Два преобразователя напряжения с гальванической развязкой

Для питания некоторых портативных устройств от внешних источников энергии с целью предотвращения их выхода из строя или минимизации помех может потребоваться обязательная гальваническая развязка от источника энергии. Например, необходима гальваническая развязка при питании от автомобильной сети карманного плеера, мобильного телефонного аппарата, выход для головных телефонов которого подключен к автомобильному УМЗЧ Иначе, устройство может оказаться либо повреждённым, либо будут присутствовать сильные помехи или самовозбуждения системы из-за образовавшейся «токовой петли» по общему проводу. Также, например, для питания портативных мультимет-ров от внешнего БП. необходим источник с очень малой проходной ёмкостью. Особенно актуально применение преобразователей напряжения для питания устройств, в которых общий провод гальванически не связан с общим проводом — «минусом» автономного источника энергии

На рис. 1 представлена принципиальная схема преобразователя постоянного нестабили-зированного напряжения в постоянное стабилизированное напряжение с гальванической развязкой между входом и выходом. Его основное назначение — питание цифровых мультиметров с дисплеем на жидких кристаллах Устройство имеет малую ёмкость между входом и выходом, что особенно важно для получения высокой точности проводимых измерений и предотвращения выхода мультиметра. например, при попытке измерить сетевое напряжение 220 В При питании мультиметра через это устройство, становится возможным подключать настраивае-

мую конструкцию и измерительный прибор к одному источнику энергии без опасности повредить прибор. Конструкция имеет малые габариты и может быть смонтирована в корпусе от батареи 6F22 («Крона». «Корунд»), Устройство обеспечивает выходное напряжение постоянного тока 10 В при токе нагрузки до 40 мА Входное напряжение может быть от 5 до 24 В.

На транзисторах VT1, VT3 и импульсном трансформаторе Т1 собран двухтактный симметричный преобразователь напряжения К обмотке III импульсного трансформатора подключен мостовой выпрямитель на диодах VD2 -VD5. Чтобы увеличить КПД и немного расширить диапазон входного напряжения питания преобразователя, в выпрямителе VD2 - VD5 используются диоды Шотки Пульсации выпрямленного выходного напряжения сглаживаются LC фильтром C7C8L2C9C10 Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом При увеличении входного напряжения питания размах амплитуды напряжения на первичной обмотке трансформатора Т1 увеличивается, следовательно, стремится увеличиться и выходное напряжение Это приводит к возрастанию тока через светодиод оптрона U1. следовательно, фототранзистор оптрона откроется сильнее Увеличение тока баз транзисторов VT2. VT4 повлечет за собой большее открывание этих транзисторов, которые сильнее станут шунтировать базовые цепи транзисторов VT1. VT3 Выходное напряжение уменьшится При уменьшении тока нагрузки все процессы будут протекать аналогично Резистор R3 и конденсатор С5 — фильтр питания фототранзистора оптрона     L1. С1-С4 — фильтр питания

Схемы источники питания

преобразователя и заградительный фильтр от высокочастотных помех. При значительном увеличении тока нагрузки или при коротком замыкании выхода преобразователя генерация двухтактного преобразователя срывается, благодаря чему специальные меры защиты от перегрузки не требуются. Ток потребления на холостом ходу около 3,9 мА при входном напряжении питания 10 В При входном напряжении до 10 12 В форма напряжения на выводах 1 и 3 трансформатора близка к меандру При увеличении напряжения питания на этих выводах будут наблюдаться короткие импульсы с длительными паузами Диод VD1 защищает схему от переполюсовки напряжения питания.

Правильно собранное из исправных деталей устройство начинает работать сразу и не требует налаживания. При желании, подбором экземпляра стабилитрона VD6 можно подкорректировать выходное напряжение — 10... 10,5В. Если преобразователь не будет запускаться, то следует поменять местами выводы 4 и 6 импульсного трансформатора. К одному такому преобразователю напряжения следует подключать только один мультиметр или другой потребитель энергии. Если на вашем рабочем столе несколько мультиметров. то для каждого нужно изготовить отдельные преобразователи, которые можно будет подключить к общему источнику питания, например, собранному по схеме [3, 4] Если при питании мультиметра от этого устройства при попытке измерить сетевое напряжение, мультиметр все же вышел из строя, значит вы допустили небрежность при изготовлении импульсного трансформатора Т1.

