低压直流供电电路中高压直流的产生

来源:本站
导读:目前正在解读《低压直流供电电路中高压直流的产生》的相关信息,《低压直流供电电路中高压直流的产生》是由用户自行发布的知识型内容!下面请观看由(电工技术网 - www.9ddd.net)用户发布《低压直流供电电路中高压直流的产生》的详细说明。
简介:在由低压直流电源供电的电路中,往往电路的某些部位需要使用高于电源所供的电压,将电源所供的低压转换为较高的电压,常用的方法有3种:自举升压、电感升压、逆变升压。结合实际应用电路对各种升压方法从器件选择、升压原理、升压结果等诸方面进行分析、探讨,解决了总体供电电压不变时,局部高压产生的关键性问题。它对电子电器电路的设计人员有一定的启发作用,对优化电路、遴选器件有较强的参考价值。

在低压直流供电线路特别是电子电路中,电路的绝大部分使用由电源提供的低压,但在线路的某一个部分或某几个部位,需要供高于电源的直流电压,若将整个线路的供电电压提高,既要重新更换或设计电源,又会给整个电路的部件提出更高耐压的要求:若不提高电源电压,需要高电压的电路部分又不能正常工作,本文就基于整个供电电路的低压电源,在某些部分产生较高的直流电压常采用的方法,通过一些具体实例做阐述总结。

以低压直流作基础产生较高的直流电压,常见的方式有3种类型:利用电容充电后再垫高负极电位,即自举升压;利用电感产生的自感电动势对电容强制充电;利用振荡电路将直流变为交流或直流脉冲,再通过倍压整流产生高压。

1 利用电容充电后再垫高负极电位

电容被电源E充电后,其正、负极之间将维持一定的电压Uc=U+-U-=E,若负极电位为零,即U-=0,则正极电位与电容上充的电压相等,U+=Uc;若充电完毕后,将负极接到某一电位U0上,尽管此时电容上的电压不变,但其正极电位就等于电容上的电压与负极所接电位之和,即U+=Uc+U0,从而可以实现U+>E,即得到高于电源的电压,有时将这种升压方式叫自举升压。

(1)黑白电视机行扫描电路中的倍压电路

在黑白电视机中,整机内部采用12 V直流供电,但为了改善行扫描的线性,需要提高行输出级上的行偏转使用的电压,一般是将电源12 V提高到24 V左右加到偏转线圈上,采用的方法如图1所示:该图是黑白电视机的行输出级电路,整体看该级使用的电源为12 V,但工作时经过电容C0、二极管D0、电感L0组成的升压电路转换,行输出管集电极c实际得到的直流电压为24 V左右,即行偏转线圈实际使用的电源为24 V左右,达到了改善行线性的目的。

低压直流供电电路中高压直流的产生

原理为:行输出管T在行脉冲的作用下工作于开关状态,因而其集电极流过的是脉冲电流,当T导通时,电流经升压二极管D0、行输出变压器Tr的初级线圈L0的下半部流过,并产生上正下负的自感电动势e1=12 V,上部自然会感应出电动势e2方向亦为上正下负,若D0的负极接在L0的中点,则有e2=e1(若不在中点,则有e2<e1或e2>e1),该电动势会通过D0对C0充电,使电容C0上出现大小与e2相等的电压,即升压电容C0上会维持12 V的电压,而C0的负极与电源12 V相连,这样C0正极对地的实际电位应是12 V电源电压与C0上电压之和,即可达到24 V,若用万用表的直流电压档测量,行输出管T集电极、电容Cs上的直流电压均为24 V,从而实现了提升局部供电电压的目标,达到了改善行线性目的。升压二极管D0既给电源提供了向输出级输入能量的通道,同时又隔离了24 V倍压与12 V电源电压。显然,若D0的负极不是连接在L0的中间点,例如上部匝数偏多,则C0上的电压会大于12 V,最终的升压可能会大于24 V,反之则低于24 V。

