Меню

Как изменить полярность напряжения схема



Бестрансформаторные преобразователи полярности напряжения.

Как получить от однополярного блока питания, аккумулятора или батарейки
напряжение обратной полярности.

Итак — у нас есть однополярный блок питания, либо как-либо иной элемент постоянного напряжения, но нам необходим ещё один источник того же напряжения, но обратной полярности для того, чтобы в сухом остатке поиметь двуполяный агрегат.
Ясен пень, что лезть внутрь готового БП нам неохота, доматывать ещё одну обмотку трансформатора — ещё больше неохота. А охота нам посидеть, подумать, а там глядишь — да и спаять инвертор напряжения, т. е. устройство, которое преобразует полярность имеющегося напряжения на обратную.

Схема включения микросхемы ICL7660

Конечно, проще всего эту затею реализовать на специализированной микросхеме, такой как — ICL7660.

Рис.1 Схема включения микросхемы ICL7660

Микросхема ICL7660 — это слаботочный (до 20мА выход) инвертор напряжения, который преобразует положительное напряжение питания в отрицательное, иначе говоря — преобразователь полярности напряжения. Схема включения очень простая, содержит минимальное количество внешних элементов и в настройке не нуждается.
Может использоваться в устройствах с малым потреблением и ограниченными массогабаритными характеристиками.
Интегральная микросхема ICL7660 работает в диапазоне напряжений 1,5. 10 В, а ICL7660A — 1,5. 12 В.
Собственный ток потребления преобразователя полярности — не более 80-170 мкА.
Частота переключения — 10 кГц.
КПД — 98%.
Если напряжение питания меньше 3,5 В, то выход 6 микросхемы необходимо заземлить.

При желании всё ж таки изготовить инвертор полярности из дискретных элементов, предварительно следует ознакомиться с принципом работы большинства подобных устройств — преобразователями на коммутируемых конденсаторах. Принцип работы преобразователя на двух электронных ключах поясняет схема, приведённая на Рис.2.

Рис.2 Схема преобразования полярности на электронных ключах

Переключателями S1 и S2 управляют два противофазных сигнала.
Когда замкнуты «контакты» переключателя S1 (и разомкнуты S2), конденсатор С1 заряжается от источника питания через диод VD2 до уровня Uпит минус падение напряжения на открытом диоде VD2.
Затем, когда «контакты» переключателя S1 размыкаются, a S2 замыкаются, конденсатор С1 оказывается подключённым к конденсатору С2 через диод VD1. Вследствие этого происходит его разрядка на конденсатор С2. Напряжение на конденсаторе С2 увеличится на некоторую величину, определяемую соотношением номиналов С1 и С2 и через нескольких периодов переключений достигнет установившегося значения ≈ Uпит — 2Uпр.д.

Практическая реализация преобразователя полярности показана на Рис.2 справа. Здесь в качестве переключателей S1 и S2 использованы два комплементарных транзистора, управляемые одним общим сигналом в противофазе.

Если убрать из схемы накопительный конденсатор С2 и посмотреть сигнал на минусовом выводе преобразователя осциллографом, то мы увидим на нагрузке прямоугольный сигнал отрицательной полярности со скважностью, равной скважности управляющих импульсов.
А если добавить ещё один каскад (с такими же ключами и диодами), работающий в противофазе с первым, то на нагрузке будет чистый минусовой уровень с наносекундными выбросами в моменты переходных процессов, связанных с инерционностью полупроводников.
В этом случае, помимо значительного снижения уровня пульсаций выходного напряжения, достигается и эффект удвоения мощности устройства.

Читайте также:  Схема с источником тока с делителями напряжения

Большинство преобразователей, описанных в разнообразных источниках, выполнены на биполярных транзисторах, что не позволяет им достигать высоких значений КПД в связи со значительными величинами токов, требуемых им в цепях управления. Из этих соображений схемы, приведённые ниже, выполнены на ключевых MOSFET транзисторах, а потому при отсутствии нагрузки — имеют потребление тока, близкое к нулю.