Один из возможных вариантов подключения устройства к мультиметру показан на рис. 2. Сверхъяркие светодиоды HL1, HL2 белого цвета свечения подсвечивают дисплей цифрового мультиметра при подключении к нему внешнего источника питания Диод VD1 предотвращает разряд батареи питания, керамический или плёночный конденсатор С1 обеспечивает стабильную работу прибора при «севшей» или отсутствующей батарее питания, резистор R1 ограничивает зарядный ток батареи Все детали узла, собранного по схеме рис 2, должны быть смонтированы в корпусе мультиметра. На рис. 3 представлена принципиальная схема

более мощного преобразователя напряжения с гальванической развязкой Устройство предназначено для питания и подзарядки аккумуляторов различных МР-3 плееров, мобильных телефонных аппаратов, некоторых небольших фотоаппаратов Этот преобразователь работоспособен при входном напряжении от 3 до 18 В Максимальный ток подключаемой нагрузки 520 мА при входном напряжении от 7 В или 260 мА при входном напряжении 5 В. При изменении напряжения питания от 5 до 18 В выходное напряжение изменяется от 5,0 до 5,3 В. При колебании тока нагрузки от минимального до максимального выходное напряжение практически не изменяется. При отключенной нагрузке преобразователь потребляет от источника энергии ток около 10 мА при входном напряжении 5 В. Номинальное напряжение питания преобразователя при просмотре на карманном Flash плеере видеофайлов должно быть около 9 .12 В Например, плеер «Digma DS2410» потребляет от внешнего источника питания ток около 50 мА при воспроизведении музыки или около 150 мА при воспроизведении видео или во время игр При разряженной аккумуляторной батарее потребляемый плеером ток после включения кратковременно будет около 300 мА Перечисленные параметры означают то, что этот преобразователь напряжения — электронный трансформатор, собранный по схеме рис. 3, можно подключать к USB порту компьютера, а также то, что для питания плеера можно использовать различные миниатюрные зарядные устройства от сотовых телефонов, других мультимедийных устройств, которые обеспечивают «честные» 500 мА при выходном напряжении 5 В и малой амплитуде пульсаций выходного напряжения или бортовое напряжение автомобиля +12 В. Разумеется, что и обычные лабораторные блоки литания и «сетевые адаптеры» могут быть с успехом использованы как источники напряжения.

Схема рис. 3 стабилизированного преобразователя напряжения 5 В постоянного тока имеет много общего с первым преобразователем на 10 В, собранным по схеме рис 1 Двухтактный преобразователь напряжения выполнен на составных транзисторах VT1, VT3 типа 2SD2010. в составе которых есть защитные диод и стабилитрон. В зависимости от различных условий работы, частота преобразователя изменяется от 10 до 90 кГц При увеличении входного напряжения и неизменном токе нагрузки потребляемый преобразователем ток снижается Узел стабилизатора выходного напряжения выполнен на транзисторах VT2, VT4. стабилитроне VD8 и оптроне U1. При увеличении входного напряжения или уменьшении тока нагрузки выходное напряжение стремиться увеличиться, что приводит к увеличению тока через светодиод оптрона U1    В   результате  этого увеличивается ток

Источник: Радио-конструктор 10 за 2011 год

Два преобразователя напряжения с гальванической развязкой

Очень популярный журнал для радиолюбителей и профессионалов, рассматривающий вопросы радиолюбительского конструирования и ремонта электронной техники.

