Преобразователи для низких напряжений.
1. Идея и кремниевый транзистор.
2. То же, только с германиевым транзистором.Упрощаем и сравниваем.
3. Возвращаемся к кремнию. Работаем над КПД.
4. Полевой транзистор.
5. Стабилизируем выходное напряжение.
6. Полевой транзистор и снова о КПД.


Две вещи, которые сильно снижают КПД низковольтного блокинг генератора на одном транзисторе. Это ток базы и остаточное напряжение между коллектором и эмитером. Полевой транзистор ни первого, ни второго не имеет. Для того, что бы открыться он требует напряжения на затворе. Дальше, переход сток-исток начинает работать как резистор – чем больше напряжение на затворе, тем меньше сопротивление перехода сток-исток.

В качестве полевого транзистора выбран, самый неподходящий, 2N7000 (2N7002(SMD)), тк он распространен так же как КТ315Б в отечественной аппаратуре. Он открывается при 2V ( Datasheet, "Transfer Characteristics" ('Gate to Source Voltage' vs 'Drain Current'), I = 115 mA, Imax = 400 mA, Rds = 2 Ом, и максиамальное напряжение на затворе не должно превышать +-20V.

           

Остальные детали, в обилии присутсвующие на материнских платах (особенно ноутбуков) являются приятным бонусом. Меня интересовали только те, что на картинке ниже.


                    

Схему собираем в Dip Trace, так же как для биполярного транзистора. В первом приближении.

Отдельный источник напряжения (3V) переводит полевой транзистор в режим усиления, а трансформатор (3:1) обеспечивает положительную обратную связь. С6 компенсирует входную емкость транзистора (около 20 пФ).

Схема работает, но высокое сопротивление перехода у 2N7002 (около 2 Ом) ограничивает КПД (35% - 55%).

После нескольких сгоревших транзисторов, немного изменяем схему. На материнской плате нашлись HAT2168H, которые и будем использовать. Можно использовать любые MOSFET транзисторы с низким сопротивлением перехода (< 0,1 Ом).

На транзисторе Q1 собран обычный релаксационный генератрор. С3 компенсирует входную емкость транзистора (около 2000пФ). R4 работает вместе с защитными стабилитронами, которые уже находятся в транзисторе. R3,C5 - только, для измерения тока через светодиод и проверки общего КПД схемы. Трансформатор на гантелеобразном сердечнике из феррита (нар. диам. 10мм, высота 7,75мм). Первичная обмотка - 100втк.0,12мм, вторичная - 48втк.0,35мм. Резистор R1 разрядит литиевую батарею (CR2032) через 8 лет (220mA/h).

 

Как обычно, первый канал осцилографа на выходе трансформатора, второй - на питании.

       

Схема оживает при напряжении питания чуть ниже 30 mV (0.03V). Амплитуда импульсов на вторичной обмотке трансформатора около 0,5 Вольт, что не достаточно для работы светодиода.

Более реальная картина на фотографии ниже. При входном напряжении 0,246V и потреблении 0,093А преобразователь выдает 5,5mA (3.05V). КПД около 74%.

     

Следующие осцилограммы показывают при каком  питающем напряжении запускается генератор и зажигается / потухает светодиод.

  
Работу преобранзователя, для разных напряжений на затворе транзистора это можно видеть на следующем графике. Каждая точка соответствует напряжению на выхде 2,5 Вольт или больше.


Так или иначе, начальное напряжение на затворе (начальный ток через транзистор) влияет на напряжение, с которого начинает работать преобразователь и на общее КПД схемы. При напряжении 1,389V транзистор почти закрыт, при 1,973V - полностью открыт.

Неприятным фактором оказалось то, что затвор полевого транзистора не защищен от превышения напряжения. Если выйти за пределы +-20V, что легко сделать с трансформатором 5:1 и отключенной нагрузкой, то транзистор неминуемо погибает. То же можно продемонстрировать с трансформатором 3:1. Эту проблему решают два дополнительных стабилитрона, с затвора транзистора на землю. Это немного уменьшает КПД, но сохраняет транзистор. Более элегантный способ - сделать вторичную обмотку с отводом, скажем в середине. Транзистор подключен к средней точке, светодиод к концу обмотки. Светодиод ограничивает обратное напряжение на полной обмотке до 3V, и до 1,5V на транзисторе. Закрывающее напряжение на затворе транзистора, снимаемое с первичной обмотки, то же уменьшается в два раза.

Открытый вопрос остается по трансформатору. Почему отношение витков в обмотках 3:1 (5:1 или 100:1) и будет ли работать преобразователь с трансформатором 1:2?

Последнее проще проверить на реальном трансформаторе. Схема ниже.

Результат на графике.






О том, что нужно сделать - на следующей странице.


Make a Free Website with Yola.