Делитель напряжения двухполярное питание

Простая схема получения из однополярного источника питания двухполярное

Зачастую, источники двухполярного питания обладают неизменяемым напряжением на выходе. Стремление малыми затратами из нерегулируемого двухполярного источники питания сконструировать регулируемый лабораторный блок питания 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 – делитель напряжения, 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

Операционный усилитель LM358 (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.

Источник

Двуполярное питание от одной обмотки трансформатора.

Как получить разнополярные напряжения от однополярного источника или
трансформатора с одной вторичной обмоткой.

«Как нам быть, если имеющийся однополярный выпрямитель необходимо дополнить выпрямителем противоположной полярности, а перемотка сетевого трансформатора нежелательна?» — справедливо озадачились вопросом английские радиолюбители и сами же на него ответили в журнале «Wireless World» аж в далёком 1980 году. Как это выглядит?

Дополнительный выпрямитель, состоящий из диодного моста V2 и сглаживающего конденсатора С4, подключается к вторичной обмотке силового трансформатора через разделительные конденсаторы С1 и С2.

«Wireless World» (Англия), 1980, №8
Радио №7, 1982 г.

Рис.1 Двуполярное питание от одной обмотки на двух мостах

Скромненько, со вкусом, но на этом — вся статья.

На самом деле, многочисленные заявления по поводу того, что подобные преобразователи слаботочны и не «держат» мощных нагрузок, с одной стороны, весьма преувеличены, с другой — имеют под собой некоторую почву в виде требований, предъявляемых к величине ёмкостей С1 и С2.
Теоретически источники отрицательного напряжения способны отдавать мощность, соизмеримую с мощностью основного положительного источника и в сумме с ним обеспечивать мощность равную мощности трансформатора.

А из каких соображений следует выбирать номиналы разделительных конденсаторов?
Тут всё просто — их реактивные сопротивления на частоте 50 Гц должны быть в 30. 40 раз меньше, чем сопротивление Rн при максимальном токе, где Rн = U/Imax . Рассчитать эти сопротивления можно на странице — ссылка на страницу.

Уменьшить количество разделительных конденсаторов до 1 шт. можно воспользовавшись следующей схемой.

Рис.2 Схема выпрямителя с формированием двуполярного выходного напряжения

Выходное напряжение трансформатора выбирается исходя из требуемых напряжений, а рабочие напряжения разделительных конденсаторов должны выдерживать вдвое большие величины, чем пиковые значения выпрямленного переменного напряжения.

Теперь можно забыть про разделительные конденсаторы и перейти к схеме, представленной на Рис.3.

Тут всё очень просто — два однополупериодных выпрямителя разной полярности на диодах VD1 и VD2 и два сглаживающих конденсатора — С1 и С2.

Недостатком схемы является необходимость применения электролитов ёмкостями в два раза большими, чем в аналогичных выпрямителях, выполненных по двухполупериодной схеме.

Рассчитать номиналы этих конденсаторов можно в калькуляторе на странице — ссылка на страницу.

Рис.3 Двуполярное питание от одной обмотки на однополупериодных выпрямителях

Радикально снизить ёмкости сглаживающих конденсаторов можно включив в схему пару интегральных стабилизаторов напряжения. С примером такой реализации можно ознакомиться на Рис.4.

Рис.4 Двуполярное питание от одной обмотки на однополупериодных выпрямителях и
интегральных стабилизаторах

Если напряжение на выходе выпрямителя или однополярного источника питания имеет достаточную величину Uвых, то можно получить двуполярное напряжение ±Uвых/2, применив схему для формирования искусственной средней точки, в нашем случае — земли (Рис.5).

Рис.5 Двуполярное питание с узлом формирования искусственной земли

Данный формирователь двуполярного питания (при соответствующем выборе транзисторов) позволяет запитывать достаточно мощные цепи.
Максимально допустимые токи транзисторов должны соответствовать токам нагрузки, а коэффициент передачи тока — не менее 1000/Rн.

