Преобразователь напряжения из однополярного в двухполярное питание. Двухполярное питание из однополярного для портатива на TPS65133. Работа делителя однополярного напряжения

Зачастую, источники двухполярного питания обладают неизменяемым напряжением на выходе. Стремление малыми затратами из нерегулируемого двухполярного источники питания сконструировать регулируемый обычно не к чему хорошему не приводит, так как это ведет к дисбалансу выходных напряжений (по амплитуде) противоположных полярностей. Для осуществления такого варианта приходится значительно «утяжелять» схему.

Существует также вариант, когда к однополярному блоку питания прибавляют электронный узел, который формирует отрицательное напряжение из положительного. Но данный вариант двухполярного источника так же имеет дисбаланс противоположных напряжений и не позволяет использовать в блоках питания с плавной регулировкой выходного напряжения.

В данной статье приводится еще один оригинальный вариант двухполярное питание из однополярного имеющий право на существования. Это приставка – , построенная на операционном усилителе LM358, к обычному однополярному источнику питания, которая позволяет получить полноценное двухполярное напряжение на выходе.

В качестве источника входного напряжения может выступать любой блок питания с напряжением 7…30 вольт, причем на выходе будет получено напряжение 3…14,5 вольт.

В процессе работы, данный делитель не искажает выходные параметры однополярного источника питания. Данная приставка-делитель может выдержать нагрузку до 10 ампер, не искажая напряжение, как по положительному, так и по отрицательному каналу. Например, если в отрицательной цепи двухполярного источника питания подключена нагрузка с током потребления 9 ампер, а в положительной 0,2 ампер, то разница между отрицательным и положительным напряжением будет менее 0,01 вольта.

Следует заметить, что только наличие регулятора в однополярном блоке питания может обеспечить изменение выходного в двухполярном, в противном случае регулировка будет невозможна.

Описание приставки-делителя однополярного напряжения в двухполярное

(DA1) замеряет разность потенциалов между общим проводом и средней точкой делителя напряжения, собранного на сопротивлениях R1, R2, R3. При изменении данной разницы ОУ LM358 приводит к стабилизации выходного напряжения, уменьшая его или увеличивая.

Когда на схему подано входное напряжение, емкости С1 и С2 заряжаются половинным напряжением питания. При сбалансированной нагрузке, данные напряжения и будут выходным напряжением двухполярного источника питания.

Теперь проанализируем ситуацию, когда к выходу двухполярного блока питания подсоединена несбалансированная нагрузка, к примеру, сопротивление нагрузки в положительной цепи значительно ниже сопротивления нагрузки подсоединенной к отрицательной цепи.

Поскольку к емкости С1 параллельно подсоединена нагрузка (диод VD1 и небольшое сопротивление нагрузки), то емкость С2 будет заряжаться как через конденсатор С1 так и через выше обозначенную цепь (диод VD1 и небольшое сопротивление нагрузки).

По этой причине, заряд конденсатор С2 будет происходить большим напряжением чем конденсатор С1, а это приведёт к тому, что отрицательное напряжение будет выше положительного. На общем проводе напряжение увеличится относительно средней точки делителя напряжения R1, R2, R3, где напряжение равно 50% от входного.

Это способствует возникновению отрицательного напряжения на выходе ОУ LM358 относительно общего провода. В итоге открываются транзисторы VT2 и VT4 и аналогично электроцепи «диод VD1, небольшое сопротивление нагрузки» в положительной электроцепи, шунтирует емкость С2 в отрицательной цепи, что приводит к сбалансированности токов обоих цепей (положительной и отрицательной)

Аналогично, транзисторы VT1, VT3 откроются, если произойдет нарушение баланса нагрузки в сторону отрицательного напряжения.

• 20.09.2014

  Общие сведения об электропроводках Электропроводкой называется совокупность проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими и защитными конструкциями. Скрытая электропроводка имеет ряд преимуществ перед открытой: она более безопасна и долговечна, защищена от механических повреждений, гигиенична, не загромождает стен и потолков. Но она дороже, и ее труднее заменить при необходимости. …

• 27.09.2014

  На основе К174УН7 можно собрать не сложный генератор с 3 под диапазонами: 20…200, 200…2000 и 2000…20000Гц. ПОС определяет частоту генерируемых колебаний, она построена на элементах R1-R4 и С1-С6. Цепь отрицательной ОС уменьшающая нелинейные искажения сигнала и стабилизирующая его амплитуду образована резистором R6 и лампой накаливания Н1. При указных номиналах схемы …

