Для поліпшення характеристик імпульсних блоків живлення, зібраних на основі мостових і полумостовой перетворювачів, зокрема, зменшення ймовірності виникнення крізного струму і збільшення ККД, автори пропонують переводити подібні джерела в квазирезонансный режим роботи. У цій статті наведено практичний приклад такого блоку живлення.
Часто для зменшення габаритів і маси джерела живлення (ДЖ) з мережевим трансформатором замінюють імпульсними перетворювачами напруги. Виграш від цього очевидний: менші маса і габарити, істотно менший витрата міді для моткових виробів, високий ККД ІП. Однак у імпульсних ІП є і недоліки: погана електромагнітна сумісність, можливість появи наскрізного струму через транзистори в двотактних перетворювачах, необхідність введення ланцюгів захисту від перевантаження по струму, складність запуску на ємнісне навантаження без прийняття спеціальних заходів щодо обмеження зарядного струму.
Розглянемо на прикладі двотактного напівмостового автогенераторного перетворювача напруги [1], як певною мірою можна виключити або зменшити ці недоліки, змінивши режим його роботи. Переведемо перетворювач в квазирезонансный режим роботи, ввівши резонансний контур [2]. Форма струму через первинну обмотку імпульсного трансформатора в цьому випадку показана на рис. 1.
На рис. 2 наведено форми напруги і струму для одного з комутуючих транзисторів. З малюнків видно, що перетворювач працює в квазирезонансном режимі - наскрізний струм в цьому випадку відсутній.
Напруга на базі комутуючого транзистора зменшується і до закінчення імпульсу стає рівним нулю. Таким чином, перехід на квазирезонансный режим роботи повністю усуває динамічні втрати в комутуючих транзисторах і проблеми, пов'язані з електромагнітної сумісності чутливих приладів з імпульсним ІП, оскільки спектр генерованих коливань різко звужується.
Полумостовой перетворювач відрізняється від двотактного мостового меншим числом використовуваних транзисторів; від двотактного із середнім виводом - вдвічі меншим напругою на транзисторах. Автогенераторный перетворювач відрізняється від перетворювачів з задаючим генератором, насамперед, мінімальним числом елементів, максимально можливим ККД, а застосування насыщающегося допоміжного трансформатора гарантовано виключає можливість появи наскрізного струму.
Схема напівмостового квазирезонансного ІП, позбавлений перерахованих недоліків, показана на рис. 3.
(натисніть для збільшення)
Основні технічні характеристики
- Інтервал зміни напруги живлячої мережі, В....198...264
- Максимальний ККД, %......92
- Вихідна напруга, В, при опорі навантаження 36 Ом......36
- Робочий інтервал перетворення частоти, кГц......12 57...
- Максимальна вихідна потужність, Вт......70
- Максимальна амплітуда пульсацій вихідної напруги з робочою частотою, В......2,2
ІП містить наступні вузли: протизавадний фільтр С1C2L1, який запобігає проникнення в живильну мережу високочастотних пульсацій, створюваних перетворювачем; мережевий випрямляч VD1 з фільтруючим конденсатор C3; ланцюга захисту від перевантаження і короткого замикання в навантаженні R1R2VD2K1U1VD3VD4R6R7C7. Ланцюг захисту споживає незначний струм, тому мало впливає на загальний ККД джерела, але при необхідності ККД можна кілька збільшити, замінивши стабілітрон VD2 більш високовольтним. Резистори R6 і R7 утворюють дільник напруги, необхідний для включення випромінюючого діода тиристорного оптрона. Якщо ці постійні резистори замінити одним змінним, можна в досить широких межах регулювати поріг спрацьовування захисту. Якщо передбачається живити навантаження з великою ємністю (більше 5000 мкФ), для виключення помилкових спрацьовувань захисту слід збільшити ємність конденсатора С7, однак час очікування до включення джерела у цьому випадку зросте.
Елементи R3, R4, С4, С5 утворюють дільник напруги. Резистори R3, R4 необхідні для розрядки конденсаторів фільтра C3 і дільника С4С5 після виключення блоку живлення. Конденсатор С6 і дросель L2 - резонансна ланцюг. Запускає ланцюг точно така ж, як і в пристрої, описаному у статті [1]. Вона складається з транзистора VT3, резисторів R10-R12 і конденсатора С10. Транзистор VT3 працює в лавинном режимі. Запускаючий імпульс відкриває транзистор VT2, забезпечуючи первинну асиметрію.
Діоди VD5-VD8 - вихідний випрямляч з фільтруючими конденсатори C8, C9. Світлодіод HL1 відображає наявність напруги на виході ИП. Автогенерація коливань відбувається в результаті дії позитивного зворотного зв'язку з обмотки III трансформатора Т1 на обмотку III трансформатора Т2 через струмообмежуючий резистор R9. При зменшенні його опору частота перетворення знижується, що веде до зміщення максимуму ККД джерела в бік більшої потужності навантаження.
У пристрої застосовані конденсатори К73-17 (C1, C2, C6, C9, С10), К73-11 (C4, C5), К50-32 (C3), К50-24 (C7, C8). Всі резистори - C2-23. Замість зазначених конденсаторів і резисторів можливе застосування інших компонентів, однак конденсатори слід вибирати з мінімальним тангенсом кута діелектричних втрат в робочому інтервалі частоти перетворення ІП.