(2)OTL功放电路中的自举升压

电子线路上常用的OTL互补对称功率放大电路,如图2所示。

低压直流供电电路中高压直流的产生

T1,T2为2只互补型的功放管,静态时A点电压,因而C0上有Ec/2的电压。信号注入后,T1,T2交替放大信号的前、后半周,为了确保T1在放大信号时导通角达到180°(小于180°会引起交越失真),应当确保T1在半个周期内基极与发射极之间的偏压几乎恒定,不能小于发射结的导通电压,否则T1管会提前截止,从图2中可以看出T1导通时,电源Ec经T1会对C0充电,尽管C0的容量较大,但随着充电的进行,C0上的电压,即A点对地电压势必也会上升,若T1基极电压不随A点电位上升,T1的发射结偏压会下降,就会使T1提前截止。为此在A,B两点接一容量较大的电容C1,由于C1上已充上了Ec/2的电压,且其容量较大,故当A点电位上升时,相当于C1负极电位被垫高,正极电位也自然升高,则B点电位会上升到高于Ec的程度。B点电位升高经R1带动T1基极电位的升高,这样就保证T1发射结偏压不会由于A点电位的升高而下降,故C1称自举升压电容,R1是隔离电阻,可以确保A点电压瞬间升高时B点电压可以高于电源电压Ec。

(3)手机读卡电路

在手机读卡电路上要用到5 V的电压,而手机所用电池早期为4.8 V,现在的手机均为3.6 V,因电池电压往往随所剩电量的多少有所变化,为确保手机工作稳定,不因电池电压的变化而影响通话质量,电池电压并未直接供给手机各部分使用,而是通过稳压IC变为3.2 V,2.8 V,3 V等更低的电压供各部分使用。在这种情况下就需要通过升压电路将3 V左右的电压升为5 V。如图3(a)所示,是用在爱立信788手机上的升压电路。

低压直流供电电路中高压直流的产生

N750为一电子开关电路,型号为C70851,电压从2脚输入后,内部电子电路开始工作,可以实现将第1,8脚接的电容C750与第4,5脚接的电容C751定时相并联、相串联,也就是使两电容交替性地相并联、相串联。+3 V的电源经R607,C606,R751,C757组成的RC滤波网络后,电压约为2.5 V送入N750的2脚,首先C752,C751处于并联状态,2.5 V的电源对其充电,使两电容上均出现2.5 V的电压,然后经内部电子开关转换使C751与C752处于串联状态,并且其中一支的负极与另一支的正极相连,如图3(b),(c)所示,这样两电容上的总电压成为5 V,经电容滤波后从第3脚输出,供SIM卡电路使用。

2 利用电感的自感电动势强制对电容充电升压

电感产生的自感电动势的大小ε=L×di/dt,即电感量大小一定后,自感电动势的大小只与电感中电流的变化速度有关,而与电感上原来施加的电压无关。若电感中注入电流脉冲,当频率高到一定程度时,无论电感上施加的电压如何,上面就会产生远高于施加电压的自感电动势,然后再对这一感应电动势产生的电流进行整流,并对电容充电就会输出一较高的直流电压。

(1)黑白电视机行扫描电路中的高压电路

在上述图1所示的行输出级电路中,产生的24 V倍压直流不仅用于改善行线性,其实在电视机中该级还承担着产生10 000 V直流高压的任务。该电压由行输出变压器次级输出,加到显像管上形成光栅,其产生过程为:由于行管的集电极有24 V的倍压,该电压同样也出现在与行管T的c,e极相连的电容Cs上,工作时行输出管处于开关工作状态,当T导通时,Cs放电,电流经Ly,T的c,e极流过;当T截止后,由于Ly中的电流急剧变小,内部产生的较大的自感电动势,促使电流还要继续流动以释放电感上的磁能。由于此时T已截止,故刚刚通过T流动的电流,会对逆程电容C1做强制性的充电,最终Ly上的磁能会转化为C1上的电场能,根据可知,能量一定后,适当选取C1的容量小一点,就可以使电容上的电压u=Q/C变得较高,即在电容上会出现较高的脉冲电压。该电压以行频率出现,幅值可达200 Vpp左右,由于C1与行输出变压器Tr的初级相并联,故该脉冲又相当于直接加到了Tr的初级,再经Tr次级升压可得一万多伏的脉冲,通过高压整流二极管整流,即可得到一万多伏的直流电压。

(2)摩托罗拉手机读卡电源电路

如图4所示,是摩托罗拉V998电源模块U900的升压电路。由于该机供电电池电压为3.6 V,故内部使用的+B约3.6 V,但手机有些电路需用+5 V的电压,为此在电源模块的C5,B6端,要通过B10端得到5.6 V直流电压。方法是:+B经L901接到U900的B10端,B10端内部等效于与地断续相连的电子开关,当B10端与地相连时,电源电流流经L901入地。显然,电感L901上施加的电压为+B,当电流达到一定数值时,B10内的电子开关突然与地断开,L901上的电流会突然变小而产生较强的自感电动势ε,该电动势的方向为左负右正,该电动势经整流管CR901对电容C934充电,使C934上瞬时出现峰值接近于自感电动势的电压,B10内下次与地接通后,电源电流又经L901流向B10内部,C934上刚才充的电压由于CP901的存在而将C934与B10引脚隔离开,使C934上维持约5.6 V的直流电压,并通过C5、B6端向U900供电。

