В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

Учитывая сравнительно высокую частоту работы преобразователя, для С2…С5 необходимо использовать по возможности танталовые конденсаторы.

Рис. 5.13. Формирователь биполярных напряжений

5.5.5. Источники питания с конденсаторным делителем напряжения

Маломощные сетевые блоки питания с гасящим конденсатором в силу своей предельной простоты получили в последние годы большое распространение, несмотря на ряд присущих им серьезных недостатков (таких, например, как гальваническая связь цепи нагрузки с сетью переменного тока). Конечно, их приходится так или иначе преодолевать. Если нагрузочный ток такого источника меняется в широких пределах, параллельно нагрузке необходимо включать стабилитрон, что существенно снижает КПД устройства.

Сетевой источник питания с гасящим конденсатором (рис. 5.14), по сути, есть делитель напряжения, у которого верхнее плечо — конденсатор, а нижнее представляет собой сложную нелинейную диодно-резисторно-конденсаторную цепь. Этим и определены недостатки (и достоинства, конечно) таких устройств.

Рис. 5.14. Сетевой источник питания с гасящим конденсатором

Для того чтобы источник мог работать в широком интервале тока нагрузки с высоким КПД, достаточно входной делитель напряжения выполнить чисто реактивным, например конденсаторным (рис. 5.15). Он позволяет дополнительно стабилизировать выходное напряжение источника последовательно включенным компенсационным или импульсным стабилизатором, чего нельзя делать в обычном источнике с гасящим конденсатором.

Рис. 5.15. Источник питания с конденсаторным делителем напряжения

Источник с конденсаторным делителем напряжения целесообразно использовать для совместной работы с импульсными стабилизаторами. Идеально подходит он для устройства, длительно потребляющего малый ток, но требующего в определенный момент резкого его увеличения. Пример — квартирное сторожевое устройство на микросхемах КМОП с исполнительным узлом на реле и звуковом сигнализаторе.

Ток, потребляемый конденсаторным делителем, будет иметь фазовый сдвиг в 90° относительно напряжения сети, поэтому делитель напряжения на реактивных элементах не требует охлаждения.

Исходя из вышесказанного ток через делитель вроде бы можно выбрать сколь угодно большим. Однако неоправданное увеличение тока делителя приведет к активным потерям в проводах и к увеличению массы и объема устройства. Поэтому целесообразно принять ток через делитель напряжения в пределах 0,5…3 от максимального тока нагрузки.

Расчет источника с емкостным делителем несложен. Выходное напряжение U выхи полный выходной ток (стабилитрона и нагрузки I вых) источника по схеме рис. 5.14, а связаны следующим образом: ( I вых= 4∙ f∙ C1(2 U c— U вых).

Эта формула пригодна и для расчета источника с конденсаторным делителем, в ней просто надо заменить С1 на суммарную емкость параллельно соединенных конденсаторов С1 и С2, показанных на рис. 5.15, a U c— на U c21(напряжение на конденсаторе С2 при R н= 1), т. е. U c21 ч= U c∙ С1/( С1+ С2). Тогда I вых= 4∙ f∙( C1+ C2)∙[ U c C1∙√2/( C1+ С2) — U выхили после очевидных преобразований I вых= 4 f∙ C1[ U c∙√2 — U вых(1 + С2/ С1)].

Поскольку падение напряжения на диодах моста U дпри малых значениях U выхстановится заметным, получим окончательно I вых= 4∙ f∙ C1[ U c∙√2 — ( U вых+ 2 U д)(1 + С2/ С1)].

Из формулы видно, что при R н= 0 (т. е. при U вых= 0) ток I вых, если пренебречь падением напряжения на диодах, остается таким же, как у источника питания, собранного по схеме рис. 5.14, а . Напряжение же на выходе без нагрузки уменьшается: U вых = [ U c C1∙√2/( C1+ С2] — 2 U д.

Емкость и рабочее напряжение конденсатора С2 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения — соотношение значений емкости С1/С2 обратно пропорционально значениям падающего на С1 и С2 напряжения. Например, если C1 = 1 мкФ, а С2 = 4 мкФ, то напряжение U c, будет равно 4/5 напряжения сети, a U c 2= U c/5, что при напряжении сети U c= 220 В соответствует 176 и 44 В. Необходимо учесть, что амплитудное значение напряжения почти в 1,5 раза превышает действующее, и надо выбрать конденсаторы на соответствующее номинальное напряжение.