В настоящем проекте рассматривается метод управления маломощной электроникой от источника питания напряжением 1.5 В. В схеме используется генератор свободных колебаний, который управляет формирующим трансформатором для генерирования контролируемого высокого напряжения. Устройство может использоваться для питания аналоговых цепей, микроконтроллеров, и любых других небольших нагрузок.
Данная силовая схема была разработана, проверена и изготовлена самостоятельно. Она надежно работает от источника передаваемой мощности менее 50 мВт, и даже при снижении питания до 1,1 В. Для представленной схемы регулируемые выходы обеспечивают выходное напряжение от 6 до 24 В. Регулировка напряжения выполняется с помощью одного резистора. Величина выходной мощности достаточна для управления PIC микроконтроллером в режиме пониженного энергопотребления (15мкA@32кГц). Без выполнения каких-либо изменений схема может работать в качестве стробоскопического источника света, светодиодной ленты или мощного светодиода на частоте от 0,1 до 20 Гц. Схема содержит большое количество компонентов для выполнения подобных «простых» задач, но она того стоит, поскольку может работать от маломощного источника питания, имеет регулируемый выход и обеспечивает управление частотой мигания.
Рис. 1 Электрическая схема преобразователя 1.5 В
Обмотки L1 и L2 (10 витков, калибр 22 AWG), и L3 (130 витков, калибр 32 AWG) намотаны на сердечнике Fair-Rite Products Corporation, компонент 5961001801.
Для использования схемы в качестве источника напряжения с регулируемым выходом при +VREGOUT согласно рисунка 1, например с выходным напряжением 20,7 В, необходимо установить резистор R2 номиналом 680Ω и резистор R3 номиналом 100kΩ. Напряжение на резисторе R11 задается делителем R5/R11 и составляет около 140 мВ. Генератор, собранный на Q1, работает непрерывно как источник мощности, и передает магнитную энергию в обмотку L3 от L2. Как только напряжение на C1 поднимается выше 2 В, то на компаратор U1 подается питание. Напряжение на резисторе R2 поднимается постепенно по мере заряда конденсатора, пока оно не превысит напряжение на резисторе R11. Данное соединение создано так, чтобы напряжение на нем постоянно сравнивалось с напряжением величиной 140 мВ на выходе с открытым коллектором компаратора U1. Тиристор, который состоит из элементов Q2/Q3, не запитан и не срабатывает от выхода U1. Конденсатор продолжает заряжаться беспрепятственно. Поэтому в зависимости от комбинации резисторов R2-R3, на выходе компаратора U1 создается высокий потенциал, когда:
Сердечник T1 может иметь различную форму и размеры. Для повторения вышеуказанных результатов сердечник должен иметь коэффициент индуктивного сопротивления около 80 нГн и относительную магнитную проницаемость (μ) около 80. Наиболее пригодны сердечники ETD от компании EPCOS, номер компонента B66361G0100X1 и тороидальные сердечники TN33/20/11-2P80 от компании Ferroxcube.
Для компонентов Рисунка 1 (за исключением R2=680Ω и R3=100kΩ), тиристор срабатывает, когда VC1=20,7 В. Выходной фильтр состоит из L4 и C3. C1 играет двойную роль в данной схеме: во первых, он является «хранилищем» заряда, во вторых обеспечивает стабильность обратной цепи вместе с резистором R10. Резистор R4 является подтягивающим для выхода с открытым коллектором компаратора U1, в то время как диод D3 предотвращает смещение выхода U1.
Для использования схемы в качестве светодиодной мигалки/стробоскопа необходимо, чтобы резистор R10 имел номинал 100Ω. Для вышеуказанных номиналов компонентов, тиристор срабатывает, когда напряжение VC1 = 6,33 В. После срабатывания тиристора, импульс величиной около 2 В подается на базу Q4, открывая его полностью. Это вызывает большой ток коллектора Q4, который приводит к быстрому разряду конденсатора C1. Если данный коллекторный ток проходит через несколько последовательно соединенных светодиодов, или один мощный светодиод, то светодиод(ы) постепенно загорается, пока не появится яркая вспышка, в тот момент, когда на базе транзистора Q4 высокое напряжение. При разряде также отключается компаратор U1 (т.е. когда подаваемое напряжение питания упадет ниже 2 В). Поэтому, напряжение VR2 достигает минимального значения около 43 мВ перед возобновлением заряда конденсатора C1 и далее процесс повторяется. Для мигающих светодиодов необходимо использовать ограничивающий резистор R10, чтобы они не вышли из строя. При симуляции можно наблюдать импульсы пикового значения тока величиной 3,3 A длительностью 50 мкс, измеренных при нагрузке 50%. Частота вспышки может регулироваться с помощью подбора номиналов резистора R2 или R11.
Рис. 2 Временные диаграммы LTspice при работе в режиме светодиодной мигалки/стробоскопа. Ток резистора R10 измерен при условии, что мощный светодиод D4 не подключен.
Ниже вы можете скачать файл симуляции
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | Компаратор | LM393 | 1 | |||
| Q1, Q3, Q4 | Биполярный транзистор | 2N2222 | 3 | |||
| Q2 | Биполярный транзистор | 2N2907 | 1 | |||
| D1 | Светодиод | NSPW500BS | 1 | Или другой подобный | ||
| D2 | Выпрямительный диод | MURS320 | 1 | |||
| D3 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | |||
| D4 | Светодиод | PWRLED | 1 | Или другой подобный | ||
| С1, С3 | Конденсатор | 10 мкФ | 2 | |||
| С2 | Конденсатор | 1 мкФ | 1 | |||
| R1, R6, R8, R9 | Резистор | 1 кОм | 4 | |||
| R2 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | |||
| R3 | Резистор | 100 кОм | 1 | |||
| R4 | Резистор | 1.5 кОм | 1 | |||
| R5 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | |||
| R7 | Резистор | 560 Ом | 1 | |||
| R10 | Резистор | 1 Ом | 1 | |||
| R11 | Резистор | 330 Ом | 1 | |||
| Т1 | Трансформатор | 1 | ||||
| L4 | Катушка индуктивности | 10 мкГн | 1 | |||
| Батарея питания | 1.5 В | 1 | ||||