Источник: Радио-конструктор 10 за 2011 год 
Два преобразователя напряжения с гальванической развязкой
Два преобразователя напряжения с гальванической развязкой
Два преобразователя напряжения с гальванической развязкой

через фототранзистор оптрона, что ведёт к открыванию транзисторов VT2, VT4. которые шунтируют переходы база-эмиттер VT1. VT3. Выходное напряжение понижается Дроссель L1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, размах которых при токе нагрузке 260 мА не превышает 10 мВ Цепочки VD2R1, VD3R6 предотвращают трудно диагностируемый пробой перехода база-эмиттер слаботочного транзистора в составных транзисторах, а также увеличивают КПД преобразователя. Конденсатор С9 устраняет самовозбуждение узла стабилизации при входном напряжении питания более 10 В. Демпферные конденсаторы С5, С6 примерно на 20 % увеличивают КПД преобразователя, что также уменьшает нагрев транзисторов VT1. VT3 Диод VD1 предотвращает повреждение транзисторов VT1, VT3 при переполюсовке напряжения питания. Цепочка R7C7 — фильтр напряжения питания узла стабилизации

Размах амплитуды напряжения на выводах коллекторов составных транзисторов достигает 40 В при напряжении питания 16 В при токе нагрузки 260 мА. При отключенной нагрузке и большом входном напряжении питания рост амплитуды напряжения на VT1, VT3 ограничивается встроенными в них стабилитронами на уровне 62. .65 В, что предотвращает пробой транзисторов преобразователя Светодиод HL1 сигнализирует о наличии напряжения на выходе преобразователя При коротком замыкании в цепи нагрузки генерация преобразователя напряжения срывается, что. как и в первой конструкции, позволяет обойтись без узла защиты от перегрузки

При питании карманного плеера через этот преобразователь, когда плеер подключен к мощному   усилителю   звуковой   частоты,   фон

переменного тока, ранее наводимый сетевым источником питания с силовым понижающим трансформатором, исчезает полностью, или значительно снижается, если преобразователь питается от импульсного сетевого адаптера. При прослушивании через наушники, фон переменного тока исчезает полностью, а также, полностью устраняется «пощипывание» электрическим током при прикосновении к корпусу плеера и улучшается качество приёма УКВ-радиостанций. Этот преобразователь напряжения — электронный трансформатор с малой межобмоточной ёмкостью также, как и первый, может быть использован для питания цифровых мультиметров с ЖКИ, для чего надо установить стабилитрон VD8 на большее напряжение, например, КС191Ц, 1N4739A. Если установить переключатель стабилитронов, то им можно будет переключать выходное напряжение 5 и 9В

Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения в пределах 5,0. 5.3 В подбором экземпляра стабилитрона VD8. С указанным на схеме типом оптрона предпочтительнее использование стабилитрона VD8 на 3.9 .4,0 В при токе 0,5. 1 мА Резистором R12 можно подогнать выходное напряжение более тонко, чем меньше его сопротивление, тем выше выходное напряжение Если преобразователь напряжения не возбуждается, нужно поменять местами выводы обмотки II, II . подключенные к резисторам R3, R9

Для подключения преобразователя напряжения 5 В к источнику тока и нагрузке удобно использовать разрезанный на половинки USB-удлинитель

Не следует делать соединительные шнуры питания излишне длинными Для подключения к лабораторным блокам питания, сетевым адаптерам, устройство также можно оснастить стандартным разъемом под штекер питания диаметром 5 мм Недопустима работа преобразователя одновременно от двух источников энергии

Для сборки обоих устройств был применён быстрый навесной монтаж с помощью выводов деталей и тонкого монтажного провода диаметром 0.3 мм в ПВХ изоляции

Монтажная плата первого устройства имеет размеры 40x22 мм, размещена в корпусе от батареи «Крона» Плата второго устройства имеет размеры 85x35 мм, размещена в пластмассовом корпусе размерами 90x50x35.

Постоянные резисторы могут быть типов С1-14. С1-4. С1-14, С2-23. МЛТ или импортные аналоги. Оксидные конденсаторы — малогабаритные низкопрофильные импортные аналоги К50-35, К50-68, К53-19, К53-30 Неполярные — К10-17, К10-50, КМ-5 Конденсаторы С5. С6 (рис. 3) — плёночные на рабочее напряжение не менее 100 В.

