DC/DC преобразователь с комплементарной парой одновременно удваивает и инвертирует напряжение питания

В этой схеме используется тот факт, что размах коллекторных напряжений в двухтактных трансформаторных DC/DC преобразователях вдвое превышает напряжение питания. При реализации таких схем на n-p-n транзисторах коллекторное напряжения изменяется от 0 В до удвоенного напряжения шины питания. При использовании p-n-p устройств напряжение на коллекторе изменяется от V_CC до значения, равного V_CC по амплитуде, но противоположного по знаку [1]. В этой схеме комплементарная пара транзисторов, управляя двумя обмотками трансформатора, одновременно обеспечивает получение удвоенного и отрицательного напряжений.

Одна из обмоток трансформатора T₁, соединенная с землей, коммутируется p-n-p транзистором Q₁, подключенным к шине V_CC (Рисунок 1). Вторая обмотка, соединенная с V_CC, коммутируется n-p-n транзистором Q₃, подключенным к шине земли. Транзисторы Q₂ и Q₄ управляют транзисторами Q₁ и Q₃, соответственно. Коллекторы Q₃ и Q₁ через резисторы R₄ и R₃ обеспечивают перекрестную связь с транзисторами Q₂ и Q₄. Резисторы R₁ и R₂ служат коллекторными нагрузками транзисторов Q₂ и Q₄. Диоды D₁ и D₄ защищают транзисторы Q₁ и Q₃ от обратного пробоя. Регенеративная обратная связь, определяемая конфигурацией цепей управления и полярностью включения обмоток трансформатора, обеспечивает автоколебания схемы, в результате которых трансформатор попеременно переходит от положительного насыщения к отрицательному, формируя напряжения для попеременного включения и выключения транзисторов Q₁ и Q₃.

Рисунок 1.	Регенеративная схема с перекрестной связью управляет переключением транзисторов Q1 и Q3 и обмотками трансформатора. Результирующие импульсы напряжения на их коллекторах выпрямляются до удвоенного положительного и до отрицательного напряжения питания.

На коллекторе транзистора Q₁ формируются прямоугольные импульсы с амплитудой, вдвое превышающей V_CC, имеющие номинальный размах от V_CC до равного, но отрицательного выходного уровня. Одновременно на коллекторе транзистора Q₃ формируются прямоугольные импульсы с амплитудой, вдвое превышающей напряжение питающей шины, имеющие номинальный размах от 0 В до удвоенного напряжения питающей шины.

Диод D₂ и конденсатор C₂ реализуют однополупериодное выпрямление и фильтрацию коллекторного напряжения транзистора Q₁ для выхода отрицательного напряжения. Однополупериодное выпрямление и фильтрация коллекторного напряжения транзистора Q₃ с помощью элементов D₃ и C₃ формируют выходное напряжение удвоителя.

Таблица 1.

Экспериментальные результаты

Входное напряжение (В) Входной ток (мА) Частота (кГц) Напряжение удвоителя (В) Ток удвоителя (мА) Отрицательное напряжение (В) Отрицательный ток (мА) Входная мощность (Вт) Выходная мощность (Вт) КПД (%) 5 253 2.1 7.68 81.7 –3.41 –72.5 1.27 0.87 69 9.97 360 4.05 17.33 115.5 –8.65 –86.5 3.59 2.75 76.6 15 420 6.02 27.2 136 –13.58 –90.5 6.3 4.93 78.2 19.4 400 7.37 34.9 145.4 –18.33 –61.1 7.76 6.19 79.8 25 340 10.47 48.5 97 –23.8 –79.3 8.5 6.59 77.5 30 410 12.07 56.5 113 –27.6 –92 12.3 8.92 72.5

Трансформатор T₁ – это 200 витков бифилярного эмалированного провода диаметром 0.113 мм, намотанных 1 к 1 на тороидальном ферритовом сердечнике. В Таблице 1 представлены результаты экспериментов со схемой, демонстрирующие широкий диапазон входных напряжений от 5 до 30 В при умеренном КПД.

Ссылка

1. Ajoy Raman. Удвоитель напряжения, использующий характерные особенности двухтактного DC/DC преобразователя.

Материалы по теме

1. Datasheet CDIL 2N2369
2. Datasheet Nexperia BCP53
3. Datasheet ON Semiconductor BCP56
4. Datasheet ON Semiconductor MBRS1100