ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
В. ПОЛЯКОВ, г. Москва
Преобразователь без трансформатора.
Если напряжение надо повысить всего в 2...3 раза, можно обойтись без трансформатора, используя умножитель напряжения (рис. 3). Он особенно удобен, если в устройстве уже есть генератор симметричных прямоугольных колебаний ("меандра").
Рис. 3
Эти колебания с размахом от 0 до UBX подают на базы двухтактного эмиттерного повторителя на транзисторах VT1, VT2. Транзисторы должны обеспечивать ток, превышающий ток нагрузки преобразователя во столько раз, во сколько необходимо умножить напряжение.
Выходное прямоугольное напряжение подается на умножитель, включенный последовательно с источником питания. Работает он так: когда напряжение на эмиттерах транзисторов падает до нуля, конденсатор С2 заряжается через диод VD1 до напряжения UBX. В следующий полупериод напряжение на эмиттерах возрастает примерно до Uвх, а на правой по схеме обкладке С2 - до 2UBX. Через диод VD2 оно заряжает конденсатор СЗ и передается на первый выход преобразователя.
После первых двух диодов умножителя получается удвоенное напряжение питания 2UBX (удобно использовать для получения напряжения 24 В при 12-вольтовом питании). Каскадов умножения может быть и больше. Емкость конденсаторов С1, С2 и т. д. зависит от частоты и тока нагрузки, она должна быть такой, чтобы не наблюдалось заметного спада вершин прямоугольных импульсов.
Маломощные высоковольтные преобразователи.
Высокое напряжение необходимо для питания счетчиков радиационных излучений, различных ионизаторов воздуха и пылеуловителей, анодов ЭЛТ в осциллографах. Потребляемые токи обычно невелики, а поэтому преобразователь будет маломощным. В генераторе такого преобразователя (рис. 4,а) целесообразно использовать блокинг-генератор.
Рис. 4
Как он работает? Ток смещения, протекающий через резистор R1 в базу транзистора VT1, приоткрывает транзистор. Через обмотку I протекает нарастающий ток и индуцирует в обмотке обратной связи II ЭДС, приложенную через конденсатор С1 "плюсом" к базе. Транзистор лавинообразно открывается, напряжение на его коллекторе падает почти до нуля, а ток через обмотку I продолжает нарастать до тех пор, пока либо не насытится сердечник трансформатора, либо не зарядится полностью конденсатор С1. Тогда положительное напряжение обратной связи на базе транзистора понизится, уменьшая коллекторный ток, и возникнет лавинообразный процесс закрывания транзистора, приводящий к резкой отсечке коллекторного тока. На коллекторе сформируется положительный импульс напряжения (рис. 4,б), превосходящий иногда в десятки раз напряжение питания UBX. На повышающей обмотке трансформатора III этот импульс будет еще больше, и его остается только выпрямить диодом VD1.
В этом устройстве надо использовать транзисторы с достаточно высоким допустимым коллекторным напряжением. Для защиты транзистора от случайного пробоя (например, при отключении нагрузки) параллельно первичной обмотке подключают стабилитрон, а можно даже неоновую лампу - она ограничит амплитуду импульса на уровне напряжения зажигания (60...80 В). Длительность импульса блокинг-генератора регулируют подбором конденсатора С1, а частоту повторения - подбором резистора R1.
На рис. 4 в качестве примера приведены данные преобразователя для питания варикапов настройки УКВ приемника. Трансформатор Т1 намотан на фер-ритовом кольцевом магнитопроводе К10x6x4 с магнитной проницаемостью 1000 - 2000. Обмотки I, II и III содержат 12, 3 и 60 витков любого тонкого изолированного провода. От источника напряжением 6 В преобразователь потребляет ток всего 0,5 мА, развивая на выходе напряжение до 40 В при токе порядка 5 мкА. Длительность импульсов составляет около 2 мкс, частота повторения - 12,5 кГц.
Преобразователи постоянного напряжения в переменное (DC-AC конвертеры).
Обычно требуется переменное напряжение вполне определенной частоты и формы. Однако для питания в автомобиле, скажем, электробритвы с коллекторным электродвигателем частота некритична, подойдет напряжение прямоугольной формы амплитудой 110...220 В.
Требования к частоте и форме выходного напряжения преобразователя для питания небольшого телевизора, или в другом ответственном случае, гораздо жестче. Стараются выдержать стандартную сетевую частоту 50 Гц и получить выходное напряжение синусоидальной формы. Если заставить выходные транзисторы преобразователя усиливать или генерировать синусоидальный сигнал, КПД не превысит 60...70 %, как в двухтактных УМЗЧ класса В. Часто идут другим путем - уменьшают длительность импульсов обеих полярное-тей в двухтактном ключевом преобразователе, как показано на рис. 5.
Рис. 5
Здесь не обойтись без задающего генератора, вырабатывающего на двух выходах последовательности импульсов с частотой 50 Гц и со скважностью (отношением периода к длительности) более 2. Сконструировать такой генератор на современных цифровых микросхемах не составляет особой сложности. Итак, транзисторы VT1 и VT2 открываются поочередно, причем один - через некоторое время после того, как закроется другой.
В момент закрывания транзистора VT1 на его коллекторе формируется положительный выброс напряжения,
Радио 5/2001, с.54.