Формирователь отрицательного напряжения

Автор: Старый Ржавый Электронщик

Абсолютно просто, быстро и дешево можно собрать маломощный инвертирующий преобразователь напряжения для формирования постоянного отрицательного напряжения. Оно необходимо для устройств с АЦП, с ОУ с двуполярным питанием, регулировки контрастности в ЖКИ-модулях  и т.д. Автор использует это устройство для питания цифровых вольтметра и амперметра в регулируемом блоке питания:

На схеме преобразователь представлен как проходное устройство с входом +5В и двуполярным выходом ±5В. Точка подключения выходного напряжения +5В, если таковая есть, должна быть соединена напрямую с точкой подключения входного напряжения, прямо к входному конденсатору C1.

Устройство состоит из симметричного мультивибратора и силового ключа с элементами инвертирующего импульсного преобразователя. Мультивибратор работает на частоте около 50 кГц, которая задается емкостью конденсаторов C2, C3. Силовой ключ с каждым тактом накачивает энергию в дроссель L1, который преобразует ее в отрицательные выбросы ЭДС самоиндукции. После выпрямления диодом D1 они формируют на выходном конденсаторе C5 отрицательное напряжение относительно общего провода.

Схема не оснащена стабилизацией выходного напряжения, поэтому на выходе преобразователя установлен стабилитрон D2. Он позволяет сравнять колебания напряжения с изменением тока нагрузки, а без нагрузки – ограничивает выходное напряжение на уровне 5,1 В. При необходимости стабильного напряжения  минус 5В потребуется убрать стабилитрон D2 и ввести в минусовую цепь интегральный стабилизатор («КРЕНку») с малым падением напряжения. Это немного снизит выходной ток схемы, но стабильные напряжения требуются, в основном, маломощным устройствам, которые потребляют небольшой ток.

В схеме сделан упор на простоту и надежность устройства, поэтому КПД устройства очень невысок, буквально (30–40) %. К тому же, схема не содержит дефицитных и дорогостоящих деталей.

При сборке преобразователя в первую очередь необходимо определиться с требуемым током нагрузки. С указанными на схеме номиналами R5, Q3 преобразователь развивает ток 50 мА при выходном напряжении минус (5–5,2) В. При меньшем токе нагрузки можно увеличить номинал резистора R5, это позволит снизить потребляемый ток устройства. Также можно выбрать менее габаритный транзистор Q3 из расчета предельного тока коллектора не менее чем четырехкратного току нагрузки. К примеру, при выходном токе 10 мА вполне подойдет транзистор КТ361. Разумеется, при малом выходном токе, вплоть до 20 мА, диод D1 можно заменить диодом 1N4148 (КД521, КД522).

Выбрать необходимый номинал резистора R5 можно из таблицы:

Дроссель L1 можно выбрать из готовых на ток (50–100) мА индуктивностью 220 мкГн. Можно изготовить его самостоятельно, намотав на маленькой ферритовой гантельке 50–60 витков проводом диаметром 0,2 мм.

О замене элементов: Схема не критична к параметрам деталей, за исключением указанных ниже токов коллектора транзисторов и тока диодов. Из импортных деталей можно использовать распространенные транзисторы 2SC945 (2PC945) в качестве Q1,Q2. Транзистор Q3 можно выбрать типа 2SA733 (2PA733) при выходном токе до 10 мА или 2SA1020, 2SA928 для тока до 50 мА. Диод D1 может быть любым «быстрым» на ток не менее 100 мА, к примеру, FR101…FR107, диоды SMD типа 10BF10…10BF80, 10BQ и т.д. При выборе диода можно руководствоваться требованием к времени восстановления не выше 500 нс. Стабилитрон D2 – BZX55C 5V1 или аналогичный мощностью 0,5 Вт. Детали можно заменить отечественными – транзисторы КТ315  в мультивибраторе, Q3 – на КТ361 при выходном токе до 10 мА или КТ814 при токе до 50 мА. Стабилитрон заменяется отечественным КС407Г или подобранной парой КС147 с последовательно присоединенным диодом КД521 (КД510, КД522, 1N4148) для получения напряжения стабилизации  5,1 В. Это необходимо из-за технологического допуска стабилитронов КС147 на номинальное напряжение стабилизации 4,7 В пределах (4,2-5,2) В. Конденсаторы и резисторы могут быть любыми. Тем, кто решит выполнить устройство на отдельной печатной плате, будет полезен чертеж печатной платы (справа) с расположением элементов (слева). Размеры печатной платы - 22х29мм:

Наладки устройство не требует. При исправных деталях и отсутствии ошибок в монтаже устройство начинает работать сразу.