Ключ на MOSFET эффективно выполняет AC/DC преобразование

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2017

Spehro Pefhany

EDN

Иногда бывают ситуации, когда трансформатор для питания схемы постоянным током у вас есть, но его выходное напряжение намного превышает величину требуемого постоянного напряжения.

После двухполупериодного выпрямления и фильтрации входного переменного напряжения V_X выходное напряжение равно

V_DC = 1.414V_X – 2V_F,

где V_F – прямое падение напряжения на выпрямителе (приблизительно 0.7 В). Например, если для питания небольшого вентилятора охлаждения с током потребления 100 мА требуется постоянное напряжение 12 В, а в вашем распоряжении есть переменное напряжение 18 В, то на выходе выпрямителя после фильтра вы получите постоянное напряжение 24 В. Хотя понизить напряжение до 12 В можно с помощью простого трехвыводного стабилизатора (такого как µA7812), потерянная мощность составит примерно 1.3 Вт. Эти потери означают, что вам придется обеспечивать отвод тепла, что в определенной степени противоречит цели включения в состав схемы вентилятора охлаждения. Если вы захотите включить стандартный 12-вольтовый вентилятор размером 100 × 100 мм с типичным током потребления 0.45 А, средние потери мощности составят 2.5 В, а при полной нагрузке будут увеличиваться до 5 Вт. Для многих приложений такой уровень потерь недопустим, и вам придется воспользоваться либо дополнительным трансформатором, либо импульсным преобразователем.

В схеме, показанной на Рисунке 1, ключ на MOSFET и диод эффективно используют ток трансформатора, поддерживая постоянное напряжение на уровне, близком к требуемому значению 12 В.

Рисунок 1.	Используя схему с MOSFET, вы можете эффективно понизить слишком высокое напряжение трансформатора до требуемого постоянного уровня.

Двухполупериодный мост D₂ выпрямляет переменное напряжение 18 В. Диод D₁ и конденсатор C₁ формируют постоянное напряжение смещения затвора, равное примерно 24 В. Через резистор R₁ это напряжение управляет затвором транзистора Q₁, шунтированным диодом D₄, который поддерживает напряжение затвора на уровне не выше 12 В относительно истока, даже в переходных режимах. Во время нарастания выходного напряжения мостового выпрямителя от 0 В до приблизительно 24 В в каждом полупериоде напряжение смещения удерживает MOSFET в открытом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не достигнет суммы напряжения пробоя стабилитрона D₃ (12 В) и напряжения база-эмиттер транзистора Q₂, равной примерно 12.7 В. В этот момент включается транзистор Q₂ и закрывает Q₁, а конденсатор выходного фильтра C₂ начинает заряжаться через диод D₅. На отрезках времени, когда выходное напряжение опускается от 24 В до 0 В, при напряжении около 12.7 В Q₂ выключается вновь, позволяя открыться MOSFET Q₁, чтобы сформировать следующий импульс тока для заряда конденсатора C₂. C₂ обеспечивает нагрузку питанием в промежутках между импульсами, которые при частоте входного напряжения 60 Гц следуют с частотой 240 Гц. Если вы хотите иметь возможность выключать вентилятор логическим сигналом, добавьте в схему элементы R₄ и D₆. При подаче на вход сигнала высокого логического уровня транзистор Q₂ откроется и выключит MOSFET.

Материалы по теме