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发表于 2024-3-11 16:02:24
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高效大功率单电池9v升压器
在以往的单节电池升压电路中比较实用的输出功率都不大，只能稳定输出9V10mA约100mW。现在的一些数字万用表在200uF等挡位耗电达20mA甚至更多。为此笔者设计制作出一种升压电路，可以稳定输出1W，而且效率高达80％，工作频率约18KHz，电路如图1。
图2、3是比较经典的升压电路，图2电路在电子报2006第32期介绍过，笔者经试制，调小R2可以使输出功率加大一点，但小至200Ω时耗电大增，输出反而下跌至2～3V，将输出三极管换成D965无改善。为此，特设计了图1的电路，图1 实际上是从图3改进而来，都是互补多谐振荡电路，为了输出大功率，L1采用了较小的60 uH电感，，这时空载耗电为80mA。笔者分析空载时VT1的导通电阻较大，经过C1的正反馈电压被大幅度衰减，为此加入了L2、C2的正反馈支路，结果相当理想，空载耗电降为3 mA，输出能力和效率都有提高，在这里C2取值较大，只是单纯地起隔直流作用，和图2电路中正反馈电容C1的作用有根本的不同。该电路的特性见表1，实验中使用1.240V稳压电源。Rb为20KΩ、10KΩ、5KΩ时分别可以稳定输出300 mW、500 mW、1 W，Rb为10KΩ、5KΩ时空载耗电略有增加，效率略有降低。更大的输出功率对单节电池则不太合适。
负载电阻（Ω） — 3200 995 301 147.5 97.5
输出电压（V） 8.86 8.86 8.84 8.75 6.70 5.45
耗电（mA） 3.0 26.0 79 253 298 304
效率（％） — 76.1 80.2 81.1 82.2 80.8
表1 不同负载电阻时电路特性
制作时电感Ｌ1、Ｌ2和D965是关键，Ｌ1用老电视机中常见的圆柱形滤波电感，外形φ9*12mm，在工字形磁芯上有40匝；还试过很容易得到的坏计算机电源上的-12V、-5V的滤波电感，外形同上，实测100 uH，输出能力无区别，但是效率明显降低，空载耗电略低些，工作频率降到约15 KHz，大功率输出时可听见Ｌ1的尖叫声，将它的51.5匝线拆去11匝，即为60uH，基本上可以达到前述60uH的效果。Ｌ2是用φ0.31mm漆包线在L1上加绕的4匝，绕2～24匝或更多均可正常工作，区别不大，4～8匝时最优，绕制时要注意同名端。VT2采用D965，TO-92封装，40V/5A、0.75W，饱和压降较低，β值实测为467倍，用在这里非常合适，便宜且容易买到。VT1用S9015，β＞100即可，整流管用肖特基二极管1N5819，1A/40V。C1取680P是经过实验得到的最佳值，低至200P时大负载停振，330P时效率反而降低，取较高值则输出能力下降，如果Ｌ1的线径细匝数多分布电容大，将C1加大到1nF工作会更稳定。C2取0.01uF或更大一些均可，C3用钽电容，C4为220uF不能省略，否则输出能力要打折扣。实际使用时根据对输出功率的要求选取合适的Rb，Rb与VT1、VT2的放大倍数乘积相关，上述实验中β1*β2＝5万，制作时要根据实际β1*β2值调整Rb，例如实际为15万时Rb取43KΩ时特性与表1中特性相同，这时空载耗电降为2.2mA；或者接上要求的最大负载，监测输出电压跌落，调整Rb至适合的数值。较小输出时也可以在电路中加入类似图2中V2的自关断电路。数字万用表自动关机时耗电一般在5～8uA，可以在自关断三极管（即图2中V2）的be结并联47KΩ电阻，使可靠关断。
该电路创新地加入了L2、C2的正反馈支路，结合了两种反馈方式的优点，使空载耗电大幅度降低，使高输出功率与低空载耗电得以兼顾，而且效率高，非常容易制作并调整最大输出功率。有了这个电路，其他类似的三极管升压电路都可以扔进垃圾堆了。 |
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