Журнал "Новости Электроники", номер 12, 2007 год.Получение напряжения ╠12 В и ╠15 В с помощью импульсного DC/DC-преобразователя
Обзор
Схемы импульсных источников питания, приведенные в этой статье, предназначены для построения двуполярных DC/DC-преобразователей, позволяющих получить выходное напряжение ±12 В или ±15 В и током до 0,5 А из однополярного источника питания +4,5 В...+12 В. Такой широкий диапазон входного напряжения позволяет осуществлять через эти преобразователи питание устройств от любого стабилизированного (нестабилизированного) источника напряжения или даже от обычного дешевого сетевого блока питания. Эта схема может быть использована взамен устаревшей схемы на основе MAX742, требующей для работы большего числа внешних компонентов (обвязки).
Источник питания состоит из повышающего преобразователя MAX668 и инвертора напряжения MAX1846. Каждая микросхема функционирует на частоте 300 кГц, что создает оптимальный баланс по стоимости, размеру и КПД источника в целом. В источнике предусмотрено ограничение импульсного тока через ключ, что приводит к ограничению тока нагрузки при данном входном напряжении, однако максимальный выходной ток возрастает при соответствующем увеличении входного напряжения.
Схема повышающего преобразователя на основе MAX668
На рисунке 1 изображена схема включения MAX668 в режиме повышающего преобразователя, на выходе которого формируется напряжение +15 В с током до 0,5 А, а диапазон входного напряжения: +4,5 В...+12 В. Для реализации этой схемы было добавлено несколько компонентов к минимально требуемому количеству. Конденсатор C7 компенсирует неидеальность выходного конденсатора. Фильтр R5C8 предназначен для подавления высокочастотных составляющих в цепи контроля максимального тока выходного транзистора. Кроме этого время срабатывания этой цепи в микросхеме MAX668 ограничено и составляет около 60 нс.
Рис. 1. Схема включения MAX688 в режиме повышающего преобразователя
Таблица 1. Спецификация к рис. 1| Позиция | Кол-во, шт | Описание |
|---|---|---|
| С1 | 1 | 10 мкФ 25 В X5R керамический конденсатор (1210) Taiyo Yuden TMK325BJ106MM |
| С3 | 1 | 0,22 мкФ 10 В керамический конденсатор (0603) Taiyo Yuden EMK107BJ224MA |
| С5 | 1 | 390 мкФ 25 В электролитический конденсатор Sanyo 25MV390AX |
| С7 | 1 | 2,2 нФ керамический конденсатор (0603) |
| D1 | 1 | 3 A 60 В диод Шоттки Nihon EC31QS06 |
| N1 | 1 | Rds(on) = 30 мОм 30 В n-канальный MOSFET (SO-8) Fairchild FDS6612A |
| R2 | 1 | 110 к 1% резистор (0603) |
| R4 | 1 | 165 к 1% резистор (0603) |
| U1 | 1 | MAX668EUB (10-mMAX®) |
Таблица 2. КПД преобразователя MAX668 при различных условиях
| Uвх, В | Iвх, А | Uвых, В | Iвых, А | КПД, % |
|---|---|---|---|---|
| 5,00 | 0,0007 | 15,11 | 0 | - |
| 6,00 | 1,318 | 14,85 | 0,50 | 93,9 |
| 10,0 | 0,781 | 14,96 | 0,50 | 95,8 |
| 12,0 | 0,648 | 15,01 | 0,50 | 96,5 |
| 4,46 | 2,556 | 14,70 | 0,70 | 90,3 |
Выходное напряжение этой схемы может составлять +12 В при R2 = 86,6 кОм, в этом случае минимальное входное напряжение возрастет с 4,5 В до 10 В. Микросхема MAX668 имеет встроенную коррекцию, поэтому никаких дополнительных изменений в схему вносить не требуется.
Для подавления пульсаций выходного напряжения на выходе преобразователя необходимо включить дополнительный фильтр с частотой среза примерно в 10 раз меньше частоты преобразования. Цепь обратной связи необходимо включать до этого фильтра для сохранения стабильности в работе преобразователя. Также необходимо учесть тот факт, что в этом случае на самом выходном фильтре падает часть напряжения.
Схема инвертора напряжения на основе MAX1846
Рис. 2. Схема включения MAX1846 в качестве инвертирующего преобразователя
Таблица 3. Спецификация к рис. 2
| Позиция | Кол-во, шт | Описание |
|---|---|---|
| C11 | 1 | 0,47 мкФ керамический конденсатор (0603) |
| C13 | 1 | 10 мкФ 25В X5R керамический конденсатор (1210) Taiyo Yuden TMK325BJ106MM |
| C16 | 1 | 47 пФ керамический конденсатор (0603 |
| C18 | 1 | 1 мкФ 25 В X5R керамический конденсатор (1206) |
| C20 | 1 | 2,2 нФ керамический конденсатор (0603) |
| D2 | 1 | 5 A 40 В диод Шоттки Central Semiconductor CMSH5-40 |
| P2 | 1 | Rds (on) = 35 мОм -30 В n-канальный MOSFET (SO-8) Fairchild FDS6685 |
| R10 | 1 | 110 к 5% резистор (0603) |
| R12 | 1 | 0,02 1 Вт 1% резистор (2512) Dale WSL-2512-R020-F |
| R14 | 1 | 10.0 к 1% резистор (0603) |
| U2 | 1 | MAX1846EUB (10-mMAX®) |
| Uвх, В | Iвх, А | Uвых, В | Iвых, А | КПД, % |
|---|---|---|---|---|
| 5,00 | 0,0077 | -15,15 | 0 | - |
| 6,01 | 1,42 | -15,15 | 0,50 | 88,8 |
| 10,0 | 0,84 | -15,15 | 0,50 | 90,2 |
| 4,48 | 2,04 | -15,15 | 0,50 | 82,9 |
На рисунке 2 изображена схема включения MAX1846 в качестве инвертора напряжения, на выходе которого формируется напряжение -15 В с током до 0,5 А, а диапазон входного напряжения: +4,5 В...+12 В. Для реализации этой схемы так же было добавлено несколько компонентов к минимально требуемому количеству. Конденсатор C20 компенсирует неидеальность выходного конденсатора. Фильтр R16C22 предназначен для подавления высокочастотных составляющих в цепи контроля максимального тока выходного транзистора. Кроме этого, время срабатывания данной цепи в микросхеме MAX1846 ограничено и составляет около 100 нс. Для снижения высокочастотного шума при переключениях внешнего транзистора в MAX1846 предусмотрено ограничение скорости нарастания выходного напряжения на выводе EXT.
Выходное напряжение этой схемы может составлять -12 В при R13 = 97,6 кОм, R10 = 91 кОм. При этом минимальное входное напряжение не изменится. Для подавления пульсаций выходного напряжения на выходе преобразователя необходимо включить дополнительный фильтр (см. аналогично MAX668).
Оригинал статьи на английском: www.maxim-ic.com/an3943 .
| Ваш комментарий к статье | ||||
