Convertidor de 5 V a +/- 10-15 V más simple posible (para amplificadores operacionales)

Estoy buscando la solución más simple posible para alimentar amplificadores operacionales desde USB o cargador de teléfono.

Requisitos:

  • Voltaje de entrada de +5V
  • Voltaje de salida de ±10 V a ±15 V
  • al menos 10 mA de corriente de salida en ambos rieles (+/-)
  • muy bajo costo
  • recuento de piezas bajo
  • partes simples y accesibles (sin circuitos integrados especializados)
  • bajo nivel de ruido y ondulación sería bueno (se permiten reguladores lineales pequeños y baratos en la salida)

¿Es esto posible sin un transformador, cuando no necesito separación y no me importa el cambio de GND en relación con USB GND?

Si pudiera manejar con +/- 10V, entonces podría hacer trampa con un chip MAX232 ... Sin embargo, no estoy seguro de qué corriente puede obtener.
Estoy bien con MAX232. Simplemente no quiero usar circuitos integrados inversores relativamente caros, quiero usar piezas que sean fáciles de comprar en tiendas de electrónica malas/pequeñas/locales :)
Supongo que has mirado los convertidores DC-DC... ~$5 cada uno por lo que quieres. ¿Qué es un costo muy bajo?
@GeorgeHerold Tenía la esperanza de que se pudiera hacer con algunos transistores, resistencias, bobinas y condensadores que se pueden encontrar en mi taller. Puedo comprar un transformador de 2VA 230V/15+15V por 4,50 USD, algunos diodos, condensadores y reguladores lineales y construir una fuente de alimentación muy simple de 15+15V/60mA. Quiero algo realmente barato.
Supongo que es posible crear su propio convertidor de impulso de modo de conmutación. Por ejemplo: vin a inductor a diodo a out (+caps). El nodo entre el inductor y el diodo está conmutado por PWM (con un fet) a tierra. PWM es de, digamos, 555. Esto producirá una salida más grande que puede regularse linealmente. Um. Ok, aquí hay un ejemplo: learn.adafruit.com/diy-boost-calc . El nodo conmutado se puede aprovechar para producir también el voltaje invertido a través de una bomba de carga de condensador-diodo-diodo. Aunque todo es muy manual...
@carveone Esto es lo que necesito, pero no estoy seguro de cómo agregar un riel negativo a ese esquema de adafruit. No tengo idea de cómo manejar el lado negativo del transistor con NE555.
Ah, es un complemento común para los convertidores boost o buck, pero tiene algunas limitaciones (por ejemplo, no está regulado, depende de la carga). Lo que hace es tomar la onda cuadrada de mayor voltaje presente en el nodo inductor-diodo-fet, pasarla por una tapa y luego sujetar el diodo en el otro extremo. Déjame encontrar una imagen en algún lugar y volver a editar este comentario :-)
@carveone Sé que el convertidor elevador tiene desventajas, pero supongo que puedo agregar un regulador lineal al final y debería ser suficiente para el suministro de amplificador operacional. ¿Quizás deberías agregar una respuesta? :)
Podría ser mejor :-)
Para este nivel de potencia, puede probar MC34063. No es nuevo ni brillante como el LT1930, pero cuesta menos de $1. Combine con la idea de la bomba de carga de @carveone para una salida negativa, o tal vez un inductor acoplado fuera del impulso.

Respuestas (4)

(¡los comentarios se hicieron un poco largos!)

En general, es posible crear su propio convertidor elevador de modo de conmutación con diferentes niveles de funcionalidad. Cualquier convertidor elevador cambia un inductor a tierra con un FET para producir una forma de onda de mayor voltaje. Esto se puede rectificar y suavizar para producir el voltaje más alto. Todos los convertidores de refuerzo de tipo chip toman esta salida y la retroalimentan para que puedan ajustar la forma de onda de conmutación PWM para mantener la salida estable.

El siguiente circuito está tomado de una nota de Adafruit y muestra el concepto:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La nota de adafruit no se preocupa por la estabilidad de salida absoluta, solo un rango de voltajes de salida a una corriente de salida y voltaje de entrada bastante estáticos. No tiene comentarios, por lo que es solo aproximado. Sin embargo, con un pequeño rango de corrientes de salida, un regulador lineal puede compensar aquí.

La inversión se puede realizar utilizando la forma de onda PWM de mayor voltaje, presente en el nodo inductor-fet-diodo y alimentándola a una bomba de carga de capacitor-diodo. La onda en el nodo se pasa a través de un capacitor. El otro lado del condensador es un diodo sujeto a tierra, lo que cambia la forma de onda negativa. Esta imagen, extraída de forma aleatoria de imágenes de Google, muestra la idea:

ingrese la descripción de la imagen aquí

En este caso, este circuito está generando transiciones de tierra a +Vcc que luego son invertidas por el capacitor y dos diodos. La salida se suaviza y luego se regula por zener.

