Jdi na obsah Jdi na menu

Měnič k izolačnímu zesilovači

Měnič k izolačnímu zesilovači
DC-DC Converter for Audio Isolation Amplifier

Popsaný měnič poskytuje dvě výstupní napětí galvanicky oddělená jak mezi sebou, tak i od zdroje napájení. Měnič jsem navrhl k izolačnímu zesilovači z PE 7/2001, nic však nebrání použít jej i v jiných aplikacích.

Technické údaje

Vstupní napětí Ui: Input voltage: 12 V (5 až 15 V)
Výstupní napětí: Output voltage: asi 0,9 Ui.
Maximální výkon: Max output power: >1 W.
Účinnost: Efficiency: asi 75 %.
Pracovní kmitočet: Switching Frequency: asi 400 kHz.
Odběr naprázdno: Supply Current: 10 mA.
(Údaje byly měřeny při 12 V / measured at Ui = 12 V)


Obr. 1. Měnič pro izolační zesilovač
Figure 1. DC-DC Converter for isolation amplifier

Popis zapojení

Základem měniče je samokmitající dvojčinný propustný měnič s tranzistory T1 a T2 (obr. 1). Toto zapojení bylo zvoleno především z důvodu jeho jednoduchosti, i když nedosahuje špičkové účinnosti. Vzhledem k poměrně malým přenášeným výkonům to není příliš na závadu. K rozkmitání měniče slouží zpětnovazební vinutí n2. Protože napětí ze zpětnovazebního vinutí je usměrněno na přechodech b-e tranzistorů, objeví se ve středu vinutí záporné napětí asi 1 V. Polarita C4 je proto ve schématu správně.

Tranzistory T1 a T2 střídavě připojují konce vinutí n1 k zemi. Po sepnutí tranzistoru se začne zvětšovat proud vinutím, zapojeným v kolektoru příslušného tranzistoru, a současně se zvětšuje i proud vybuzený ve vinutí n2. Tranzistory zůstanou otevřeny vždy tak dlouho, dokud stačí k jejich otevření proud do báze vybuzený v n2. V průměru je tento proud shodný s tím, který prochází rezistorem R1. Začne-li se na tranzistoru zvětšovat napětí, zmenší se napětí na vinutí n1 a zmenší se i proud vybuzený v n2. Tranzistor se lavinovitě uzavře a současně se otevře tranzistor druhý. Na vinutí v kolektoru je rozkmit napětí prakticky shodný s velikostí napájecího napětí. Protože sekundární vinutí mají shodný počet závitů, objeví se téměř stejné napětí i na nich. Toto napětí se usměrňuje Schottkyho diodami D2 a D3, resp. D4 a D5. Za usměrňovačem následuje ještě výstupní filtr, který zmenší zarušení výstupního napětí kmitočtem měniče. Obdobný filtr je zapojen i na vstupní straně měniče. Nehrozí-li přepólování napájecího napětí, můžete diodu D1 nahradit propojkou. Účinnost měniče se tak zvětší.


Obr. 2. Deska s plošnými spoji pro měnič. Kliknutím získáte obrázek v rozlišení 600 dpi
Figure 2. DC-DC Converter PCB layout. Click to get 600 dpi resolution image


Obr. 3. Rozmístění součástek na desce
Figure 3. Locations of components on the board

Stavba a oživení

Použité součástky jsou běžné, tlumivky jsou typu TL... Transformátor jsem navinul na výprodejním hrníčkovém jádře o průměru 14 mm z hmoty H12, s udaným Al = 160. Je třeba dodržet smysl vinutí n1 a n2. Transformátor je upevněn plastovým šroubem ve třmenu tvaru U. Šroub je třeba dotáhnout jen lehce, jinak jádro praskne. Vzhledem k pracnosti výroby cívky jsem s transformátorem příliš neexperimentoval. Zdá se však, že s větším počtem závitů (větší indukčností) by na stejném jádře mohl mít měnič větší účinnost a menší klidový proud. Také jádra s velkým Al nebudou pro tento typ měniče příliš vhodná. Cívka měniče byla navinuta na kostřičku pro použité hrníčkové jádro a každé vinutí bylo odděleno několika závity lepicí pásky (transformátorový papír jsem neměl). Navinuta byla ručně, kostřička byla uchycena na dřevěném trnu. Počty závitů a průměry drátů jsou uvedeny v rozpisce součástek. Přesný počet závitů ani průměr drátu není zas až tak důležitý, cívku jsem navinul tím co bylo po ruce. Dvojitá vinutí byla navinuta vždy dvěma dráty současně, aby obě poloviny vinutí měly stejný počet závitů. Konec prvního a začátek druhého jsem spojil a tak vytvořil střed vinutí. Desku měniče jsem po oživení vpájel do krabičky AH-100. Měnič by měl „utáhnout“ žárovku 12 V/1,2 W. Pokud nedodá potřebný výkon, zmenšete odpor rezistoru R1.


Obr. 4. Měnič ve fázi oživování
Figure 4. DC-DC Converter in building period


Obr. 4. Měnič v optoizolačním zesilovači (bez krytu)
Figure 4. DC-DC Converter in Audio Isolation Amplifier (without cover)

Rozpiska součástek

R1 3,3 kOhm
C1, C2 47 µF/16 V
C3 2,2 µF (mikroF),tantal. nebo 100 nF, keram.
C4 10 µF (mikroF)/16 V
C5, C6, C7, C8 22 µF (mikroF)/16 V
D1 1N4001 (1N5819)
D2, D3, D4, D5 1N5819
T1, T2 BC639
L1 68 µH (mikroH), TL.68µH
L2, L3 330 µH (mikroH), TL.68µH
Tr transformátor / Switching transformer
n1 15 + 15 z (průměr 0,18 mm CuL/ AWG 33)
n2 3 + 3 z (průměr 0,18 mm CuL/ AWG 33)
n3 15 + 15 z (průměr 0,18 mm CuL/ AWG 33)
n4 15 + 15 z (průměr 0,18 mm CuL/ AWG 33)
jádro průměr 14 mm, Al = 160, hmota H12
  krabička AH100
  deska s plošnými spoji bcs29