Імпульсні джерела живлення широко використовуються в сучасній радіоелектронній апаратурі. Частіше стали застосовувати їх і радіоаматори, про що свідчить зростання кількості публікацій у радіотехнічної літературі, в зокрема в журналі "Радіо". Однак у більшості випадків описуються відносно малопотужні конструкції. Автор статті пропонує публікується увазі читачів імпульсний блок живлення потужністю 800 Вт. Від описаних раніше він відрізняється застосуванням у перетворювачі польових транзисторів і трансформатора з первинною обмоткою із середнім виводом. Перше забезпечує більш високий ККД і знижений рівень високочастотних перешкод, а друге - вдвічі менший струм через ключові транзистори і виключає необхідність в развязывающем трансформаторі в ланцюгах їх затворів.
Недолік такого схемного рішення - висока напруга на половинах первинної обмотки, що вимагає застосування транзисторів з відповідним допустимим напругою. Правда, на відміну від мостового перетворювача, в даному випадку досить двох транзисторів замість чотирьох, що спрощує конструкцію і підвищує ККД пристрою.
У імпульсних блоках живлення (ДБЖ) використовують одно - і високочастотні двотактні перетворювачі. ККД перших нижче, ніж друге, тому однотактні ДБЖ потужністю більше 40...60 Вт конструювати недоцільно. Двотактні перетворювачі дозволяють отримувати значно більшу вихідну потужність при високому ККД. Вони діляться на кілька груп, що характеризуються способом збудження вихідних ключових транзисторів та схеми включення їх в ланцюг первинної обмотки трансформатора перетворювача. Якщо говорити про спосіб збудження, то можна виділити дві групи: з самозбудженням і зовнішнім збудженням. Перші користуються меншою популярністю із-за труднощів у налагодженні. При конструюванні потужних (більше 200 Вт) ДБЖ складність їх виготовлення невиправдано зростає, тому для таких джерел живлення вони малопридатні. Перетворювачі з зовнішнім збудженням добре підходять для створення ДБЖ підвищеної потужності і деколи майже не вимагають налагодження.
Що стосується підключення ключових транзисторів до трансформатора, то тут розрізняють три схеми: так звану полумостовую (рис. 1, а), бруківку (рис. 1, б) і з первинною обмоткою, що має відвід від середини (рис. 1, в). На сьогоднішній день найбільше поширення отримав полумостовой перетворювач [1]. Для нього необхідні два транзистора з відносно невисоким значенням напруги Uкэ max. Як видно з рис. 1, а. конденсатори С1 і С2 утворюють дільник напруги, до якого підключена первинна (I) обмотка трансформатора Т2. При відкривання ключового транзистора амплітуда імпульсу напруги на обмотці досягає значення Uжив/2 - Uкэ max.
Мостовий перетворювач [2] аналогічний полумостовому, але в ньому конденсатори замінені транзистори VT3 і VT4 (рис. 1. б), які відкриваються парами по діагоналі. Цей перетворювач має кілька більш високий ККД за рахунок збільшення напруги, що подається на первинну обмотку трансформатора, а отже, зменшення струму, що протікає через транзистори VT1 - VT4. Амплітуда напруги на первинній обмотці трансформатора в цьому випадку досягає значення Uжив - 2Uкэ max.
Осібно стоїть перетворювач за схемою на рис. 1. в. відрізняється найбільшим ККД. Досягається це за рахунок зменшення струму первинної обмотки і. як наслідок, зменшення потужності, що розсіюється в ключових транзисторах, що надзвичайно важливо для потужних ДБЖ. Амплітуда напруги імпульсів в половині первинної обмотки зростає до значення u піт - Uкэ max. Слід також зазначити, що на відміну від інших перетворювачів (1,2) для нього не потрібен вхідний розв'язують трансформатор.
