Преобразователь Напряжение Частота на Таймере

Конструируя маломощную схему, получающую питание от USB и требующую напряжения отличного от 5 В, вы должны решить для себя, воспользоваться ли отдельной батареей, или небольшим сетевым адаптером. Проблема становится еще неприятнее, если необходимо двуполярное напряжение, превышающие 5 В, что типично, например, для схем с операционными усилителями.

Стандартом USB 2 сформулированы требования в отношении уровней мощности, потребляемой подключаемыми устройствами. Устройство, потребляющее ток до 100 мА, считается маломощным, а свыше 100 мА до 500 мА – мощным. Поводом для создания описываемой здесь схемы стала работа над термолюминесцентным детектором, в котором микроконтроллер, контроллер интерфейса USB и десять операционных усилителей должны были получать питание от порта USB в качестве маломощных потребителей. Характер схемы предъявлял к источнику питания исключительно высокие требования в отношении уровней шумов и паразитных радиочастотных излучений. Сборке и настройке схемы предшествовал этап моделирования, некоторые результаты которого будут представлены ниже. Привлекательность этой схемы определяется использованием широко распространенных компонентов и отличной повторяемостью характеристик, что делает ее исключительно дешевой.

Схема основана на обратноходовом преобразователе с небольшим трансформатором (Рисунок 1), работающим на частоте от 115 до 300 кГц. Самовозбуждающийся генератор широтно-модулированных импульсов сделан на микросхеме таймера 555. Высокая рабочая частота позволяет сделать компактную схему при относительно большой выходной мощности и хорошем качестве регулирования, а также упростить фильтрацию коммутационных помех.

В реальной схеме в качестве ключа используется MOSFET. Диод на Рисунке 1 смещен в прямом направлении положительным напряжением VOUT. Поменяв полярность включения диода и обмотки трансформатора, можно получить на выходе отрицательное напряжение. В работе схемы можно выделить три фазы. В первой фазе ключ закрыт, и энергия запасается в магнитном поле за счет тока, протекающего через первичную обмотку трансформатора. В это время диод закрыт, и во вторичной обмотке ток не течет.

Во второй фазе ключ размыкается, диод смещается в прямом направлении, и энергия магнитного поля переносится в конденсатор C. В третьей фазе накопление энергии завершается, и весь остаточный заряд емкости сток-исток ключа полностью стекает. Затем циклы повторяются.