Рис.3 Схема преобразования полярности на цифровых КМОП элементах

Схема, изображённая на Рис.3, представляет собой слаботочный инвертор напряжения с выходным током — до 30. 40 мА.
Использование в качестве генератора микросхемы триггера шмитта CD4093 (КР1561ТЛ1) позволило снизить собственный ток потребления преобразователя до значений — не превышающих 100 мкА.
Микросхемы CD4049 (КР1561ЛН2) представляют собой пару электронных ключей, работающих в противофазе, что обеспечивает низкий уровень пульсаций выходного напряжения, а так же двойную мощность преобразования по сравнению с одиночным ключом (Рис.2).
Выбор в качестве диодов D1. D4 диодов шоттки с малым падением прямого напряжения позволило снизить разницу между разнополярными напряжениями до значений 0,5. 0,6В.

При необходимости получить от преобразователя полярности токи, исчисляемые сотнями миллиампер, электронные ключи следует выполнить на MOSFET транзисторах, имеющими малое сопротивление открытого канала и позволяющими работать с мощностями, значительно превышающими возможности инверторов CD4049 (Рис.4).

Рис.4 Схема преобразования полярности на MOSFET транзисторах

Максимальный выходной ток преобразователя определяется величинами максимально допустимых токов используемых транзисторов.
При напряжении питания 12В и токе нагрузки, не превышающем 50мА, выходное напряжение составляет величину -11,4В. При дальнейшем увеличении тока нагрузки, модуль выходного напряжения начинает падать и при 200мА составляет величину 11В.
Напряжение высокочастотных пульсаций в нагрузке не превышает значений 10. 20мВ.
Применять сильно мощные полевики в данной схеме не рекомендуется из-за значительного снижения КПД, связанного с большими значениями входных ёмкостей таких полупроводников. Следствием этих ёмкостей будет являться затягивание фронтов управляющих сигналов, что в свою очередь приведёт к протеканию значительных сквозных токов через транзисторы.
При необходимости увеличить мощность инвертора имеет смысл совместить схемы с Рис.3 и Рис.4, т.е. подключить затворы мощных MOSFET-ов к выходам запараллеленных инверторов DD2 и DD3.

Источник

Инверторы полярности напряжения (- + / + -)

Иногда для питания устройства требуется иметь двуполярное напряжение. При этом обычно основным является источник положительного напряжения, а цепь отрицательного является вспомогательной (маломощной). Если конструкция предназначена для автономного питания, иметь две батареи неудобно.

Получить дополнительное напряжение (любой полярности) можно при помощи трансформатора, подключенного к выходу микросхемы, работающей в режиме автогенератора. С вторичной обмотки этого трансформатора напряжение выпрямляется и подается на схему. Мощность такого источника не может превышать 0,5. 1 Вт.

Читайте также:  Регулирование напряжения трансформатора тиристором

Второй способ получения дополнительного напряжения отрицательной полярности показан на рис. 5.25.

Конденсаторный преобразователь обеспечивает получение стабилизированного отрицательного напряжения, величина которого зависит от Un и типа примененной микросхемы стабилизатора DA2 (6 В или 9 В для микросхем соответственно 78L06 (КР1157ЕН602) и 78L06 (КР1157ЕН902)). Ток в цепи нагрузки не должен превышать 20 мА.

В том случае, если требуется иметь в цепи с инверсным напряжением большой ток (до 4 А), можно воспользоваться схемой преобразователя с более мощным выходным каскадом, выполненным на двух комплементарных полевых транзисторах, рис. 5.26.

Инверторы полярности напряжения (- + / + -)

Рис. 5.25. Схема для получения двухполярного напряжения от одного источника

Применение в выходном каскаде мощных полевых МДП-транзисторов с индуцированным каналом (MOSFET) позволяет увеличивать рабочую частоту такого преобразователя до 100. 500 кГц — это дает возможность уменьшить габариты устройства, а также обеспечить более высокий КПД преобразования по сравнению с каскадом, выполненным на биполярных транзисторах.

Еще одна схема инвертора показана на рис. 5.27. Она позволяет повысить отрицательное напряжение относительно источника питания за счет возникающей в катушке э.д.с. противоположной Полярности после закрывания ключа ѴТ1. Транзистор ѴТ1 подойдет любой с P-каналом, не имеющий внутри диода между стоком и истоком, или же потребуется установить дополнительный диод (Шотки), показанный на схеме пунктиром.

Схема мощного инвертора напряжения

Рис. 5.26. Схема мощного инвертора напряжения.

