Потужності, які споживають підсилювальні установки в системах озвучування дискотек і невеликих майданчиків, досягають 2...10 кВт. При цьому для вихідних каскадів підсилювачів потрібні живлять напруги від ±80 до ±160 (і вище).
У цій статті пропонується двополярний імпульсний джерело живлення (ІІП) (рис.1), призначений для електроживлення кінцевих каскадів концертного УМЗЧ. Серед електроживлячих пристроїв, описаних на сторінках журналу на даний момент, цей ІІП є найпотужнішим.
ІІП забезпечує постійне двухполярное вихідна напруга, яке стабілізоване за широтно-імпульсним принципом, а також володіє системою захисту від перевантаження по струму (захист від перегріву компонентів не передбачена). ІІП живиться від 3-фазної мережі частотою 50 Гц. Включення джерела в мережу при відсутність вихідний навантаження не призводить до аварії, а лише негативно позначається на коефіцієнт стабілізації напруги. Але потрібно підкреслити, що нормальний запуск ІІП здійснюється тільки після попереднього включення всіх інших блоків і систем аудиокомппекса. Частота перетворення апарату - порівняно невисока (25 кГц) і обумовлена частотними властивостями потужних ключових транзисторів-імпульсного перетворювача. Якщо немає перекосу фаз. коефіцієнт потужності ІІП може доходити до 0,955, що пов'язано з особливістю функціонування випрямляча Ларіонова з нульовим діодом і фільтром, що володіє індуктивної реакцією.
Призначення компонентів
Захист живильної мережі при виникненні будь-якої несправності в пристрої забезпечує 3-фазний автоматичний вимикач FU1. Варистори RU1, RU6 блокують короткочасні перенапруги, що виникають у мережі. Дроселі L2...L5 спільно з конденсаторами С7, С10, С11, С22, С28 С32, С34, С35, С37, С39, С44, С45, С221...С223 виконують функцію високочастотного реактивного фільтра, переважної пульсації, які могли б пройти в живильну мережу. Резистори R45...R47 демпфируют дроселі L3...L5, зменшуючи їх ЕРС самоіндукції.
Відфільтроване змінне мережеве напруга підведена до випрямлячу Ларіонова VD35 з нульовим діодом VD36. Частота пульсацій на його виході складає 300 Гц. Дросель L11 з невеликий індуктивністю необхідний для фільтрації високочастотної складової, здатної потрапити в живильну мережу, а також для того, щоб при підключенні до виходу випрямляча Ларіонова конденсаторів С317, С346 С381 практично не знижувався коефіцієнт потужності і не спотворювалася форма фазного струму. Поліпропіленові конденсатори С317, С346, С381 необхідні для нормальної роботи імпульсного перетворювача. Постійні резистори R63...R66 розряджають конденсатори С317,С346.С381 після завершення роботи пристрою. Завдяки обмотці II двохобмотувальні дроселя і L11 диоду VD38 відбувається рекуперація енергії, накопиченої в магнітному полі дроселя, назад у конденсатори С317, С346, С381 ланцюга живлення перетворювача. Варистори RU7 і RU8 пригнічують імпульси перенапруження, викликані ЕРС самоіндукції дроселя L11.
Якщо 3-фазна напруга живильної мережі становить 380 В і немає перекосу фаз, то фазні напруги Uф рівні
При номінальному мережевому напрузі на холостому ходу постійна напруга на виході випрямляча Ларіонова становить
У реальності, в зв'язку з тим, що випрямляча на діодах VD35, відкритому тиристорі VS1, обмотці I дроселя L11 та ін. є падіння напруги, постійна напруга, що подається на імпульсний перетворювач, може бути приблизно на 10% менше.
Заряд конденсаторів С317, С346...С381 в момент включення джерела породжує імпульс струму, протікає по мосту Ларіонова VD35. Щоб заряд ємностей конденсаторів фільтра не викликав струмових перевантажень, застосована ланцюг ступеневої запуску, виконавчим елементом якої виступає тиристор VS1.
У момент включення джерела VS1 закритий, а струм заряду С317, С346...С381 протікає через резистор R53, що обмежує його на рівні 22,6 А (при максимальній напрузі мережі). Такий струм не небезпечний для діодів VD35 (максимальний струм, споживаний імпульсним перетворювачем - приблизно 24 А). Після заряду конденсаторів фільтра R53 шунтується тиристором VS1, включення якого відбувається із затримкою, що визначається ланцюжком C287-R57.
Відкриває VS1 польовий транзистор VT12, резистор R55 обмежує струм керуючого електрода (опір R55 вибрано так, щоб струм керуючого електроди з запасом перевищував отпирающий). Конденсатор С286 запобігає випадкове включення тиристора від перешкод.
Харчування ланцюга обмеження імпульсу струму, породжуваного зарядом конденсаторів С317, С346...С381 здійснюється від параметричного стабілізатора R54-VD37-VT11. Конденсатор С288 пригнічує пульсації напруги. Від цього ж стабілізатора живлення вентилятори М1...МОЗ, ЕРС самоіндукції обмоток яких пригнічує діод VD39.
Стабілізатор підключений до імпульсного випрямляча з згладжуючим LC-фільтром на С228, С229, L6, VD27, VD30. Дросель L6 - демодулирующий. Він необхідний для того, щоб напруга на конденсаторах С228 і С229 було пропорційно ефективному, а не амплітудному значенню напруги на обмотці II трансформатора Т4. Поліпропіленовий конденсатор С229 з низькими паразитними опором і індуктивністю шунтує по високій частоті електролітичний конденсатор С228, запобігаючи перегрів останнього.
