R O Ocaya
EDN
В статье показан способ питания маломощных электронных схем от одного элемента 1.5 В. Схема, основанная на автогенераторе, работающем на обратноходовой трансформатор, вырабатывает управляемое повышенное напряжение. Она может использоваться для питания аналоговых схем, микроконтроллеров и других слаботочных нагрузок.
Схема была разработана, смоделирована и собрана. Она показала надежную работу при отдаваемой мощности менее 50 мВт даже тогда, когда напряжение питания опускалось до 1.1 В. Изменяя сопротивление единственного резистора, на выходе можно установить любое напряжение в диапазоне от 6 В до 24 В. Выходной мощности преобразователя достаточно для питания микроконтроллера PIC в режиме пониженного потребления (15 мкА при частоте 32 кГц). Без каких-либо модификаций схемы ее можно использовать в качестве стробоскопа, управляющего цепочкой светодиодов или одним мощным светодиодом с частотой включения от 0.1 Гц до 20 Гц. Может показаться, что схем для решения таких «простых» задач придумано бесконечно много, однако предлагаемый вариант отличается от аналогичных устройств, работающих при низком входном напряжении, возможностью регулировки выходного напряжения и способностью управлять светодиодами в режиме стробоскопа.
 |
|
| Рисунок 1. | Принципиальная схема преобразователя напряжения 1.5 В. Катушки индуктивности L1, L2 (10 витков провода диаметром 0.65 мм) и L3 (130 витков провода диаметром 0.2 мм) намотаны на сердечнике компании Fair-Rite Products Corporation (код заказа 5961001801). |
Чтобы установить выходное напряжение +VREGOUT изображенной на Рисунке 1 схемы равным, например, 20.7 В, сопротивление резистора R2, как будет показано ниже, должно быть выбрано равным 680 Ом, а R3 – 100 кОм. Падение напряжения на R11, равное приблизительно 140 мВ, устанавливается соотношением сопротивлений резисторов делителя R5/R11. Автогенератор на транзисторе Q1 работает непрерывно, пока включено питание схемы, используя энергию магнитной связи L3 и L2. Когда напряжение на конденсаторе C1 становится больше 2 В, компаратор U1 начинает получать питание, достаточное для его нормальной работы. В начальный момент напряжение на R2 растет постепенно по мере заряда конденсатора, до тех пор, пока не превысит падение напряжения на R11. Схема сделана так, что это напряжение постоянно сравнивается компаратором U1 с напряжением 140 мВ. Тиристор, состоящий из транзисторов Q2 и Q3, также не имеет питания, и выходным напряжением U1 не управляется. Конденсатор продолжает беспрепятственно заряжаться. Следовательно, выходное напряжение компаратора U1, в зависимости от соотношения сопротивлений R2 и R3, станет высоким, когда
Жестких требований к размерам и форме сердечника трансформатора T1 не предъявляется. Однако если вы хотите повторить полученные результаты, рекомендуется, чтобы фактор индуктивности сердечника равнялся 80 нГн, а магнитная проницаемость – 80. Подойдут, например, сердечник ETD производства EPCOS (код для заказа B66361G0100X1), тороидальный сердечник TN33/20/11-2P80 компании Ferroxcube и любые аналогичные.
 |
|
| Рисунок 2. | LTspice-моделирование временных диаграмм импульсного источника света. Ток, протекающий через резистор R10, измерялся в предположении, что мощный светодиод D4 не подключен. |
При номиналах элементов, использованных в схеме на Рисунке 1 (за исключением резисторов R2 = 680 Ом и R3 = 100 кОм), тиристор переключится тогда, когда конденсатор C1 зарядится до напряжения VC1 = 20.7 В. Выходной фильтр состоит из индуктивности L4 и конденсатора C3. C1 выполняет в схеме две функции. Первая – это «сосуд» для хранения заряда, а вторая, выполняемая совместно с R10 – обеспечение определенной устойчивости петли регулирования. Резистор R4 служит нагрузкой выхода с открытым коллектором микросхемы U1, а D3 поддерживает уровень смещения на выходе U1.
Чтобы использовать схему для управления импульсным источником света на трех светодиодах, сопротивление резистора R10 должно равняться 100 Ом. При показанных значениях элементов тиристор переключается при VC1 = 6.33 В. Как только тиристор включается, на базе Q4 возникает импульс напряжения амплитудой около 2 В, который полностью открывает транзистор. Через коллектор Q4 начинает течь большой ток, который быстро разряжает C1. Если этот ток течет через цепочку светодиодов или через один светодиод большой мощности, интенсивность их свечения постепенно увеличивается, а затем происходит яркая вспышка в тот момент, когда Q4 открывается полностью. При разряде конденсатора выключается также компаратор U1, поскольку напряжение его питания становится меньше 2 В. Вследствие этого падение напряжения на R2 достигает минимального значения порядка 43 мВ прежде, чем конденсатор C1 вновь зарядится и процесс начнет повторяться. Чтобы мигающие светодиоды не вышли из строя, их ток должен ограничиваться резистором R10. Как показывает моделирование, пиковая амплитуда тока равна 3.3 А, а длительность импульса, измеренная по уровню 50%, составляет 50 мкс. Яркость вспышек регулируется изменением сопротивлений резисторов R2 или R11.
Загрузки
