Автоматический повышающий преобразователь напряжения

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в различных автономных датчиках, например в датчиках охранной сигнализации и других приборах, питаемых от батареи типоразмера 6F22.
Известен автономный ИК-датчик со встроенной сиреной (105 дБ) ТК-2 В. Он сконструирован для обеспечения безопасности и комфорта при использовании в помещениях. Два режима сигнализации («Тревога» и «Дверной звонок») позволят использовать его как для защиты помещений от нежелательного проникновения, так и для информирования владельца о появлении посетителя и т.д.
Датчик собран на микросхеме NCP1400ASN50T1 с выходным напряжением 5.0V. Питание: Батарейка - 9 В («Крона»), Адаптер питания - 9 В 100 мА. Потребление: 150 мкА в режиме ожидания. Производитель: OV Semiconductor (Read more: https://www.smartronru/catalog/prodvets).
Такой датчик с автономным питанием работает практически непрерывно, потребляя большую часть времени небольшой ток в дежурном режиме и только кратковременно - в десятки раз больше. В дежурном режиме потребляемый датчиком ток не превышает долей миллиампера, а при подаче сигнала тревоги он возрастает до 60 мА. К источнику питания этого устройства предъявляются противоречивые требования. С одной стороны, он должен иметь напряжение 6-9 В и выходной ток несколько десятков миллиампер, чтобы обеспечить достаточную громкость сигнала тревоги, с другой - большую емкость и малые габариты. Для питания этого устройства применена батарея типа «Крона». Существуют батареи гальванических элементов или аккумуляторов подобного типоразмера, соответствующие указанным требованиям, но они недешевы. Если применить дешевые, они могут не обеспечить требуемого тока, обычно имеют большой ток саморазрядки и поэтому требуют частой замены.
Целью полезной модели является снижения энергопотребления устройства.
Поставленная цель достигается тем, что автоматический повышающий преобразователь напряжения, состоящий из электронной микросхемы типа NCP1400ASN50T1, выпрямителя на диодах VD1 и VD2 и накопительного дросселя L1 выполненного с отводами, а также конденсаторов С1, С2, С3, и гасящих резисторов R1, R2, а также входа 1 и выхода 2, в преобразователь напряжения включен полевой транзистор VT1 и подстрочный резистор R3, причем база полевого транзистора VT1 соединена с подстрочным резистором R3, а коллектор соединен со входом управления электронной микросхемы (вывод 1), и через резистор R1, дроссель L1 и диод VD2 с плюсом схемы, а эмиттер в свою очередь соединен с подстрочным резистором R3, при этом включение и выключение преобразователя напряжения осуществляет полевой транзистор VT1.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя. Она содержит:
микросхему NCP1400ASN50T1, диоды VD1 и VD2, дроссель L1, конденсаторы С1, С2, С3, резисторы R1, R2, полевой транзистор VT1, подстрочный резистор R3.
Микросхема NCP1400ASN50T1 предназначена для построения стабилизированного импульсного преобразователя напряжения с выходным напряжением 5 В. Микросхема работает так, что поддерживает указанное постоянное напряжение на своем входе OUT (выход 2). Чтобы получить на выходе преобразователя напряжение в два раза больше, применены два выпрямителя на диодах VD1 и VD2, а накопительный дроссель L1 выполнен с отводом.
Но каков бы ни был выходной ток, сам преобразователь все равно потребляет от источника питания ток. Чтобы его уменьшить, можно периодически выключать преобразователь, а во время паузы в работе питать сигнализатор от накопительного конденсатора. Так и предлагается в заявленном устройстве, поскольку у микросхемы есть вход управления СЕ (вывод 1). Включение и выключение преобразователя осуществляет полевой транзистор VT1.
Сразу после подачи питающего напряжения конденсатор С3 разряжен, транзистор закрыт и на вход CE поступает высокий уровень, включающий преобразователь. Начинается зарядка конденсатора С3, и когда напряжение на затворе транзистора станет достаточным для его открывания, на входе СЕ микросхемы напряжение уменьшится практически до нуля, преобразователь выключится. Когда конденсатор С3 немного разрядится, транзистор закроется и преобразователь снова включится.
мин
макс
В результате ток, потребляемый преобразователем при работе датчика в дежурном режиме, носит импульсный характер, а напряжение на конденсаторе изменится между двумя значениями U и U (фиг. 2). Амплитуда импульса тока - около 200 мА, длительность импульса - около 1 мс, период следования - около 1,5 с. Поэтому средний ток, потребляемый от источника питания в этом режиме, не превышает 1 мА.
Используя тот факт, что датчик нормально работает в интервале питающего напряжения 7-10 В, принято решение установить (с помощью подстрочного резистора R3) выходное напряжение 7,5-8 В. Таким образом, преобразователь периодически включается и выключается, поддерживая на выходе указанное напряжение. Поэтому нестабильность выходного напряжения относительно высока - ±0,5 В, но на работоспособность датчика это не влияет. При разрядке аккумулятора период включения уменьшается. Без полевого транзистора выходное напряжение преобразователя - 9-9,5 В.
Когда датчик перейдет в режим тревоги, период включения преобразователя резко уменьшится. Если выходное напряжение станет меньше 8 В, полевой транзистор закроется, и преобразователь будет работать постоянно. Термостабильность выходного напряжения определяется в первую очередь параметрами полевого транзистора. В данном случае температурный коэффициент напряжения - отрицательный, равный нескольким милливольтам на градус Цельсия.
Если датчик выключить с помощью штатного выключателя, преобразователь продолжит работу, но период его включения возрастет в несколько раз и ток, потребляемый от источника питания, уменьшиться.