Назначение
Для питания некоторых портативных электронных устройств, например ноутбука, необходимо напряжение больше бортовой сети автомобиля. Чтобы его получить, требуется повышающий преобразователь напряжения.
Предлагаемое устройство преобразователя выполнено на основе микросхемы таймера КР1006ВИ1. Оно отличается широким интервалом входного напряжения и высоким значением максимального выходного тока.
Схема электрическая
Технические характеристики:
Входное напряжение - 10…15 В;
Выходное напряжение - 19* В;
Максимальный выходной ток - 4,7 А;
КПД - 88%;
Частота преобразования - 55…84 кГц.
На таймере DA1 собран генератор прямоугольных импульсов, длительность которых зависит от управляющего напряжения на выводе 5. Длительность паузы между импульсами постоянная.
Номиналы времязадающих элементов R1, R2, С1 выбраны так, что пауза между импульсами продолжается около 9,1 мкс, а длительность импульсов варьируется ориентировочно от 2,8 до 9 мкс при уменьшении входного напряжения от 15 до 10 В.
При этом напряжение на выводе 5 микросхемы изменяется в интервале 4,1...6 В. Этот интервал определяется сопротивлением резистора R1.
Импульсы, формируемые на выходе DA1 (вывод 3), управляют мощным ключевым МОП-транзистором VT1.
Когда транзистор VT1 открыт, через дроссель течёт нарастающий ток, в результате чего он накапливает энергию магнитного поля. Когда транзистор VT1 закрыт, ток дросселя течёт через диод VD1 и заряжает накопительный конденсатор С4.
Так энергия, накапливаемая в дросселе, передаётся в конденсатор С4, на котором формируется выходное напряжение. Конденсатор С2 подавляет низкочастотные импульсные помехи во входной цепи питания, конденсатор С3 – высокочастотные. Эти конденсаторы препятствуют проникновению импульсных помех, генерируемых преобразователем, в бортовую сеть автомобиля. Конденсатор С5 подавляет всплески выходного напряжения, которые образуются на внутренней последовательной индуктивности конденсатора С4.
Цепь стабилизирующей обратной связи выполнена на транзисторе VT2 и стабилитроне VD2. Разность выходного напряжения преобразователя и напряжения стабилизации стабилитрона VD2 сравнивается с напряжением открывания эмиттерного перехода транзистора VT2.
Сигнал рассогласования усиливается транзистором VT2 и определяет управляющее напряжение на его коллекторе, соединённом с выводом 5 DA1.
Конденсатор С6 уменьшает влияние пульсаций выходного напряжения на управляющее напряжение. Резистор R4 ограничивает ток базы транзистора VT2 на безопасном уровне. Резистор R5 задаёт ток через стабилитрон VD2 около 2 мА.
При увеличении выходного напряжения выше номинального значения ток базы транзистора VT2 также увеличивается, напряжение на выводе 5 DA1 снижается. В результате скважность импульсов увеличивается, что приводит к снижению выходного напряжения преобразователя.
Следовательно, при снижении выходного напряжения меньше номинального значения ток базы транзистора VT2 также уменьшается, а напряжение на выводе 5 DA1 повышается. В результате скважность импульсов уменьшается, что приводит к увеличению выходного напряжения.
Вывод 5 DA1 соединён с выводом 4, через который можно отключать генератор. Такая необходимость бывает при работе преобразователя с малым током нагрузки или в режиме холостого хода. В этом случае из-за наличия пульсаций тока через дроссель за время, пока транзистор VT1 открыт, дроссель успевает запасти больше энергии, чем необходимо нагрузке, что приводит к росту выходного напряжения.
Обратная связь стремится скомпенсировать повышение напряжения увеличением скважности импульсов путём снижения управляющего напряжения на выводе 5 примерно до 0,7 В. Однако этого недостаточно, поскольку минимальная длительность импульсов ограничена, и если бы вывод 4 не был бы соединён с выводом 5, то произошёл бы рост выходного напряжения, не компенсируемый цепью обратной связи.
Снижение напряжения на выводе 4 примерно до 0,7 В обрабатывается микросхемой как сигнал сброса, приостанавливающий работу генератора. Поэтому соединение вывода 4 с выводом 5 обеспечивает стабильную работу обратной связи цепи даже в режиме холостого хода.
Конструкция и детали
Чертёж печатной платы показан на рисунке выше.
К транзистору VT1 и диоду VD1 прикреплён теплоотвод в виде дюралюминиевой пластины через слюдяный прокладки площадью по 100 см^2.
Транзистор VT1 может быть IRFZ34N, BUZ11 или другие аналогичные приборы, рассчитанные на постоянный ток не менее 15 А с возможно меньшим сопротивлением открытого канала.
Транзистор VT2 – ВС547, КТ306Г, КТ312В, КТ3102, КТ315, КТ315, КТ503Б, КТ503Г или другие n-р-n с коэффициентом передачи тока базы не менее 100 при токе коллектора 1 мА.
Диод Шотки – КД272А, 2Д2998Б, 2Д2998В, КД2998В, КД2998Д, MBR1635, MBR1645 и на любые другие диоды Шотки, рассчитанные на прямой ток не менее 15 А и обратное напряжение не менее 25 В.
Стабилитрон VD2 – КС218Ж, КС518А, КС508П КС509Б, 1N4746 или другим с напряжением стабилизации 18 В. Для более точной настройки выходного напряжения может потребоваться подбор стабилитрона.
Микросхема таймера КР1006ВИ1 (DA1) может быть заменена на КР1441ВИ1, КР1087ВИ2, NE555N.
Дроссель L1 намотан проводом ПЭВ-2 диаметром 1,25 мм на двух сложенных вместе кольцевых магнитопроводах КП27×15×6 из пермаллоя МП140. Обмотка содержит 16 витков.
Можно также применить жёлто-белый кольцевой магнитопровод Т106-26 от Epcos от многообмоточного дросселя в блоке питания компьютера. В этом случае оставляют имеющуюся на дросселе обмотку (24 витка провода диаметром 1 мм), остальные обмотки удаляют.
Подойдут и другие дроссели с индуктивностью не менее 18мкГн, рассчитанные на утроенный максимальный ток нагрузки. Индуктивность дросселя не должна быть слишком велика: при её увеличении выше 100 мкГн стабилизатор может потерять устойчивость.
Оксидные конденсаторы должны быть рассчитаны на допустимый ток пульсаций не менее 3А и иметь по возможности малое эквивалентное последовательное сопротивление, т. е. относиться к категории «Low ESR».