Необходимость повысить питающее напряжение путем его преобразования чаще всего стоит при батарейном или аккумуляторном питании, т.е. когда напряжение источника питания строго ограничено, но нам нужно больше. Можно конечно построить новый батарейный отсек на большее количество элементов, но чаще всего идут по пути преобразования. Речь конечно идет о постоянном напряжении, которое (как оказалось) нужно преобразовать в переменное, повысит, а затем выпрямить.

Преобразователи напряжения условно можно разделить на 4-ре типа:

• с умножителем напряжения
• трансформаторные (с повышающим трансформатором)
• электромеханические
• импульсные (наша тема)

Схемы с умножителем узнаваемы по наличию цепочки умножителя напряжения, были довольно популярны в прошлом, величина выходного напряжения зависит от количества и номиналов цепочек умножителя. Ниже схема из журнала «Радио», хорошо видно 2-ве цепочки умножителя из диодов VD1, VD2 и конденсаторов С2, С3

Схема с повышающим трансформатором, повышает напряжение путем трансформации низкого напряжения в высокое с помощью трансформатора. Величина выходного напряжения зависит от количества витков первичной и вторичной обмоток, т.е. от коэффициента трансформации. Схема ниже опять из журнала «Радио» (если я не ошибаюсь)

Электромеханический преобразователь видел в живую один раз, такая довольно большая штука, похожа на большое реле в металлическом корпусе, найти картинку мне не удалось, да и не выпускают их уже. Принцип работы прост:

• реле, при срабатывании, одой парой своих контактов (нормально замкнутой) размыкает питание своей же обмотки, от этого якорь возвращается в исходное состояние и контакты замыкаются опять и так по кругу
• вторая или вторая и третья пары контактов переключают полярность на встроенном трансформаторе, полярность постоянно меняется, получаем псевдо переменное напряжение, а на вторичной обмотке повышенное напряжение.

Чаще всего выпрямителя на выходе в таких преобразователях не было, и естественно на выходе было переменное повышенное напряжение.

У всех перечисленных преобразователей есть одна общая черта — наличие схемы задающего генератора. В первой схеме с умножителем, это отдельный элемент схемы. Во втором варианте, у преобразователя с повышающим трансформатором, задающий генератор совмещен с силовой частью, выходные транзисторы и часть трансформатора, по совместительству выполняют роль задающего генератора. В электромеханическом варианте, генератор, это реле. В импульсном преобразователе, как и в первой варианте, задающий генератор, это отдельный элемент или отдельная часть схемы, которая не выполняет больше никаких функций.

Импульсный преобразователь работает за счет энергии запасенной в дросселе. Схема выше, это схема прибора для проверки светодиодов, видео по сборке и демонстрация работы этого прибора будет в конце статьи. На 555 таймере собран задающий генератор. С частотой работы генератора закрывается и открывается полевой транзистор Q1. Открываясь этот транзистор как бы закорачивает плюс и минус входа питания. Однако на практике короткого замыкания не происходит потому, что на пути стоит индуктивность (дроссель). А дроссель пропускает ток как бы не сразу, ток на его выходе нарастает плавно и за какое-то время, прямо пропорциональное его индуктивности, потому, что энергия тратится на создание магнитного поля. Однако когда транзистор закрывается, происходит обратный процесс, в дросселе возникает явление самоиндукции и магнитное поле вокруг индуктивности превращается в энергию и вот она «выстреливает». Кроме того эта «запасенная» энергия складывается с энергией источника питания, который течет в том же направление, вот это «сложение» и есть повышение. На пути этого «выстрелившего» тока, находится выпрямительный диод и накопительный конденсатор.

Импульсный преобразователь обладает рядом преимуществ по отношению к остальным видам преобразователей, но естественно имеет и свои недостатки. К достоинствам стоит отнести большой КПД (до 90%). Не маловажным плюсом таких схем являются размеры и вес (маленький вес и небольшие размеры).

Недостатком таких преобразователей является малопредсказуемость выходного напряжения. Существуют формулы расчета выходного напряжения для такого преобразователя, но мне ни разу не удавалось точно рассчитать его. Выходное напряжение зависит от частоты задающего генератора, индуктивности дросселя, и емкости выходного накопительного конденсатора. При всех расчетах выходного напряжения на определенную нагрузку, выходное напряжение без нагрузки может сильно (!) превышать расчетные, и таким образом может выйти из строя ключевой транзистор и даже накопительный конденсатор.

Однако этот недостаток существенен только для вот таких простых схем, как в примере. Если дополнить схему на выходе стабилизатором на необходимое напряжение, параметрическим или интегральным — напряжение на выходе не будет вырастать при отключении нагрузки. Если добавить в схему обратную связи и в зависимости от напряжения на выходе изменять частоту генератора, то удастся стабилизировать выходное напряжение, и кроме того увеличить КПД. А существование довольно дешевых и простых по схеме использования специализированных микросхем, возводит такие схемы в ранг лучших и при использовании таких микросхем считать ничего не нужно, достаточно просто заглянуть в даташит.

Например XL6009, кроме задающего генератора и выходного транзистора, содержит в своем составе еще и схему обратной связи, а значит и стабилизация присутствует. Входное напряжение может быть в пределах от 0,3 до 36В, на выходе можно получить до 60В.

Остался еще один не рассмотренный вид схемы повышающего модуля, это блокинг-генератор, однако на самом деле это не название схемы повышающего преобразователя, а название схемы генератора, а повышающий преобразователь на блокинг-генераторе, это преобразователь с повышающим трансформатором.