• 23.09.2014

  Назначение: на основе предложенной схемы можно собрать уст-во которое будет считать прохожих, включать свет при проходе через дверь, охранную сигнализацию и тому подобное. Излучатель ИК VD4 на АЛ147А (он установлен в пультах ДУ ТВ типа 4-УСЦТ) излучает сигнал промодулированный импульсами 1000Гц. Генератор — источник импульсов выполнен на VT2 VT3. Частота …

• 05.10.2014

  Источник вырабатывает двух полярное напряжение от 5 до 17В при токе нагрузке до 20А, при этом уровень пульсации 1 В при 17В установленном напряжении и токе на нагрузке 20А. Напряжение с трансформатора поступает на однополупериодные выпрямители на VD1-VD3 и С1-С3. Параллельное включение 3-х диодов необходимо для уменьшения рассеивающей мощности. Конденсаторы …

• 27.01.2017

  KA78RXXC — линейка стабилизаторов с выходными напряжениями 3,3В, 5В, 9В, 12В и 15В и выходным током до 1 А. Стабилизаторы имеют малое падение напряжения 0,5 В и функцию отключения. Технические характеристики: Выходное напряжение (мин. / номин. / макс.): KA78R33C — 3.22 / 3.3 / 3.38 В KA78R05C — 4.88 / …

Зачастую для работы многих схем требуется двухполярное напряжение питания - однополярное с средней точкой. Т.е. когда за "Землю" принимается не минусовой вывод источника питания, а ровно половина выходного напряжения. Тогда получается относительно земли два напряжения +U и -U равной, по модулю величины.

Характерной особенностью правильного двухполярного источника питания является равные величины без знака +U и -U ВСЕГДА - если посмотреть двухлучевым осциллографом форму выходных напряжения, то пульсации сетевой частоты, а она всегда есть в реальном источнике питания, симметричны. Под влиянием недостаточной фильтрации пульсаций при увеличении +U, на столько же уменьшается и -U, для выполнения условия модуль(+U) = модуль(-U). После выше изложенного у вас закрался ответ на вопрос, зачем применяют двухполярные источники питания?

Ответ прост - для устранения влияния пульсаций питающего напряжения. Как бы мы не пытались спроектировать хороший фильтр с максимальныи КПД, сглаживающий пульсации после выпрямителя, например увеличением номиналов электролитических конденсаторов, применением активных фильтров на транзисторах, существуют устройства, для которых полученные значения уровня пульсаций все равно не приемлемы. Например приемники прямого преобразования, в состав которого входит усилитель низкой частоты с коэффициентом усиления ~ 100000, т.е. на его вход подается сигнал с уровнем ~ 1..10мкВ.

Типичным потребителем двухполярного напряжения питания являются операционные усилители. Правда их можно включить в схему и из однополярным напряжением питания, но в этом случае теряются приемущества двухполярного. В любом даташите на ОУ можно найти параметр "Supply-voltage rejection ratio", значение которое находится в пределах обычно 80 .. 100 дБ. Выражает соотношение изменение напряжение питания к изменению напряжения на выходе ОУ, выраженное в децибелах. Проще говоря коэффициент подавления пульсаций напряжения питания. Коэффициент подавления пульсаций фильтра однополярного источника питания значительно ниже.

Собственно схема преобразования однополярного напряжения в двухполярное представлена ниже. Это один из возможных вариантов. Популярна так же схема с двумя диодными мостами и одной вторичной обмоткой трансформатора. Но в моем устройстве трансформатор вынесен из корпуса, и на вход подается уже выпрямленное напряжение, так что...

Транзисторы Q1 и Q2 BD139 BD140 следует заменить на другие с достаточным коэффициентом уситения по току h21э. Я применил BDX33 BDX34 дарлингтона с значением 750. Операционный усилитель можно применять практически любой. Например LM358. В данном случае я применил который валялся под рукой - NE5532. Он сдвоенный, как видно из схемы. Триммером RV1, который должен быть многооборотным, выставляем половину напряжения питания.

В этой статье расскажем о делители однополярного напряжения в двухполярное и о его характеристике. Так же поговорим о его настройке и работе.

С развитием и распространением микроэлектронной техники всё острее возникает необходимость иметь в своей домашней лаборатории качественный источник двухполярного выходного напряжения. Но как только радиолюбители с этим сталкиваются, начиная искать различные варианты построения двухполярных блоков питания, то некоторые из них разочаровываются.

Но эти преобразователи не универсальны, они так же не способны поддерживать равенство положительного и отрицательного напряжения, поэтому не позволяют их использовать в качестве двухполярных источников питания с плавной регулировкой.