Все представленные формирователи, кроме последнего, подразумевают переделку существующего блока однополярного питания и не позволяют получать разнополярные напряжения от гальванических элементов или аккумуляторов.
Как быть, если нужен плюс-минус от батарейки или готового БП без его переделки рассмотрим на следующей странице.

Источник

Делитель напряжения для лабораторного блока питания

Основной прибор в лаборатории радиолюбителя, разумеется, после паяльника и мультиметра, — источник питания. Желательно, чтобы он был лабораторным, с регулируемым выходным напряжением. Нередко подобные источники — однополярные. Чтобы превратить такой блок питания в двухполярный, автор предлагает оснастить его приставкой-делителем напряжения.

Большинство источников питания в лаборатории радиолюбителя — однополярные, поскольку они проще в изготовлении и дешевле при покупке. Но зачастую при налаживании радиоэлектронных устройств требуется двухполярное питание, которое надо синхронно включать и выключать и которое обеспечено защитой по току. Используя предлагаемый делитель напряжения, можно превратить однополярный лабораторный блок питания в двухполярный, правда, с вдвое меньшим напряжением каждой полярности.

Схема устройства показана на рис. 1. Делитель на резисторах R1 и R2 делит входное напряжение пополам. ОУ DA1.1 сравнивает это напряжение с напряжением на искусственном общем проводе (гнездо XS2) и подаёт управляющий сигнал на базы транзисторов VT1 и VT2. Один из этих транзисторов открывается, и оба напряжения выравниваются. При изменении входного напряжения в интервале 5. 32 В устройство «делит» его пополам.

На ОУ DA1.2 собран, по сути, компаратор напряжения, который переключается в зависимости от того, какой из транзисторов открыт, соответственно в каком канале потребляемый ток больше. Например, если потребляемый налаживаемым устройством ток больше в плюсовом канале, происходит разбаланс выходных напряжений и на выходе ОУ DA1.1 появляется напряжение, которое открывает транзистор VT2, выравнивая токи в каналах. В этом случае на выходе ОУ DA1.2 появится минусовое напряжение (по отношению к общему проводу) и станет светить светодиод HL1 красного свечения, сигнализируя о том, что ток нагрузки в плюсовом канале превышает ток в минусовом. Если ток окажется больше в минусовом канале, откроется транзистор VT1 и выравняет токи. В этом случае включится светодиод HL2.

Рис. 2. Чертёж печатной платы и расположение элементов на ней

Большинство элементов смонтированы на печатной плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 2. Можно применить и одностороннюю плату, а соединение на стороне размещения деталей сделать отрезком лужёного провода. В устройстве применены резисторы Р1-4, С2-23, МЛТ, конденсаторы — К50-35 или импортные. Микросхема — любая, которая содержит два ОУ общего назначения с встроенной частотной коррекцией, от её параметров, в частности, будет зависеть максимальное входное напряжение. Светодиоды — любого, но разного свечения повышенной яркости. Если применить обычные светодиоды, сопротивление резисторов R3 и R4 должно быть в несколько раз меньше. Транзисторы — любые низко- и среднечастотные с допустимой рассеиваемой мощностью не менее 10 Вт и током коллектора не менее максимального выходного тока блока питания. Если выходной ток блока питания более 100 мА, транзисторы должны быть обязательно размещены на теплоотводе.

От типа ОУ и параметров транзисторов зависит максимальный ток, который может «выровнять» устройство. Например, если максимальный выходной ток ОУ 20 мА, а коэффициент передачи тока базы транзистора 50, максимальный ток устройства — 1 А. Следовательно, для увеличения выходного тока приставки следует применить составные транзисторы, например, серий КТ825 и КТ829.

Основа устройства — теплоотвод, на котором через изолирующие прокладки закрепляют транзисторы (рис. 3). Плата удерживается на их выводах, между ней и теплоотводом необходимо поместить прокладку из изоляционного материала. Плату закрывает пластмассовый корпус-крышка, на одной из стенок которого в отверстиях установлены входные вилки XP1, XP2, а на другой стороне — выходные гнёзда XS1-XS3 и светодиоды (рис. 4). Систему индикации можно поменять на противоположную, поменяв светодиоды местами. В этом случае светодиод будет индицировать недогрузку плюсового (или минусового) канала.

