Подскажите название топологии преобразователя

[epm240]

Всем привет.
Наткнулся недавно на один весьма интересный проект. В нем предлагают использовать аудио разъем(jack) для двусторонней передачи данных, а также в качестве источника питания для маломощных электронных схем. Вот ссылка на сайт разработчиков - http://web.eecs.umich.edu/~prabal/projects/hijack/.
Идея не нова. Реализацию передачи данных через аудио разъем встречал на просторах интернета не раз. Однако, меня, в первую очередь, заинтересовала возможность питания мало потребляющих устройств подобным образом. Вот тут http://www.seeedstudio.com/wiki/index.php?title=Hijack были найдены примеры проектов использующих такой принцип работы. Схему одного из устройств можно найти во вложении. Для питания используется вот такой преобразователь:

Как сказано на сайте разработчиков, на вход подается аудио сигнал с частотой 22кГц. На выходе они получают 7,4мВт мощности, чего им хватает для питания мк и пары датчиков. Микросхема MIC5231 - LDO. Не подскажите что это за топология и, в идеале, как примерно работает. С такой топологией не сталкивался, поэтому даже не знаю что в гугле вбивать...

[BSVi]

Топология никак не назыается. А вот структура на транзисторах - это синхронный выпрямитель или мост из "идеальных" диодов. Правда, не понятно зачем диод дальше стоит.

[epm240]

Спасибо за ответ. На чем можете посоветовать мотать трансформатор?

[BSVi]

На феррите, конечно.

[epm240]

В намотке, к сожалению, не копенгаген. Найдя у себя в запасах ферритовое кольцо неизвестного материала и намотав сверху некоторое количество витков, получил вот это:

Для получившегося "трансформатора":

Вход. Клетка - 0,5В. Амплитуда сигнала ~0,5В.


Выход. Клетка - 0,5В. Амплитуда сигнала ~3В

При бОльшем количестве витков амплитуда выходного сигнала уменьшается, при меньшем - трансформатор перестает выполнять свою функцию. Для приведенной выше схемы неплохо бы получить амплитуду на выходе в районе 10В (чтобы в дальнейшем выпрямить и подать на стабилизатор). Понимаю что намотано все дико криво и неправильно. В сети в основном находил материалы и методики по намотке трансформаторов для различных импульсных БП. Можете подсказать какую-нибудь программу или методику для расчета моего типа трансформатора?

И еще пара небольших вопросов:
1) Какой тип обмотки здесь можно применить? Можно ли размещать обмотки как в статье про GDT(раздельный тип обмотки, сосредоточенный, круговой и т.д.) или же вторичная обмотка должна быть обязательно поверх первичной?
2) Насколько понимаю, большие зазоры между витками(как у меня) это плохо и располагать витки, в случае если намотка виток к витку невозможна, следует как можно более плотно(за счет увеличения их количества) и равномерно. Верно ли это?

[webkirov]

А почему на фотках аплитуда 0,25, а в подписи под фоткой написано 0,5? Амплитуда это от нуля до максимального значения. А вот размах это от максимального до минимального значения. На фотках получается для входа: амплитуда 0,25В, размах 0,5; для выхода амплитуда 1,5В, размах 3 Вольта.

По трансформатору:
Если предполагается подавать на первичную обмотку трансформатора синусоидальный сигнал (под аудиосигналом, видимо, подразумевается это), то нужно воспользоваться формулой трансформаторной ЭДС:

p0023-sel.jpg (6.57 KiB) Viewed 15513 times

Количество витков первичной обмотки будет равно:

p0023.JPG (7.82 KiB) Viewed 15513 times

где:
Ual=0.5В - амплитудное напряжение на первичной обмотке ( то есть, как я понимаю, на первичку планируется подавать 0,5 Вольта, 22кГц);
f=22 000 Гц;
Sc=... - поперечное сечение ферритового кольца (измеряем сами, либо смотрим справочник), в метрах;
kc = 1 - коэффициент заполнения сердечника;
Bm = 0,15 - максимальная магнитная индукция в сердечнике (можно взять и 0,2, но это значение близко к критическому - не рекомендую).

