У статті описано імпульсний блок живлення, керований спеціалізованої мікросхемою. У пристрої застосований стандартний імпульсний трансформатор від телевізійних блоків.
Здавалося б, джерела живлення (ДЖ), які є невід'ємними елементами абсолютно всіх радіоелектронних пристроїв, повинні бути менше схильні швидкоплинним змінам - адже вони існують вже більш ніж півстоліття. Але розвиток сучасних схемотехнічних рішень не обходить стороною і цю саму велику область радіоелектроніки.
Спочатку традиційні батарейні ІП змінилися мережевими з ламповими LС-фільтрами, а потім транзисторними та інтегральними стабілізаторами лінійного регулювання.
Боротьба за економічність і вдосконалення масогабаритних показників сприяла розробці і впровадженню імпульсних ІП (ІІП). Поряд з напів - і полномостовыми ІІП широке поширення отримали обратноходовые джерела, оскільки без прийняття спеціальних заходів небезпека виникнення крізного струму в мостових ІІП (внаслідок подання в одне з плечей відкриває напруги, коли з-за своїх інерційних властивостей інше плече ще повністю не закрилося) завжди приводила до роботи комутуючих елементів в режимі замикання і виходу з ладу дорогих потужних високовольтних транзисторів. Ці спеціальні заходи значно ускладнювали мостові ІІП, і тому в побутовій техніці більш широке поширення отримали обратноходовые ІІП, в яких комутує транзистор у перший такт забезпечує акумуляцію електромагнітної енергії в обмотках і магнітопроводі накопичувального трансформатора, а в другій - її передачу в навантаження. Щоб переконатися у відносній складності таких ІІП, досить поглянути на схеми модуля живлення МП-403 телевізорів ЗУСЦТ, 4УСЦТ або касети розгорток і харчування КРП-501 телевізорів 5УСЦТ.
І тільки останні розробки фахівців фірми Siemens і вітчизняних виробників, які створили мікросхему для управління обратноходовыми ІІП ТDA4605 (вітчизняний аналог КР1033ЕУ5 - так званий ШІМ-контролер), значно спростили радіоаматорам завдання розробки високонадійних і економічних ІІП. Хоча довідник [1], що містить відомості з ШІМ-контролерів, і не вільний від деяких похибок, слід відзначити його велику цінність для конструктораразработчика ІІП. У посібнику [2] описана робота ІІП в телевізорах 6-го покоління, що використовують вітчизняну мікросхему КР1033ЕУ5, але відсутній довідкова інформація (значення напруги, осцилограми сигналів), характеризує її роботу. На жаль, ні в одному з цих джерел не наведено намотувальні параметри накопичувального трансформатора. Тим не менш, використовуючи наявні довідкові характеристики, в радіоаматорських цілях завжди можна пристосувати вже існуючі імпульсні трансформатори для створення необхідного сучасного ІІП. Вирішити цю проблему допоможуть матеріали публікується статті, вони також можуть виявитися корисними для радіоаматорів, що займаються модернізацією та ремонтом вітчизняної та імпортної відеотехніки.
Сервісні функції, виконувані мікросхемою, вельми обширні:
- "м'який" запуск ІІП при плавному збільшенні тривалості пускових імпульсів;
- стабілізація вихідної напруги в робочому режимі управлінням тривалості комутуючих імпульсів;
- "прив'язка" почала комутуючих імпульсів до моменту завершення передачі запасеної енергії в навантаження;
- захист ІІП в режимах холостого ходу і замикання в навантаженні;
- відключення ІІП при коливаннях напруги мережі понад встановлених меж;
- придушення паразитних коливальних процесів, ініційованих накопичувальним трансформатором;
- тепловий захист (відключення мікросхеми при температурі корпусу понад +125 °С).
Функціональне призначення виводів мікросхеми наведено в табл. 1.
Таблиця 1
Номер висновку Функціональне призначення 1 Вхід керуючого підсилювача 2 Вхід сигналу, що імітує зміну струму в накопичувальній обмотці трансформатора 3 Вхід дільника напруги для відключення комутуючих імпульсів при його відхиленні від допустимого значення 4 Загальний висновок 5 Вихід комутуючих імпульсів 6 Напруга живлення мікросхеми 7 Вхід для підключення інтегруючого конденсатора, керуючого тривалістю імпульсів при "м'якому" запуску ІІП 8 Вхід сигналу для визначення переходу через нуль імпульсу в вторинній обмотціОсновні характеристики
Напруга живлення, В 7,5...13 Частота перемикання комутуючих імпульсів, кГц, не більше 165 Потужність ІІП (визначається типом магнітопровода і параметрами комутуючого транзистора), Вт, не більше 250 Вхідна напруга керуючого підсилювача, В 0,37 0,43... Межі зміни комутуючого напруги для перезарядки ємності затвор-витік комутуючого МДН-транзистора, -0,3...+6 Межі зміни комутуючого струму, А -1,5...+1,5Керуючий підсилювач - основний елемент мікросхеми. Отримуючи сигнал від додаткової обмотки трансформатора і порівнюючи його з внутрішнім зразковим напругою, він формує комутуючі імпульси різної тривалості, яка визначається значеннями струму в навантаженні і випрямленої напруги мережі. Тривалість імпульсів змінюється таким чином, щоб підтримувати незмінну напруга на виході ІІП.