Рис. 3. Теплоотвод и транзисторы

Рис. 4. Внешний вид устройства

Вилки XP1 и XP2 — от штекеров ШП4. Пластмассовые держатели удалены, и вилки с помощью гаек закреплены в отверстиях корпуса на одной из его стенок. Расстояние между вилками можно сделать таким, чтобы их удобно было вставить непосредственно в гнёзда лабораторного блока питания. Устройство было адаптировано для использования совместно с лабораторным блоком питания YUHIA PS-1502D+, выходное напряжение которого — 0. 15 В, ток — до 2 А, защита по току (регулируемая) — 0,6. 2 А (рис. 5).

На противоположной стенке корпуса установлены гнёзда XS1-XS3, они могут быть любыми. После проверки и налаживания корпус необходимо надёжно закрепить на теплоотводе. Рабочее положение устройства — теплоотводом вверх.

Чертёж печатной платы в формате Sprint-Layout имеется здесь.

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Источник

Схема двухполярного блока питания

Большая часть низковольтных потребителей (радиоэлектронная аппаратура и т.д.) для питания требует напряжения одной полярности. Наряду с этим существуют схемы, для которых необходимо как положительное (относительно общего провода), так и отрицательное напряжение. Источники питания для таких узлов называются двухполярными, они необходимы для запитки схем на операционных усилителях, двухтактных каскадов аудиоусилителей и т.п.

Описание популярных схем двухполярного питания

Проще всего организовать двухполярное питание с помощью резистивного делителя. На вход подается напряжение, равное удвоенному уровню каждого плеча. Общая точка соединения двух резисторов служит общим проводом.

Напряжение плеч распределяется пропорционально сопротивлениям каждого резистора. При R1=R2 выход будет симметричным – U1=U2. Недостатком такого делителя является зависимость распределения напряжений от нагрузки – потребитель шунтирует резисторы, и если шунтирование будет различным, то и выходное напряжение также станет несимметричным. Чтобы уменьшить этот эффект, надо, чтобы Rнагрузки было намного больше резистора соответствующего плеча. Соответственно, при росте мощности потребителя придется уменьшать значение каждого сопротивления делителя, что приведет к росту потребляемой мощности по цепи R1R2, и уже скоро она достигнет неприемлемых величин.

Этот недостаток значительно сглаживается, если вместо резисторов применить конденсаторы. Напряжение распределяется пропорционально емкостям, при С 1=С2 на выходе U1=U2.

Емкость зависит от нагрузки, поэтому в этой схеме применяют оксидные (раньше их называли электролитическими) конденсаторы. В теории через цепь С1С2 ток не течет, мощность не потребляется. На практике оксидные конденсаторы имеют заметный ток утечки. Он не настолько велик, чтобы создать проблемы с потребляемой мощностью, но он для каждого конденсатора индивидуален, и создает изначальную несимметрию плеч. Этот эффект усиливает большой допустимый разброс емкостей электролитов. Поэтому параллельно конденсаторам полезно поставить по резистору одинакового номинала (в несколько сотен ом или несколько килоом). На потребление мощности они почти не повлияют, а распределение уровней выровняют.

Делитель из оксидных конденсаторов, обладающих большой емкостью, можно применять только в цепях постоянного тока.

На практике можно использовать подобную схему совместно с понижающим трансформатором и мостовым двухполупериодным выпрямителем. Конденсаторы служат одновременно сглаживающим фильтром и делителем. Выравнивающие делители не обязательны, если у трансформатора есть отвод от середины вторичной обмотки.

На новый уровень независимость выходного напряжения от нагрузки выводит выполнение источника питания по схеме со стабилизацией. В простом варианте ее можно выполнить на двух транзисторах, на базы которых подана половина питания от резистивного делителя (оба сопротивления должны быть равны).

Для верхнего (положительного) плеча можно применить транзистор КТ815 (КТ817). Для нижнего (отрицательного) КТ814 (КТ816) или другие соответствующей структуры.

