Двуполярное питание от одной обмотки трансформатора
Как получить разнополярные напряжения от однополярного источника или
трансформатора с одной вторичной обмоткой.
Дополнительный выпрямитель, состоящий из диодного моста V2 и сглаживающего конденсатора С4, подключается к вторичной обмотке силового трансформатора через разделительные конденсаторы С1 и С2.
«Wireless World» (Англия), 1980, №8
Радио №7, 1982 г.
Рис.1 Двуполярное питание от одной обмотки на двух мостах
Скромненько, со вкусом, но на этом — вся статья.
На самом деле, многочисленные заявления по поводу того, что подобные преобразователи слаботочны и не «держат» мощных нагрузок, с одной стороны, весьма
преувеличены, с другой — имеют под собой некоторую почву в виде требований, предъявляемых к величине ёмкостей С1 и С2.
А из каких соображений следует выбирать номиналы разделительных конденсаторов?
Тут всё просто — их реактивные сопротивления на частоте 50 Гц должны быть в 30…40 раз меньше, чем сопротивление Rн при
максимальном токе, где Rн = U/Imax . Рассчитать эти сопротивления можно на странице —
ссылка на страницу.
Уменьшить количество разделительных конденсаторов до 1 шт. можно воспользовавшись следующей схемой.
Рис.2 Схема выпрямителя с формированием двуполярного выходного напряжения
Выходное напряжение трансформатора выбирается исходя из требуемых напряжений, а рабочие напряжения разделительных
конденсаторов должны выдерживать вдвое большие величины, чем пиковые значения выпрямленного переменного напряжения.
Теперь можно забыть про разделительные конденсаторы и перейти к схеме, представленной на Рис.3.
Тут всё очень просто — два однополупериодных выпрямителя разной полярности на диодах VD1 и VD2 и два сглаживающих
конденсатора — С1 и С2.
Недостатком схемы является необходимость применения электролитов ёмкостями в два раза большими, чем в аналогичных выпрямителях, выполненных по двухполупериодной схеме.
Рассчитать номиналы этих конденсаторов можно в калькуляторе на странице — ссылка на страницу.
Рис.3 Двуполярное питание от одной обмотки на однополупериодных выпрямителях
Радикально снизить ёмкости сглаживающих конденсаторов можно включив в схему пару интегральных стабилизаторов напряжения. С примером такой реализации можно ознакомиться на Рис.4.
Рис.4 Двуполярное питание от одной обмотки на однополупериодных выпрямителях и
интегральных стабилизаторах
Если напряжение на выходе выпрямителя или однополярного источника питания имеет достаточную величину Uвых, то можно получить двуполярное
напряжение ±Uвых/2, применив схему для формирования искусственной средней точки, в нашем случае — земли (Рис.
5).
Рис.5 Двуполярное питание с узлом формирования искусственной земли
Данный формирователь двуполярного питания (при соответствующем выборе транзисторов) позволяет запитывать достаточно мощные цепи.
Максимально допустимые токи транзисторов должны соответствовать токам нагрузки, а коэффициент передачи тока — не менее 1000/Rн.
Все представленные формирователи, кроме последнего, подразумевают переделку существующего блока однополярного питания и
не позволяют получать разнополярные напряжения от гальванических элементов или аккумуляторов.
Как быть, если нужен плюс-минус от батарейки или готового БП без его переделки рассмотрим на следующей странице.
Двухполярное питание из однополярного для портатива на TPS65133
В эру портативной электроники все острее встает вопрос о питания переносных девайсов. Особую сложность представляет двухполярное напряжение питания, необходимое например в портативном усилителе для наушников.
Сегодняшнее развитие электроники позволяет преодолеть данную проблему. Рассмотрим как сделать двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133.
Варианты двухполярного питания для портатива
Конечно для двухполярного питания в портативе можно воспользоваться двумя аккумуляторами. Но это приведет к дополнительным сложностям с их зарядкой, а также к расбалансу плеч по мере старения аккумуляторов.
Более продвинутый вариант сделать двухполярное питание из однополярного — использовать dc-dc инвертор напряжения MAX660, MAX865 или любой другой. Но и тут есть проблема. при разряде аккумулятора, вслед за положительным напряжением будет падать и отрицательное. Т.е. при заряженном аккумуляторе питание будет ±4.2, а при разряженном ±3 В или еще меньше.
И тут на помощь приходят SEPIC преобразователи. Не будем углубляться в теорию процесса преобразования — это тема отдельной статьи. А пока рассмотрим преобразователь однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133.
