Как получить дополнительные напряжения от мостового выпрямителя
Многие источники питания с одним выходным напряжением состоят из трансформатора, выпрямителя и фильтрующего конденсатора (рисунок 1). Такая схема является относительно недорогой, её легко изготовить, но на её выходе имеется только одно напряжение питания. Схемы, в которых используются операционные усилители, преобразователи данных и другие аналоговые цепи часто требуют для своей работы дополнительные напряжения. Эти напряжения могут быть больше напряжения основного источника, или иметь отрицательную полярность. При этом обычно применяют дополнительные обмотки трансформатора и дополнительные выпрямители. Такой подход является целесообразным в случае, если потребляемые мощности от каждой обмотки примерно одинаковы, но обычно источники питания аналоговых цепей потребляют гораздо меньший ток, и тогда применение дополнительных обмоток и выпрямителей является неоправданным. Отметим, что если напряжение дополнительного источника питания должно быть ниже напряжения основного, то достаточно воспользоваться последовательным интегральным стабилизатором напряжения (например, для получения напряжений +5 В от источника +7...+15 вольт можно воспользоваться микросхемами КР142ЕН5А или IC7805).
Рис. 1. Типовая схема блока питания с одним выходным напряжением содержит трансформатор, выпрямитель и конденсатор фильтра.
Поскольку вход и выход мостового выпрямителя не имеют общей точки, то здесь невозможно применить стандартные пиковые детекторы и каскады умножения напряжения. Тем не менее входы выпрямительного моста по переменному напряжению способны отдавать и принимать ток относительно своих выходов. Немного модифицировав обычный мост, можно получить удвоитель напряжения (рисунок 2).
Рис. 2. Подключение к основной схеме удвоителя напряжения.
Используя аналогичную структуру и подключив её к общему проводу, можно получить на выходе отрицательное напряжение. На рисунке 3 показан модифицированный вариант схемы с дополнительными источниками как положительного, так и отрицательного напряжения.
Рис. 3. Модификация схемы, позволяющая получить положительные и отрицательные напряжения на выходе.
В вышеприведённых схемах блоков питания трансформатор с выходным напряжением 12 В был использован только для примера, но этот способ можно применить и для любых других напряжений. Необходимо обратить внимание на то, что рабочее напряжение последовательно включённых конденсаторов и конденсаторов фильтров на выходе источника повышенного напряжения будет выше, чем у конденсатора фильтра основного источника. Напряжение на фильтрующем конденсаторе достигает только пиков выпрямленного переменного напряжения, а на остальных конденсаторах это напряжение будет почти вдвое больше (за вычетом падения на диодах), что следует учитывать при расчётах. Номиналы всех конденсаторов определяются требуемой выходной мощностью и они необязательно должны быть одинаковыми.
Теоретически, отрицательные и удвоенные выходные напряжения источника питания способны отдавать мощность, близкую к мощности основного выпрямителя. Существенные потери происходят, в основном из-за последовательно включённых конденсаторов Cseries. Использование этих конденсаторов большей ёмкости позволяет снизить потери энергии, при этом не забывая о соответствующих импульсных токах, и, следовательно, выбирая эти конденсаторы на соответствующее рабочее напряжение. Если всё же от источника удвоенного напряжения требуется отдавать повышенную мощность, то придётся рассмотреть вариант с дополнительным трансформатором или использовать дополнительные вторичные обмотки.
Хорст Коелзо, Канада