Таким образом, перед радиолюбителями стоит выбор: либо простая схема «фиксированного» двухполярного напряжения, либо качественная, но сложная схема блока двухполярного питания.

Я предлагаю Вам другой, и по моему мнению самый качественный вариант решения проблемы – специальную приставку к имеющемуся у Вас блоку однополярного питания, которая «делит» однополярное постоянное напряжение на два – положительное и отрицательное. Единственным ограничением использования устройства является невозможность использования с источником питания, у которого плюс, или минус питания находится на единой «массе» с нагрузкой. Например — от аккумуляторной батарей автомобиля. Связано это с тем, что устройство «создает» собственную «массу». Но необходимость работы в таком режиме настолько ничтожна, что можно не обращать внимания на этот недостаток.

Характеристики делителя однополярного напряжения в двухполярное:

Представленный делитель напряжения может подключаться к любому блоку однополярного напряжения в диапазоне от 7 до 30 вольт. При этом выходное двухполярное напряжение будет от 3 до 14,5 вольта.

В ходе работы, делитель не ухудшает параметров и характеристик Вашего однополярного блока питания. Что очень важно.

Делитель обеспечивает двухполярным питанием несбалансированную нагрузку током до 10 ампер каждого напряжения (и положительного, и отрицательного). Другими словами, если в положительной цепи будет нагрузка с током потребления 10 ампер, а в отрицательной 0,1 ампер, то положительное и отрицательное напряжения будут отличаться не более 0,01 вольта.

Регулировка двухполярного выходного напряжения осуществляется на самом блоке однополярного питания. Поэтому, если на Вашем блоке питания этой регулировки нет, то и выходное напряжение регулироваться не будет.

Представленный делитель однополярного напряжения испытывался с ранее разработанным мной универсальным блоком стабилизированного питания . Он показал превосходные свойства. Так как мой блок питания выдавал напряжение до 26 вольт, то выходные напряжения составили от 3 до +- 12,3 вольта. После подключения дополнительных витков вторичной обмотки силового трансформатора в схеме универсального стабилизированного блока питания до выходного стабилизированного напряжения в 32 вольта, выходные напряжения делителя составили от 3 до +- 15,2 вольта. Система автоматики от перегрузок работает также надежно.

;Устройство обладает адаптивной схемой контроля и регулировки равенства выходных напряжений, не зависимо от возможного изменения их амплитуды и нагрузки.

Принципиальная схема представлена на рисунке.

Работа делителя однополярного напряжения

Операционный усилитель DA1 измеряет разницу напряжений в средней точке делителя напряжения R1 — R2,R3 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,R3, 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 VT3 и VT4 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.

Детали.

В качестве операционного усилителя можно использовать микросхемы К140УД6, К140УД7, К140УД601, К140УД701.

Резисторы R8 – R15 – для выравнивания эмиттерных токов транзисторов и ограничения их бросков в моменты переключения.

Диоды VD1 и VD2 предназначены для исключения шунтирования транзисторами устройства цепей нагрузки.

Транзисторы устанавливают на теплоотводы достаточного размера. Размеры теплоотводов определяются только тем, насколько нагрузка будет не сбалансирована. Чем больше не сбалансирована, тем больше площадь радиаторов.

Настройка делителя однополярного напряжения.

Правильно собранная схема начинает работать сразу. Резистор R3 предназначен для установки равенства выходных двухполярных напряжений. Его настройку удобнее делать на двухлучевом осциллографе, подключив двухполярные выходы устройства ко входам осциллографа и включив режим взаимного вычитания сигналов. Вращая шлиц потенциометра устанавливают максимальное вычитание сигналов. В случае появления «биений» выходного напряжения в результате возбуждения и самогенерации, необходимо уменьшить значение резистора R5, увеличив при этом обратную отрицательную связь.

Микросхема К140УД7 ограничена по питанию до 15 вольт в «плече», поэтому для получения больших выходных напряжений необходимо подключать питание к выводам 4 и 7 через «добавочные» стабилитроны, но при этом возрастёт и нижний уровень выходных напряжений.

В данной микросхеме предусмотрена возможность регулировки баланса нуля с помощью внешнего подстроечного резистора. При изменении напряжения питания, её необходимо регулировать, поэтому мы её в своей схеме не используем.

По нестандартности решения, устройство, предназначенное для получения двухполярного напряжения из однополярного уникально. По своей простоте и надёжности схемы, это самый лучший способ получения двухполярного питания.