Преобразователь однополярного питания в двухполярное
При макетировании схем, содержащих ОУ, требуется двухполярное питание.
Если имеется только один однополярный источник, получить двухполярное питание можно с помощью устройств, содержащих искусственную среднюю точку.
Простейшее из них состоит из делителя напряжения, образованного двумя резисторами с одинаковой мощностью, средняя точка которою соединена с выходным общим проводом, имеющим нулевой потенциал.
Недостаток такого устройство – отсутствие стабилизации нулевого потенциала при разбалансе токов нагрузки плеч. Повысить стабильность нулевого потенциала можно, используя активные элементы, управляемые указанными токами.
На рис.1 показана схема такого устройства. Оно подкупает своей простотой, но не является работоспособной из-за наличия «зоны чувствительности» транзисторов, ширина которой равна удвоенному падению напряжения на их эмиттерных переходах и составляет 0,6В для германиевых транзисторов и 1,4 В для кремниевых.
Благодаря наличию этой зоны при полной симметрии токов нагрузки плеч оба транзистора VT1, VT2 заперты, их внутренние сопротивления составляют сотни килоом, что для нулевого провода практически означает обрыв цепи. Такое состояние схемы является неустойчивым и под воздействием дестабилизирующих факторов один из транзисторов, например верхний, открывается.
Его внутреннее сопротивление составляет десятки ом и путь для протекания тока нагрузки нижнею плеча освобождается. Нижний транзистор остается закрытым, и ток нагрузки верхнего плеча через него практически не протекает. Это состояние схемы также является неустойчивым, и через некоторое время под воздействием теx же дестабилизирующих факторов состояние транзисторов изменяется на обратное, верхний транзистор закрывается, нижний открывается и т.д.
Таким образом, благодаря случайным флуктуационным процессам процессам, протекающим в схеме на рис.1 в ней имеет место временная нестабильность параметров общего провода проходное сопротивление (вплоть до обрыва цепи для тока нагрузки одного из плеч) и скачкообразное изменение нулевого потенциала на величину, численно равную ширине «зоны нечувствительности» транзисторов, что для источников питания совершенно недопустимо.
Все сказанное в полной мере относится ко всем усилителям мощности звуковой частоты, в которых выходные транзисторы включены по аналогичной схеме, благодаря описанным процессам, в динамиках их акустических систем в «режиме молчания»
прослушиваются хаотические щелчки, в номинальном режиме работы из-за искажений типа ступенька неверное воспроизведение тембра электрическою сигнала, а при отсутствии конденсатора, включенного между базами и эмиттерами, самовозбуждение в области ВЧ.
На рис.2 показан доработанный вариант рассмотренной ранее схемы, свободный от перечисленных недостатков. Транзисторы VT1, VГ2 поставлены в режим А, и через них протекает сквозной ток Iо. При указанных на схеме номиналах резисторов Iо=1,1А точная установка производится резистором R, а плавность установки обеспечивается введением резисторов R8, R9. Симметрия выходных напряжений плеч регулируется резистором R1.
При увеличении тока нагрузки нижнего плеча возрастают базовый и эмиттерный токи транзистора VT1, увеличивается эмиттерный и уменьшается базовый потенциалы, под воздействием которых транзистор призакрывается, уменьшая указанный ток нагрузки.
При уменьшении тока нагрузки нижнего плеча реакция транзистора VT1 будет противоположной.
Аналогично работает нижний транзистор VT2. Кроме того, каждый из регулирующих транзисторов оказывает шунтирующее воздействие но смежное плечо. Таким образом, стабилизация потенциала общего провода производится при одновременном воздействии обоих описанных факторов.
На рис 3 показано схема, содержащая меньше элементов, в которой транзисторы используются в режиме источников тока. Так как в таком режиме они управляются потенциалом лучше, чем в режиме единичного усиления по напряжению, эффективность данной схемы примерно в 6,5 раза выше предыдущей. Принцип работы остается таким же.
Наилучшего результата по стабилизации нулевого потенциала общего провода можно добиться, применяя ОУ. Такая схема показана на рис.4. Вся величина старческого коэффициента усиления ОУ задействована на обеспечение 100% ООС. Он следит за разностью потенциалов ±(UA-UB) в точках А и В схемы и поддерживает эту величину на минимальном уровне с высокой точностью.
