Мережевий імпульсний блок живлення

Номінальна вихідна потужність, Вт 50 Максимальна вихідна потужність, Вт 95 Частота перетворення, кГц: при номінальній вихідній потужності 30 на холостому ходу 70 Вхідна напруга, В 170 ... 250 Вихідна напруга, В: каналу +12 В 11.8 ... 12.2 каналу 12В -11.8 ...- 12.2 каналу + 5В 4,8 ... 6,0 Вихідний струм, А: каналу +12 0 ... 2 каналу 12В 0 ... 0,4 каналу + 5В ( без резистора R15) 0,5 ... 3,5 Вихідний опір, Ом, при I +5 = 3,5 А, I + 12 = 2А, I-12 = 0 А: каналу +5 0,15 каналу + 12В 0,02 Розмах пульсацій, мВ, при I +5 = 3,5 А, I + 12 = 2А, I-12 = 0 А: каналу + 5В на f = 30 кГц і f = 100 Гц 30 каналу + 12В на f = 30 кГц і f = 100 Г відповідно 20 і 30 Відносний коефіцієнт нестабільності по вхідному напрузі (вхідна напруга 170 ... 250 В) (DUвихUвх / (DUвхUвих): каналу +12 В 0,01 каналу +5 0,05

Пристрій являє собою однотактний перетворювач напруги з зворотнім включенням випрямного діода [2]. Вихідна напруга каналів блоку стабілізується зміною тривалості відкритого стану транзисторів електронного комутатора. Основні вузли блоку джерела живлення: випрямляч напруги з фільтром, однотактний перетворювач з вихідними фільтрами, широтно-імпульсний регулятор, підсилювач неузгодженості і допоміжний імпульсний стабілізатор. Напруга проходить через помехоподавляющий фільтр, утворений дроселями L1, L2 і конденсаторами С1, С2, випрямляється доданими мостом VD1-VD4 і через резистор R1 випрямлена напруга надходить на згладжує конденсатор С7. Конденсатори С3-С6 послаблюють проникнення в мережу перешкод, а резистор R1 обмежує кидок вхідного струму в момент включення блоку живлення. Перетворювач запускається приблизно через 0,1 с після підключення блоку до мережі, що трохи полегшує роботу випрямляча.

Основні компоненти перетворювача - імпульсний трансформатор Т1, потужний високовольтний комутатор на транзисторах КТ839А (VT1) і КТ972А (VT2), випрямлячі і вихідні фільтри. Транзистор КТ839А (з великим максимально допустимим напругою колектор "емітер) відкривається і закривається замиканням і розмиканням його емітерний ланцюга швидкодіючим транзистором КТ972А, що запобігає виникненню вторинного пробою і зменшує тривалість перемикання емітерного транзистора. Саме це і дозволяє змінювати вихідна напруга в широкому інтервалі без переробки імпульсного трансформатора. Резистори R11 і R12, загальний опір яких 0,5 Ом, служать датчиком струму перетворювача. Коли транзистор VT1 що закриваються ться, ток його колектора через діод VD6, стабілітрон VD5 і конденсатор С8 замикається на мінусовий висновок випрямні мосту VD1-VD4. Діоди VD13-VD15 - випрямлячі імпульсної напруги вторинних обмоток III, IV і V трансформатора Т1. Пульсації вихідної напруги випрямлячів згладжують конденсатори С13- С18 і LC-фільтри L5C21, L6C22. Резистор R15, підключений до виходу каналу +5 В, запобігає надмірне підвищення напруги на ньому при завантаженні каналу +12 В. Завдяки цьому резистору напруга на виході каналу +5 В без навантаження не перевищує 6 В, безпечного для ми росхем комп'ютера, при струмі навантаження каналу +12 В до 2,5 А. Напруга каналу -12 В стабілізується мікросхемним стабілізатором DA2.

Підсилювач неузгодженості підключений до виходу каналу +12 В. Джерелом зразкового напруги служить вихід стабілізатора DA2. Транзистор VT4 підсилює сигнал помилки. Навантаженням транзистора служить світлодіод оптрона U1, а діод VD17 захищає його емітерний перехід. При напрузі на виході каналу +12 В більш 12 В світлодіод оптрона включається і тим самим збільшує струм, поточний через фототранзистор оптрона. Відкрите стан транзистора VT1 комутатора визначається тривалістю зарядки конденсатора С11 (приблизно від -4 до +1 В) струмом фототранзистор оптрона. Чим більше значення цього струму, тим швидше заряджається конденсатор С11 і тим менше часу транзистор VT1 знаходиться у відкритому стані.

