Przetwornica napięcia 10V z bateryjki 1.5V

Przetwornica napięcia 10V z bateryjki 1.5V
Na poniższym rysunku pokazano schemat
przetwornicy napięcia wytwarzającej 10V i zasilanej z pojedynczej bateryjki –„paluszka” 1.5V.
W istocie napięcie wyjściowe może być regulowane w zakresie 5-10V, a wejściowe mogą
stanowić dwie lub trzy takie bateryjki połączone
w szereg. Istotnym jest także, iż skuteczność
obwodu stabilizacji, niemal uniezależnia napięcie wyjściowe od wejściowego, co oznacza, iż
energię baterii można wykorzystać „do końca”.
przy braku (lub zbyt niskim) napięciu na wyjściu,
tranzystor BC547 (podłączony bazą do dzielnika
wyjściowego) jest zatkany.
Zatem, drugi BC547 zostaje otwarty „za sprawą” rezystora 100kΩ. Bezpośrednie sprzężenie obwodu kolektora tego tranzystora z bazą
BC557 sprawia, że i ten zostanie włączony.
Tranzystor pnp BC557 jest zaś bezpośrednio
sprzężony z BC337, co sprawia, że i klucz
zostaje włączony. Indukcyjność cewki jest za-
1N4148
100R
BC337
BC547
2k2
33k
1V5 do 4V5
5k6
330p
+
BC547
100µ +
dioda LED
pomarańczowa
lub czerwona
regulowane
napięcie
wyj. 5V3 do 10V
1k
wł. / wył.
10k
BC557
100k
dławik 10mH, 70 zwojów, drut 0.25mm,
Rys. 1
Układ można wykorzystać w obwodach,
gdzie przewidziana jest droższa bateria 9-cio
voltowa, lub do bateryjnego zasilania elektroniki bazującej na mikroprocesorach i obwodach
cyfrowych, o nominalnym napięciu 5V. Należy jednak mieć świadomość, iż obciążalność
układu nie jest duża, a każde przetwarzanie
energii jest związanie z pewną utratą mocy.
Dobrze dobrane elementy obwodu przetwornicy, w szczególności cewki indukcyjnej, skutkują
stratami jedynie 8-miu miliamper z baterii, przy
braku obciążenia wyjścia.
Jak ten układ pracuje?
Przetwornica jest w istocie typem boost-stepup z cewką indukcyjną, jako elementem gromadzącym energię, i kluczem w postaci tranzystora
BC337. To bipolarny tranzystor 50V/800mA
w obudowie TO-92, niegdyś bardzo popularny,
i zupełnie wystarczający dla potrzeb klucza
w tym obwodzie. Układ jest samowzbudny gdyż:
tem „przyłożona” wprost do baterii, źródła
napięcia wejściowego. Prąd w cewce narasta,
gromadzi ona energię.
Stan ten trwa tak długo, aż tranzystor-klucz
zacznie wychodzić z nasycenia. Elementem
dodatniego sprzężenia zwrotnego, odpowiedzialnym za wzbudzenie oscylacji, jest tu niewielkiej pojemności kondensator 330pF. Za
sprawą dodatniego sprzężenia, jak tylko klucz
zacznie wychodzić z nasycenia, „sprawy dzieją
się szybko”, prowadząc do wyłączenia klucza,
z krótkim czasem jego przełączania, co skutkuje
niskimi dynamicznymi stratami mocy.
Kondensator 330pF jest bowiem wpięty
między kolektor klucza i bazę sterującego go
tranzystora pnp. Kondensator ten, już w fazie
włączenia klucza był naładowany (niemal) do
napięcia baterii. Po wyłączeniu klucza napięcie
na kolektorze BC337 rośnie do Uwy (plus napięcie złączowe diody), a to oznacza, iż potencjał
SERWIS ELEKTRONIKI
1
na bazie BC557 rośnie do Uwe + Uwy (o Uwy
wyżej od zasilania).
To skutecznie wyłączy tranzystor pnp, a może
też prowadzić do (nieniszczącego) przebicia
jego złącza baza-emiter. Czas wyłączenia klucza
wyznaczony jest pojemnością 330pF i prądem
czerpanym przez obwód kolektora BC547. Przy
pełnym jego włączeniu, stałą czasową 330pF x
33kΩ. Tak prosty układ będzie oscylował, i może
spokojnie z małej bateryjki wytworzyć napięcie
rzędu 100V.
Trudno mówić o takim przetwarzaniu napięcia, to dla obwodu pokazanego na załączonym powyżej schemacie byłoby już niszczące.
O stabilizacji napięcia wyjściowego decyduje
pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego, z drugim
BC547. Jego włączenie (przewodzenie) blokuje
wysterowanie „pierwszego BC547”, przez co
wydłuża się czas, w którym klucz pozostaje
wyłączony.
W ten sposób obwód pętli stabilizacji „panuje”
nad ilością pompowanej do wyjścia energii, co
2
przekłada się na wartość napięcia wyjściowego.
W obwodzie stabilizacji zastosowano potencjometr, którego położenie zmienia „punkt pracy”
całego obwodu. Przy pokazanych wartościach,
umożliwia regulację Uwy w zakresie 5.3 do 10V.
Należy dopowiedzieć, iż zastosowano tu prosty obwód kontroli napięcia, w którym „referencyjnymi wartościami” są nieliniowość czerwonej
(lub pomarańczowej) diody LED i napięcie złączowe baza-emiter tranzystora BC547. Chcąc
poprawić stabilność napięcia wyjściowego, obniżyć impedancję wyjściową tak utworzonego
źródła napięcia, nietrudno ten fragment układu
przekonstruować z wykorzystaniem stabilnego
„napięcia referencyjnego”, np. w popularnym
„431” zwanym sterowaną diodą Zenera. Zwykle
w zasilaczach z „431” współpracuje transoptor,
którego tu nie ma sensu stosować, gdyż zastosowany obwód i tak nie umożliwia izolacji
galwanicznej wyjścia od wejścia, w obwodach
bateryjnych niepotrzebnej.
opr. Karol Świerc
SERWIS ELEKTRONIKI