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低压直流供电电路中高压直流的产生

作者:  时间:2008-10-13 17:11  来源:EDN China
在低压直流供电线路特别是电子电路中,电路的绝大部分使用由电源提供的低压,但在线路的某一个部分或某几个部位,需要供高于电源的直流电压,若将整个线路的供电电压提高,既要重新更换或设计电源,又会给整个电路的部件提出更高耐压的要求:若不提高电源电压,需要高电压的电路部分又不能正常工作,本文就基于整个供电电路的低压电源,在某些部分产生较高的直流电压常采用的方法,通过一些具体实例做阐述总结。

  以低压直流作基础产生较高的直流电压,常见的方式有3种类型:利用电容充电后再垫高负极电位,即自举升压;利用电感产生的自感电动势对电容强制充电;利用振荡电路将直流变为交流或直流脉冲,再通过倍压整流产生高压。

  1 利用电容充电后再垫高负极电位

  电容被电源E充电后,其正、负极之间将维持一定的电压Uc=U+-U-=E,若负极电位为零,即U-=0,则正极电位与电容上充的电压相等,U+=Uc;若充电完毕后,将负极接到某一电位U0上,尽管此时电容上的电压不变,但其正极电位就等于电容上的电压与负极所接电位之和,即U+=Uc+U0,从而可以实现U+>E,即得到高于电源的电压,有时将这种升压方式叫自举升压。

  (1)黑白电视机行扫描电路中的倍压电路

  在黑白电视机中,整机内部采用12 V直流供电,但为了改善行扫描的线性,需要提高行输出级上的行偏转使用的电压,一般是将电源12 V提高到24 V左右加到偏转线圈上,采用的方法如图1所示:该图是黑白电视机的行输出级电路,整体看该级使用的电源为12 V,但工作时经过电容C0、二极管D0、电感L0组成的升压电路转换,行输出管集电极c实际得到的直流电压为24 V左右,即行偏转线圈实际使用的电源为24 V左右,达到了改善行线性的目的。

倍压电路

  原理为:行输出管T在行脉冲的作用下工作于开关状态,因而其集电极流过的是脉冲电流,当T导通时,电流经升压二极管D0、行输出变压器Tr的初级线圈L0的下半部流过,并产生上正下负的自感电动势e1=12 V,上部自然会感应出电动势e2方向亦为上正下负,若D0的负极接在L0的中点,则有e2=e1(若不在中点,则有e2e1),该电动势会通过D0对C0充电,使电容C0上出现大小与e2相等的电压,即升压电容C0上会维持12 V的电压,而C0的负极与电源12 V相连,这样C0正极对地的实际电位应是12 V电源电压与C0上电压之和,即可达到24 V,若用万用表的直流电压档测量,行输出管T集电极、电容Cs上的直流电压均为24 V,从而实现了提升局部供电电压的目标,达到了改善行线性目的。升压二极管D0既给电源提供了向输出级输入能量的通道,同时又隔离了24 V倍压与12 V电源电压。显然,若D0的负极不是连接在L0的中间点,例如上部匝数偏多,则C0上的电压会大于12 V,最终的升压可能会大于24 V,反之则低于24 V。

  (2)OTL功放电路中的自举升压

  电子线路上常用的OTL互补对称功率放大电路,如图2所示。

自举升压电路

  T1,T2为2只互补型的功放管,静态时A点电压,因而C0上有Ec/2的电压。信号注入后,T1,T2交替放大信号的前、后半周,为了确保T1在放大信号时导通角达到180°(小于180°会引起交越失真),应当确保T1在半个周期内基极与发射极之间的偏压几乎恒定,不能小于发射结的导通电压,否则T1管会提前截止,从图2中可以看出T1导通时,电源Ec经T1会对C0充电,尽管C0的容量较大,但随着充电的进行,C0上的电压,即A点对地电压势必也会上升,若T1基极电压不随A点电位上升,T1的发射结偏压会下降,就会使T1提前截止。为此在A,B两点接一容量较大的电容C1,由于C1上已充上了Ec/2的电压,且其容量较大,故当A点电位上升时,相当于C1负极电位被垫高,正极电位也自然升高,则B点电位会上升到高于Ec的程度。B点电位升高经R1带动T1基极电位的升高,这样就保证T1发射结偏压不会由于A点电位的升高而下降,故C1称自举升压电容,R1是隔离电阻,可以确保A点电压瞬间升高时B点电压可以高于电源电压Ec。

  (3)手机读卡电路

  在手机读卡电路上要用到5 V的电压,而手机所用电池早期为4.8 V,现在的手机均为3.6 V,因电池电压往往随所剩电量的多少有所变化,为确保手机工作稳定,不因电池电压的变化而影响通话质量,电池电压并未直接供给手机各部分使用,而是通过稳压IC变为3.2 V,2.8 V,3 V等更低的电压供各部分使用。在这种情况下就需要通过升压电路将3 V左右的电压升为5 V。如图3(a)所示,是用在爱立信788手机上的升压电路。

  N750为一电子开关电路,型号为C70851,电压从2脚输入后,内部电子电路开始工作,可以实现将第1,8脚接的电容C750与第4,5脚接的电容C751定时相并联、相串联,也就是使两电容交替性地相并联、相串联。+3 V的电源经R607,C606,R751,C757组成的RC滤波网络后,电压约为2.5 V送入N750的2脚,首先C752,C751处于并联状态,2.5 V的电源对其充电,使两电容上均出现2.5 V的电压,然后经内部电子开关转换使C751与C752处于串联状态,并且其中一支的负极与另一支的正极相连,如图3(b),(c)所示,这样两电容上的总电压成为5 V,经电容滤波后从第3脚输出,供SIM卡电路使用。

 

升压电路 

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