Для питания ноутбука необходимо напряжение около 19 В. Чтобы получить его от бортовой сети автомобиля требуется повышающий преобразователь напряжения. Пример конструкции такого устройства на микросхеме КР1156ЕУ5 и порядок его расчёта описаны в статье С. Муралёва "Преобразователь напряжения для питания ноутбука от автомобильного аккумулятора" ("Радио", 2008, № 12, с. 29-31).
Предлагаемое устройство выполнено на основе микросхемы таймера КР1006ВИ1. Оно отличается от прототипа более широким интервалом входного напряжения и высоким значением максимального выходного тока
Основные технические характеристики
Входное напряжение, В ......10.. 15
Выходное напряжение, В ........19
Максимальный выходной
ток, А 4,7
КПД, % .........................88
Частота преобразования,
кГц ....................55...84
Габариты, мм .. .80x65x50
Вес, кг . ... .0,3
Рис. 1
Схема устройства показана на рис. 1. На микросхеме DA1 собран генератор прямоугольных импульсов длительность которых зависит от управляющего напряжения на выводе 5. Длительность паузы между импульсами постоянная. Номиналы времязадающих элементов R1, R2, С1 выбраны так, что пауза между импульсами продолжается около 9,1 мкс, а длительность импульсов варьируется ориентировочно от 2,8 до 9 мкс при уменьшении входного напряжения от 15 до 10 В При этом напряжение на выводе 5 микросхемы изменяется в интервале 4,1...6 В Этот интервал определяется сопротивлением резистора R1. Импульсы, формируемые на выходе микросхемы (вывод 3), управляют мощным ключевым полевым транзистором VT1.
Когда транзистор VT1 открыт, через дроссель течёт нарастающий ток, в результате чего он накапливает энергию магнитного поля. Когда транзистор VT1 закрыт, ток дросселя течёт через диод VD1 и заряжает накопительный конденсатор С4. Так энергия, накапливаемая в дросселе, передаётся в конденсатор С4, на котором формируется выходное напряжение. Конденсатор С2 подавляет низкочастотные импульсные помехи во входной цепи питания, конденсатор СЗ - высокочастотные. Эти конденсаторы препятствуют проникновению импульсных помех, генерируемых преобразователем, в бортовую сеть автомобиля. Конденсатор С5 подавляет всплески выходного напряжения, которые образуются на внутренней последовательной индуктивности конденсатора С4.
Цепь стабилизирующей обратной связи выполнена на транзисторе VT2 и стабилитроне VD2. Разность выходного напряжения преобразователя и напряжения стабилизации стабилитрона VD2 сравнивается с напряжением открывания эмиттерного перехода транзистора VT2. Сигнал рассогласования усиливается транзистором VT2 и определяет управляющее напряжение на его коллекторе, соединённом с выводом 5 микросхемы DA1 Конденсатор С6 уменьшает влияние пульсаций выходного напряжения на управляющее напряжение. Резистор R4 ограничивает ток базы транзистора VT2 на безопасном уровне. Резистор R5 задаёт ток через стабилитрон VD2 около 2 мА. При увеличении выходного напряжения выше номинального значения ток базы транзистора VT2 также увеличивается, напряжение на выводе 5 микросхемы DA1 снижается. В результате скважность импульсов увеличивается, что приводит к снижению выходного напряжения преобразователя. Следовательно, при снижении выходного напряжения меньше номинального значения ток базы транзистора VT2 также уменьшается, а напряжение на выводе 5 микросхемы DA1 повышается В результате скважность импульсов уменьшается, что приводит к увеличению выходного напряжения
Вывод 5 микросхемы соединён с выводом 4, через который можно отключать генератор Такая необходимость бывает при работе преобразователя с малым током нагрузки или в режиме холостого хода. В этом случае из-за наличия пульсаций тока через дроссель за время, пока транзистор VT1 открыт, дроссель успевает запасти больше энергии, чем необходимо нагрузке, что приводит к росту выходного напряжения. Обратная связь стремится скомпенсировать повышение напряжения увеличением скважности импульсов путём снижения управляющего напряжения на выводе 5 примерно до 0,7 В. Однако этого недостаточно поскольку минимальная длительность импульсов ограничена, и если бы вывод 4 не был бы соединён с выводом 5, то произошёл бы рост выходного напряжения, не компенсируемый цепью обратной связи. Снижение напряжения на выводе 4 примерно до 0,7 В обрабатывается микросхемой как сигнал сброса, приостанавливающий работу генератора. Поэтому соединение вывода 4 с выводом 5 обеспечивает стабильную работу обратной связи цепи даже в режиме холостого хода.