低压直流供电电路中高压直流的产生

3 倍压整流升压电路

倍压整流是对直流脉冲或交流而言的,在直流电路中要通过倍压整流电路将较低的电压转换为较高的电压,就需将低压直流首先通过振荡电路转换出直流脉冲或交流,然后通过二极管及电容组成倍压整流得到较高直流电压。

(1)LCD液晶显示偏压电路

如图5所示,是爱立信788中文手机显示屏显示偏压生成电路,该屏正常工作时需要-5 V的显示偏压VLCD,而整机电路使用的是3 V左右的电压,-5 V的显示偏压VLCD产生过程是利用CPU D60095959696脚输出2.5 V左右的脉冲经倍压整流最后得到5 V左右的直流。95959696交替输出幅值约2.5 V的矩形脉冲U0,9696有脉冲时9595电压为零,该脉冲通过D1对C773充电,使C773充的电压为U0,通过D3使C770,G771上的电压为U0的一半,电容上的电压极性为左负右正;9595有脉冲时9696电压为零,该脉冲经D2对C770充电,由于此时C773左极板的电位是-U0故充电的结果是C770上出现2U0,的电压,方向左正右负;9696脉冲到来9595电压为零,该脉冲又经D3对C771充电,由于C770右极板的电位是-2U0,故C771上会出现3U0的电压,并且方向是左负右正,所以下一时刻9696电位为零,C771左极板电位约为-3U0=-3×2.5V=-7.5 V,因而C772经D4到C771的负极会有一放电电流,使C772上出现上负下正的电量,即电路的输出端对地是一负电压,由于每一只电容充电放电是交替进行的,经几个周期后,各电容上的平均电压会稳定下来,最终C772上的电压介于0与最大值-3U0之间,约为-5 V左右,型然输出电压的高低不仅与脉冲的高度有关也与脉冲的宽度有关,还与-5 V输出电流的大小有关。

低压直流供电电路中高压直流的产生

(2)DC-AC-DC逆变升压电路

这种电路局部由低压直流供电,并产生自激振荡,在变压器的初级产生脉冲电流,若变压器设计成升压变压器,则次级就会输出更高的交流脉冲,该脉冲经倍压整流滤波后即可得到较高的直流电压。

如图6所示,是在小型电器中常用的DC-AC-DC直流变换电路。晶体管T与定时电容C,电阻R以及变压器Tr的初级带抽头的线圈L1,L2构成振荡电路,使T处于开关状态。故L2上流过的是直流脉冲,该部分使用的电源约为3 V,振荡电路工作后,L2上会出现峰值为3 V左右,频率约30 kHz的脉冲电压,波形如图7所示。

低压直流供电电路中高压直流的产生

低压直流供电电路中高压直流的产生

由于变压器次级匝数较多,故它是升压变压器,其次级会输出较高的脉冲电压,当然其频率与初级一样,后续电路为倍压整流电路,当脉冲的正半周到来时,方向上正下负,电压会经D1对C1充电,使Cl上出现等于Tr次级峰值的电压,负半周到来时,电压方向相反,脉冲电压与C1上的电压之和经D2对C2充电,使C2上出现2倍的峰值电压,下一周期的正半周到来,次级电压与C1,C2上的电压合成后会经D3对C3充电,最终使C3上出现峰值的2倍压,经过n个周期后,除C1上为峰值的1倍压外其余均为2倍压,这样只要电路输出电流不太大,就可以确保从不同的位置取出峰值的1倍压、2倍压、…、n倍压的直流。

综合上述3种形式的升压电路,它们都是建立在电容储能后两极维持一定数值的电压这一基础之上。当单只电容上的电压达不到要求数值时,利用2只或2只以上的电容按一定方式进行组合,最终从电容器所在电路的某2 点取出所需电压。但无论采取何种形式的变换电路,最后得到的较高电压其能量均是取自低压直流电流,即在遵从能量守恒的前提下电压转换只是电能表现形式的改变。

提醒:《低压直流供电电路中高压直流的产生》最后刷新时间 2024-03-14 01:04:43,本站为公益型个人网站,仅供个人学习和记录信息,不进行任何商业性质的盈利。如果内容、图片资源失效或内容涉及侵权,请反馈至,我们会及时处理。本站只保证内容的可读性,无法保证真实性,《低压直流供电电路中高压直流的产生》该内容的真实性请自行鉴别。