Повышающий высоковольтный (150-250V) DC-DC преобразователь
Схема простого бестрансформаторного преобразователя на ИМС MAX1771 для запитывания вакуумных ламп и газоразрядных индикаторов
от низковольтного источника питания
При разработке разных гибридных устройств (то есть конструкций, в которых одновременно работают полупроводники и вакуумные лампы)
зачастую возникает необходимость получения высокого напряжения анодного питания (150...250 вольт) от низковольтного источника (9...12 В).
Проще всего это можно сделать посредством бестрансформаторного преобразователя напряжения с индуктивным накопителем энергии.
Для подобного типа DC-DC преобразователей можно использовать несколько чипов специализированных микросхем, например, MAX1771,
MC34063 и некоторые другие. Однако по мнению большинства разработчиков предпочтительным вариантом выбора является именно ИМС MAX1771.
Этот чип использует необычную схему широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для получения высокой эффективности в различных конфигурациях, а также имеет
дополнительное преимущество в виде встроенного ограничителя тока нагрузки.
Помимо этого, MAX1771 не требует внешних частотозадающих элементов, имеет широкий диапазон питающих напряжений (2...16.5 В), высокую (до 300 кГц)
тактовую частоту, встроенный драйвер для управления внешним MOSFET транзистором.
Схема высоковольтного DC-DC преобразователя приведена на Рис.1 и практически ничем не отличается от конфигурации, приведённой в datasheet-е.
Рис.1 Схема высоковольтного DC-DC преобразователя на MAX1771
Модуль основан на контроллере DC-DC MAX1771, который работает на частоте коммутации до 300 кГц, что позволяет использовать миниатюрные
компоненты поверхностного монтажа.
Выходное напряжение выбирается с помощью потенциометра R4 и находится в диапазоне 150...250 В постоянного тока.
При использовании IRF740A максимальный выходной ток составляет не менее 50 мА при 180 В выходного напряжения, а при необходимости некоторого увеличения
максимального выходного тока (или повышения эффективности) – следует заменить транзистор на IRF644PBF.
Принцип работы преобразователей на индуктивных накопителях энергии мы подробно рассмотрели
на странице – "Повышающие импульсные преобразователи напряжения", поэтому повторяться не будем. Отметим лишь, что
ИМС MAX1771 управляет внешним N-канальным МОП-транзистором, а с помощью индуктивности и быстрого диода создаётся высокое напряжение.
Для того чтобы обеспечить высокую эффективность устройства, MOSFET-транзистор должен иметь низкое сопротивление RDS , диод быть очень быстрым
(Trr < 50 нс), а конденсаторы обладать низким ESR.
Для выходных токов более 50 мА катушка индуктивности L1 должна быть рассчитана на максимальный постоянный ток около 2 А. Индукторы типа EPCOS B82479 подходят
под этот параметр и работают в этой схеме очень хорошо.
Если вы обнаружили, что ваша схема не совсем устойчива (например, когда вы близко подносите руку, то слышите свист от катушки или изменяется выходное
напряжение), то следует поместить ферритовую бусину вокруг вывода затвора полевого транзистора.
Пример печатной платы с расположением элементов изображён на Рис.2. Размеры платы составляют около 4 см x 3 см.
Рис.2 Печатная плата DC-DC преобразователя на MAX1771
Вы можете видеть дублирование заземляющей поверхности на обратной стороне платы, которая соединяется с землёй лицевой стороны через несколько
проходных отверстий. Каждое проходное отверстие обычно может выдерживать несколько сотен мА, а поскольку через силовые элементы может
протекать ток до 2 А, то нужно обеспечить хороший путь с низким импедансом к земле. Поскольку на обратной стороне практически нет сигнальных дорожек,
то заземляющая поверхность образует единую плоскость.
КПД приведённого высоковольтного DC-DC преобразователя на ИМС MAX1771 и транзисторе IRF740A составляет около 74% при выходном напряжении 180 В и токе
нагрузки 50 мА (Pвых = 9 Вт).
При использовании более дорогого 2SK3772 эффективность резко повышается и КПД составляет уже 87%, причём при выходном токе 130 мА (Pвых = 23,4 Вт).
|
