Двухполярное питание из однополярного 25. простая схема получения из однополярного источника питания двухполярное

Двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133

Главным достоинство этого преобразователя является то, что выходное напряжение составляет ±5В независимо от входного напряжения, которое может быть от 2.9 до 5 вольт (допустимо подавать до 6 вольт). Т.е. микросхема создана для непосредственного использования с 3.6 вольтовыми аккумуляторами. Но никто не запрещает запитать ее от usb или блока питания.

Частота преобразования тут 1.7МГц. Для аудио устройств это отличный вариант. При этом, для работы не требуется использование трансформаторов, которые нужны в большинстве SEPIC конвертеров. Для преобразования требуется только индуктивность которая, благодаря столь высокой частоте, достаточно мала.

Схема преобразователя однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133 выглядит следующим образом:

Конденсаторы желательно устанавливать танталовые. Так же будет не лишним поставить дополнительно конденсаторы по 0.1 мкФ для фильтрации ВЧ-помех.

Что касается такого параметра как выходной ток, то тут все очень хорошо. Выходной ток может достигать 250 мА на плечо. Производитель заявляет, что при выходном токе от 50 до 200 мА КПД преобразователя превышает 90%, что является очень хорошим показателем для применения в портативной технике.

Описание приставки-делителя однополярного напряжения в двухполярное

(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.

Поскольку к емкости С1 параллельно подсоединена нагрузка (диод VD1 и небольшое сопротивление нагрузки), то емкость С2 будет заряжаться как через конденсатор С1 так и через выше обозначенную цепь (диод VD1 и небольшое сопротивление нагрузки).

По этой причине, заряд конденсатор С2 будет происходить большим напряжением чем конденсатор С1, а это приведёт к тому, что отрицательное напряжение будет выше положительного. На общем проводе напряжение увеличится относительно средней точки делителя напряжения R1, R2, R3, где напряжение равно 50% от входного.

Это способствует возникновению отрицательного напряжения на выходе ОУ LM358 относительно общего провода. В итоге открываются транзисторы VT2 и VT4 и аналогично электроцепи «диод VD1, небольшое сопротивление нагрузки» в положительной электроцепи, шунтирует емкость С2 в отрицательной цепи, что приводит к сбалансированности токов обоих цепей (положительной и отрицательной)

Аналогично, транзисторы VT1, VT3 откроются, если произойдет нарушение баланса нагрузки в сторону отрицательного напряжения.

В этой статье расскажем о делители однополярного напряжения в двухполярное и о его характеристике. Так же поговорим о его настройке и работе.

С развитием и распространением микроэлектронной техники всё острее возникает необходимость иметь в своей домашней лаборатории качественный источник двухполярного выходного напряжения. Но как только радиолюбители с этим сталкиваются, начиная искать различные варианты построения двухполярных блоков питания, то некоторые из них разочаровываются.

Но эти преобразователи не универсальны, они так же не способны поддерживать равенство положительного и отрицательного напряжения, поэтому не позволяют их использовать в качестве двухполярных источников питания с плавной регулировкой.

Таким образом, перед радиолюбителями стоит выбор: либо простая схема «фиксированного» двухполярного напряжения, либо качественная, но сложная схема блока двухполярного питания.

Я предлагаю Вам другой, и по моему мнению самый качественный вариант решения проблемы – специальную приставку к имеющемуся у Вас блоку однополярного питания, которая «делит» однополярное постоянное напряжение на два – положительное и отрицательное. Единственным ограничением использования устройства является невозможность использования с источником питания, у которого плюс, или минус питания находится на единой «массе» с нагрузкой. Например — от аккумуляторной батарей автомобиля. Связано это с тем, что устройство «создает» собственную «массу». Но необходимость работы в таком режиме настолько ничтожна, что можно не обращать внимания на этот недостаток.

Двухполярное напряжение от сетевого блока питания

Блоки питания, так называемые, сетевые адаптеры, бывают сейчас двух типов, импульсные и трансформаторные, про регулируемый источник питания читайте здесь.

Импульсные чаще всего это блоки с выходным напряжение 5V для питания и зарядки сотовых телефонов и другой техники, именуемой «гаджетами». Остальные же, на 3V, 6V, 9V, 12V чаще всего сделаны по трансформаторной схеме, вот о них и пойдет здесь речь. Впрочем, отличить трансформаторный «сетевой адаптер» от импульсного очень просто, по весу. Трансформаторный всегда тяжелее, да и крупнее, обычно.

И так, вернемся к мысли, изложенной вначале, делать блок питания необязательно, дешевле купить готовый. Совершенно верно, и выбрать можно на любое нужное напряжение, да и бывают с регулируемым выходным напряжением (переключателем отводов вторичной обмотки), но все же, есть одна проблема у них всех выходное напряжение всегда однополярное. А что делать, если нужно питать схему на операционных усилителях, для которой необходимо двуполярное напряжение? Конечно, можно купить два одинаковых блока питания… но можно относительно просто и стандартный однополярный переделать в двуполярный. Причем, без переметки трансформатора.