Схема повышающего напряжение инвертора напряжения

Рис. 5.27. Схема повышающего напряжение инвертора напряжения.

В зависимости от необходимого минимального тока нагрузки (I„), выбранной рабочей частоты преобразователя (F) и скважности импульсов (D), минимальная допустимая индуктивность дросселя L1 определяется по формуле:

формула

где Un — напряжение питания.

Литература: Радиолюбителям: полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

Источник

Как изменить полярность напряжения схема

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Эту тему нам подсказал некто O4karik в теме «Робототехника» на нашем форуме.

Схема представляет собой автомат переключения полярности при нажатии на кнопку.

Где это может понадобиться? Да везде. Ну например, в каких-нибудь игрушках. Доехала машинка до стенки, нажалась кнопочка — машинка поехала обратно 🙂 На самом деле, применений — куча. А устройство меж тем — чрезвычайно простое. Состоит всего из двух микросхем и нескольких развесных элементов.

Начнем сначала. То есть — с кнопочки.

Как вам, надеюсь, известно, все выключатели, кнопочки, реле и прочие элементы механической коммутации имеют очень неприятное свойство: «дребезг» контактов. Он выражается в том, что при замыкании пары контактов, ток через них начинает идти спокойно не сразу. Он сначала некоторое время «дребезжит» — совершает затухающие колебания. При размыкании контактов — та же беда.

Читайте также:  Компенсация напряжения холодного спая

Зачастую дребезг никто не замечает и не учитывает, поскольку для большинства схем он не представляет серьезных проблем. Но для нашей схемы это — настоящая проблема. Потому что при нажатии кнопки один раз, схема будет «думать», что кнопка была нажата несколько раз, что — ясен день — приведет к глюкам. Значит, надо с ним бороться.

Для борьбы с дребезгом в нашем устройстве предусмотрена хитрая схема на двух инвертерах микросхемы К561ЛН2, конденсаторе и двух резисторах. Не будем вникать в подробности его работы. Скажу только, что эта схема является триггером Шмидта с временной задержкой включения и выключения. Короче говоря, после этой схемы мы получаем красивые прямоугольные импульсы без всякого дребезга.

Эти красивые импульсы поступают на тактовый вход триггера DD2 (561ТМ2). По каждому фронту (перепаду из 0 в 1), триггер захлопывает состояние на входе D. Сигнал на вход D подается с инвертированного выхода этого же триггера.

Дальше все очень хитро. Допустим, что на инверсном выходе — 1. При очередном фронте, она захлапывается в триггер, следовательно — на прямом выходе триггера появляется «1», на инверсном — «0». Значит, при следующем фронте в триггер захлопнется уже ноль! При этом, на прямом выходе появится «0», на инверсном — снова «1» и процесс пойдет заново.

Таким образом, каждый фронт будет изменять состояние триггера на противоположное.

В принципе, мы уже имеем на выходах триггера изменение полярности при каждом нажатии на кнопочку. И если нагрузка маломощная — можно на этом и остановиться и повесить ее прямо на выходы микросхемы. Однако, лучше не перегружать микросхему по току, а поставить на ее выходы самые обычные усилители на транзисторах. Точнее — драйвера.

Драйвер — это буферный усилитель, который усиливает по току цифровой сигнал.

В принципе — этого то нам и нужно. На каждый выход триггера мы поставим по одному драйверу. Каждый драйвер состоит из двух транзисторов разной проводимости. Когда на вход драйвера поступает положительное напряжение — открыт NPN-транзистор, когда отрицательное — PNP. В нашу схему я поставил транзисторы КТ502 и КТ503 (PNP и NPN соответственно). Эти транзисторы запросто выдержат токи до 100 мА. Что? Вам нужно больше? Ну ладно! Можете поставить транзисторы помощнее.

Я рекомендую ставить полевые транзисторы. Например, подойдут транзисторные сборки
IRF7107,
IRF7309,
IRF7389
.

Каждая из этих сборок уже содержат внутри пару транзисторов разной проводимости, рассчитанных на токи от 3 до 7А. Подробнее о них можно узнать на сайте фирмы-производителя (International Rectifier) — www.irf.com.

Ну, наверно это все. Надеюсь, схема будет вам полезна. Если что — пишите в форум.

Источник