При обязательном равенстве резисторов R10=R13, R11=R12 точную установку сквозного тока Iо = 1,1А можно уменьшить либо подбором дискретных резисторов R11=R12, либо введением регулировочной цепи, показанной штрихованной линией. Плавность установки Iо достигается введением дополнительных резисторов R14, R15.
Для приведенных схем входные и выходные параметры примерно одинаковы. Напряжение плеча 15В. Ток нагрузки плеча 1А. Мощность, потребляемая плечом, 15Вт. Напряжение первичного источника 30В. Ток, потребляемый oт первичного источника, 2,2А. Мощность, потребляемая от первичного источника, 66Вт. КПД 45%.
Двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133
Главным достоинство этого преобразователя является то, что выходное напряжение составляет ±5В независимо от входного напряжения, которое может быть от 2.9 до 5 вольт (допустимо подавать до 6 вольт). Т.е. микросхема создана для непосредственного использования с 3.6 вольтовыми аккумуляторами. Но никто не запрещает запитать ее от usb или блока питания.
Частота преобразования тут 1.7МГц. Для аудио устройств это отличный вариант. При этом, для работы не требуется использование трансформаторов, которые нужны в большинстве SEPIC конвертеров. Для преобразования требуется только индуктивность которая, благодаря столь высокой частоте, достаточно мала.
Схема преобразователя однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133 выглядит следующим образом:
Конденсаторы желательно устанавливать танталовые. Так же будет не лишним поставить дополнительно конденсаторы по 0.1 мкФ для фильтрации ВЧ-помех.
Что касается такого параметра как выходной ток, то тут все очень хорошо. Выходной ток может достигать 250 мА на плечо. Производитель заявляет, что при выходном токе от 50 до 200 мА КПД преобразователя превышает 90%, что является очень хорошим показателем для применения в портативной технике.
Схема приставки к блоку питания
Схема простейшая, не требует специального подбора элементов и сложных настроек.
Её может собрать любой, даже начинающий радиолюбитель из того, что буквально «есть под рукой».
Данная схема — не моё изобретение. Она была найдена несколько лет назад на просторах инета. К сожалению, у меня не осталось информации об её авторстве, поэтому не могу дать ссылку на первоисточник. Но есть фрагмент текста, описывающий устройство и принцип работы схемы, который привожу ниже (с учётом обозначений элементов на моей, приведённой здесь схеме):
«Операционный усилитель OP1 измеряет разницу напряжений в средней точке делителя напряжения R1 — R2, Rрег с напряжением на «корпусе» и реагирует на их разницу увеличивая, или уменьшая выходное напряжение.
При подаче питания на устройство, происходит заряд конденсаторов С1 и С2 по пути «+» источника питания, конденсатор С1, конденсатор С2, «-» источника питания. Таким образом, каждый конденсатор зарядится половинным входным напряжением. Эти напряжения и будут на выходе устройства. Но это будет наблюдаться при сбалансированной нагрузке.
Рассмотрим случай, когда к устройству подключена несбалансированная нагрузка – например, сопротивление нагрузки в цепи положительного выходного напряжения намного меньше сопротивления нагрузки подключенной к цепи отрицательного выходного напряжения. Так как параллельно конденсатору С1 подключена цепь нагрузки – диод VD1 и малое сопротивление нагрузки, то заряд конденсатора С2 будет проходить не только через С1, но и по параллельной ему цепи — диод VD1, малое сопротивление нагрузки. Это приведёт к тому, что конденсатор С2 будет заряжаться большим напряжением, чем конденсатор С1, что в свою очередь приведёт к тому, что положительное выходное напряжение будет меньше отрицательного.
На корпусе устройства напряжение возрастёт по потенциалу относительно средней точки резисторов R1 — R2, Rрег, где потенциал равен половине входного напряжения. Это приведёт к появлению на выходе операционного усилителя отрицательного напряжения относительно корпуса устройства. И чем больше будет разница потенциалов на входе операционного усилителя, тем больше будет отрицательное напряжение.
В результате отрицательного напряжения на выходе ОУ, транзисторы VT1 и VT2 откроются и подобно цепи «диод VD1, малое сопротивление нагрузки» в положительной цепи, создаст шунтирующее действие на конденсатор С2 в отрицательной цепи. Это в свою очередь приведёт к уравновешиванию токов в положительной и отрицательной цепях и выровняет выходные напряжения. В случае разбалансировки нагрузки устройства в сторону отрицательного напряжения открываются транзисторы VT1 и VT2.
Таким образом, за счёт схемы автоматического контроля за потенциалом «нуля», осуществляется его балансировка в «среднее состояние» между плюсом и минусом питания.»
