«

»

Распечатать Запись

Микромощный преобразователь напряжения с высоким КПД

Одно из основных требований при разработке любых электронных устройств — снижение потребляемой мощности. Особенно это касается уст­ройств, питаемых от автономных пер­вичных источников питания, таких как аккумуляторы, солевые или щелочные гальванические элементы, когда про­должительность непрерывной работы устройств напрямую зависит не только от ёмкости источника питания, но и от потребляемого нагрузкой тока. Не всег­да такие источники питания подклю­чают напрямую к нагрузке. Как правило, для питания большинства устройств требуется стабильное напряжение, а значит, необходимо наличие стабили­затора напряжения, причём с высоким КПД, иначе продолжительность непре­рывной работы будет сокращаться.

Автора интересовало схемотехниче­ское решение этой проблемы примени­тельно к устройствам, питаемым ста­бильным выходным напряжением 5 В при токе нагрузки 50...100 мкА. При решении задачи сначала встал выбор первичного источника. Применение солевых или щелочных элементов под­разумевает замену отработавших на новые. Это вполне допустимый вариант несмотря на некоторые финансовые расходы, но привлёк другой Наверное, у каждого из нас имеются, если не ути­лизировать как 01х0ды, отслужившие свой срок Li-Ion аккумуляторы. Напри­мер, от сотовых телефонов. Зачастую причина их неработоспособности — возросшее внутреннее сопротивление или частичная потеря емкости. Но при малом токе нагрузки внутреннее сопро­тивление не имеет особого значения, и такой аккумулятор может иметь даже заявленную производителем ёмкость. Вариант "бесплатного приобретения" такого источника питания меня вполне устраивал, а зарядка, например, раз в полгода, не представляла проблемы.

Поскольку номинальное напряжение Li-Ion (или полимерного) аккумулятора — 3,7 В, для получения 5 В требуется по­вышающий преобразователь, как уже сказано выше, с относительно высоким КПД. Для его построения можно приме­нить доступные и недорогие импульс­ные преобразователи серии NCP1402. В отличие от близкого аналога — серии NCP1400A, в которой выходное напря­жение регулируется с помощью ШИ-модуляции (PWM) на частоте 180 кГц, в серии NCP1402 применена частотно-­импульсная модуляция (PFM). При ма­лых нагрузках это даёт выигрыш в КПД, поскольку частота переключения сило­вого ключа, выполненного на полевом транзисторе, значительно падает (до десятков Гц), а значит, уменьшаются и потери на переключение С нескольки­ми экземплярами разных партий мик­росхем NCP1402SN50T1 были проведе­ны эксперименты на токах нагрузки 50…100 мкА. Типовая схема включения преобразователя на этой микросхеме показана на рисунке.

При индуктивности накопительного дросселя 47 мкГн (рекомендованной производителем) и токе нагрузки 50 мкА (резистор сопротивлением 100 кОм) потребляемый от источника ток — око­ло 150 мкА, Такой КПД явно был слиш­ком мал. Поэтому были приведены экс­перименты, смысл которых заключался в измерении КПД для указанного тока нагрузки и разных индуктивностей накопительного дросселя. В результа­те оказалось, что максимальный КПД (78 %) достигается при индуктивности дросселя 300…600 мкГн. При этом по­требляемый от источника ток (80 мкА) увеличивался для дросселя с индуктив­ностью за пределами указанного ин­тервала. Все измерения проводились при напряжении питания 4 В. Накопи­тельный дроссель L1 — выводной серии ЕС24. Для другого тока нагрузки опти­мальное значение индуктивности дросселя следует подобрать эксперимен­тально по максимуму КПД.

Также выяснилось, что в выпрямите­ле желательно применить диод Шоттки с максимальным допустимым обрат­ным напряжением 30…40 В, например MRB0530LT1. Применение диодов с меньшим допустимым обратным напря­жением приводит к снижению КПД из-за влияния большего обратного тока.

Автор: С. ГЛИБИН, г. Москва
Источник: Радио №5/2017

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/35233

Добавить комментарий