Дальше, найдем количество витков вторички.
Так как на первичке 0,5 Вольта, а со вторички нужно получить 14,1 Вольт (14,1 это амплитудно значение, действующее же будет 14,1*sqrt 2=10 Вольт), то коэффициент трансформации n=14.1В/0.5В (напряжение вторичной обмотки делим на напряжение первичной), n=28.2
Значить количество витков вторичной обмотки равно:
w2=w1*n (количество витков первичной обмотки умножить на коэффициент трансформации).

Витки нужно размещать равномерно по всему сердечнику. Вторичку можно мотать под первичкой или поверх первички, но удобнее под.

Годная книга по трансформаторам (импульсным и не только) "Теория и расчет трансформаторов" А.В. Хныков, 2004
Усе!

[epm240]

Спасибо за развернутый ответ.
Что делать если необходимоt количество витков вторичной обмотки не будет помещаться на кольце?

[webkirov]

Взять кольцо побольше или провод потоньше. Но с тонким проводом неудобно работать и тонкий провод приведет к увеличению сопротивления вторичной обмотки, и, как следствие, к уменьшению мощности снимаемой с трансформатора.

[epm240]

Возникла очередная проблема. Посчитал количество витков в первичной обмотке по приведенной выше формуле. Для моего колечка, с параметрами: d1=22мм, d2=12мм, h=7мм, получилось значение меньшее 1. Как быть в этом случае?

[webkirov]

Сделать один виток. При одном витке просто индукция в сердечнике будет меньше 0,15. Ну и пусть будет меньше

[epm240]

Всем привет. Решил поднять свою старую тему.
Напомню, что взяв за основу проект Hijack: http://web.eecs.umich.edu/~prabal/projects/hijack/, планировалось организовать передачу данных между мк и смартфоном через аудио разъем (обмен идет по методу манчестерского кодирования). Питание мк так же осуществляется через jack, путем подачи на один из выходов jack'а синусоиды, последующего её "повышения" трансформатором и дальнейшего выпрямления на уровне 3.3 В. За время прошедшее с первого поста удалось практически полностью повторить функционал описанный в статьях по ссылке: повторить схему питания, написать прошивку для мк и несложное приложение под iOS для айфона/айпада(привлечен знакомый программист), осуществляющих взаимодействие между собой.
Итоговая схема приведена ниже:

 

Теперь, собственно, о возникших трудностях.
Схема питания без нагрузки заработала сразу. Подключил к ней мк настроенный на тактирование от внутреннего RC генератора на 8МГц. МК успешно запустился (никакой оптимизации по энергопотреблению не делал). Затем, занимаясь отладкой передачи данных между мк и смартфоном, мк запитывал от юсб. Закончив с передачей, вернулся обратно к питанию девайса от jack'а. На 8МГц внутреннем генераторе все прекрасно заработало, однако хотелось повысить скорость, для этого подключил внешний кварц на 16МГц. С такой конфигурацией тактирования мк работать не захотел а на стабилизаторе напряжение просело с 3.3В до 2В. Сперва подумал, что с частотой выросло потребление, поэтому отключил тактиование всего что не использовалось(оставил только один единственный таймер). В такой конфигурации мк запустился, однако напряжение на стабилизаторе по-прежнему было в районе 2.2В. Опять подумал, что видимо jack такую нагрузку все равно не тянет. После этого коснулся щупом осциллографа (1МОм, 30пФ) вывода кварца и внезапно напряжение вернулось на уровень 3.3В. Убрал щуп - 2.2В. Снял все настройки по энергосбережению, включил без щупа - не работает(просадка напряжения до 2В), коснулся щупом - все ок, напряжение 3.3, прошивка крутится, обмен данными с айфоном идет верно.
Подскажите пожалуйста чем это может быть вызвано? Уже менял емкости на кварце от 12пФ до 30пФ, однако все равно без касания щупом работать корректно не желает(

[BSVi]

Может, стоит кварц поменять, возможно он на гармонике запускается. Ну, или как вариант, емкость осциллографа просто сбрасывает кварц на основную гармонику (кварцы часто делают для работы на третей гармонике). Возможно, емкость вообще останавливает процессор.