崔建國(guó)，寧永香

(山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 陽(yáng)泉 045000)

0 引言

在某些電氣或電子電路設(shè)計(jì)中，比如控制繼電器的電路、控制電磁閥的電路，因?yàn)槔^電器線圈或者是電磁閥都屬于感性負(fù)載，而感性負(fù)載就是具有和電感一樣特性的負(fù)載，電感最大特性即電流不能瞬間來(lái)，也不能瞬間走，所以當(dāng)他們通斷的時(shí)候，可能由于回流產(chǎn)生一些較強(qiáng)烈的干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)有時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響前置控制電路的正常工作[1]。

又比如通信電路的設(shè)計(jì)中，例如485通信電路，外界的線路常常會(huì)引入干擾。

這些都需要對(duì)這兩種電路信號(hào)或電路通道實(shí)行電隔離，一般采用光電耦合器來(lái)完成，但這樣一來(lái)這兩個(gè)電路必須具備兩個(gè)獨(dú)立電源，一個(gè)為光耦的發(fā)射器用，另一個(gè)為接收器用，而且這兩電源不能共地，如果你的光耦隔離電路里面，用的是一個(gè)電源，它只能是起到放大器的作用，不具備隔離的作用，如圖1所示，左邊的電路只有放大作用，沒有隔離作用；而右邊的電路二者兼有[2]。

在專業(yè)生產(chǎn)或工業(yè)設(shè)備上，一般都采用所謂的DC/DC模塊電路，以求得不共地的兩組電源，但這種模塊電路往往價(jià)格不菲，體積龐大，而且越是小型模塊越是價(jià)格奇高，還有就是不一定有你所需要的規(guī)格。

圖1 實(shí)現(xiàn)光耦隔離需要滿足的條件

我們可以利用一塊非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路、一塊六反相緩沖器/轉(zhuǎn)換器電路、一個(gè)自己繞制的隔離變壓器、一個(gè)全橋整流堆以及幾個(gè)電阻和電容自制一個(gè)制作簡(jiǎn)便、費(fèi)用低廉而實(shí)用直流-直流變換器，這套變換器電路可以直接設(shè)計(jì)在原電路系統(tǒng)里。

1 直流-直流變換器工作原理

我們?cè)O(shè)計(jì)的直流-直流變換器電氣原理圖如圖2所示，從圖中可以看出，本設(shè)計(jì)包含一套振蕩器電路IC1、一個(gè)激勵(lì)器電路IC2、一個(gè)隔離變壓器、一個(gè)整流橋堆、以及濾波電路組成。

1.1 振蕩器的工作原理

振蕩器電路由IC1及外圍阻容元件組成，IC1型號(hào)為CD4047B，CD4047由可選通的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器組成，可用作正/反向邊沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，具有重觸發(fā)和外部計(jì)數(shù)選項(xiàng)功能[3]。

圖2 直流-直流變換器電氣原理圖

1.2 激勵(lì)器的工作原理

激勵(lì)器IC2的型號(hào)為CD4049，CD4049是六反相緩沖器，具有僅用一電源電壓(VCC)進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換的特征。用作邏輯電平轉(zhuǎn)換時(shí)，輸入高電平電壓(VIH)超過(guò)電源電壓VCC。該器件主要用作COS/MOS到DTL/TTL的轉(zhuǎn)換器，能直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)DTL/TTL負(fù)載。CD4049可替換CD4009，因?yàn)镃D4049僅需要一電源電壓，可取代CD4009用于反相器、電源驅(qū)動(dòng)器或邏輯電平轉(zhuǎn)換器。

在隔離變壓器的次級(jí)感應(yīng)出來(lái)的振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)橋堆B全橋全波整流，并由濾波電容C3加以濾波，文中所示的電容量值對(duì)于頻率為200 kHz的次級(jí)高頻電壓具有足夠的濾波效果。

1.3 變換器樣機(jī)的參數(shù)分析

我們的樣機(jī)工作電壓為12V時(shí)，最高效率為75%，當(dāng)輸出電流I2(負(fù)載電流，如圖2示)為10mA時(shí)，測(cè)得次級(jí)輸出電壓U2(負(fù)載端電壓，如圖2示)為10.64 V(此時(shí)隔離變壓器初級(jí)電流為11.5 mA)。

注意變壓器的次級(jí)電流不能超過(guò)11 mA，否則次級(jí)電壓會(huì)下降到10 V以下，而且電路的效率會(huì)大大降低，但負(fù)載阻抗太低也會(huì)出現(xiàn)這種情況。

當(dāng)次級(jí)處于開路狀態(tài)時(shí)，測(cè)得輸出電壓為14 V，當(dāng)然效率卻為“0”。換句話說(shuō)，本電路最佳工作狀態(tài)就是變壓器次級(jí)負(fù)載電流為10 mA的時(shí)候。

這恰好是小功率放大電路或控制電路的工作電流。

2 制作與注意事項(xiàng)

本設(shè)計(jì)的隔離變壓器需要自制，用0.35 mm的漆包線，在直徑為22 mm、高為13 mm的磁罐芯上各繞80匝線圈，分別作為變壓器初級(jí)和次級(jí)，磁芯標(biāo)稱電感值A(chǔ)L必須為400nH，裝配好后要保證不能留有氣隙，否則變壓器的電感量要降低。兩線圈間需嚴(yán)格絕緣，必要時(shí)灌注絕緣油，使其擊穿電壓不低于4 kV[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

本電路設(shè)計(jì)工作原理與眾多的直流電轉(zhuǎn)換器相同。但由于工作頻率很高，可省去笨重的電源變壓器而以小磁罐代之，而且變壓器可以安排在電路板上任意部位。

但本文所描述的設(shè)計(jì)，該變換器電源只能用于小電流的場(chǎng)合，如欲提高輸出電流，需采用輸出功率較大的隔離變壓器，同時(shí)采用輸出功率較大的集成電路振蕩器和激勵(lì)器。