Низькочастотні джерела живлення на силових трансформаторах, зважаючи великих габаритів і маси, а також низького ККД повсюдно витісняються імпульсними. Розробка потужних високочастотних транзисторів і імпульсних трансформаторів на феритових сердечниках дозволяє передавати енергію в навантаження на частотах, сумірних з довжиною радіохвиль, і довести масогабаритні показники таких джерел до мінімальних величин.
Пропонований джерело призначено для живлення потужної апаратури і зарядки автомобільних акумуляторів. Джерело побудований на базі однотактного перетворювача, до складу якого входять задаючий генератор на одноперехідному транзисторі і блокінг-генератор на потужному біполярному транзисторі.
Принцип роботи джерела заснований на 3-кратному перетворення напруги.
Змінна напруга електромережі випрямляється (перетворюється в постійне високовольтне) і подається на ключовий перетворювач. Високочастотний ключ з трансформатором перетворює постійну напругу в імпульсне низьковольтне. Останнім випрямляється і подається на навантаження.
У обратноходовых перетворювачах (інверторах) період замкнутого стану транзисторного ключа йде накопичення енергії в трансформаторі, а передача її в навантаження відбувається при розімкнутому ключі. У таких інверторах однополярної намагнічування трансформатора призводить до залишкової намагніченості феритового сердечника, і для її зменшення обов'язково необхідний немагнітний зазор в магнітопроводі.
Енергія, запасена в трансформаторі за час комутуючого імпульсу, не завжди встигає розсіятися за час паузи, що може призвести до насичення трансформатора і втрати серцевиною магнітних властивостей. Для усунення цього ефекту первинна ланцюг трансформатора шунтується швидкодіючим діодом з резистивної навантаженням.
Схема джерела наведена на рис.1.
Комутаційні перешкоди в імпульсних джерелах живлення виникають із-за перемикає режими роботи потужних регулюючих елементів. Для захисту мережі і перетворювача від імпульсних перешкод встановлений мережний фільтр на двухобмоточном дроселі Т2 з конденсаторами С7, С8, С10 для придушення нессиметричных перешкод.
Обмеження зарядного струму конденсатора фільтра С4 виконано на позисторе Rt1, опір якого падає з підвищенням його температури. Імпульсні перешкоди перетворювача, виникають в моменти перемикання ключового транзистора VT2 і трансформатора Т1, усуваються паралельними ланцюгами VD2-С5-R11 і C6-R13, перешкоди в ланцюзі навантаження придушуються дроселем L1. Тривалість пауз між імпульсами вихідного струму при цьому трохи збільшується, але не погіршує перетворення.
Формувач імпульсів запуску інвертора виконаний на одноперехідному транзисторі VT1. Напруга живлення VT1 стабілізоване діодом VD1. Зарядний напруга на конденсаторі С1 періодично відкриває VT1 і створює на резисторі R4 послідовність імпульсів з частотою, яка визначається номіналами R1, R2 і С1. Конденсатор С2 прискорює перехідний процес перемикання транзистора VT1.
При подачі живлення постійне напруга (випрямлена доданими мостом VD4) з конденсатора фільтра С4 через обмотку 1 трансформатора Т1 надходить на колектор транзистори VT2, на якому зібрано блокінг-генератор. Перебіг колекторного струму через обмотку 1 Т1 супроводжується накопиченням енергії в магнітному полі сердечника. Імпульсне напруга з резистора R4 відкриває транзистор VT2 на кілька мікросекунд, ток колектора VT2 в цей час зростає до 3...4 А. Після закінчення позитивного імпульсу струм колектора припиняється.
Припинення струму викликає появу в котушках трансформатора ЕРС самоіндукції, яка створює в обмотці 3 імпульсна напруга. Діод VD5 з конденсатор С9 випрямляють і фільтрують це напруження, яке через дросель L1 подається на навантаження.