Основний елемент ІІП - накопичувальний імпульсний трансформатор, який, у принципі, може бути будь-яким. Широкий діапазон регулювання вихідної напруги, забезпечується мікросхемою, а також великий набір вихідних обмоток трансформатора полегшують завдання по створенню ІП з необхідними параметрами. Доцільно, наприклад, розглянути використання імпульсного трансформатора ТПІ-8-1, описаного раніше на сторінках журналу "Радіо" [3].
Схема ІІП, створена за матеріалами [1,2] та адаптована до застосування зазначеного трансформатора, зображена на рис. 1 (невикористані обмотки трансформатора не показані, висновки 4 і 10 були відсутні спочатку).
Пристрій містить протизавадний фільтр, що перешкоджає проникненню в живильну мережу високочастотних перешкод (L1, C1-C3); токоограничительный резистор, обмежує кидок струму при включенні ІІП (R1); мостовий випрямляч мережевого напруги (VD1); дільник напруги в ланцюзі зворотного зв'язку керуючого підсилювача мікросхеми, формує рівень стабілізації вихідної напруги ІІП (R2, R6, R7, VD2); фільтр в ланцюзі живлення ІІП, знижує рівень пульсацій вхідної напруги (С4); дільник напруги для контролю зміни мережевого напруги і відключення ІІП при неприпустимих його коливаннях (R3, R4); формувач пилкоподібної напруги для імітації зміни струму в накопичувальних обмотки імпульсного трансформатора (R5, C5); формувач імпульсів у ланцюзі сигналу зворотного зв'язку (VD3, C6); інтегруючий конденсатор ланцюги управління "м'яким" запуском ІІП (С7); фільтруючий конденсатор в колі живлення мікросхеми (С8); токоограничительный резистор в режимі запуску мікросхеми до її виходу на робочий режим (R8); випрямляч напруги, що живить мікросхему від обмотки зв'язку (II) трансформатора в робочому режимі (VD4); ланцюг подачі імпульсів для управління комутуючим транзистором (R9-R11, VD5); ланцюг обмеження пікових викидів напруги на стоці транзистора (VD6, R12, C10); демпфуючу ланцюг для усунення паразитних коливань (C11, R13); протизавадний фільтр в ланцюзі визначення початку такту формування комутуючого імпульсу (переходу імпульсу вихідного напруги через нуль) і ланцюга зворотного зв'язку керуючого підсилювача (R14, C9, R15, C12); випрямляч і фільтр вихідної напруги (VD7, C13); токоограничительный резистор в ланцюзі вихідної напруги (R16).
Результати випробування пристрою з різними вихідними обмотками і номіналами використовуваних елементів, які наведені на схемі, для отримання вихідного напруги 12 В при струмі навантаження 1,25 А наведені в табл. 2.
Таблиця 2
Обмотка III Напруга, В 7-11 12,5 16-20 8 3-5 2,2 8-12 10 6-12 55Для вибору вихідної обмотки слід скористатися табл. 3, містить параметри мідних обмотувальних проводів, які найбільш часто застосовують у імпульсних трансформаторах. Обмотка III, розрахована на напругу 24 В при "штатному" використанні, містить 16 витків з трьох паралельно з'єднаних провідників ПЭВТЛ-0,35. Їх загальний перетин - близько 0,3 мм2и еквівалентно провідника діаметром 0,62 мм. Для щільності струму 4,25 А/мм2, відповідної підвищення температури трансформатора на 30 °С, допустимий струм в обмотки становить 1,28 А, що цілком задовольняє пред'явленим вимогам (скориставшись калькулятором, номенклатуру провідників легко продовжити бік збільшення і зменшення діаметра). Якщо використовувати обмотки V та VI (висновки 14, 18 і 16, 20 відповідно [3]), з'єднавши їх паралельно, на виході ІІП можна отримати струм до 3,5 А.
