «с».

Когда с выв. 3 идет низкий уровень, конденсаторы «b» и «с» будут заряжаться через диоды «b» и «с». Конденсатор «а» заряжается через диод «а» и конденсатор «с» заряжается через диод «с».

Когда с выв. 3 идет высокий уровень, то к 9В через конденсатор «с» будет добавлено 22в для зарядки конденсатора «d» до 31в.

Схема учетверения напряжения

Схема работает аналогично предыдущей, только добавлено ещё одно плечо (два диода и два конденсатора на выходе схемы).

Таким образом напряжение на выходе составляет 41 В, с током 50мА.

Использовался материал сайта:talkingelectronics.com

Метки: [ источники питания ]

ПОДЕЛИТЕСЬ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ:

П О П У Л Я Р Н О Е:

• Выпрямитель на стабилитронах.

Подробнее…

• Доработка ночника «Луна».

В место батареек используем зарядку от сотового. 

Сейчас в продаже существует множество различных устройств, работающих на батарейках. Есть и такие, которые в процессе эксплуатации ни куда не переносятся, например, настольные лампы, ночники, светильники и т.д.  Подробнее…

• Электронный ПРА (балласт). Принцип работы.

Преимущества электронных ПРА

Электронный ПРА — балласт, спасающий лампу. В статье, ниже рассмотрим принцип построения, работу и элементную базу электронных балластов.

Электромагнитный ПРА (дроссель-стартер) имеет массу недостат­ков: надоедливое жужжание, непроизвольные вспышки и частое мерца­ние, исходящие от светильников использующих ЛЛ.

Подробнее…

Популярность: 4 895 просм.

5 схем преобразователей напряжения с импульсным возбуждением

В практике довольно часто встречаются случаи, когда источники питания радиоэлектронных схем должны иметь выходные напряжения с гальванической развязкой. Для преобразования напряжения постоянного тока с гальванической развязкой может быть использовано устройство по схеме, изображенной на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Схема стабилизированного преобразователя напряжения.

Задающий генератор выполнен на микросхеме КР1006ВИ1. Этот генератор может работать на частотах 0,5… 100 кГц. Рабочая частота определяется выражением:

С выхода генератора импульсы поступают на базу транзистора VT1, коммутирующего обмотку трансформатора Т1. На выходе преобразователя включен простейший параметрический стабилизатор напряжения. Выходное напряжение преобразователя определяется типом используемого стабилитрона VD5. Выходная мощность устройства достигает 400 мВт.

В качестве транзистора VT1 можно использовать отечественный аналог КТ645; в качестве диодов VD3 и VD4 — КД106, КД204, КД212.

Преобразователь напряжения С. А. Бирюкова предназначен для питания портативного мультиметра (рис. 8.2). В его основе — асимметричный мультивибратор, режим работы которого зависит от величины выходного напряжения.

На выходе устройства формируются стабилизированные напряжения +5 и -5 В. Изменение выходного напряжения вызывает изменение длительности генерируемых мультивибратором импульсов и, следовательно, величины энергии, передаваемой в нагрузку.

Рис. 8.2. Схема преобразователя напряжения.

Трансформатор Т1 выполнен на сердечнике К12x9x8 600НН. Наматывают одновременно 4 обмотки по 100 витков провода ГІЭШО 0,1 в каждой. Две обмотки включают параллельно и используют в качестве первичной.

Преобразователь (рис. 8.3) имеет двухполярный выход и предназначен для использования в переносной бытовой и измерительной аппаратуре с автономным питанием и потребляемой мощностью не более 0,15 Вт.

Основные технические характеристики преобразователя:

Выходная мощность — до 0,15 Вт.

Коэффициент стабилизации — 100.

Напряжение питания — 4… 12 6.

Частота преобразования — 20 кГц.

КПД при входном напряжении 9 6 и выходной мощности 40 мВт — 75%.

Двойная амплитуда пульсаций при выходной мощности 40 мВт — 50 мВ.

Рис. 8.3. Схема стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием.

Устройство представляет собой стабилизированный преобразователь с широтно-импульсным регулированием. На элементах DD1.1 и DD1.2 (рис. 8.3) собран задающий генератор, работающий на частоте 20 кГц. Импульсы прямоугольной формы с выхода генератора поступают на одновибратор на элементах DD1.3, DD1.4. Длительность его выходных импульсов зависит от суммарного сопротивления, включенного между входом элемента DD1.4 и общим проводом.

