Во многих системах для питания аналоговых схем используется напряжение ±15 В, получаемое из входного напряжения, которое может быть выше или ниже 15 В. Расщепленное питание обычно реализуется с помощью импульсного преобразователя и трансформатора с несколькими вторичными обмотками или с помощью нескольких импульсных преобразователей. В альтернативном решении, показанном на Рисунке 1, для создания источника питания с двумя выходами, работающего в широком диапазоне входных напряжений, используются микросхема импульсного регулятора LT1074, два дросселя и «плавающий» конденсатор. Такой подход особенно примечателен тем, что в нем используется только одна микросхема импульсного регулятора и не требуется трансформатор. Дроссели предпочтительнее трансформаторов, поскольку они более доступны и менее дороги.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема версии преобразователя с выходным напряжением ±15 В. |
Рабочие осциллограммы сигналов этой схемы показаны на Рисунке 2. Во время цикла переключения напряжение на выводе VSW микросхемы LT1074 изменяется от входного напряжения (VIN) до отрицательного выходного напряжения (–VOUT). (Не все микросхемы импульсных стабилизаторов могут работать при напряжении коммутационного узла ниже уровня земли, но LT1074 способна на это). Осциллограмма A показывает форму напряжения на выводе VSW, а осциллограмма B – ток, протекающий через силовой ключ микросхемы.
 |
|
| Рисунок 2. | Осциллограммы токов и напряжений схемы. |
Когда силовой ключ микросхемы LT1074 замкнут, ток от источника входного напряжения течет в нагрузку через ключ, конденсатор C2 и дроссель L1 (осциллограмма C). Часть коммутируемого тока протекает через дроссель L2 (осциллограмма D). Этот ток используется для того, чтобы во время разомкнутого состояния ключа подзаряжать конденсаторы C2 и C4 до потенциала, равного положительному выходному напряжению (VOUT). Токи обоих дросселей имеют одинаковую форму и смещены вверх на постоянный уровень.
Формы сигналов практически идентичны, поскольку дроссели имеют одинаковые индуктивности, и напряжения, которые прикладываются к ним во время циклов переключения, одинаковы.
Когда ключ размыкается, ток в дросселях L1 и L2 начинает снижаться, в результате чего полярность напряжений на них изменяется, и напряжение на выводе VSW опускается ниже уровня земли. Напряжение на выводе VSW падает до тех пор, пока диоды D1 (осциллограмма E) и D2 (осциллограмма F) не будут смещены в прямом направлении. В течение этого интервала напряжение на выводе VSW ниже отрицательного выходного напряжения (–VOUT) на величину падения на диоде. Затем ток дросселя L2 циркулирует между диодами D1 и D2, заряжая конденсаторы C2 и C4. Энергия, накопленная в L1, используется для возмещения энергии, потерянной конденсаторами C2 и C4 во время разомкнутого состояния ключа. Осциллограмма G – это импульсы тока через конденсатор C2. Форма тока конденсатора C4 (осциллограмма F) совпадает с током диода D2 за вычетом постоянной составляющей. Если предположить, что прямые падения напряжения на диодах D1 и D2 одинаковы, отрицательное выходное напряжение (–VOUT) будет равно положительному выходному напряжению (VOUT). После повторного замыкания ключа цикл повторяется.
На Рисунке 3 показана превосходная стабилизация отрицательного выходного напряжения при различных выходных токах IOUT. При изменении тока нагрузки от 50 мА до 500 мА отрицательное выходное напряжение отслеживает положительное напряжение (VOUT) с ошибкой не более 200 мВ. Отрицательный выходной ток нагрузки не должен превышать положительный выходной ток более чем в 4 раза; дисбаланс приводит к неустойчивости контура регулирования. При обычной нагрузке два выходных напряжения идеально отслеживают друг друга.
 |
|
| Рисунок 3. | Характеристика стабилизации выходного напряжения –15 В. |
Еще одним преимуществом этой схемы является то, что дроссель L1 работает и как накопитель энергии, и как сглаживающий фильтр для положительного выходного напряжения (VOUT). Выходные пульсации напряжения имеют форму треугольных импульсов, амплитуда которых определяется током пульсаций дросселя (см. осциллограмму C на Рисунке 2) и ESR (эффективным последовательным сопротивлением) выходного конденсатора (C3).
Пульсации этого типа обычно невелики, поэтому постфильтр не требуется.
На Рисунке 4 показан КПД для общей нагрузки 0.5 А при различных входных напряжениях. Двумя основными элементами, вносящими потери, являются выходные диоды (D1 и D2) и внутренний ключ микросхемы LT1074. При низких входных напряжениях КПД схемы падает, поскольку доля напряжения насыщения ключа от доступного входного напряжения увеличивается.
 |
|
| Рисунок 4. | Характеристика КПД при выходных напряжениях ±15 В и общей нагрузке 0.5 А. |
Выходное напряжение контролируется внутренним усилителем ошибки микросхемы LT1074. Этот усилитель ошибки сравнивает часть выходного напряжения, подаваемого с делителя R2-R3, показанного на Рисунке 1, с внутренним опорным напряжением 2.21 В и изменяет коэффициент заполнения до тех пор, пока эти два значения не сравняются. RC-цепь (R1 и C5 на Рисунке 1), подключенная к выводу VC, вместе с цепями R4/R5 и C6/C7, обеспечивает достаточную коррекцию для стабилизации контура управления. Для определения выходного напряжения можно использовать формулу (1) на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 5. | Схема версии преобразователя с выходным напряжением ±5 В. |
Вариант схемы с номиналами, измененными для выходных напряжений ±5 В при токе 1 А, приведен на Рисунке 5.
 |
|
| Рисунок 6. | Характеристика стабилизации выходного напряжения –5 В. |
На Рисунке 6 показана характеристика стабилизации выходного напряжения –5 В, а на Рисунке 7 – зависимость КПД от входного напряжения.
 |
|
| Рисунок 7. | Характеристика КПД при выходных напряжениях ±5 В и общей нагрузке 1 А. |
Купить LT1074 на РадиоЛоцман.Цены