Після підключення блоку живлення до мережі починає заряджатися і конденсатор С8 (через резистор R2 і діод VD6). Коли напруга на ньому досягає 4,5 В, струм, що протікає через резистор R6, стабілітрон VD12, емітерний перехід транзистора VT2, резистори R11, R12, а також через резистори R6, R5, емітерний перехід транзистора VT1, транзистор VT2 і резистори R11, R12 , переводить комутуючі транзистори в активний режим роботи. Сигнал позитивного зворотного зв'язку між обмотками I і II трансформатора Т1 через діод VD7, конденсатор С10 і резистори R5, R7 швидко відкриває комутуючі транзистори. Починається накопичення енергії магнітного поля в магнітопроводі трансформатора Т1. Через деякий проміжок часу транзистор VT3 відкривається і закриває транзистор VT2, а отже, і транзистор VT1. При цьому транзистор VT3 підсумовує напруги, що надходять на його базу з датчика струму R11R12 і конденсатора С11. У момент запуску або в разі перевантаження перетворювача, коли падіння напруги на резисторах R11, R12 перевищує 1 В, транзистор VT3 відкривається струмом, що протікає через резистор R10 і діод VD11, завдяки чому пристрій витримує короткочасні перевантаження. При замиканні будь-якого з його каналів на загальний провідник блок живлення автоматично переходить в режим обмеження потужності, не виходячи з ладу. У нормальному режимі функціонування перетворювача момент закривання комутуючих транзисторів визначається тривалістю зарядки конденсатора С11.

Після закривання потужних транзисторів полярність напруги на обмотках імпульсного трансформатора змінюється на протилежну, при цьому діоди VD13-VD15 виявляються включеними в прямому напрямку і випрямленою струмом заряджають конденсатори LCфільтров. Коли значення цього струму виявиться близьким до нуля, в коливальному контурі, утвореному обмоткою I трансформатора Т1, його паразитного ємністю і конденсатором С9, виникають електричні коливання. Перше ж з них відкриває потужні транзистори комутатора - і описаний процес повторюється. Поки транзистори VT1 ​​і VT2 закриті, напруга на нижньому (за схемою) виведення обмотки II трансформатора щодо мінусового виведення конденсатора С7 негативно і через резистор R8 і діод VD8 надійно утримує транзистор VT2 в закритому стані. Мінімальна напруга на базі цього транзистора визначається напругою стабілізації стабілітрона VD12 і напругою на діод VD10. Через ланцюг R8VD9 заряджається і конденсатор С11. А так як катоди діодів VD8 і VD9 об'єднані, то і напруга на конденсаторі С12 не може бути менше, ніж на базі транзистора VT2 (т. Е. Близько -4 В).

Напруга на виході каналу +12 В стабілізується методом широтно-імпульсного регулювання. Це одночасно стабілізує і напруга каналу +5 В. Однак, так як імпульсний трансформатор, діоди і деякі інші елементи пристрою аж ніяк не ідеальні, стабільність напруги на виході цього каналу невисока. Тому і застосований допоміжний імпульсний стабілізатор, який виконує дві функції: забезпечує каналу +5 В частина струму навантаження для підвищення стабільності напруги на ньому і навантажує канал +12 В, якщо він не навантажений. Так, при I +5 = 3A, а I +12 = 0 A це допоміжний пристрій забезпечує лише 30% від усього струму навантаження каналу +5 В, а при I +5 = 3 A і I +12 = 2 A він взагалі не бере участь в роботі блоку живлення.

До складу допоміжного стабілізатора входять мікросхемний стабілізатор DA1, дроселі L3, L4, конденсатор С19, діод VD16, резистор R14. У ньому мікросхема DA1 служить електронним перемикачем, джерелом зразкового напруги і підсилювачем сигналу неузгодженості. Дросель L4 і діод VD16 - необхідні атрибути імпульсного стабілізатора. Порушення мікросхеми DA1 забезпечують дросель L3 і конденсатор С19, а резистор R14, що знижує добротність контуру L3C19, запобігає виникненню високочастотних коливань.

Всі елементи блоку живлення змонтовані на друкованій платі розмірами 205x105 мм (рис. 2) з односторонньо фольгованого склотекстоліти товщиною 1 мм. Основні параметри резисторів і конденсаторів позначені на принциповій схемі пристрою. Транзистор КТ839А (VT1) можна замінити на КТ838А, КТ872А, КТ846А, КТ8114В, а КТ972А - на КТ972Б. Замість транзисторів КТ645Б (VT3) і КТ342БМ (VT4) можуть працювати аналогічні їм транзистори з коефіцієнтом передачі струму бази не менше 50. Оптрон АОТ101АС (U1) замінимо на АОТ101БС, АОТ127А або АОТ128А. Діоди КД212А (VD6, VD7) можна замінити на КД226 або КД411 з будь-яким буквеним індексом, а КД2999В (VD13, VD14) - на інші, з близькими характеристиками, наприклад, серій КД2995, КД2997, КД2999, КД213. Замість діодів VD1-VD4 випрямні мосту підійдуть КД226Г або в крайньому випадку - серії КД243 на зворотне напруга не менше 400 В. Через стабілітрон Д814А (VD5) тече значний струм, що слід враховувати при його заміні - допустимий для нього струм повинен бути не менше 40 мА. Значні струми течуть і через конденсатори С16-С18, тому бажано, щоб вони були серій К50-29, К50-24. Номінальна напруга конденсаторів С1-С6 (КД-2, К78-2, К73-16 і т. Д.) Має бути не менше 400 В, вони повинні допускати роботу зі змінною що становить не менше 350 В на частоті 50 Гц. Конденсатор С9 - К78-2 на номінальну напругу 1600 В. Інші деталі не критичні до заміни. Транзистор VT1 встановлюють на тепловідвід з площею поверхні близько 200 см2, діоди VD13 і VD14 - на тепловідвід площею 45 і 35 см2 відповідно, а стабілізатор DA2 - на тепловідвід площею 70 см2.

