Дешевый способ получения дополнительных напряжений на выходе мостового выпрямителя

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2012

Horst Koelzow, Канада

EDN

Многие одноканальные источники питания состоят из трансформатора, выпрямителя и конденсатора фильтра (Рисунок 1). Такая схема относительно дешева, проста в изготовлении, но имеет ограниченное применение. Схемы, содержащие операционные усилители, преобразователи данных или иные аналоговые цепи часто нуждаются в дополнительных напряжениях питания, которые могут либо превышать напряжение основного источника, либо иметь противоположную полярность. В таких случаях приходится увеличивать количество вторичных обмоток трансформатора и, соответственно, количество выпрямителей. Такой подход оправдан в том случае, когда мощности, забираемые от каждой обмотки, примерно одинаковы, но, как правило, источники смещения аналоговых цепей потребляют весьма незначительный ток, и тогда затраты на вспомогательные обмотки, выпрямители и фильтры становятся неадекватными выполняемой ими функции. Заметим, что если напряжение дополнительного источника должно быть ниже основного, проще всего воспользоваться последовательным линейным стабилизатором напряжения.

Рисунок 1.	Многие одноканальные источники питания состоят из трансформатора, выпрямителя и конденсатора фильтра.

Поскольку вход и выход моста не имеют общей опорной точки, стандартные пиковые детекторы и каскады умножения напряжения здесь неприменимы. Однако входы переменного напряжения выпрямительного моста способны отдавать и принимать ток относительно своих выходов. Это позволяет, немного модифицировав обычный мост, сделать удвоитель напряжения (Рисунок 2).

Рисунок 2.	Немного изменив схему, можно сделать удвоитель напряжения.

На схемах использованы следующие обозначения:

C_SERIES – последовательный конденсатор
C_BOOST – вольтодобавочный конденсатор

Используя аналогичную структуру, но привязывая ее к шине «0 В», можно получить отрицательное напряжение. На Рисунке 3 показан видоизмененный вариант схемы с дополнительными источниками как умноженного, так и отрицательного напряжения.

Рисунок 3.	С помощью модифицированной схемы можно дополнительно получить как повышенное положительное, так и отрицательное напряжение.

Трансформатор с выходным напряжением 12 В был выбран только для примера, а предложенный метод, конечно, применим для любых напряжений. Обратите внимание, что рабочее напряжение последовательных и вольтодобавочных конденсаторов выше, чем у конденсаторов фильтра, которые рассчитываются только на пиковые значения выпрямленного переменного напряжения, в то время как остальные конденсаторы должны выдерживать почти вдвое большее напряжение (за вычетом падения на диодах). Номиналы последовательных и вольтодобавочных конденсаторов определяются требуемой выходной мощностью и необязательно должны быть одинаковыми.

Теоретически, шины отрицательного и умноженного напряжения способны отдавать мощность, соизмеримую с мощностью основного источника питания. Дополнительные потери обусловлены, в основном, конденсаторами C_SERIES. Для снижения потерь емкость этих конденсаторов необходимо увеличивать, не забывая допустимых импульсных токах. Если же от шины умноженного напряжения требуется повышенная мощность, придется рассмотреть вариант с дополнительным трансформатором или с дополнительной вторичной обмоткой.