Импульсы с выхода одновибратора поступают на вход транзисторного ключа (VT4, VT5). Когда ключ открыт, через первичную обмотку трансформатора Т1 протекает линейно нарастающий ток. При закрытом ключе накопленная в обмотке трансформатора энергия передается в нагрузку. Напряжение обратной связи с обмотки III трансформатора Т1 через делитель на резисторах R9 — R11 поступает на затвор транзистора ѴТЗ, играющего роль переменного резистора и управляющего работой ключа.

Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе К12×5,5×5 из феррита М2000НМ-А. Все обмотки одинаковы и содержат по 100 витков провода ПЭВ-2 0,1. Их наматывают одновременно, в три провода. Можно также использовать импульсный трансформатор МИТ-4В.

При налаживании преобразователя подбором резистора R2 устанавливают на выходе стабилизатора на транзисторах ѴТ1, ѴТ2 напряжение 3,6 В. Затем, подбирая резистор R10 (грубо) и регулируя подстроечный резистор R11 (точно), добиваются требуемого выходного напряжения, причем возможно получение напряжения, почти вдвое превышающего указанное на схеме.

Последующей модификацией устройства является двухполярный стабилизированный преобразователь напряжения, описанный А. Сафроновым .

Преобразователь напряжения, схема которого приведена на рис. 8.4, предназначен для питания нагрузки мощностью не более 10 Вт. Он отличается высоким КПД, стабильным выходным напряжением, некритичен к степени разрядки батареи питания. Выходное напряжение при изменении входного от 6 до 30 6 можно установить любым в пределах от ±10 до ±20 В.

Нестабильность выходного напряжения не превышает 1%, а напряжение пульсаций на нагрузке 2 кОм — 10 мВ. Выходное сопротивление устройства — около 50 мОм.

Рис. 8.4. Схема стабилизированного преобразователя напряжения с биполярным выходом.

По принципу действия устройство является стабилизированным преобразователем с широтно-импульсной модуляцией. Задающий генератор выполнен на инверторах DD1.1, DD1.2 по схеме симметричного мультивибратора. Частота генерируемых импульсов около 50 кГц. Через диод VD1 они поступают на ждущий мультивибратор на инверторах DD1.3, DD1.4. В его частотозадающую цепь, кроме резистора R4 и конденсатора СЗ, входит сопротивление участка эмиттер — коллектор транзистора ѴТ4, цепь смещения которого (резисторы R6, R7) питается положительным напряжением, снимаемым с выхода устройства. Благодаря этому длительность генерируемых мультивибратором импульсов оказывается обратно пропорциональной выходному напряжению (при его уменьшении длительность импульсов увеличивается и наоборот). Триггер DD1.5, DD1.6 улучшает форму импульсов.

Импульсное напряжение, снимаемое с выхода триггера, усиливается по мощности транзисторами ѴТ2, ѴТЗ и повышается трансформатором Т1. Выпрямленное диодами VD4 — VD7 напряжение поступает в нагрузку через фильтр из электролитических конденсаторов С6, С7 и шунтирующих их керамических конденсаторов С8, С9 (они улучшают фильтрацию высокочастотных составляющих выпрямленного напряжения). Выходное напряжение преобразователя устанавливается потенциометром R6.

Напряжение питания устройства поддерживается неизменным стабилизатором на транзисторе VT1 и стабилитроне VD3.

Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом броневом магнитопроводе внешним диаметром 30 и высотой 18 мм. Обмотка I содержит 17 витков провода ПЭЛ 1,0, обмотка II — 2×40 витков провода ПЭЛ 0,23.

Транзистор ѴТЗ устанавливается на теплоотводе с площадью 50…60 см2.

Рис. 8.5. Схема преобразователя напряжения на основе КМОП-микросхемы.

Схема преобразователя напряжения на основе КМОП-микросхемы , имеющего гальваническую развязку выходного напряжения, показана на рис. 8.5. Преобразователь работает на частоте 500 кГц. Его выходной каскад через разделительный конденсатор С2 нагружен на обмотку трансформатора Т1. Выходное напряжение выпрямляется диодным мостом на высокочастотных диодах. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце диаметром 35 мм с магнитной проницаемостью 2000 и содержит 7 и 25 витков провода диаметром 0,8 мм в тефлоновой изоляции. При токе нагрузки 10 мА КПД устройства достигает 60%. Отечественные приблизительные аналоги микросхемы DA1 — КР1554ЛН1 или КР1564ЛН1.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Схема преобразователя напряжения с переключаемым конденсатором

Опубликовано   25 февраля 2020 г.