Діодний міст VD1 - будь-який з допустимим прямим струмом понад 1 А і допустимим зворотним напругою не менше 400 В, наприклад BR310. Не виключено і застосування дискретних діодів, наприклад КД202Р, з'єднаних по мостовій схемі. У пристрої краще всього використовувати транзистор КТ315Г (VT3) - з ним запускає ланцюг буде працювати відразу ж, транзистор КТ315Б доведеться підбирати, а транзистори КТ315А, КТ315В краще не застосовувати. Транзистори КТ826В (VT1, VT2) можна будь-якими з серій КТ826 або КТ812А, КТ812Б. Внаслідок малих втрат транзистори можна не встановлювати на радіатори. Діоди вихідного випрямляча КД213А (VD5-VD8) припустимо замінити на КД213Б, КД213В або серій КД2997, КД2999. Їх слід встановити на тепловідвід з площею охолоджуючої поверхні не менше 10 см2.
В ІП застосовано електромагнітне реле постійного струму GBR10.1-11.24 з робочим напругою 24 В, здатне комутувати змінний струм 8 А в ланцюгах з напругою до 250 В. Його можна замінити будь-яким іншим з допустимим комутованих змінним струмом не менше 1 А в ланцюгах з напругою 250 В. бажано застосувати реле з мінімальним струмом включення для підвищення ККД блоку живлення, оскільки чим менше струм спрацьовування, тим більший опір повинні мати резистори R1, R2 і менша потужність буде розсіюватися на них.
Дроселі L1, L2 і трансформатор Т1 використані готові - від старої обчислювальної машини ЕС1060: L1 - І5, L2 - 4777026 або 009-01, Т1 - 052-02. Їх можна виготовити і самостійно. Дросель L1 намотують (одночасно дві обмотки) на кільцевому магнітопроводі К28х16х9 з фериту (наприклад, марок М2000НМ-А чи М2000НМ1-17) або альсифера. Його обмотки містять по 315 витків дроту ПЕВ-2 0,3.
Резонансний дросель L2 намотують на кільцевому магнітопроводі з К20х10х5 фериту М2000НМ-А. Його обмотка містить 13 витків дроту ПЕВ-2 0,6.
Трансформатор T1 намотують на кільцевому магнітопроводі К45х28х8 з фериту М2000НМ1-17. Обмотка I містить 200 витків дроту ПЕВ-2 0,6, обмотка II - 35 витків дроту ПЕВ-2 1, обмотка III - 5 витків дроту ПЕВ-2 0,6. Порядок намотування обмоток на магнітопровід довільний. Між обмотками необхідно прокласти шар ізоляції, наприклад, фторопластовою стрічки. Крім того, трансформатор слід просочити, наприклад, парафіном від свічок або церезином. Це не тільки підвищить електричну міцність ізоляції, але і зменшить гул, створюваний джерелом на холостому ходу.
Трансформатор T2 намотують на кільцевому магнітопроводі К20х10х5 з фериту М2000НМ-А. Обмотки I і II містять по сім витків дроту ПЕВ-2 0,3 (їх намотують одночасно в два проводи), а обмотка III - дев'ять витків дроту ПЕВ-2 0,3.
Конструкція ІП може бути довільна, взаємне розташування елементів на платі не критично. Важливо лише забезпечити хороший приплив повітря до напівпровідниковим приладів природною конвекцією або встановити ІП всередині питомого пристрої поблизу вентилятора.
У налагодженні описаний ІП практично не потребує, хоча варто упевнитися, що перетворювач працює в квазирезонансном режимі. Для цього до виходу блоку харчування підключають еквівалент навантаження - резистор потужністю 100 Вт і опором 36 Ом. Послідовно з конденсатором С6 включають додатковий резистор опором 0,1... 1 Ом і потужністю 1...2 Вт. До додаткового резистору підключають щупи осцилографа: загальний - до середньої точки дільника напруги R3R4C4C5, сигнальний - до конденсатора С6. Необхідно переконатися, що осцилограф гальванічно не пов'язаний з мережею. Якщо пов'язаний, до мережі його слід підключити через розділовий трансформатор з коефіцієнтом трансформації 1:1. У будь-якому випадку необхідно дотримуватися правил техніки безпеки. Подавши харчування на ІП, переконуються в наявності колоколообразных імпульсів струму з паузою на нулі. Якщо форма імпульсів відрізняється від показаної на рис. 1, необхідно підібрати число витків дроселя L2 до отримання резонансу.
На додатковому резисторі опором 0,1 Ом амплітуда імпульсів повинна бути близько 0,1 В. Тепер слід порівняти форму струму і напруги на комутуючим транзисторі VT2 з наведеними на рис. 2 графіками. Якщо вони близькі за формою, ІП працює в квазирезонансном режимі.
Поріг спрацьовування захисту можна змінити. Для цього підбирають опір резистора R7 так, щоб спрацьовував захист при необхідній струмі навантаження. Якщо необхідно, щоб ІП відключався при потужності в навантаженні менше 70 Вт, опір резистора R7 слід зменшити.
Для обмеження струму зарядки конденсатора C3 в момент включення рекомендуємо в розрив будь-якого мережевого проводу підключити резистор опором 5,6... 10 Ом потужністю 2Вт.
Література
Автори: Е. Гайно, Тобто Маскатов, р. Таганрог Ростовської обл.