Ложка дегтя в бочку меда
При всех очевидных плюсах, самым большим минусом данной микросхемы является ее корпус. Микросхема выпускается только в корпусе предназначенном для поверхностного монтажа, размерами 3х3 мм. Размеры контактов составляют 0.6х0.2 мм, а расстояние между ними 0.25 мм.
Изготовить плату с такими контактами в домашних условиях — не самое простое занятие.
Можно облегчить себе жизнь, если купить готовый модуль со впаянной микросхемой и обвязкой.
Вообще TPS65133 не единственная. В этом же ряду есть микросхемы TPS65130 TPS65131, TPS65132, TPS65135….. Однако либо их характеристики мене интересны, либо корпус еще хуже.
Буду очень признателен всем, кто подскажет микросхемы с аналогичными характеристиками. Жду Вас в комментах
Материал подготовлен исключительно для сайта
↑ Итоговая схема включения модулей LM2596
Схема проста и очевидна.
При длительной нагрузке током 1 А детали заметно нагреваются: диодный мост, микросхема, дроссель модуля, больше всего дроссель (дополнительные дроссели холодные). Нагрев на ощупь 50 градусов.
При работе от лабораторного блока питания, нагрев при токах 1,5 и 2 А терпимый в течение нескольких минут. Для длительной работы с большими токами желателен теплоотвод на микросхему и дроссель большего размера.
Что такое биполярный источник питания? |Tech
Усилитель высокого напряжения (высоковольтный усилитель)
Усилитель высокого напряжения преобразует входное напряжение в сигнал высокого напряжения, как показано на рис. 1. В наши дни потребность в высоковольтных усилителях растет все больше и больше, и теперь они становятся незаменимым инструментом для исследований и разработок, экспериментов и интеграции в систему для таких областей, как электроника, физика, биохимическая и медицинская промышленность. Используя высоковольтные технологии, компания Matsusada Precision Inc. производит различные усилители высокого напряжения, отвечающие всем требованиям клиентов.
* У нас есть усилители, разработанные специально для электростатического патрона или PZT. Пожалуйста, обратитесь за подробностями к нашему торговому персоналу.
(рис. 1)Четырехквадрантный выходной диапазон
Усилитель высокого напряжения обычно оснащен функцией «приемника» для выходных токов, которая обеспечивает работу при постоянном напряжении независимо от типа нагрузки, будь то емкостная или проводящая.
(Рис. 2) Поскольку он дает быстрый отклик, это идеальный источник питания для приложений, требующих выхода переменного тока.
Высоковольтные усилители Matsusada Precision High Voltage относятся к биполярному типу и могут работать во всех четырех квадрантах. (область I, II, III и IV)
- Vomax: номинальное выходное напряжение
- Iomax: Номинальный выходной ток
Скорость нарастания
Чувствительность нашего высокоскоростного усилителя определяется скоростью нарастания (SR). Шаговая чувствительность нашего усилителя показана на рис. 3.
SR = ΔV/мкс
В случае меньшей выходной амплитуды время отклика сокращается. Серия AMP достигает максимума SR = 700 В/мкс.
(рис. 3)Время нарастания (ступенчатая характеристика)
тр ≒ 0,35/фк.
Время падения tf равно tr.
(рис. 4)Частотная характеристика
Отклик усилителей Matsusada Precision описывается как «полоса частот». При размахе выходного сигнала синусоидальной формы с номинальной резистивной нагрузкой размах выходного сигнала (амплитуда) уменьшается по мере увеличения входной частоты. Частотная характеристика в спецификации соответствует частоте fc, при которой размах выходного сигнала составляет 70% (-3 дБ). (рис. 5)
(рис. 5) Склонение размаха выходного сигнала по частотеЕмкостная нагрузка
При подключении к источникам питания емкостной нагрузки 100 пФ и более (включая паразитную емкость выходного провода) выходное напряжение может колебаться. В этом случае последовательно установите на выходе высоковольтное сопротивление от 100 Ом (при 0,1 мкФ) до 1000 Ом (при 1000 пФ). Обратите внимание, что полоса частот будет ограничена формулой, написанной на правом рисунке, когда усилитель используется с емкостной нагрузкой.
Кроме того, когда усилитель используется для таких целей, как коронный разряд, будет протекать ток, превышающий номинальный, что плохо повлияет на усилитель. В этом случае, а также во время использования усилителя с емкостной нагрузкой, установите выходное сопротивление и ограничьте ток.