У пристрої за схемою на рис. 1. необхідно використовувати транзистори з високою значенням Uкэ max. Оскільки кінець верхній (за схемою) половини первинної обмотки з'єднаний з початком нижній, при протіканні струму в першій з них (відкритий VT1) у другий створюється напруга, рівне (по модулю) амплітуді напруги на першій, але протилежна за знаком щодо Uжив. Іншими словами, напруга на колекторі закритого транзистора VT2 досягає 2Uпит. тому його Uкэ max має бути більше 2Uпит. У пропонованому ДБЖ застосований двотактний перетворювач з трансформатор, первинна обмотка якого має середній висновок. Він має високий ККД. низький рівень пульсацій і слабо випромінює перешкоди в навколишній простір. Автор використовує його для живлення двоканального умощненного варіанти УМЗЧ. описаного в [3]. Вхідна напруга ДБЖ - 180...240 Ст. номінальна вихідна напруга (при вхідному 220 В) - 2х50 Ст. максимальна потужність навантаження - 800 Вт. робоча частота перетворювача - 90 кГц.
Принципова схема ІБЖ зображена на рис. 2. Як видно, це перетворювач з зовнішнім збудженням без стабілізації вихідної напруги. На вході пристрою включений високочастотний фільтр C1L1C2, що запобігає попадання перешкод в мережу. Пройшовши його, напруга мережі випрямляється діодним мостом VD1 - VD4. пульсації згладжуються конденсатором C3. Випрямлена постійна напруга (близько 310) використовується для живлення високочастотного перетворювача.
Пристрій керування перетворювачем виконаний на мікросхемах DD1-DD3. Харчується вона від окремого стабілізованого джерела, що складається з понижуючого трансформатора Т1. випрямляча VD5 і стабілізатора напруги на транзисторах VT1, VT2 і стабілітроні VD6. На елементах DDI. 1. DD1.2 зібраний задаючий генератор, що виробляє імпульси з частотою проходження близько 360 кГц. Далі слід дільник частоти на 4, виконаний на тригерах мікросхеми DD2.
З допомогою елементів DD3.1, DD3.2 створюються додаткові паузи між імпульсами. Паузою є не що інше, як рівень логічного 0 на виходах цих елементів, що з'являється при наявності рівня 1 на виходах елемента DDI.2 і тригер DD2.1 і DD2.2 (рис. 3). Напруга низького рівня на виході DD3.1 (DD3.2) блокує DD1.3 (DD1.4) у "закритому" стані (на виході - рівень логічної 1).
Тривалість паузи дорівнює 1/3 від тривалості імпульсу (рис. 3, епюри напруг на виводах 1 DD3.1 і 13 DD3.2), чого цілком достатньо для закривання ключового транзистора. З виходів елементів DD1.3 і DD1 .4 остаточно сформовані імпульси надходять на транзисторні ключі (VT5. VT6), які через резистори R10, R11 керують затворами потужних польових транзисторів VT9, VT10.
Імпульси з прямого та інверсного виходів тригера DD2.2 надходять на входи пристрою, виконаного на транзисторах VT3. VT4. VT7. VT8. Відкриваючись по черзі, VT3 і VT7. VT4 і VT8 створюють умови для швидкої розрядки вхідних ємностей ключових транзисторів VT9, VT10. тобто їх швидкого закривання. Причому, як видно з рис. 3 (епюри напруг на виводах 12 і 13 DD2.2). VT7 і VT8 відкриваються відразу ж після закінчення імпульсу, тому при будь-вихідний потужності кожного з транзисторів VT9, VT10 завжди встигає надійно закритися до відкриття другого. Якби ця умова не виконувалась, через них, а отже, через первинну обмотку трансформатора Т2 протікав би наскрізною струм. який не тільки зменшує надійність і ККД ДБЖ. але і створює сплески напруги, амплітуда яких часом перевищує напруга живлення перетворювача.
У ланцюзі затворів транзисторів VT9 і VT10 включені резистори щодо великого опору R10 і R11.Разом з ємністю затворів вони утворюють фільтри нижніх годину мл, зменшують рівень гармонік при відкриванні ключів. З цією ж метою введені елементи VD9-VD12. П16, R17, С12.С13
В стокові ланцюга транзисторів VT9. VT10 включена первинна обмотка трансформатора Т2. Випрямлячі вихідної напруги виконані за мостовою схемою на діодах VD13 - VD20, що дещо зменшує ККД пристрою, але значно (більш ніж у п'ять разів) знижує рівень пульсацій на виході ДБЖ. Важливо відзначити, що форма коливань, майже прямокутна при максимальному навантаженні, плавно переходить в близьку до синусоїдальної при зменшенні потужності до 10...20 Вт. що позитивно позначається на рівні шумів УМЗЧ при малій гучності.