  0

Дебашис Дас
Автор

Преобразователь напряжения с переключаемыми конденсаторами осуществляет передачу энергии и преобразование напряжения с помощью конденсаторов. В основном существует два типа преобразователей напряжения с переключаемыми конденсаторами: первый — это схема инвертора напряжения , а второй — схема удвоителя напряжения . Эти типы цепей широко известны как подкачивающего насоса цепей.

В этом проекте мы разработаем инвертор напряжения с переключаемым конденсатором , используя микросхему Texas Instruments LMC7660S , а также построим схему на макетной плате без пайки, чтобы продемонстрировать ее работу. Эта схема очень проста, так как для правильной работы требуется всего два внешних конденсатора.

Как работает инвертор напряжения с переключаемым конденсатором?

Ниже представлена ​​функциональная блок-схема микросхемы 7600S, взятая из технического описания 9. 0029 .

Микросхема содержит четыре больших переключателя (в основном МОП-транзисторы). В первой половине входной волны переключения ключи S1 и S3 замкнуты, поэтому конденсатор накачки Cp заряжается до напряжения питания V+. Во второй половине волны переключения выключатели S2 и S4 замкнуты, а S1 и S3 разомкнуты. Поскольку S2 соединяет конденсатор накачки с землей, на выходном конденсаторе Cr возникает напряжение, равное -V+/2. Через несколько циклов переключения напряжение на выходном конденсаторе будет точно равно -V+. В этот момент выходное напряжение является отрицательным по отношению к входному напряжению, а входной ток приблизительно равен выходному току.

Характеристики:

Вот список характеристик микросхемы LMC7660

• Простое преобразование питания логики +10 В в питание -10 В
• Простое умножение напряжения (VOUT = (-) nVIN)
• Простота использования — требуется всего 2 внешних некритичных пассивных компонента
• Типовой КПД преобразования напряжения холостого хода 99%
• Типовая энергоэффективность 98%
• Широкий диапазон рабочего напряжения от 1,5 до 10,0 В
• Нет внешнего диода при полной температуре. и диапазон напряжения

Необходимые компоненты

Серийный номер	Запчасти	Тип	Количество
1	LMC7660	ИЦ	1
2	10 мкФ	Конденсатор	1
3	10К	Резистор	1
4	Блок питания	Постоянный ток (0–10) В	1
5	Проволока одного калибра	Общий	6
6	Макет	Общий	1

Принципиальная схема

Ниже приведена схема преобразователя напряжения с переключаемым конденсатором, взятая из технического описания .

Применение регулятора напряжения на переключаемом конденсаторе IC LMC7660S

Это очень маленькая, эффективная и полезная микросхема, которую можно использовать в различных приложениях.

• Предположим, вам нужно измерить True RMS напряжение с помощью микроконтроллера. Для этого вам понадобится операционный усилитель для усиления входного сигнала переменного тока и источник питания с двойной полярностью для питания операционного усилителя. В этом сценарии LMC7660 IC может быть очень полезным. Поместив эту микросхему и два недорогих конденсатора в вашу схему, вы можете легко получить отрицательное значение входного напряжения.
• В другом сценарии, когда вам необходимо усилить сигнал от емкостного микрофона , также требуется питание с двойной полярностью для надлежащего усиления сигнала. В этой ситуации ИС 7660 может оказаться очень кстати.
• Для питания требуется двухтактный усилитель с двухполярным питанием.
• Встроенное отрицательное питание для динамических ОЗУ.
• Эта ИС также используется в телекоммуникационной отрасли, где она используется для питания операционного усилителя OP07 и Аналоговый мультиплексор CD4051, , который является очень важной частью всей схемы, поскольку он используется для измерения напряжения батареи , входного напряжения переменного тока и I входного переменного тока .

Что можно и чего нельзя делать

• Максимальное входное напряжение этой ИС составляет 10 В, входное напряжение выше 10 В наверняка повредит эту ИС.
• Контакт 6 микросхемы является контактом LV (низкое напряжение), если входное напряжение ≤3,5 В, этот контакт должен быть заземлен. В противном случае этот вывод должен находиться в плавающем состоянии.
• Конденсатор CP должен располагаться очень близко к микросхеме, иначе микросхема может защелкнуться.
• Для повышения эффективности схемы можно использовать конденсатор с низким значением ESR.
• Следует иметь в виду, что КПД снижается с увеличением тока нагрузки, например, при токе нагрузки 40 мА КПД составляет около 75 %.

