В этой статье представлен удвоитель напряжения с широким входным диапазоном и минимальным количеством деталей, основанный на индивидуальных особенностях двухтактного DC/DC преобразователя. В схеме использована сборка высоковольтных транзисторов Дарлингтона ULN2023A. Устройство рассчитано на широкий диапазон напряжений питания от 5 В до 30 В, и при умеренном КПД отдает в нагрузку мощность от 1 Вт до 4 Вт.
 |
||
| Рисунок 1. | В простом удвоителе напряжения на основе DC/DC преобразователя с одним трансформатором регенеративная обратная связь обеспечивается перекрестным включением RC-цепочек, соединяющих коллекторы Q1 и Q2 с соответствующими базами. |
|
На Рисунке 1 показана схема простого DC/DC преобразователя на одном трансформаторе, в котором перекрестные связи RC-цепочек, соединяющих коллекторы транзисторов Q1 и Q2 с соответствующими базами, обеспечивают положительную обратную связь. В процессе работы трансформатор попеременно проходит состояния между положительным и отрицательным насыщением с прерываниями магнитного потока, индуцирующими напряжения для поочередного выключения и включения транзисторов. Рабочая частота преобразователя определяется входным напряжением и характеристикой насыщения сердечника трансформатора в соответствии с формулой
где
VCC – входное напряжение,
βS – индукция насыщения в Гауссах,
A – сечение сердечника в квадратных сантиметрах,
N – число витков в половине первичной обмотки.
 |
||
| Рисунок 2. | Внутренняя схема сборки высоковольтных транзисторов Дарлингтона ULN2023A в точности соответствует требованиям схемы на Рисунке 1, так как содержит диоды на коллекторных выходах, которые могут использоваться для выпрямления. |
|
В схеме используется тот факт, что напряжение коллектор-эмиттер каждого устройства примерно вдвое больше суммы напряжения источника питания VCC и индуцированных напряжений, возникающих из-за индуктивности рассеяния. После выпрямления коллекторных напряжений Q1 и Q2 диодами D1 и D2 и фильтрации конденсатором C4 получается выходное напряжение VOUT, примерно равное удвоенному входному напряжению VCC.
 |
||
| Рисунок 3. | Наличие нескольких драйверов в одном корпусе позволяет в каждом плече схемы использовать три ключа, соединенных параллельно. |
|
Внутренняя схема сборки высоковольтных транзисторов Дарлингтона ULN2023A, показанная на Рисунке 2, в точности соответствует требованиям схемы на Рисунке 1, так как содержит диоды на коллекторных выходах, которые могут использоваться для выпрямления. Указанное в документации пробивное напряжение 95 В позволяет, с учетом запаса на выбросы в переходных режимах, обеспечивать удвоение VCC при входном напряжении до 30 В. Устройство имеет низкое напряжение насыщения коллектор-эмиттер при требуемом уровне тока порядка 100 мА и малые времена переключения в диапазоне рабочих частот до десятков килогерц.
 |
||
| Рисунок 4. | Экспериментальные результаты показывают, что схема на Рисунке 3 работает как маломощный удвоитель напряжения с широким входным диапазоном и средним КПД. |
|
Окончательная конфигурация схемы показана на Рисунке 3. Три драйвера работают параллельно, разделяя между собой ток управления, что позволяет минимизировать напряжения коллектор-эмиттер и увеличить допустимую выходную мощность. Результаты испытаний удвоителя напряжения при входных напряжениях от 5 В до 30 В представлены в Таблице 1. Величина входного тока в этом диапазоне составляет менее 300 мА, оставаясь в пределах, допустимых для трансформатора при низких входных напряжениях, и не вызывая перегрева микросхемы ULN2023A при более высоких напряжениях. Рисунок 4 демонстрирует графики экспериментальных результатов, показывающих, что схема на Рисунке 3 работает как маломощный удвоитель напряжения с широким входным диапазоном и средним КПД.
| Таблица 1. | Экспериментальные результаты | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