Таблиця 2
Діаметр дроти з ізоляцією, мм Діаметр по міді, мм Допустимий струм, А 0,41 0,35 0,41 0,44 0,38 0,48 0,47 0,41 0,56 0,5 0,44 0,65 0,53 0,47 0,74 0,55 0,49 0,8 0,58 0,51 0,87 0,6 0,53 0,94 0,62 0,55 1,01 0,64 0,57 1,08 0,66 0,59 1,16 0,69 0,62 1,28 0,72 0,64 1,37 0,75 0,67 1,5 0,77 0,69 1,59 0,8 0,72 1,73Як і в модулі живлення МП-403, накопичувальна обмотка - це обмотка I (висновки 1, 19). Особливу увагу слід звернути на правильне підключення (фазування) висновків (зазвичай на схемах початок обмотки завжди позначають точкою). Номери висновків додаткової обмотки зв'язку та живлення мікросхеми наведено на рис 1.
Слід мати на увазі, що робочий струм в обмотці зв'язку залежить від сумарної потужності навантаження і не обов'язково досягає максимального значення 1,5 А. При оцінці робочого напруги обмоток необхідно пам'ятати: пропорційна залежність між кількістю витків та напругою дотримується тільки для вторинних обмоток і не стосується первинної обмотки, оскільки вони працюють в різні напівперіоди (такти) імпульсної напруги, і співвідношення між їх робочими напругами буде залежати від шпаруватості комутуючих імпульсів.
Еквівалент навантаження при налагодженні - три паралельно з'єднаних резистора ПЭВТ-25 опором 30 Ом кожний. Перед подачею напруги мережі необхідно включити в розрив кола між точками А і Б (рис.1) амперметр на 0,5 А. Його використовують тут не тільки як вимірювальний прилад, що показує реакцію пристрої на зміну номіналів елементів (збільшення споживаного струму буде свідчити про підвищення струму навантаження або напруги на вторинних обмотках), але і як надійний індикатор включеного стану безшумно працює ІІП. Це запобігає випадкове ураження струмом при налагодженні.
Корисно також перевірити справність комутуючого транзистора, зібравши найпростішу вимірювальну ланцюг за схемою рис. 2 (там же показана цокольовка польових транзисторів КП707В2, КП812Б1 та їх зарубіжних аналогів IRFBC30, IRFBC40, BUZ90A, 2SK1221 та ін). Збільшуючи з кроком 0,1 В напруга на затворі транзистора, переконуються, що починаючи від порогового напруги (1...5 В залежності від типу і параметрів транзистора), струм в ланцюзі стоку плавно збільшується і досягає 500 мкА приблизно через 0,5 після відкривання. Краще застосувати джерела живлення з захистом по струму, попередньо встановленої на рівні 1 мА. Це виключить ушкодження транзисторів навіть при помилках підключення через невідому їх цокольовка.
Після проведення зазначених підготовчих заходів підлаштування резистор R7 слід встановити в середнє положення і включити в мережу ІІП. Під час налагодження пристрій краще розташовувати на робочому столі елементами вниз: тоді друкована плата захистить від травм під час можливого вибуху оксидних конденсаторів у результаті перевищення напруги із-за неправильного підключення обмоток.
При недостатньому у вторинних обмотках напрузі для виходу на робочий ІІП режим будуть чутні характерні прицмокування трансформатора разом з високим тоном ("цикання"), обумовлені періодичним включенням пускового режиму міру збільшення до порогового значення напруги на конденсаторі С8. У процесі налагодження ІІП в першу чергу необхідно перевірити вплив положення рухомого контакту підлаштування резистора R7 на параметри вихідних імпульсів.
Дуже обережно слід підходити до вибору параметрів елементів ланцюга формування пилкоподібної напруги (R5, С5), що визначає максимальну тривалість відкритого стану переключательного транзистора. Напруга на конденсаторі С5 в мікросхемі порівнюється з напругою на вході керуючого підсилювача, і комутує імпульс припиняється при їх збігу. Якщо ці елементи обрані неправильно, у момент відключення ІІП від мережі зменшення напруги на виході фільтра мережевого живлення буде скомпенсоване збільшенням тривалості комутуючих імпульсів і перевищенням допустимого значення стокового струму транзистора, що призведе до його пошкодження.
В процесі налагодження для підключення ІІП до мережі слід використовувати надійні комутаційні елементи (тумблери, вимикачі, а не мережеві вилки і розетки), так як виникає брязкіт контакту може бути причиною виходу з ладу комутуючого транзистора.
Після завершення налагодження пристрій повинен впевнено виходити на робочий режим, про що будуть свідчити безшумна робота ІІП і свідчення контрольного амперметра в межах 100...350 мА в залежності від навантаження. Якщо цього не відбувається, значить, у пристрої є несправні деталі або допущені помилки в монтажі.
Через перші кілька десятків секунд роботи ІІП слід відключити від мережі і проконтролювати тепловий режим транзистора, трансформатора, діодів, потім повторити те ж через кілька десятків хвилин роботи. При відсутності перегріву необхідно відрегулювати вихідна напруга і проконтролювати форму сигналів у відповідності з рис.3.
