Обратимый преобразователь напряжения

Предлагаемое устройство предназначено для аварийного питания энергозависимых электронных устройств с небольшим током потребления от резервного источника при пропадании напряжения в сети (например, генератора и счетчика импульсов электронных часов, установленных в автомобиле).

Преобразователь (см. рис. 4.1) содержит резервную аккумуляторную батарею GB1, задающий генератор на элементах DD1.1...DD1.3, двухразрядный счетчик на D-триггерах DD2.1, DD2.2, двойной четырехканальный мультиплексор DD3 и емкостный накопитель-делитель - конденсаторы С2...С5.

При наличии напряжения в бортовой сети устройство работает в режиме деления ее напряжения и подзарядки батареи GB1. Буферный режим обеспечен двунаправленным мультиплексором DD3, который поочередно подключает батарею параллельно одному из конденсаторов С2...С5 емкостного делителя напряжения. В результате батарея заряжается до напряжения, равного четверти напряжения бортовой сети.

В момент пропадания напряжения в сети преобразователь автоматически переходит в режим умножения напряжения резервной батареи. В этом режиме конденсаторы С2....С5 через мультиплексор DD3 последовательно заряжаются от батареи GB1, а поскольку они соединены последовательно, на выходе устройства создается напряжение, равное учетверенному напряжению батареи, которое питает не только обслуживаемое электронное устройство, но и микросхемы самого преобразователя.

Сигналы управления мультиплексором поступают с выходов счетчика (DD2.1, DD2.2), который через буферный элемент DD1.3 подключен к выходу генератора импульсов с частотой следования около 5 кГц. Поскольку в режиме умножения напряжения узлы преобразователя питаются его выходным напряжением, для первоначального запуска необходимо кратковременно подать в цепь питания напряжение бортовой сети. После самовозбуждения генератора преобразователь работает от батареи GB1. Если устройство предполагается использовать в качестве резервного источника питания электронных часов, генератор на элементах DD1.1, DD1.2 может и не понадобиться: его вполне можно заменить задающим генератором часов. Это позволит снизить потребляемый преобразователем ток до уровня 10...20 мкА.

Как показала проверка, при использовании батареи GB1 из трех соединенных последовательно аккумуляторов Д-0,25 выходное напряжение преобразователя на нагрузке сопротивлением 68 кОм (ток нагрузки - 150 мкА) равно 10,1 В, а в режиме холостого хода - 10,8 В. При установке устройства в автомобиле для аварийного питания часов на микросхемах серии К561 допускается подключение его к бортовой сети напряжением 12 В через развязывающий диод, предотвращающий перегрузку преобразователя. Преобразователь не нуждается в налаживании, однако необходимо иметь в виду, что напряжение резервной батареи не должно превышать 4 В. В противном случае амплитуда выходного (умноженного) напряжения превысит максимально допустимое напряжение входных сигналов для микросхем серии К561, что приведет к выходу их из строя. Отсутствие в преобразователе развязывающих диодов и транзисторных ключей обеспечивает КПД, достигающий 80...90%.

Простота, обратимость функций, возможность реализации буферного режима для резервного источника с малой ЭДС позволяют использовать описанный преобразователь напряжения как аварийный источник питания для различных устройств с памятью. Для того чтобы устранить вероятность перезарядки батареи GB1, целесообразно стабилизировать напряжение питания устройства, выбрав его таким, чтобы напряжение на выводах 3 и 13 мультиплексора не превышало напряжения батареи GB1.

В том случае, когда включение резервного источника - событие редкое и кратковременное, для предотвращения перезарядки батареи достаточно последовательно с ней включить токоограничивающий резистор, шунтированный диодом. Резистор подбирают из условия обеспечения зарядного тока, равного току саморазрядки. В режиме умножения напряжения батарея оказывается подключенной к мультиплексору через открытый диод.

Автор: Семьян А.П.

Источник: www.diagram.com.ua