Układ boostera napięcia – wysokie napięcie z zasilacza 5V.

Układ boostera napięcia – wysokie napięcie z zasilacza 5V.

r_211_30_1
Obwody cyfrowe zasilane napięciem 5V są powszechne, ale czasami wymagane jest wyższe napięcie, być może dla obwodu biomedycznego, pomiaru poziomu cieczy lub monitorowania styków o wysokiej rezystancji.
W przypadku takich obwodów rozwiązaniem może być sposób generowania wysokiego napięcia z zasilacza 5V.

Powielacze diod/kondensatorów mogą mieć zalety w porównaniu z obwodami impulsowymi, ponieważ nie używają cewek indukcyjnych, są łatwiejsze w projektowaniu i rozwiązywaniu problemów oraz często generują mniej promieniowanych zakłóceń.

Zasada powielacza napięcia jest dość dobrze znana.
Kondensator jest używany z sygnałem sterującym o przebiegu prostokątnym do „pompowania” prądu przez parę diod, co w przybliżeniu podwaja napięcie zasilania.
Szereg takich stopni można łączyć kaskadowo, aby podnieść napięcie o wielokrotności zasilania, ale można poprawić wydajność i zmniejszyć liczbę stopni, stosując dwa sygnały sterujące o przeciwnych fazach.

Jednak spadek napięcia na każdej diodzie wynosi około 0,6V, a więc przy dwóch diodach na stopień, a przy początkowym zasilaniu zaledwie 5V staje się to znaczące, co prowadzi do słabej wydajności i niepraktycznej liczby stopni.
Problemy te są przezwyciężane w projekcie obwodu wzmacniacza napięcia z rys. 1 poprzez zwiększenie napięcia przed powieleniem za pomocą układu IC1, „generatora szyny ujemnej” SI7660 (nie mylić ze znanym układem ICL7660).
Dodatkowe ujemne zasilanie jest generowane bardzo wydajnie, ponieważ przełączanie odbywa się nie przez diody, ale przez przełączniki CMOS w układzie scalonym, które prawie nie powodują utraty napięcia przy niskich prądach.
Pin 2 tego układu steruje również powielaczem diodowym, który, mimo że cierpi na spadki napięcia diody, nadal generuje około +8.8V.
Przy minimalnej liczbie elementów to urządzenie generuje parę szyn zasilających o całkowitym potencjale większym niż 13.5V.

To napięcie jest dostarczane do układu IC2, 4047B używanego, jako oscylator, którego częstotliwość jest ustawiona na około 400Hz przez rezystor R1 i kondensator C6.
Oscylator wykorzystuje wewnętrzny podział na dwa stopnie, dzięki czemu wyjścia na pinach 10 i 11 są uzupełniającymi się przebiegami prostokątnymi 200Hz z idealnymi cyklami pracy 1:1 idealnymi do sterowania powielaczem.
Mając tylko pięć pokazanych diod D3 do D7, obwód generuje 60V bez obciążenia wyjściowego.
Wyjście można traktować, jako dość liniową rezystancję źródła wynoszącą około 200k, ponieważ spadek o około 10V występuje na każde 50uA pobieranego prądu.

Innymi słowy, wytrzyma napięcie 50V na rezystorze 1M lub około 40V na jednym z rezystorów 390k.
Bez obciążenia prąd spoczynkowy został zmierzony przy zaledwie 650μA, wzrastając do około 19mA przy obciążeniu 100μA.
Zastosowano wszystkie kondensatory ceramiczne pokryte żywicą, chociaż można było zastosować inne typy nieelektrolityczne o odpowiednich napięciach znamionowych.
Diody są niedrogimi typami diod sygnałowych 1N4148.
Zwiększoną moc wyjściową można uzyskać, stosując wyższą częstotliwość dla IC2 i większe kondensatory dla C2 i C3, chociaż spowodowałoby to wzrost prądu spoczynkowego.

W razie potrzeby można użyć większej liczby (lub mniej) etapów łańcucha powielacza do uzyskania różnych napięć wyjściowych.
Wreszcie, wartość kondensatora C11 mogłaby zostać zwiększona, aby umożliwić gromadzenie się większego ładunku, ale to oczywiście spowodowałoby opóźnienie czasowe przy włączaniu lub rozładowywaniu.
Obwód osiąga pełne napięcie wyjściowe w niecałą sekundę.
Autor: Andy Flind (Wielka Brytania)

Komentarze z Facebooka

Komentarze obecnie - OFF.