Рис. 2
Внешний вид собранной платы устройства показан на рис. 2. Транзистор VT1 и диод VD1 установлены на теплоотводах площадью по 50 см2. Транзистор КП727Б (VT1) можно заменить на КП723А-КП723В, КП746А-КП746В,
КП812 с любым буквенным индексом, а также на IRFZ34N, BUZ11 или другие аналогичные приборы, рассчитанные на постоянный ток не менее 15 А с возможно меньшим сопротивлением открытого канала.
Транзистор КТ201ГМ (VT2) можно заменить на КТ306Г, КТ312В, КТ342А, КТ342ГМ, КТ358В, КТ375Б, КТ3102А, КТ315Б КТ315Г, КТ315Е, КТ315Ж
КТ340А, КТ340Б, КТ503Б, КТ503Г,
ВС547А или другие п-р-п транзисторы с коэффициентом передачи тока базы не менее 100 при токе коллектора 1 мА.
Диод Шотки КД272А можно заменить на 2Д2998Б 2Д2998В КД2998В-
КД2998Д, MBR1635, MBR1645 и на любые из серий 2Д252, КД272, КД273, 2Д2992-2Д2997, 2Д2999, а также на другие диоды Шотки, рассчитанные на прямой ток не менее 15 А и обратное напряжение не менее 25 В.
Стабилитрон 2С218Ж (VD2) можно заменить на КС218Ж, КС518А, КС508Г, КС509Б, 1 N4746 или другим с напряжением стабилизации 18 В. Для более точной настройки выходного напряжения может потребоваться подбор стабилитрона.
Микросхема таймера КР1006ВИ1 (DA1) может быть заменена на КР1441ВИ1, КР1087ВИ2 NE555N Дроссель L1 намотан проводом ПЭВ-2 диаметром 1,25 мм на двух сложенных вместе кольцевых магнитопроводах КП27х15x6 из пермаллоя МП 140. Подойдёт и несколько более тонких проводов, соединённых в жгут с общей площадью сечения около 1 мм2. Обмотка содержит 16 витков. Можно также применить жёлто-белый кольцевой магнитопровод Т106-26 фирмы Epcos от многообмоточного дросселя в блоке питания компьютера В этом случае оставляют имеющуюся на дросселе обмотку (24 витка провода диаметром 1 мм), остальные обмотки удаляют. При самостоятельной намотке она выполняется в один полный слой провода ПЭВ-2 диаметром 1...1,25 мм. Подойдут и другие дроссели с индуктивностью не менее 18 мкГн, рассчитанные на утроенный максимальный ток нагрузки. Индуктивность дросселя не должна быть слиш-
ком велика: при её увеличении выше 100 мкГн стабилизатор может потерять устойчивость.
Оксидные конденсаторы С2 и С4 должны быть рассчитаны на допустимый ток пульсаций не менее 3 А и иметь по возможности малое эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС), т. е. относиться к категории "Low ESR". Это позволяет снизить пульсации выходного напряжения и повысить надёжность устройства. Подойдут, например, конденсаторы Jamicon серий WL. При необходимости каждый конденсатор С2 или С4 можно заменить несколькими параллельно соединёнными одинаковыми конденсаторами. В этом случае можно ориентировочно полагать что допустимый ток пульсаций растёт пропорционально числу соединённых конденсаторов Конденсатор СЗ устанавливают в непосредственной близости к микросхеме DA1. Конденсаторы СЗ и С5 должны быть керамическими.
Соединения входа с бортовой сетью и выхода с ноутбуком выполнены так же, как в прототипе. Соединительные провода - гибкие, медные, многожильные в ПХВ изоляции сечением не менее 2,5 мм2. Для подключения к бортовой сети автомобиля применена вилка прикуривателя с внутренним предохранителем FU1 Следует иметь в виду, что входной ток устройства может достигать 10 А. Он не должен протекать через пружину внутри вилки прикуривателя. Для этого пружину дублируют проводом сечением не менее 1 мм2. Соединение преобразователя с ноутбуком осуществляется посредством соответствующей вилки. Например, для ноутбуков Acer обычно применяет-
ся цилиндрический штекер размерами 5,5x1,7x10,7 мм (внешний, внутренний диаметры и длина); для ноутбуков Asus - 5,5x2,5x10,7 мм. Центральный контакт штекера соединяют с выходом +19 В
Автор: К. Гаврилов, г, Новосибирск