Сетевые адаптеры на силовом трансформаторе обычно выполнены по одной из двух схем. На рисунке 1 показана наиболее популярная схема. Она состоит из маломощного силового трансформатора Т1, выпрямительного моста (обычно на диодах 1N4004 или 1N4002) и сглаживающего пульсации электролитического конденсатора С1. Казалось бы, чтобы от этой схемы получить полноценное двуполярное напряжение, нужно как минимум перемотать вторичную обмотку трансформатора. На самом деле есть более простое решение. Просто нужно отказаться от двухполупериодного выпрямления в пользу одно полупериодного.

Конечно, в этом случае выходной ток будет существенно ниже, но если требуется питать относительно маломощную нагрузку (потребляющую не более четверти тока, указанного на корпусе сетевого адаптера), такой вариант может быть оптимальным решением. На рисунке 2 показаны изменения в схеме. Нужно убрать два диода, и добавить один конденсатор. Теперь, положительная полуволна заряжает С1, а отрицательная С2. На выходе будет двуполярное постоянное напряжение.

Вторая схема (рис.З) встречается реже, но тоже присутствует. Её отличие в том. что у силового трансформатора есть вторичная обмотка двойного числа витков, с отводом от середины. Эта схема позволяет сделать выпрямитель по двух полупериодной схеме на двух диодах, вместо четырех диодов в схеме с вторичной обмоткой без отвода. Достоинство такой схемы в том, что у неё уже есть трансформатор с двойной вторичной обмоткой. И это позволяет сделать хороший двухполярный источник питания с двухполупериодным выпрямителем.

Изменения в схеме показаны на рис.4. Между концами концами вторичной обмотки включаем выпрямительный мост, а отвод берем как нулевой провод. Таким образом, добавляем еще один конденсатор и два диода. Схема на рисунке 4 существенно лучше схемы, показанной на рисунке 2, однако, когда нет выбора, остается довольствоваться тем, что есть…

К тому же. схема на рисунке 2 больше подходит для переделки в двухполярный, блока питания с переключаемым выходным напряжением. Ведь, в таких блоках питания переключение выходного напряжение осуществляется переключением отводов вторичной обмотки. Следующий этап переделки это, конечно же, замена выходного кабеля на трехпроводной, ну и распайка соответствующего разъема (если предполагается разъемное подключение к нагрузке)

Настройка делителя однополярного напряжения.

Правильно собранная схема начинает работать сразу. Резистор R3 предназначен для установки равенства выходных двухполярных напряжений. Его настройку удобнее делать на двухлучевом осциллографе, подключив двухполярные выходы устройства ко входам осциллографа и включив режим взаимного вычитания сигналов. Вращая шлиц потенциометра устанавливают максимальное вычитание сигналов. В случае появления «биений» выходного напряжения в результате возбуждения и самогенерации, необходимо уменьшить значение резистора R5, увеличив при этом обратную отрицательную связь.

Микросхема К140УД7 ограничена по питанию до 15 вольт в «плече», поэтому для получения больших выходных напряжений необходимо подключать питание к выводам 4 и 7 через «добавочные» стабилитроны, но при этом возрастёт и нижний уровень выходных напряжений.

В данной микросхеме предусмотрена возможность регулировки баланса нуля с помощью внешнего подстроечного резистора. При изменении напряжения питания, её необходимо регулировать, поэтому мы её в своей схеме не используем.

По нестандартности решения, устройство, предназначенное для получения двухполярного напряжения из однополярного уникально. По своей простоте и надёжности схемы, это самый лучший способ получения двухполярного питания.

Зачастую для работы многих схем требуется двухполярное напряжение питания — однополярное с средней точкой. Т.е. когда за «Землю» принимается не минусовой вывод источника питания, а ровно половина выходного напряжения. Тогда получается относительно земли два напряжения +U и -U равной, по модулю величины.

Характерной особенностью правильного двухполярного источника питания является равные величины без знака +U и -U ВСЕГДА — если посмотреть двухлучевым осциллографом форму выходных напряжения, то пульсации сетевой частоты, а она всегда есть в реальном источнике питания, симметричны. Под влиянием недостаточной фильтрации пульсаций при увеличении +U, на столько же уменьшается и -U, для выполнения условия модуль(+U) = модуль(-U). После выше изложенного у вас закрался ответ на вопрос, зачем применяют двухполярные источники питания?

Ответ прост — для устранения влияния пульсаций питающего напряжения. Как бы мы не пытались спроектировать хороший фильтр с максимальныи КПД, сглаживающий пульсации после выпрямителя, например увеличением номиналов электролитических конденсаторов, применением активных фильтров на транзисторах, существуют устройства, для которых полученные значения уровня пульсаций все равно не приемлемы. Например приемники прямого преобразования, в состав которого входит усилитель низкой частоты с коэффициентом усиления ~ 100000, т.е. на его вход подается сигнал с уровнем ~ 1..10мкВ.