* Избегайте непрерывной подачи высокочастотного сигнала, который снижает выходную частоту усилителя.
Усилитель выйдет из строя из-за увеличения внутренних потерь.
Важное примечание для использования всех возможностей высокоскоростного усилителя высокого напряжения
Выходной кабель усилителя высокого напряжения не экранирован. Если выходной кабель имеет некоторую паразитную емкость относительно земли (земля или металлические предметы), выходное напряжение будет синусоидальным или стопорным, и будет потребляться дополнительный ток. Поскольку этот ток потребляется параллельно нагрузке, может произойти следующее.
- Снижение скорости нарастания или частоты отклика
- Форма волны искажена или изменена
При наличии выходной паразитной емкости C ток утечки на C будет следующим.
Решение
Убедитесь в правильности подключения, чтобы максимально снизить паразитную емкость высоковольтного кабеля.
- Длина выходного кабеля должна быть как можно короче.
- Держите выходной кабель подальше от пола, столов или металлических предметов.
- Не экранируйте выходной кабель.
Связанные технические статьи
- Как использовать усилитель и примечания к нему
- Что такое крест-фактор?
- О пьезодрайверах
- Безопасность и использование высоковольтного источника питания
Рекомендуемые продукты
Matsusada Precision имеет большой опыт работы и обширный модельный ряд, чтобы удовлетворить ваши требования к биполярному источнику питания или высоковольтному усилителю.
Что такое биполярный источник питания? — Документы — KEYSIGHT TECHNOLOGIES
Пятница, 26 октября 2012 г.
Что такое биполярный (четырехквадрантный) источник питания?
Чтобы ответить на этот вопрос, я должен начать с основного определения соглашений о полярности. На рис. 1 представлена простая схема источника питания (двухполюсник) со стандартной полярностью напряжения и тока. Стандартный блок питания обычно является источником питания. Для подачи питания ток должен протекать от клеммы положительного напряжения.
Большинство источников питания получают энергию таким образом, обеспечивая положительное выходное напряжение и положительный выходной ток. Это известно как однополярный источник питания, потому что он обеспечивает напряжение только с одной полярностью. По соглашению термин «полярность» обычно относится к полярности напряжения (а не к направлению тока).
Если ток течет на клемму положительного напряжения, источник питания потребляет ток и действует как электронная нагрузка — он поглощает и рассеивает энергию, а не генерирует ее. Большинство источников питания этого не делают, хотя многие блоки питания Agilent могут потреблять некоторый ток, чтобы быстро снизить выходное напряжение, когда это необходимо — это известно как возможность программирования вниз — см. эту публикацию для получения дополнительной информации: http://powersupplyblog.tm .agilent.com/2012/03/if-you-need-fast-rise-and-fall-times.html.
Для полного определения выходного напряжения и тока источника питания используется декартова система координат.
Декартова система координат просто показывает два параметра на перпендикулярных осях. См. рис. 2. По соглашению четыре квадранта системы координат определяются так, как показано на рисунке. Римские цифры обычно используются для обозначения квадрантов. Для источников питания напряжение обычно отображается по вертикальной оси, а ток по горизонтальной оси. Эта система координат используется для определения допустимых рабочих точек для данного источника питания. График границы, окружающей эти действительные рабочие точки в системе координат, известен как выходная характеристика источника питания.
Как упоминалось ранее, некоторые блоки питания являются однополярными (выдают выходное напряжение только с одной полярностью), но могут подавать и потреблять ток. Эти источники питания могут работать в квадрантах 1 и 2, поэтому их можно назвать двухквадрантными. В квадранте 1 источник питания будет источником питания с током, вытекающим из клеммы с более положительным напряжением.
В квадранте 2 источник питания будет потреблять мощность (втекающий ток), при этом ток будет течь на клемму с более положительным напряжением.
Некоторые источники питания могут обеспечивать положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах без необходимости переключения внешней проводки на клеммы. Эти источники обычно могут работать во всех четырех квадрантах и поэтому называются четырехквадрантными источниками питания. Другое их название — биполярные, поскольку они могут создавать положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах. В квадрантах 1 и 3 биполярный источник питания является источником питания: ток течет от клеммы с более положительным напряжением. В квадрантах 2 и 4 биполярный источник питания потребляет мощность: ток течет в клемму с более положительным напряжением. См. рис. 3.
Agilent N6784A является примером биполярного источника питания. Он может подавать или потреблять ток, а выходное напряжение на его выходных клеммах может быть установлено положительным или отрицательным.
