分立元件的小功率推挽式正弦波负电源变换器

yngz

电路设计中，有时一组负电压能为设计提供方便。在对负电源的精度、稳定性、效率要求不高，而对低纹波、低干扰等指标有较高要求时，可以使用如下的电路：



变压器可以用收音机中波中周绕制，按照图中所示的数据，电路的工作频率约600khz，工作波形接近正弦波。静态电流约0.3mA，10mA输出电流时，电压跌落约0.3V，效率约50%。效率偏低，比基于PWM方案的开关式DC转换器效率低不少，但开关式DC转换器的缺点是干扰很大，不适合在接收电路中使用。

yngz

简单的电路来了。经实验表明，去掉一个分支的稳压电路，电路的性能不变。



输出电压近似于稳压管的稳压值。

之所以一开始搞那么复杂，是为了应对振荡器出现的“自持”（自我维持）现象。当反馈线圈的电压超过一定的限度，电路进入纯乙类的自激振荡，这时去掉偏置电阻，振荡并不停止。在偏置回路上作文章的稳幅电路失效，电路失控，进入饱和开关状态，产生很大的负压输出。为了应对这种情况，于是在基极激励的公共回路引入三极管进行激励电流控制。根据现在的经验来看，只要尽可能减少反馈线圈的圈数，使反馈电压处于“自持阀值”之下，电路的振荡幅度就可以仅仅由偏置回路的直流电流控制。不过这也是这个转换器效率不够高的原因。如果振荡幅度仅仅由偏置电流控制，那意味着振荡器只是工作在甲乙类模式，效率不可能超过纯乙类的78%。

sio2

天外飞仙之作，不敢恭维。楼主继续努力，盼望有好作品出现。

sio2

楼主这样的朋友也是难得的，对矿坛贡献颇丰，我也是敬佩的，但此电路以我个人观点还是采用传统单管反激开关电路更好，至于干扰，可以屏蔽解决，要得到更好的效果甚至可以将整个电路放到磁罐里，直流进、直流出。磁罐内部空间足以容纳现在的贴片元件。

yngz

冰岛 发表于 2017-7-7 00:47
电路太复杂，效率又低，工作频率进入中波段想不产生干扰恐怕没那么容易。还是RC桥振荡加推挽输出加自动增益 ...

现在已经把电路改进到相当简单的程度。

这个电路可以轻松工作在几兆赫兹的正弦波频率，600khz只是演示用的。改变谐振电容的值，就可以改变频率。在这个频率的量级下，可以使用收音机中周作变压器，不仅取材容易，而且中周有屏蔽壳，产生的干扰小。

这个电路主要解决“有无”的问题，小功率、小电流使用，效率低一些无所谓。

yngz

sio2 发表于 2017-7-7 02:05
楼主这样的朋友也是难得的，对矿坛贡献颇丰，我也是敬佩的，但此电路以我个人观点还是采用传统单管反激开关 ...

采用推挽电路有很多收益。一方面输出能力强，元件增加并不多，另一方面推挽电路有抵消偶次谐波能力，而且整流也是全波的，有利于滤波和降低干扰。电路工作在谐振状态，工作频率高，小变压器就能获得大输出，可以使用收音机中周作变压器，取材方便，还有屏蔽作用。

yngz

有了这款负电压变换器，扫频振荡器可以如下设计，不再需要PNP管作振荡管了，有利于提高工作频率，电路也可以设计得更简洁一些。

longshort

小功率、小电流的负电源应用，一片7660足矣，何必这么麻烦。

yngz

longshort 发表于 2017-7-7 15:24
小功率、小电流的负电源应用，一片7660足矣，何必这么麻烦。

这个电路的最大优势是干扰极小，收音机靠近时没有一丝杂音，可以为收音机等接收电路的设计提供辅助负电源。

ICL7660是基于电荷泵的，开关振荡有干扰，纹波大。MC34063等DC/DC转换芯片是基于PWM的，干扰就更大了，只适合数字电路使用。

longshort

yngz 发表于 2017-7-7 19:21
这个电路的最大优势是干扰极小，收音机靠近时没有一丝杂音，可以为收音机等接收电路的设计提供辅助负电源 ...