Типичным потребителем двухполярного напряжения питания являются операционные усилители. Правда их можно включить в схему и из однополярным напряжением питания, но в этом случае теряются приемущества двухполярного. В любом даташите на ОУ можно найти параметр «Supply-voltage rejection ratio», значение которое находится в пределах обычно 80 .. 100 дБ. Выражает соотношение изменение напряжение питания к изменению напряжения на выходе ОУ, выраженное в децибелах. Проще говоря коэффициент подавления пульсаций напряжения питания. Коэффициент подавления пульсаций фильтра однополярного источника питания значительно ниже.

Собственно схема преобразования однополярного напряжения в двухполярное представлена ниже. Это один из возможных вариантов. Популярна так же схема с двумя диодными мостами и одной вторичной обмоткой трансформатора. Но в моем устройстве трансформатор вынесен из корпуса, и на вход подается уже выпрямленное напряжение, так что…

Транзисторы Q1 и Q2 BD139 BD140 следует заменить на другие с достаточным коэффициентом уситения по току h21э. Я применил BDX33 BDX34 дарлингтона с значением 750. Операционный усилитель можно применять практически любой. Например LM358. В данном случае я применил который валялся под рукой — NE5532. Он сдвоенный, как видно из схемы. Триммером RV1, который должен быть многооборотным, выставляем половину напряжения питания.

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

Как сделать двухполярное питание из однополярного источника: трансформатор с одной вторичной обмоткой

Двухполярное питание из однополярного. Хотел бы в этой статье рассказать как я сделал двухполярное питания используя при этом однополярное. Не так давно я для собственных нужд собрал пару усилителей мощности на микросхеме TDA7294, далее для них нужно было подогнать импульсник с двухполярным питанием.

Электронные компоненты для импульсного блока питания у меня были заготовлены не полностью, а собранные усилители протестировать хотелось уже сейчас. Силового транса с двумя вторичками, да еще и с необходимым мне напряжение, в моем загашнике конечно не нашлось.

Но зато у меня хранились на всякий случай пара мощных трансов, каждый только с одной вторичной обмоткой, и причем на разные напряжения. Вообщето у меня была своя задумка как выйти из этого положения исходя из наличия имеющихся деталей. Поэтому поискав в Интернете дополнительную информацию я начал делать схему, с помощью которой можно было бы с одной вторичной обмотки снять напряжение имеющее две разные полярности.

Конечно в устройстве, которое способно обеспечить двухполярное питание из однополярного, ничего сложного нет, но я думаю для начинающих радиолюбителей он будет полезна:

Необходимые электронные компоненты:

ОБОЗНАЧЕНИЕ	ТИП	НОМИНАЛ	КОЛИЧЕСТВО	КОММЕНТАРИЙ
VDS1,VDS2	Выпрямительный диодный мост	Любой на нужное напряжение и ток	2	Распространенные KBU-610, KBU-810
C1,C5	Электролит	4700 мкФ 50В	2
C2,C6	Конденсатор неполярный	100 нФ	2	Пленка или керамика
C3,C4	Электролит	470 мкФ 100В	2

Предложенная в этой публикации схема электронного устройства для конвертирования двухполярного питания из однополярного работает только с переменным входным напряжением, входной постоянный ток для нее не приемлем. Принцип работы этого модуля заключается в том, чтобы получить от одной вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение с двумя полярными значениями.

Диоды для выпрямителя выбирайте такие, чтобы выдерживали ток в 2,5 больше, чем максимальный ток потребления усилителя или любого другого устройства куда вы намерены его ставить. В моем распоряжении оказались плоские мостовые выпрямители KBL рассчитанные на ток 15А и напряжение 400V. Вот как на фото ниже:

Это конечно очень жирно, на этот усилитель ставить такие мощные мосты, но для проверки работоспособности аппарата пришлось ставить их. В дальнейшем я их конечно заменю, например, на 4 амперные RBA401У с напряжением 100v, такие мосты свободно обеспечат корректную работу усилителя. Вообщето сейчас выбор мостов большой, не только по электрическим параметрам, но и по типу корпуса.

В случае применения вами данного модуля на устройствах требующих напряжения питания больше 50v, тогда нужно будет установить электролиты C1 и C5 с напряжением соответствующему рабочему напряжению устройства, ну разумеется с запасом. Если у вас не под рукой емкостей с номиналом, который указан на схеме, то можно поставить четыре кондера по 2200µF, соединив параллельно по два в каждое плечо.

В качестве силового источника питания я использовал тороидальный трансформатор, имеющий только одну выходную обмотку с напряжением 30v и потребляемой мощностью мощностью немного больше 55V·A. В итоге, на концах выходной цепи выпрямителя получилось ±43v постоянного напряжения.

Во время тестирования усилителя я его нагрузил по полной, и мощность в нагрузке составила, где то 38W при падении напряжения 24v на максимальной мощности. Но в таком слишком большом падение, ясное дело, виноват маломощный трансформатор. Электронные компоненты установленные на печатной плате были абсолютно холодными.