一款内置型直流-直流变换器

2019-09-07崔建国宁永香

山西电子技术 2019年4期

崔建国，宁永香

(山西工程技术学院，山西阳泉 045000)

0 引言

在某些电气或电子电路设计中，比如控制继电器的电路、控制电磁阀的电路，因为继电器线圈或者是电磁阀都属于感性负载，而感性负载就是具有和电感一样特性的负载，电感最大特性即电流不能瞬间来，也不能瞬间走，所以当他们通断的时候，可能由于回流产生一些较强烈的干扰信号，这些干扰信号有时会严重影响前置控制电路的正常工作[1]。

又比如通信电路的设计中，例如485通信电路，外界的线路常常会引入干扰。

这些都需要对这两种电路信号或电路通道实行电隔离，一般采用光电耦合器来完成，但这样一来这两个电路必须具备两个独立电源，一个为光耦的发射器用，另一个为接收器用，而且这两电源不能共地，如果你的光耦隔离电路里面，用的是一个电源，它只能是起到放大器的作用，不具备隔离的作用，如图1所示，左边的电路只有放大作用，没有隔离作用；而右边的电路二者兼有[2]。

在专业生产或工业设备上，一般都采用所谓的DC/DC模块电路，以求得不共地的两组电源，但这种模块电路往往价格不菲，体积庞大，而且越是小型模块越是价格奇高，还有就是不一定有你所需要的规格。

图1 实现光耦隔离需要满足的条件

我们可以利用一块非稳态多谐振荡器电路、一块六反相缓冲器/转换器电路、一个自己绕制的隔离变压器、一个全桥整流堆以及几个电阻和电容自制一个制作简便、费用低廉而实用直流-直流变换器，这套变换器电路可以直接设计在原电路系统里。

1 直流-直流变换器工作原理

我们设计的直流-直流变换器电气原理图如图2所示，从图中可以看出，本设计包含一套振荡器电路IC1、一个激励器电路IC2、一个隔离变压器、一个整流桥堆、以及滤波电路组成。

1.1 振荡器的工作原理

振荡器电路由IC1及外围阻容元件组成，IC1型号为CD4047B，CD4047由可选通的非稳态多谐振荡器组成，可用作正/反向边沿触发单稳态多谐振荡器，具有重触发和外部计数选项功能[3]。

图2 直流-直流变换器电气原理图

1.2 激励器的工作原理

激励器IC2的型号为CD4049，CD4049是六反相缓冲器，具有仅用一电源电压(VCC)进行逻辑电平转换的特征。用作逻辑电平转换时，输入高电平电压(VIH)超过电源电压VCC。该器件主要用作COS/MOS到DTL/TTL的转换器，能直接驱动两个DTL/TTL负载。CD4049可替换CD4009，因为CD4049仅需要一电源电压，可取代CD4009用于反相器、电源驱动器或逻辑电平转换器。

在隔离变压器的次级感应出来的振荡信号经过桥堆B全桥全波整流，并由滤波电容C3加以滤波，文中所示的电容量值对于频率为200 kHz的次级高频电压具有足够的滤波效果。

1.3 变换器样机的参数分析

我们的样机工作电压为12V时，最高效率为75%，当输出电流I2(负载电流，如图2示)为10mA时，测得次级输出电压U2(负载端电压，如图2示)为10.64 V(此时隔离变压器初级电流为11.5 mA)。

注意变压器的次级电流不能超过11 mA，否则次级电压会下降到10 V以下，而且电路的效率会大大降低，但负载阻抗太低也会出现这种情况。

当次级处于开路状态时，测得输出电压为14 V，当然效率却为“0”。换句话说，本电路最佳工作状态就是变压器次级负载电流为10 mA的时候。

这恰好是小功率放大电路或控制电路的工作电流。

2 制作与注意事项

本设计的隔离变压器需要自制，用0.35 mm的漆包线，在直径为22 mm、高为13 mm的磁罐芯上各绕80匝线圈，分别作为变压器初级和次级，磁芯标称电感值AL必须为400nH，装配好后要保证不能留有气隙，否则变压器的电感量要降低。两线圈间需严格绝缘，必要时灌注绝缘油，使其击穿电压不低于4 kV[4]。