Аналіз роботи пристрою показав, що при використанні вже готового імпульсного трансформатора накопичувальну обмотку краще залишити незмінною, а обмотку зв'язку вибрати на напругу 8...9 В "штатному" використання, тобто для трансформатора ТПІ-8-1 необхідна обмотка зв'язку, що містить шість витків (обмотка з номерами висновків 14 - 18).
Може виявитися, що вибраний трансформатор не забезпечує необхідних параметрів ІІП, внаслідок чого знадобиться заміна вторинних обмоток. Жорстка технологія виготовлення імпульсних трансформаторів (розподіл обмоток в строго заданому порядку, дотримання зазорів між краєм обмотки і зовнішньої стороною каркаса, вибір діаметру проводів в залежності від робочого струму, розподіл неповного шару "вразрядку" по всій ширині обмотки з метою створення однорідного магнітного поля всередині робочого об'єму трансформатора) вимагає при виготовленні особливої ретельності і акуратності в збірці. Але розбирання трансформатора, склеєного епоксидним клеєм, практично неможлива без використання фрезерувальних обладнання (після розрізання фрезою трансформатора потрібно відновити робочий зазор на центральному стрижні його зменшенням на товщину розрізу). Тому єдиний вихід у ситуації, що ситуації - розпаювання електростатичного (помехозащитного) екрана з мідною фольги, видалення непотрібних і намотування обмоток на їх місці "човниковим" способом необхідної обмотки, причому замість дроту великого діаметра більш переважно використання декількох паралельних провідників меншого діаметру з еквівалентним загальним перетином.
У пристрої застосовані недефіцитні деталі. Конденсатори С1 К73-17, С2, C3, С10, СП - К73-9, всі на номінальну напругу 630, С4 - К50-32. Якщо навантаження ІІП перевищує 50 Вт, паралельно конденсатору С4 необхідно приєднати ще один такої ж або використовувати К50-35Б ємністю 220 мкф (або 330 мкф) на напругу 350 У. Конденсатор С6 - К53-30 або інший. Оксидні конденсатори С8, С13 К50-35. Інші - будь-які керамічні на номінальну напругу 63... 100 Ст. постійні резистори - МЛТ, за винятком R16 С5-16МВ. Підлаштування резистор R7 - СПЗ-386. Діодний міст замінимо КЦ405Б, КЦ405В або окремими діодами з допустимим зворотним напругою не менше 400 В і робочим струмом 1 А. Діоди VD6 і VD7 - імпульсні з номінальною частотою не нижче 35 кГц, причому перший з них на номінальна напруга не менше 600В і струм 1 А, другий - 100В і 5 А (для низьковольтних ІП). Замість промислового дроселя мережевого фільтра L1 застосуємо саморобний: використовують феритове кільце 1500НМ-2000НМ зовнішнім діаметром близько 20 мм з намотаними на ньому обмотками в кілька десятків витків з двох провідників МГТФ-0,35.
Всі елементи ІІП змонтовані на друкованій платі з однобічного фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5 мм (рис. 4). В отвори А і Б плати запаюють перемичку після завершення налагодження пристрою. Конденсатор С4 закріплюють паралельно платі за допомогою дротяного хомута, встановленого на поглиблення в торцевій частині корпусу; кінці хомута запаюють у відповідні отвори. Мінусовий висновок конденсатора для забезпечення надійності електричного контакту під'єднують до плати через шайбу з пелюсткою і гайку на різьбової частини корпусу. Конденсатор СІ та резистор R13 з'єднують навісним монтажем, другий висновок конденсатора з подпаянным монтажним пелюсткою під'єднують безпосередньо до металевої пластини корпусу транзистора, встановлюється на тепловідвід. Це дозволить значно знизити рівень випромінюваних перешкод. З цією ж метою ІІП розміщують в металевому корпусі з вентиляційними отворами для охолодження.
До мережі пристрій підключають гнучким монтажним проводом: в розрив одного провідника подпаивают вимикач і запобіжник із струмом спрацьовування, в два рази перевищує робочий, вимірюється амперметром під час налагодження (як зазначено раніше, він буде залежати від навантаження). Вторинну обмотку підключають гнучкими ізольованими провідниками в залежності від необхідного значення напруги на виході ІІП. Транзистор VT1 зміщений до межі плати з тим, щоб його можна було через слюдяну пластину кріпити безпосередньо до металевого корпусу пристрою або до тепловідводу з ефективною площею охолоджуючої 100...200 см2.
Слід пам'ятати, що ІІП гальванічно пов'язаний з мережею: при необережному звернення це може бути причиною поразки електричним струмом. За правилами техніки електробезпеки на час налагодження ІІП необхідно підключати до мережі через розділовий трансформатор потужністю не менше 300 Вт.
Література
Автори: Ст. Косенко, С. Косенко, Ст. Федоров, Воронеж р.