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали из нее что-то новое. Если у вас есть какие-либо сомнения, вы можете задать их в комментариях ниже или использовать наши форумы для подробного обсуждения.

Видео

Силовая электроника

Инвертор

Удвоитель напряжения

Регулятор напряжения

Конденсатор

Характеристики схемы преобразователя напряжения в ток при различных напряжениях питания – Electronics World

Схема преобразования напряжения в ток является популярной схемой, которая широко применяется на промышленных объектах. Его функция состоит в том, чтобы получать входные данные от промышленных приборов и датчиков для создания коррелированного выходного сигнала. Сигнал может передаваться на большие расстояния за счет преобразования выходного напряжения прибора в ток без значительных искажений, что важно на всех промышленных объектах, где измеряются рабочие параметры и передаются на центральный узел обработки сигналов.

Схема преобразователя напряжения в ток может быть простой или сложной, но все они выполняют одну и ту же функцию с различными рабочими диапазонами, точностью, стабильностью выходного сигнала и т. д.

Здесь мы рассмотрим только один аспект стабильности такой схемы: мы установим влияние изменений источника питания постоянного тока на стабильность этого преобразователя. Это важно знать, потому что разработчик любой сети управления должен защитить систему управления от любых проблем, вызванных колебаниями электропитания, которые могут повлиять на работу.

Эксперимент

Мы будем использовать простую, но хорошо известную схему преобразователя напряжения в ток (рис. 1), чтобы определить влияние любых изменений источника питания постоянного тока на его выход. Источник V представляет собой источник питания постоянного тока, а V _в представляет собой измеренный сигнал напряжения, полученный от прибора. Ток через R _{(нагрузка)} представляет собой выходной ток, передаваемый из схемы преобразователя напряжения в ток на концентратор интерфейса процесса.

Рисунок 1: Типовая схема преобразователя напряжения в ток

При подаче стабильной мощности (источник V ) в идеале схема должна отражать выходной ток через R _{(нагрузка)} относительно входного сигнал напряжения (V _в ). Этот полезный диапазон измерения схемы находится в лучшем случае между V _min и V _max , где V _min — это минимальное входное напряжение (V _в ), которое может быть измерено схемой и получить коррелированный выходной сигнал. текущий. Аналогично, V _max — это максимальное входное напряжение, против которого схема может создать коррелированный выходной ток. Следовательно, полезное V _в , при котором схема может хорошо работать, находится между V _min и V _max . Если V _в ниже V _min или выше V _max , выход схемы будет бесполезен, поскольку генерируемый выходной ток плохо коррелирует с входным напряжением; следовательно, мы можем назвать V _min до V _max «полезным входным диапазоном».

В этом эксперименте мы отслеживаем полезный диапазон входного напряжения и выходной ток, генерируемый схемой при различных напряжениях питания (источник V ). Для этого:

• Напряжение питания и входное напряжение проверяются между 1 В и 9 В постоянного тока.
• Температура контура поддерживается постоянной, чтобы исключить влияние температуры на работу контура.

Удары

Минимальное и максимальное измеряемые входные напряжения измеряются при каждом изменении напряжения питания (В _{источник} ). Затем из собранных значений рассчитывается измеряемый диапазон входного напряжения (V _max -V _min ). Характеристики схемы можно разделить на три зоны, нанеся эти данные на график; см. рис. 2. На графике есть две оси Y: одна для входного напряжения (слева), а другая для выходного тока (справа).

Рис. 2: Входное напряжение (В _мин. , В _макс. ), выходной ток в зависимости от напряжения источника питания (В _{источник} )

Зона 1:

Эта зона охватывает диапазон, когда напряжение питания ниже 3 В постоянного тока. В этой зоне схема показывает выходной ток, который плохо коррелирует с входным напряжением. Кроме того, диапазон полезного и измеряемого входного напряжения насыщается только при 1 В постоянного тока. Таким образом, эта зона бесполезна для работы схемы. Это также означает, что напряжение питания всегда должно быть выше 3 В постоянного тока.

Зона 2:

Эта зона охватывает диапазон напряжений питания от 3 В до 8 В постоянного тока.