Диод 1N4003 можно заменить на любые из серий 1 N4001...1 N4007, КД243. КД212. Вместо 1N4148 для замены подойдут любые из серий КД521, КД522. 1N914, 1SS176S Диоды Шотки выпрямительного моста можно заменить на SB10-05A2, SB10-04A3, SB16-04LHP, MBRS140T3. MBR150. MBR340, BYV10-40

Использование более мощных диодов Шоттки, например SR360, 1N5822 повысит КПД устройства (рис. 3) Стабилитрон 1N4730A можно заменить любым маломощным на 3.8..4,3 В. например. 1N4731A. BZX/B2V55C-4V3, 2С143Д1. 2С139Д1, 2С414А Стабилитрон 1N4739A можно заменить на BZX/BZV55C-9V1, MZPY9 1RL. TZMC-9.1, 1SMB5924BT3. КС191Ф Светодиод DB5D-448ABD — суперъяркий синего цвета свечения. Вместо него можно применить любой аналогичный с повышенной светоотдачей, например, белого цвета свечения RL50-WH744D. Вместо оптрона типа АОТ128А подойдет любой аналогичный транзисторный, как с составным фототранзистором, так и с обычным, например. АОТ127А, импортные РС111, РС817, LTV817. РС814, РС820 и другие аналогичные. Оптроны взаимозаменяемы с учетом различий в типе корпуса и цоколёвке.

Транзисторы КТ646А можно заменить на КТ683 с любым индексом, КТ961А, КТ961Б, или импортными 2SC2331, 2SC2316 с любым буквенным индексом. Вместо 2SC1740 и 2SC3330 подойдут транзисторы серий 2SC2785. 2SC2787, 2SD1020. SS9014, КТ315, КТ3102, КТ358 При невозможности применить составные транзисторы 2SD2010. можно попробовать использовать отечественные из серии КТ972 с буквенными индексами А. В, Г

Если при входном напряжении 5 В и токе нагрузки 260 мА (преобразователь — рис 3) будет уверенно запускаться, выходное напряжение будет не менее 4,9 В, а ток потребления не превысит 400 мА. то замену можно будет считать удачной В противном случае потребуется  подобрать сопротивление

R2, R5 и емкость С5. С6 Если при длительной работе транзисторы VT1. VT3 во втором преобразователе будут нагреваться до температуры более 70°С. то к их корпусам желательно прикрепить небольшие дюралюминиевые или медные теплоотводы с площадью охлаждающей поверхности 4 .6 см.кв.

Для преобразователя на 10 В. рис 1. импульсный трансформатор намотан на кольце К10х6.5х5 из феррита 2000НН Обмотку I наматывают на одной половине кольца вдвое сложенным проводом ПЭВ-2-0,23 — 40 витков для каждой полуобмотки Обметку II наматывают проводом ПЭЛШО-0.1 поверх первичной обмотки — 2x4 витка. Обмотку III наматывают на второй половине ферритоеого кольца проводом ПЭВ-2-0,23 — 80 витков.

Между обмоткой III и другими обмотками должен быть зазор не менее 1 мм по внутренней стороне кольца. Импульсный трансформатор для второго устройства, рис.3, намотан на кольце размерами 16x10x4 мм из феррита М2000НМ1-Б. Обмотка I содержит 40 витков сложенного вдвое провода ПЭВ-2 диаметром 0,27 мм. намотанных на одной половине кольца. Конец одной половины обмотки соединяют с началом другой.

Поверх первичной обмотки наматывают обмотку II — 9 витков сложенного вдвое провода ПЭЛШО-0.1 Конец одной половины обмотки соединяют с началом другой. На второй половине кольца наматывают обмотку III — 68 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм. Расстояние между обмотками I и III должно быть не менее 2 мм. Такая конструкция импульсного трансформатора снижает КПД устройства, что в данном случае непринципиально, но значительно снижает паразитную емкость между обмотками. Для намотки обмоток используют челнок.

Перед укладкой обмоток острые грани ферритовых колец затупляют, после чего, кольца покрывают лаком, просушивают и обматывают тремя слоями липкой ленты

После укладки обмоток трансформаторов их тщательно пропитывают трансформаторным лаком или компаундом, цапонлаком Все дроссели можно применить промышленного изготовления малогабаритные индуктивностью 10 200 мкГн Дроссель L1 (рис 3) должен иметь сопротивление обмотки не более 0,1 Ом

-

Бутов А. Л

Два преобразователя напряжения с гальванической развязкой

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика