При розробці і випробуванні імпульсних джерел живлення радіоаматори нерідко стикаються з ситуацією, коли начебто правильно зібраний блок харчування "відмовляється" працювати. Досить помилково змінити полярність хоча б одного з декількох випрямних діодів на виході пристрою або порушити фазування будь обмотки трансформатора, і наслідки можуть бути самими непередбачуваними, аж до пошкодження вельми дорогих ШІМ контролерів і комутуючих транзисторів. Запобігти таке неприємне явище допоможе універсальний випробувач, про який піде мова в цій статті.
Слід звернути увагу на той факт, що під час перевірки ІІП використовуються два незалежних джерела живлення. Один з них, слабкострумовий (Imax=0,2 А), з вихідним напругою 10... 15 після додаткової стабілізації мікросхемою DA1 на рівні 8 живить ланцюга управління, індикації та захисту пристрою. Другий, сильноточный (Imax=5А), є джерелом випробувального напруги для перевіряються елементів. Для цієї мети зручно використовувати штатний мережевий випрямляч ІІП. Тому, хоча трансформатор Т1 і оптрон U1 в пристрої забезпечують гальванічну розв'язку між названими джерелами, під час перевірки, щоб уникнути ураження електричним струмом, слід пам'ятати про те, що ланцюг, поєднана з транзистором VT2 і резистором R9, знаходиться під напругою мережі.
Якщо амплітуда напруги пилкоподібних імпульсів на резисторі R9 перевищить деяке граничне значення, при якому струм випромінюючого діода оптрон U1 буде достатнім для відкривання його фототранзистора, сигнал перевантаження з колектора останнього заборонить проходження імпульсів від генератора. Включений паралельно ділянці колектор-емітер фототранзистора конденсатор C3 невеликої ємності підвищує завадостійкість пристрою.
В описуваному випробувача застосований комутує транзистор IRFBC40, у якого максимальний струм стоку дорівнює 6,2 А, а напруга стік-витік - 600 У. Пороговий рівень струму обрано 5 А, а напруга спрацьовування захисту складе 0,33 Ом х 5 А = 1,65 Ст. Потужність, що розсіюється датчиком струму (R9) при коефіцієнті заповнення імпульсів D - 1, повинна бути не менше (1,65)2/0,33 - 8,25 Вт. Коли прилад використовують для оцінки навантажувальної здатності ІІП (D=0,2), потужність повинна поверсі бути не менше 8,25x0,2 = 1,65 Вт. Якщо ж випробувач передбачається використовувати тільки для перевірки індуктивних елементів ІІП, як у нашому випадку, з урахуванням пилкоподібної форми імпульсів струму потужність резистора повинна бути не менше 1,65x0,5=0,825 Вт.
Звичайно, імпортний транзистор можна замінити вітчизняним КП707В2 або аналогічним, але для них параметри датчика струму необхідно буде перерахувати в згідно з наведеними вище співвідношеннями і врахувати при налагодженні пристрою.
Розглянемо роботу ланцюгів захисту на елементах DD2.1 і DD2.2.
До верхнього за схемою входу RS-тригера (вивід 8 DD2) підключена ланцюг R3C2, постійна часу якої дорівнює 8,2 мс. Вона забезпечує тимчасову затримку появи на вході високого рівня, необхідну, щоб тригер вузла захисту привести у вихідний стан.
Така особливість проілюстрована на рис. 2 наявністю тимчасового інтервалу tmin між включенням пристрою і початком перевірки ІІП.
Практично це накладає обмеження на черговість включення двох названих незалежних джерел живлення: спочатку слід включити слабкострумовий, потім - сильноточный, а вимикати в зворотній послідовності, спочатку сильноточный, потім - слабкострумовий. Дотримання цього правила запобіжить пошкодження комутуючого транзистора VT2 першим імпульсом у момент включення пристрою. Крім того, рекомендую при першому включенні ІІП не подавати повне мережеве напруга, а плавно збільшувати його, наприклад, з допомогою лабораторного автотрансформатора.
У разі перевантаження комутуючого транзистора RS-тригер переключається в нульовий стан. На виводах 1, 13 елементів DD1.3 і DD1.4 високий рівень змінюється низьким, і подальше проходження імпульсів блокується. Переключившись RS-тригер відключає світлодіод HL2 "Перевірка" і включає світлодіод HL1 "Перевантаження". Генератор на елементах DD2.3 і DD2.4 виробляє попереджувальний звуковий сигнал. Після виключення живлення і усунення перевантаження через деякий час, необхідний для розрядки конденсаторів С1 і С2, пристрій готовий до повторного включення.
Застосування пристрою для оцінки струму дроселя насичення, що використовується в вихідному фільтрі ІІП, має свої особливості. Розглянемо їх докладніше.
На рис. 3 показана схема підключення випробувача в цьому випадку.
Блок живлення (БЖ) - сильноточный: його максимальний струм повинен перевищувати вибране для ланцюгів захисту приладу порогове значення 5 А. Паралельно який випробують дросселю підключають діод VD1. Тут допустимо використовувати КД212А або подібний. Частота комутації може виявитися дуже великий, особливо для дроселів з індуктивністю в сотні і тисячі микрогенри. Тому на час вимірювання параметрів дроселя, можливо, буде потрібно значніше зменшення робочої частоти при незмінній (або регульованої) тривалості імпульсу. Швидкодія також можна підвищити введенням стабілітрона VD2 з робочим напругою, кілька перевищує вимірювальне. Бажано також, щоб напруга на виході БЖ було регульованим.
Паралельно резистору R9 випробувача підключають осцилограф. Можливі варіанти А і Б спостережуваних діаграм падіння напруги на датчику струму Ur9, а також напруги U3-і на затворі комутуючого транзистора показано на рис. 4.
Як відомо, напруга U, прикладена до дросселю, викликає лінійне збільшення струму Д1 в ньому. Ця залежність математично виражається рівнянням AI=(U/L)T або, іншими словами, напруга 1 В, прикладена до дросселю з індуктивністю 1 Гн, викличе через 1 до збільшення струму в ньому на 1 А. Якщо чисельник і знаменник дріб у правій частині рівності помножити на коефіцієнт 10-6, отримуємо важливе наслідок: для визначення зміни струму Д1 в амперах у формулу підставляти індуктивність в микрогенри, а час - у мікросекундах, що ми і будемо використовувати при вимірах.
Припустимо, що на виході БЖ встановлено напруга U = 20 В, і при деякому обраному дроселі діаграма напруги UR9 приймає вигляд (рис. 4). Оцінимо властивості дроселя.
Очевидно, що пікове значення струму I = U/R = 0,4/0,33 - 1,2 А, і можна зробити висновок, що оцінюваний дросель виявиться працездатним при фільтрації струму аж до 1,2 А. Більш того, за допомогою випробувача можна оцінити індуктивність дроселя, для чого необхідно скористатися співвідношенням L = (U/AI)At. Підставляючи відповідні значення, отримаємо L = (20/1,2)2 - 33 мкГн. Звичайно, на точність визначення впливають багато показників: допуск номіналу токоизмерительного резистора, похибка вимірювання напруги і тимчасового інтервалу за допомогою осцилографа, струмообмежуючий ефект у вимірювальній ланцюги, обумовлений активним опором дроселя і резистором R9, і деякі інші фактори. Але за приблизними оцінками, сумарна похибка вимірювання індуктивності дроселя цим методом не перевищить 20 %. Така точність цілком достатня для оцінки фільтруючих властивостей дроселя у складі вихідного фільтра ІІП.
Тепер, не змінюючи дросель, збільшимо напруга на виході БЖ до 40 і при цьому отримаємо варіант Б діаграми, наведеної на рис. 4. Важливо, щоб пікове значення напруги UR9 при цьому не перевищила порогового рівня, встановленого для ланцюгів захисту, інакше вимірювання будуть неможливі. Як видно з малюнка, це умова виконано. Обчислення, аналогічні попереднім, дозволяють зробити висновки:
- граничне значення струму (струм насичення) становить 1,5 А;
- індуктивність дроселя дорівнює 34,5 мкГн.
Незначне невідповідність результатів вказує на зрослу похибка вимірювань, що пов'язано з труднощами при визначенні точки перегину на кривій Б. Зазвичай для цього використовують виготовлений з паперу трафарет, струм, при прикладанні до изоСражению кривої на екрані осцилографа, як це ілюструє лінія на рис. 4. Тому під час проведення вимірювань доцільно зменшувати напругу на виході БЖ до значення, при якому діаграма приймає строго лінійний вигляд, подібний лінії А, і використовувати отримані результати для оцінки індуктивності дроселя і струму насичення в ньому.
Збільшення ймовірності виникнення в дроселі насичення при невеликому струмі пов'язане із застосуванням замкнутих магнітопроводів з матеріалу з високою магнітною проникністю (понад 200). Щоб уникнути насичення, слід використовувати кільця з магнитодиэлектрика на основі альсифера або молібден-пермаллоевых сплавів або вводити немагнітний зазор. Якщо порівняти феритові кільцеві, Ш-образні і броньові магнітопроводи, слід визнати, що більш технологічні в сенсі створення немагнітного зазору два останніх, хоча і не виключено застосування в якості слабонасыщающихся магнітопроводів відрізків феритових стрижнів, що використовуються у радіоприймачах для магнітних антен (чим нижче магнітна проникність, тим краще).
І останній варіант застосування приладу при випробуваннях ІІП - у якості регульованого навантаження еквівалента, причому навантаження імпульсної, що особливо актуально для джерел живлення, що використовуються у складі УМЗЧ. Пікова, максимальна, середня, музична, теплова і ряд інших термінів, характеризують потужність, похідну від імпульсних впливів, не даремно були придумані фахівцями для оцінки цього класу радіопристроїв. Звичайно, в даному випадку генератор в випробувача необхідно перебудувати на діапазон звукових частот і передбачити регулювання коефіцієнта заповнення комутуючих імпульсів, як це було рекомендовано на початку статті. При вимірах слід звернути увагу на тепловий режим мікросхеми DA1 і транзистора VT1. Можливо, при коефіцієнті заповнення імпульсів, близькому до 1, буде потрібно їх заміна більш потужними елементами.
У залежності від вихідної потужності і вихідної напруги ІІП знадобляться кілька резисторів опором в одиниці-десятки ом з розсіюваною потужністю 30...50 Вт. При їх відсутності як еквівалент навантаження допустимо використання автомобільних ламп з робочою напругою 12 В, причому серед них легко підібрати примірники, розраховані на номінальний струм від часток до десятків ампер. Якщо максимальної потужності, що розсіюється при струмі через комутуючих транзистор, що дорівнює 5 А, виявиться недостатньо для повного навантаження ІІП, високовольтний польовий транзистор IRFBC40 можна замінити низьковольтним, наприклад, IRFZ48N, у якого максимальний постійний (середній) струм - 45, а імпульсний - до 210 А.
Схема з'єднань при використанні приладу в якості регульованого еквівалента імпульсного навантаження наведено на рис. 5.
Включений в вимірювальну ланцюг амперметр покаже середнє значення струму. Якщо показання амперметра розділити на коефіцієнт заповнення імпульсів, отримаємо амплітудне (пікове) значення струму в ланцюга навантаження. При коефіцієнті заповнення імпульсів, близькому до 1, навантаження для ІІП максимальна.
Комутуючих транзистор VT2 у випробувача слід встановити на тепловідвід площею 100...200 см2. Микросхемный стабілізатор КР1157ЕН802А замінимо закордонним аналогом 78L82 або більш потужними регульованими вітчизняними КР142ЕН12А, КР142ЕН12Б. Мікросхему К561ТЛ1 допустимо замінити на К561ЛА7. Замість КТ505Б можна використовувати будь-високочастотний транзистор середньої потужності відповідної структури. П'єзокерамічні звукоизлучатель НА1 - будь доступний. Діоди КД522Б замінні будь малопотужними кремнієвими, наприклад, серій КД521, КД522, оптрон - будь-який з серій АОТ127, АОТ128. Світлодіоди - будь-які з добре видимим світлом при струмі близько 5 мА. Конденсатор С1 - будь-оксидний зазначеної ємності, інші - будь-які керамічні. Всі резистори - МЛТ, С1-4, С2-23, за винятком імпортного R9.
Трансформатор Т1 - імпульсний ФІТ-5. Якщо таку знайти не вдалося, трансформатор виготовляють самостійно. Його магнітопроводом служать два складених разом кільця К10х6х3 з фериту з магнітною проникністю 1500...2000. Гострі кромки кілець округляють надфілем, магнітопровід покривають ізоляційним лаком і після його висихання намотують 100 витків в два дроту ПЕЛШО 0,12. Підключати трансформатор слід з урахуванням фазування обмоток I і II, показаної на рис. 1.
Трансформатор також можна виготовити на основі броньових магнітопроводів Б14 або Б18. У цьому випадку обмотки, що містять по 50...70 витків дроту ПЕВ-2 0,12-0,17, слід надійно ізолювати один від одного.
Налагодження пристрою починають з перевірки параметрів імпульсів на виході генератора (висновок 10 DD1). При необхідності їх коректують підбором ємності конденсатора С4 і опору резисторів R4 і R6. Потім від'єднують по верхній схемою вивід резистора R10 і підключають до плюсового виводу регульованого джерела живлення, мінусовий висновок якого з'єднують з висновком 2 оптрон U1. Плавно збільшуючи напругу, реєструють момент пропадання імпульсів на виходах елементів DD1.3, DD1.4. Підбираючи резистор R10, домагаються відсутності імпульсів при напрузі 1,65±0,05, після чого відновлюють з'єднання.
На наступному етапі підбором резистора R5 встановлюють струм світлодіодів HL1, HL2 близько 5 мА. В останню чергу перевіряють полярність імпульсів на затворі транзистора VT2. Якщо вони не відповідають рис. 2, змінюють фазування однією з обмоток трансформатора Т1.
Завершальний етап - контроль працездатності комутуючого транзистора VT2, для чого пристрій підключають до мережевого випрямляча перевіряється ІІП в відповідно до рис. 5. У ІІП обов'язково повинні бути вимикач мережевого напруги, плавкий запобіжник на 2 А і ланцюг обмеження пускового струму. В як навантаження використовують освітлювальну лампу на напругу 220 В потужністю 60 Вт. Бажано, але не обов'язково включити в ланцюг амперметр постійного струму з межею вимірювання 0,5 А. Після включення мережевого випрямляча на випробувач кілька разів подають і знімають напругу живлення 10...15 Ст. При працюючому генераторі лампа буде світитися в напівнакалу, а амперметр покаже струм приблизно 0,08 А. Дотримуючись обережності, з допомогою осцилографа контролюють імпульси на стоці транзистора VT2. Якщо несправний транзистор, лампа буде світитися наполовину яскравіше звичайного і не буде реагувати на вимкнення напруги напруги приладу. Несправний транзистор замінити, і після додаткової перевірки пристрій готовий до роботи.
Для розширення можливостей прилад можна доповнити двома перемикачами, коммутирующими набори резисторів R4, R6 і конденсатора С4 різних номіналів, з допомогою яких встановлюють кілька фіксованих значень частоти і коефіцієнта заповнення імпульсів.
Автор: С. Косенко, Воронеж р.