El concepto combinado (es decir, la entrada PWM al FET es "el problema de otra persona") podría verse así:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Para el uso de opamp, se recomienda filtrar la forma de onda de conmutación a través de un filtro inductor PI antes de enviarla a los reguladores lineales.

Editar: Hice una pregunta sobre esta táctica de inversión en stackexchange hace poco tiempo que también puede ser relevante: bomba de carga inversora con características de carga del convertidor elevador

Eche un vistazo al LT1930 . En la página 8 de esa hoja de datos hay un convertidor de 5 V a +/- 15 V que usa un solo inductor. He construido uno y funciona bastante bien.

No es exactamente "construido a partir de cosas que ya están en mi taller", pero puede comprar las partes y piezas necesarias por alrededor de $ 10 de Digikey y usa alrededor de 1.5 cm2 de espacio de PCB.

Ese es un convertidor elevador con la bomba de carga inversora colocada después del inductor. Me pregunto con qué ayudan D2 y C4 en este caso. En mi caso, descubrí que si no sacaba corriente de la línea +ve, la línea -ve colapsaría a Vin tan pronto como sacara corriente. ¡No es inesperado, por supuesto, debido a que la línea de retroalimentación proviene únicamente del riel +ve! A menos que te guste reinventar las cosas, estoy de acuerdo con este estilo de solución. A pesar de que Linear me parece un poco caro aquí (¡de Farnell de todos modos!).
Se ve muy bien y no es tan caro como escribiste.
¡Buen descubrimiento! Ese es un chip bastante bueno.

Los chips MAX743 ( hoja de datos ) harán el trabajo y son de bajo costo, a alrededor de $ 13.00 por chip en este momento en Digikey . Si quiere más barato que eso, terminará gastando $ 5.00 por chip de todos modos, y tendrá que comprar un par de circuitos integrados de conmutación DC-DC separados más circuitos externos de todos modos. Este chip está diseñado específicamente para convertir +5 VCC a ±12/15 VCC, por lo que es una solución todo en uno, más el circuito externo necesario para ejecutarlo. Como beneficio adicional, vienen en paquetes SPDIP de 16 pines, por lo que si es un aficionado sin su propio CNC o capacidades de transferencia/grabado de tóner, puede probarlo en una placa de prueba sin soldadura.

Además, considere el Triángulo de gestión de proyectos: rápido, bueno, barato: elija dos.

Con respecto a sus requisitos:

  • Voltaje de entrada de +5V
    • Requisitos cumplidos
  • Voltaje de salida de ±10 V a ±15 V
    • Requisitos cumplidos
  • al menos 10 mA de corriente de salida en ambos rieles (+/-)
    • Requisitos cumplidos
    • 100mA generados por riel en modo 15V, 125mA en modo 12V
  • muy bajo costo
    • Requisitos cumplidos
    • Por lo que está obteniendo y lo que es normal, esto se considera de bajo costo, a menos que desee diseñar manualmente su propio suministro simétrico de doble salida de conmutación a partir de componentes discretos.
  • recuento de piezas bajo
    • Requisitos cumplidos
    • una ficha
  • partes simples y accesibles (sin circuitos integrados especializados)
    • Definido "especializado"; Es un chip común de una empresa que no cerrará en el corto plazo.
  • bajo nivel de ruido y ondulación sería bueno (se permiten reguladores lineales pequeños y baratos en la salida)
    • Requisitos cumplidos
    • Buena regulación de línea (0,05 %/%) y regulación de carga (1%)
Bueno... Parece la solución perfecta, pero ese precio triplicará el costo de mi dispositivo. Por ese precio puedo hacer o comprar fuente de alimentación con dos carriles.
@Kamil con probablemente una décima parte de los bienes inmuebles de PCB utilizados. Tienes la opción de crear tu propio sistema desde cero. Supongo que el tiempo que dedica el ingeniero de diseño es finito y cuesta dinero.
@Kamil con riesgo adicional, tiempo de diseño, tiempo de finalización/tiempo de entrega. Soy escéptico de que aumente el costo de su dispositivo basado solo en los tiempos de fabricación de PCB.
Pero necesito 2 piezas para 2 rieles... ¿Verdad?
@Kamil No, solo se necesita un solo chip (es decir, salida dual: una es de aumento/impulso (+5 V CC --> +12 V CC) y la otra es inversora (+5 V CC --> -12 V CC). Además, otros comentarios han publicado soluciones similares que también son viables. ¡Buena suerte!

Vea el LT3463: una solución integrada muy pequeña

Convertidor de 5 V a +/- 10-15 V más simple posible (para amplificadores operacionales)
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