Трансформатор Т1 виконаний на муздрамтеатрі Ш12x15 з фериту 2000НМ, з немагнітним зазором 0,5 мм. Обмотка I містить 160 витків дроту ПЕВ-2 0,47, складеного вдвічі. Обмотка II - 4 витка такого ж дроту, але складеного втричі. Для поліпшення магнітної зв'язку обмотки III і IV виконані мідною стрічкою товщиною 0,2, шириною 27 мм і містять по 3 витка. Мідну стрічку можна замінити проводом ПЕВ-1 0,8, складеним втричі. Обмотка V містить 8 витків дроту ПЕВ-1 0,4, складеного вчетверо. Дроселі L1 і L2 намотані на загальних магнітопроводі типорозміру К20x10x5 з фериту 2000НМ і містять по 35 витків дроту ПЕВ-1 0,4 кожен. Магнитопроводами дроселів L5 і L6 служать відрізки стрижня з фериту М400НН діаметром 8 і довжиною 20 мм; кожен з них містить по 15 витків. Дросель L4, виконаний в броньовий магнітопроводі Б30 з фериту 2000НМ (з немагнітних зазором 0,5 мм), містить 35 витків дроту ПЕВ-1 0,8.

Безпомилково змонтований блок живлення, як правило, починає працювати без попереднього налагодження. Але, в порядку страховки, перше підключення до мережі бажано зробити через лампу розжарювання потужністю 15 ... 25 Вт, розраховану на напругу 220 В. Як тільки перетворювач запуститься, змінним резистором R18 треба встановити на виході каналу +12 В відповідне йому напругу.

Якщо вимоги до живлячої напруги каналу +5 В більш жорсткі (або необхідний більший вихідний струм), підсилювач неузгодженості слід підключити до виходу каналу +5 В. Для цього верхні (за схемою) висновки резисторів R16 і R17 треба підключити до вихідного провідникові каналу +5 В, наприклад, до плюсового висновку конденсатора С17, а також зменшити опір резистора R16 до 300 Ом, а резистора R17 - до 1,5 кОм. Стабілізатори DA1, дроселі L3 і L4, резистор R14, конденсатор С19 і діод VD16 при цьому виключаються. Однак після такої переробки напруга на виході каналу +12 В зі збільшенням струму каналу +5 В буде також збільшуватися, тому напруга цього каналу доведеться додатково стабілізувати (наприклад, використовуючи мікросхему КР142ЕН8Б).

Небажане підвищення напруги на виході каналу +5 В можна запобігти, підключивши паралельно конденсатору С17 другий світлодіод оптрона U1 через стабілітрон КС156А і резистор опором 180 ... 200 Ом. При цьому висновки 6 і 7, а також висновки 5 і 8 оптрона повинні бути об'єднані. Це не тільки захистить блок живлення від перевищення вихідної напруги, а й підвищить надійність його роботи, так як в цьому випадку ланцюг зворотного зв'язку виявиться дубльованої.

Описаний пристрій може бути застосовано для харчування багатьох інших радіоаматорських конструкцій, наприклад, підсилювачів потужності ЗЧ. Треба лише, враховуючи особливості конкретного радіотехнічного пристрою, перебудувати вторинну частина блоку живлення. А зміна в 1,5 рази вихідної напруги досягається регулюванням рівня сигналу зворотного зв'язку обмотки II трансформатора Т1. Конкретний приклад. Для живлення підсилювача потужності на базі мікросхеми К174УН19 необхідне джерело двополярної напруги +/- 15 В. В такому випадку вторинну частина описаного блоку живлення можна зібрати за схемою, наведеною на рис. 3. Обмотки III і IV трансформатора Т1 містять по 7 витків мідної стрічки товщиною 0,1 і шириною 27 мм або дроту ПЕВ-1 0,8, складеного втричі. Намотування обох обмоток виконують одночасно. Висновки 6 і 7, а також 5 і 8 оптрона U1 повинні бути об'єднані.

література
1. Полікарпов А. Г., Сергієнко Є. Ф. Однотактний перетворювачі напруги. - М .: Радио и связь, 1989.
2. Сергєєв Б. С. Схемотехніка функціональних вузлів джерел вторинного електроживлення. - М: Радіо і зв'язок, 1992

Радіо №11, 1998.
Д. Безик
Джерело: shems.h1.ru