Dwayne Reid
Если DC/DC преобразователь должен быть дешевым и выпускаться небольшими партиями, сконструировать его, используя стандартные подходы и решения, невозможно. Интегральные коммутаторы, выпускаемые фирмами Linear Technology, Maxim Integrated Products, National Semiconductor или Texas Instruments, в типичном случае, не рассчитаны на конфигурацию с изолированными выходами и требуют использования дорогостоящих трансформаторов, которые, к тому же, сложно приобретать в малых количествах. Кроме того, для обеспечения обратной связи, в схемах на интегральных коммутаторах обычно необходимы опто-изоляторы и соответствующие микросхемы управления.
 |
| Два компаратора работают как дешевый DC/DC конвертер со стандартным импульсным трансформатором в качестве изолятора вход-выход. |
Альтернативная схема, в которой используются дискретные компоненты, способна отдать в нагрузку ток до 50 мА при напряжении 5 В. Входное напряжение схемы от 8 до 32 В. Для того, чтобы исключить необходимость в компонентах обратной связи, выходной каскад сделан по схеме источника постоянного тока. Можно использовать параллельный стабилизатор, подобный TL431, или даже, простой стабилитрон.
Поскольку выходное напряжение меньше минимального входного, в качестве изолирующего можно применить простой трансформатор 1:1. Подойдет любой импульсный трансформатор общего назначения. Такие трансформаторы, при цене порядка $0.25, обладают малой межобмоточной емкостью и отличной изоляцией между обмотками.
Для DC/DC конвертера нужны генератор пилообразного напряжения и компаратор, управляющий мощным каскадом. Обратная связь по току нагрузки берется с резистора, включенного последовательно с первичной обмоткой трансформатора. Генератор пилообразного напряжения легко сделать на операционном усилителе с несколькими резисторами и конденсатором, но для экономии компонентов ОУ заменен второй половиной сдвоенного компаратора LM393. Схема прекрасно работает с симметричным пилообразным напряжением, поэтому защитные диоды в ней не нужны. Для уменьшения вероятности насыщения трансформатора T1 максимальная скважность импульсов генератора пилообразного напряжения установлена равной примерно 50%.
Для минимизации потерь управления из-за отбора тока трансформатором с обратной связью по току, генератор пилообразного напряжения должен работать с частотой около 400 кГц и амплитудой около 0.5 В. Точные значения частоты и амплитуды зависят от опорного напряжения. В схеме источник опорного напряжения сделан на обычном красном светодиоде, прямое падение напряжения на котором в комнатных условиях достаточно стабильно.
Выходного тока компаратора ШИМ недостаточно для прямого управления трансформатором. Поэтому к его выходу с открытым коллектором подключены p-n-p транзистор Q1 и резистор R12, образующие мощный выходной каскад. Кроме того, каскад выступает в роли ограничителя бросков напряжения. Когда во время переходного процесса выброс напряжения превышает пробивное напряжение компаратора, транзистор открывается и срезает выброс.
Несмотря на совершенно нетрадиционную конструкцию, схема работает очень хорошо, а Spice модель показывает совпадение с результатами, полученными на макетной плате. И, главное, схема чрезвычайно дешева. Общая стоимость всех компонентов, включая трансформатор, при покупке партиями по несколько сотен штук, не превышает $0.60.