Еще лучшие параметры имеет схема с применением операционного усилителя. Цепь отрицательной обратной связи на резисторе R3 обеспечивает хороший коэффициент стабилизации. Делитель на R1R2 задает уровень средней точки.

Несложная и устойчивая схема получается на линейных стабилизаторах серии 78ХХ (79XX для отрицательного плеча). Применен трансформатор со средней точкой, делителем служит цепь С1С3. Микросхемы-стабилизаторы включаются по стандартной схеме, диоды VD1 и VD3 защищают соответствующий канал от напряжения обратной полярности.

Для построения линейного стабилизатора на входе надо иметь запас по напряжению.

По подобной схеме можно построить и лабораторный блок питания, но для него удобнее использовать схему, регулируемую по выходному уровню. Такой источник можно построить на трансформаторе со средним отводом. Если его нет, можно использовать две идентичные вторичные обмотки (домотать или намотать заново) с отдельным выпрямителем для каждого канала или вообще использовать два раздельных трансформатора. Такой источник можно использовать как два отдельных однополярных канала, а соединив перемычкой плюс одного с минусом другого, получить регулируемый двухполярный БП.

Схема такого двухполярного блока питания содержит два раздельных канала, каждый из которых выполнен на микросхеме LM317. Диоды моста и транзистор должны быть рассчитаны на полный ток канала, трансформатор – на суммарную мощность двух трактов. Лабораторник позволяет в каждом из каналов получить напряжение от 1,25 до 35 вольт (зависит от входного напряжения). При необходимости получить двухполярное напряжение, минусовой вывод одного тракта соединяется с плюсовой клеммой другого, образуя среднюю точку.

Если нужен легкий, но мощный БП, придется прибегнуть к довольно сложной импульсной схемотехнике. Такой блок можно собрать на полевых транзисторах и микросхеме IR2153. Источник обеспечивает мощность около 100 ватт, выходное напряжение задается параметрами трансформатора. При указанном на схеме соотношении витков на выходе будет около 35 вольт в каждом плече.

Трансформатор наматывается на каркасе от трансформатора импульсного БП компьютера.

Первичная обмотка содержит 32 витка медного провода в лаковой изоляции диаметром не менее 0,6 мм. Вторичная — 8+8 витков такого же провода. Если увеличить количество витков во вторичке, выходное напряжение увеличится, если уменьшить – наоборот.

Советы по самостоятельному изготовлению двухполярного блока питания

Большую часть элементов блока питания можно установить на печатной плате, даже трансформатор, если это удобнее. Во многих случаях силовые элементы (транзисторы, диоды, линейные интегральные регуляторы напряжения) снабжаются радиаторами для обеспечения нормального температурного режима. Поэтому надо их монтировать либо на теплоотводе, либо при проектировании платы предусмотрительно устанавливать на краю так, чтобы можно было привинтить внешний радиатор.

Плату можно разработать самостоятельно в специальных программах, вроде бесплатной Sprint Layout, либо просто нарисовать на бумаге. Готовое изделие можно заказать через интернет или сделать самостоятельно по одной из домашних технологий:

• ЛУТ;
• фоторезист;
• нарисовать на плате вручную (например, лаком для ногтей).

Травится плата либо в классическом растворе хлорного железа, либо в смеси, состоящей из:

• 100 мл перекиси водорода;
• 30 г лимонной кислоты;
• 2-3 чайных ложки поваренной соли.

Не всегда удается подобрать нужный сетевой трансформатор, поэтому чаще подбирается подходящий по мощности, вторичная обмотка (или несколько) удаляются. Необходимо намотать вторичку заново – для этого существуют методики расчета. Их можно найти в литературе. В интернете для этого имеются онлайн-калькуляторы.

Если блок питания предполагается использовать для питания конкретного устройства (например, усилителя звуковой частоты), его можно встроить в общий корпус с основным изделием. А можно сделать в отдельном корпусе (лабораторные источники в большинстве случаев делают в виде отдельного блока). Корпус можно подобрать готовый или сделать самостоятельно. Здесь возможности ограничены фантазией и уровнем квалификации мастера.

Источник