一款內置型直流-直流變換器

崔建國，寧永香

(山西工程技術學院，山西 陽泉 045000)

0 引言

在某些電氣或電子電路設計中，比如控制繼電器的電路、控制電磁閥的電路，因為繼電器線圈或者是電磁閥都屬于感性負載，而感性負載就是具有和電感一樣特性的負載，電感最大特性即電流不能瞬間來，也不能瞬間走，所以當他們通斷的時候，可能由于回流產生一些較強烈的干擾信號，這些干擾信號有時會嚴重影響前置控制電路的正常工作[1]。

又比如通信電路的設計中，例如485通信電路，外界的線路常常會引入干擾。

這些都需要對這兩種電路信號或電路通道實行電隔離，一般采用光電耦合器來完成，但這樣一來這兩個電路必須具備兩個獨立電源，一個為光耦的發(fā)射器用，另一個為接收器用，而且這兩電源不能共地，如果你的光耦隔離電路里面，用的是一個電源，它只能是起到放大器的作用，不具備隔離的作用，如圖1所示，左邊的電路只有放大作用，沒有隔離作用；而右邊的電路二者兼有[2]。

在專業(yè)生產或工業(yè)設備上，一般都采用所謂的DC/DC模塊電路，以求得不共地的兩組電源，但這種模塊電路往往價格不菲，體積龐大，而且越是小型模塊越是價格奇高，還有就是不一定有你所需要的規(guī)格。

圖1 實現光耦隔離需要滿足的條件

我們可以利用一塊非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路、一塊六反相緩沖器/轉換器電路、一個自己繞制的隔離變壓器、一個全橋整流堆以及幾個電阻和電容自制一個制作簡便、費用低廉而實用直流-直流變換器，這套變換器電路可以直接設計在原電路系統(tǒng)里。

1 直流-直流變換器工作原理

我們設計的直流-直流變換器電氣原理圖如圖2所示，從圖中可以看出，本設計包含一套振蕩器電路IC1、一個激勵器電路IC2、一個隔離變壓器、一個整流橋堆、以及濾波電路組成。

1.1 振蕩器的工作原理

振蕩器電路由IC1及外圍阻容元件組成，IC1型號為CD4047B，CD4047由可選通的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器組成，可用作正/反向邊沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，具有重觸發(fā)和外部計數選項功能[3]。

圖2 直流-直流變換器電氣原理圖

1.2 激勵器的工作原理

激勵器IC2的型號為CD4049，CD4049是六反相緩沖器，具有僅用一電源電壓(VCC)進行邏輯電平轉換的特征。用作邏輯電平轉換時，輸入高電平電壓(VIH)超過電源電壓VCC。該器件主要用作COS/MOS到DTL/TTL的轉換器，能直接驅動兩個DTL/TTL負載。CD4049可替換CD4009，因為CD4049僅需要一電源電壓，可取代CD4009用于反相器、電源驅動器或邏輯電平轉換器。

在隔離變壓器的次級感應出來的振蕩信號經過橋堆B全橋全波整流，并由濾波電容C3加以濾波，文中所示的電容量值對于頻率為200 kHz的次級高頻電壓具有足夠的濾波效果。

1.3 變換器樣機的參數分析

我們的樣機工作電壓為12V時，最高效率為75%，當輸出電流I2(負載電流，如圖2示)為10mA時，測得次級輸出電壓U2(負載端電壓，如圖2示)為10.64 V(此時隔離變壓器初級電流為11.5 mA)。

注意變壓器的次級電流不能超過11 mA，否則次級電壓會下降到10 V以下，而且電路的效率會大大降低，但負載阻抗太低也會出現這種情況。

當次級處于開路狀態(tài)時，測得輸出電壓為14 V，當然效率卻為“0”。換句話說，本電路最佳工作狀態(tài)就是變壓器次級負載電流為10 mA的時候。

這恰好是小功率放大電路或控制電路的工作電流。

2 制作與注意事項

本設計的隔離變壓器需要自制，用0.35 mm的漆包線，在直徑為22 mm、高為13 mm的磁罐芯上各繞80匝線圈，分別作為變壓器初級和次級，磁芯標稱電感值AL必須為400nH，裝配好后要保證不能留有氣隙，否則變壓器的電感量要降低。兩線圈間需嚴格絕緣，必要時灌注絕緣油，使其擊穿電壓不低于4 kV[4]。

3 結語

本電路設計工作原理與眾多的直流電轉換器相同。但由于工作頻率很高，可省去笨重的電源變壓器而以小磁罐代之，而且變壓器可以安排在電路板上任意部位。

但本文所描述的設計，該變換器電源只能用于小電流的場合，如欲提高輸出電流，需采用輸出功率較大的隔離變壓器，同時采用輸出功率較大的集成電路振蕩器和激勵器。