Імпульсна напруга з обмотки 2 Т1 через резистори R5, R9, R14 надходить на базу транзистора VT2, і схема переходить в режим автоколивань. Конденсатор С3 підтримує стійкість роботи блокінг-генератора.
Стабілізація вихідної напруги виконується оптопарою VU1, що забезпечує гальванічну розв'язку високовольтних і вихідних низьковольтних ланцюгів. Підвищення напруги навантаження, наприклад, за рахунок збільшення її опору, що призводить до включення світлодіода оптопари VU1, фотодіод якої відкривається і шунтує сигнал з обмотки 2 Т2. Імпульсна напруга на базі VT2 знижується, відповідно, зменшується час його відкритого стану. Тривалість позитивних імпульсів на обмотці 3 Т1 також зменшується, що викликає зниження вихідної напруги (і зарядного струму акумулятора GB1). При зменшення напруги навантаження описаний процес відбувається навпаки.
У разі струмового перевантаження транзистора VT2 збільшується імпульсна напруга на резисторі R12 в ланцюзі його эммитера. Тоді відкривається паралельний стабілізатор напруги DA1 і шунтує базова напруга VT2. Тим самим також зменшується тривалість відкритого стану (аж до зриву автоколивань). Величина струму відсічки транзистора VT2 коригується резистором R10.Після усунення перевантаження відбувається повторний запуск блокінг-генератора від формувача імпульсів на VT1.
Вибір високочастотного трансформатора залежить від потужності навантаження. Потужність трансформатора безпосередньо залежить від частоти автогенератора і фериту марки. При збільшення частоти в 10 разів потужність трансформатора збільшується майже в 4 рази. Зважаючи на складність самостійного виготовлення імпульсного трансформатора в пристрої використаний трансформатор від застарілого монітора. Підійдуть трансформатори і від телевізорів. Для орієнтування наводимо приблизні дані трансформатора Т1. Сердечник - Б26М1000 з зазором в центральному стрижні. Обмотка 1 містить 56 витків дроту ПЕВ-2 0,51 мм, обмотка 2-4 витка 0,18 мм, обмотка 3 -14 витків джгутом з 3-х проводів 0,31 мм
Пристрій зібрано на друкованій платі розмірами 115x65 мм (рис.2).
Перемички розташовані з боку радіокомпонентів. Радіатор ключового транзистора VT2 використаний від процесора комп'ютера. Для кращого охолодження можна застосувати вентилятор від комп'ютерного блоку живлення, підключивши його до виходу джерела через резистор опором 33...56 Ом. Типи використовуваних елементів наведено в табл.1, можлива заміна транзисторів перетворювача - в табл.2.
Налагодження зібраної схеми починають з ретельної перевірки плати. В розрив мережевого дроти включають лампочку 220 В будь потужності, замість навантаження - автомобільну лампочку (12 В, 20 свічок). При несправних деталях і помилках в монтажі мережева лампочка горить яскравим світлом, а автомобільна не горить. Якщо схема справна, мережева лампочка не горить або горить слабким напруженням, а автомобільна - яскраво. Яскравість лампочки в навантаженні (вихідна напруга) можна регулювати резистором R1. Поріг спрацьовування захисту від перевантаження по струму встановлюється резистором R10, стабілізація напруги (при максимальному навантаженні) регулюється резистором R5. Підбором R15 (при необхідності) коригується струм світлодіода оптопари VU1 в межах 5...6 мА.
При наявності осцилографа зручно спочатку перевірити роботу генератора на транзисторі VT1, подавши на інвертор напруга живлення 30...50 від лабораторного джерела. Частоту генератора можна змінити резистором R1 або конденсатором С1.
При слабкій зворотного зв'язку (великий опір R5) або невірному підключенні обмотки 2 Т1 блокінг-генератор на VT2 може відключатися від короткочасного перевантаження і повторно не запускатися.
Автори: Ст. Коновалов, А. Вантеев, Творча лабораторія "Автоматика і телемеханіка", р. Іркутськ