Випрямлена напруга обмотки IV трансформатора Т2 використовують для харчування вентиляторів (див. далі).
У пристрої застосовані конденсатори К73-17 (С1. С2. С4). К50-17 (C3), МБМ (С12. С13). К73-16 (С14-С21. С24. С25). К50-35 (С5-С7). КМ (решта). Замість зазначених на схемою допустимо застосування мікросхем серій К176. К564. Діоди Д246 (VD1-VD4) можна на будь-які інші, розраховані на прямий струм не менше 5 А і зворотне напруга не менше 350 (КД202К. КД202М. КД202Р, КД206Б. Д247Б). або діодний випрямний міст з такими ж параметрами, діоди КД2997А (VD13-VD20) - на КД2997Б. КД2999Б. стабілітрон Д810 (VD6) - на Д814В. Як VT1 можна використовувати будь-які транзистори серій КТ817, КТ819. в якості VT2-VT4 і VT5, VT6 - відповідно будь-які з серій КТ315, КТ503, КТЗ102 і КТ36К КТ502. КТ3107. на місці VT9, VT10 - КП707В1, КП707Е1. Транзистори КТ3102Ж (VT7. VT8) замінювати не рекомендується.
Трансформатор Т1 - ТЗ-10-1 або будь-який інший з напругою вторинної обмотки 11... 13 В при струмі навантаження не менше 150 мА. Котушку L1 мережевого фільтра намотують на феритовому (М2000НМ1) кільці типорозміру К31М8,5у7 проводом ПЗВ-1 1,0(2x25 витків), трансформатор Т2 - на трьох склеєних разом кільцях з фериту тієї ж марки, але типорозміру К45х28х12. Обмотка I містить 2x42 витка проводу ПЕВ-2 1,0 (намотують ледь проводу), обмотки II і III - по 7 витків (п'ять проводів ПЕВ-2 0,8), обмотка IV - 2 витка ПЕВ-2 0.8. Між обмотками прокладають три шари ізоляції з фторопластовою стрічки. Магнітопроводи дроселів L2, L3 - феритові (1500НМЗ) стрижні діаметром 6 і довжиною 25 мм (подстроечніком від броньових сердечників Б48). Обмотки містять по 12 витків дроту ПЕВ-1 1.5.
Транзистори VT9. VT10 встановлюють на тепловідводах з вентиляторами, що застосовуються для охолодження мікропроцесорів Pentium (підійдуть аналогічні вузли та від процесорів 486). Діоди VD13-VD20 закріплюють на тепло-відводи з площею поверхні близько 200 см2. Для охолодження транзисторів вихідного каскаду УМЗЧ на задній стінці встановлюють вентилятор від комп'ютерного блоку живлення або будь-який інший з напругою живлення 12 Ст.
При монтажі ДБЖ слід прагнути до того, щоб всі з'єднання були можливо коротше, а у силовій частині використовувати провід можливо більшого перерізу. ДБЖ бажано укласти в металевий екран і з'єднати його з висновком 0 виходу джерела, як показано на рис. 4. Загальний провід силовий частини з екраном з'єднуватися не має. Оскільки ДБЖ не оснащений пристроєм захисту від короткого замикання і перевантаження в ланцюзі живлення УМЗЧ необхідно включити запобіжники на 10 А.
У налагодженні описаний ДБЖ практично не потребує. Важливо тільки правильно сфазировать половини первинної обмотки трансформатора Т2. При справних деталях і відсутність помилок в монтажі блок починає працювати відразу після включення в мережа. Якщо необхідно, частоту перетворювача підлаштовують підбором резистора R3. Для підвищення надійності ДБЖ бажано експлуатувати його з УМЗЧ, якому передбачена наскрізна продування вентилятором.
Література
Автор: Д. Колганов, р. Калуга