那只能说明您还不会用。很抱歉跟您说这话。

yngz

longshort 发表于 2017-7-8 06:25
那只能说明您还不会用。很抱歉跟您说这话。

7660的开关频率是10khz左右，经过试验，这个频率的方波足以对相距较近的收音机产生干扰，使收音机产生滋滋的声音。诚然，通过选择优质的元器件，设计复杂的滤波网络，进行合理的屏蔽，能够削弱开关电源的干扰，但这样做恐怕比设计一个从根本上解决问题的电路更麻烦。

以前我设计过利用双栅管振荡器稳压的负电源逆变器，但双栅管非常见器件，所以并不满足。这次对新的设计还是很满意的，用的都是最普通的元件，性能不错，进一步挖掘的潜力很大。

longshort

yngz 发表于 2017-7-8 14:29
7660的开关频率是10khz左右，经过试验，这个频率的方波足以对相距较近的收音机产生干扰，使收音机产生 ...

别逗了，手里的几个胜利表，负电源全是7660生成的，放在收音机旁边什么事儿也没有。

yngz

longshort 发表于 2017-7-8 18:28
别逗了，手里的几个胜利表，负电源全是7660生成的，放在收音机旁边什么事儿也没有。

ICL7660不需要功率电感，磁场辐射小，而且开关振荡局限在芯片极小的导电面积中，电场辐射也小。现在担心的问题的就是电源纹波，开关纹波是很难滤除的，7660的输出电容好象要求用优质的钽电解电容。用7660对灵敏的接收电路辅助供电，会不会出现纹波干扰，产生杂音。由于手头没有ICL7660，暂时无法做这个试验。实验可以这样做：用7660变换的电压对调幅收音头供电，在2-5mA左右输出电流的量级下，试听一下检波器的输出有没有杂音。如果工作电压平稳，扬声器毫无杂音，则说明电荷泵电源转换芯片可以满足收音头这些电路对纯净电源的需要。我设计的这个电源转换器就可以彻底放弃了，毕竟ICL7660外围电路极其简单，使用方便，效率极高。

yngz

上面的电路用于原理验证，下面的电路使用了更复杂的稳压电路，稳压性能有了大幅度提高。



使用发光二极管作稳压管，可以给出更加容易确定的输出电压值。

输出电流10mA以内输出电压几乎无变化，输出电流30mA时，电压降落到-3.3V左右。
毕竟变压器是用收音机7x7中周绕成的，功率容量很低，线径只有0.07，达到这个指标已经不错了。
另一方面，毕竟正弦波不如占空比可变的方波包含更多的有效值，通过改变正弦波的振幅来稳定输出电压，当输出电流很大，就需要很高的幅度，会超出电源电压的限制。

longshort

yngz 发表于 2017-7-8 21:27
ICL7660不需要功率电感，磁场辐射小，而且开关振荡局限在芯片极小的导电面积中，电场辐射也小。现在担心 ...

开关电源对模拟设备是否干扰主要在于两点：一是功率大小，二是电路布局。

7660的特点确实是没有电感，但如果不注意电路布局的话，同样可以辐射出电磁干扰。小电流、小功率运用，加上布局恰当，完全可以避免干扰其它设备。

在功率较大的情况下，电路布局是关键之举，例如我的PL757收音机用的是外接电源，电源盒里是三节经DC-DC降压变换的大号电池，每节电池内部是一块3.7V的锂离子电池变换成1.5V输出。收音机叠放在电池盒上会满波段都是干扰而无法收听，但拿开一市尺左右的距离即可满意地收听，电源导线并不携带干扰进入，这就是布局上的优势。