Удвоитель напряжения, использующий характерные особенности двухтактного DC/DC преобразователя

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Умножители напряжения

Опубликовано: 26.10.2018 18:38

Просмотров: 2239

Ajoy Raman
В этой статье представлен удвоитель напряжения с широким входным диапазоном и минимальным количеством деталей, основанный на индивидуальных особенностях двухтактного DC/DC преобразователя. В схеме использована сборка высоковольтных транзисторов Дарлингтона ULN2023A. Устройство рассчитано на широкий диапазон напряжений питания от 5 В до 30 В, и при умеренном КПД отдает в нагрузку мощность от 1 Вт до 4 Вт.

На Рисунке 1 показана схема простого DC/DC преобразователя на одном трансформаторе, в котором перекрестные связи RC-цепочек, соединяющих коллекторы транзисторов Q₁ и Q₂ с соответствующими базами, обеспечивают положительную обратную связь. В процессе работы трансформатор попеременно проходит состояния между положительным и отрицательным насыщением с прерываниями магнитного потока, индуцирующими напряжения для поочередного выключения и включения транзисторов. Рабочая частота преобразователя определяется входным напряжением и характеристикой насыщения сердечника трансформатора в соответствии с формулой

где
V_CC- входное напряжение,
β_S- индукция насыщения в Гауссах,
А- сечение сердечника в квадратных сантиметрах,
N - число витков в половине первичной обмотки.
В схеме используется тот факт, что напряжение коллектор-эмиттер каждого устройства
примерно вдвое больше суммы напряжения источника питания Vсc и индуцированных напряжений, возникающих из-за индуктивности рассеяния. После выпрямления коллекторных напряжений Q₁ и Q₂ диодами D₁ и D₂ и фильтрации конденсатором С4 получается выходное напряжение V_QUT, примерно равное удвоенному входному напряжению V_CC.

Внутренняя схема сборки высоковольтных транзисторов Дарлингтона ULN2023A, показанная на Рисунке 2, в точности соответствует требованиям схемы на Рисунке 1, так как содержит диоды на коллекторных выходах, которые могут использоваться для выпрямления. Указанное в документации пробивное напряжение 95 В позволяет, с учетом запаса на выбросы в переходных режимах, обеспечивать удвоение Vсс при входном напряжении до 30 В. Устройство имеет низкое напряжение насыщения коллектор-эмиттер при требуемом уровне тока порядка 100 мА и малые времена переключения в диапазоне рабочих частот до десятков килогерц.
Окончательная конфигурация схемы показана на Рисунке 3.

Три драйвера работают параллельно, разделяя между собой ток управления, что позволяет минимизировать напряжения коллектор-эмиттер и увеличить допустимую выходную мощность. Результаты испытаний удвоителя напряжения при входных напряжениях от 5 В до 30 В представлены в Таблице 1.

Величина входного тока в этом диапазоне составляет менее 300 мА, оставаясь в пределах, допустимых для трансформатора при низких входных напряжениях, и не вызывая перегрева микросхемы ULN2023A при более высоких напряжениях.

Рисунок 4 демонстрирует графики экспериментальных результатов, показывающих, что схема на Рисунке 3 работает как маломощный удвоитель напряжения с широким входным диапазоном и средним КПД.
Материалы по теме
1. Datasheet ULN2023A, A2003, A2004, A2023, A2024 Биполярный массив Дарлингтона
2. Сетевой выпрямитель с умножением тока
3. Дополнительные напряжения от одного источника
Радиолоцман - май 2018