Первинна обмотка лінійного трансформатора Т2 з'єднана з мережевим фільтром через запобіжник FU2. а вторинна обмотка підключена до мостового випрямляча з VD24 згладжуючим фільтром С36, С38 Випрямлена напруга підведена до параметричного стабілізатора R34-VD13-VT9, стабілізовану напруга з якого подається на П-образний фільтр С14-C19-L1, C23, С27, С30.
Задаючий генератор ІІП побудований на мікросхемі DA1 - 2-тактний контролері UC3825 ф.Texas Instruments (Unitrode) з ланцюгами обв'язки". Максимальний струм кожного з ключових транзисторів зазначеної ІМС - 2 А при тривалості імпульсів 0,5 мкс (0,5 А на постійному струмі). Призначення висновків ІМС UC3825 в пластмасовому корпусі DIP-16 (рис.2) наступне:
1 - інвертуючий вхід підсилювача помилки,
2 - неінвертуючий вхід підсилювача помилки,
3 - вихід підсилювача помилки,
4 - висновок синхронізації частоти,
5 - частотозадающіх резистор,
6 - конденсатор, задає частоту і тривалість паузи на нулі,
7 - висновок пилкоподібної напруги;
8 - висновок для організації "м'якого" запуску,
9 - вхід системи блокування по струму і заборони генерації імпульсів;
10 - загальний провід слабкострумових ланцюгів контролера;
11 - вихід кінцевого каскаду "А",
12 - загальний провід сильноточного кінцевого каскаду,
13 - висновок для подачі напруги живлення на крайовий каскад,
14 - вихід кінцевого каскаду "В ",
15 - висновок для підключення до джерела живлення,
16 - вихід опорного напруги (+5,1).
На резисторах R2, R10, R52, R58 (рис. 1) організований дільник вихідної напруги ІІП, що додається до конденсаторам С230...С257, С258...С285. Елементи С5 і R11 підвищують завадостійкість системи автоматичного регулювання. Постійна напруга, падаюче на резисторах R2 і R10, підведене до інвертуючого входу підсилювача помилки мікросхеми DA1. Згідно довідковим даними фірми-виробника, це напруга повинна лежати в діапазоні -0,3...+7 щодо виведення 10 мікросхеми. Якщо на дільник R2-R10-R52-R58 подається постійна напруга 200 В, то регулюванням опору R10 можна домогтися на виводі 1 напруги DA1 а діапазоні +0,27...+5,3 (по відношенню до потенціалу висновків 10 і 12). Слід помітити, що регулювання R10 спричинить зміна вихідної напруги, а отже, і напруги на інвертуючому вході підсилювача сигналу помилки.
Система стабілізації вихідної напруги працює так. Якщо вихідна напруга ІІП з якої-небудь причини зростає, то збільшується напруга, надходить з дільника на вивід 1 DA1. Це викликає зменшення коефіцієнта заповнення генеруються мікросхемою імпульсів, що надходять в силові модулі, тобто зменшення тривалості різнополярних імпульсів при незмінній частоті генерації. Ефективні напруги на вторинних обмотках імпульсного трансформатора Т4 знижуються, і постійна напруга після демодулирующего дроселя L7, прикладена до конденсаторів С230...С285, повертається до початкового рівня.
Контроль постійного напруги здійснюється саме на вході силового високочастотного фільтра, а не на його виході, так як наявність надмірного зсуву фази призвело б до нестійкості системи автоматичного регулювання вихідної напруги (замість негативної могла виникнути позитивний зворотний зв'язок і самозбудження ІІП). Вкрай важливо, щоб конденсатори С230...С243 і С258...С271 мали мінімальні значення паразитної опору та індуктивності.
Ланцюжок R9-C8 - корегуюча підсилювача сигналу помилки. Опорне напруга (+5,1) подається безпосередньо на неінвертуючий вхід 2 підсилювача помилки. Керамічний конденсатор С2 здійснює фільтрацію пульсацій. НоминалыR1, R4 і С1 задають частоту імпульсів, які виробляє DA1. Ємність С1 визначає тривалість паузи ("dead time") між різнополярними імпульсами, Чим більше ємність С1, тим довше dead time.
На компонентах С6, R3, VT1 зібрана ланцюг "м'якого" запуску задаючого генератора DA1. Елементи R12, С12, С13 - пасивний фільтр, пригнічує високочастотні пульсації і "розділяє" слабкострумові попередні ланцюга і сильноточный крайовий каскад DA1. Конденсатори С12 і С13 повинні мати як можна меншими паразитними опором та індуктивністю. Конденсатор С13 - керамічний. Номінальна напруга танталового конденсатора С12 не повинно бути нижче 50 В, інакше він може пробитися, причому танталові конденсатори зазвичай виходять з ладу з замиканням ланцюга.
Між вихідним каскадом мікросхеми DA1 і ланцюгами форсування розряду ємностей затвор-емітер ключових силових транзисторів модулів VT2 і VT10 розміщений драйвер з двома MOSFET VT5 і VT6. Їх призначення - умощнение імпульсів, що подаються на обмотку I узгоджувального трансформатора Т1. Резистори R16 і затримують R17 відмикання і замикання транзисторів VT5 і VT6, а R18 і R19 розряджають їх ємності затвор-витік, RC-ланцюжка C20-R22 і С21-R23 необхідні для демпфування первинних полуобмоток імпульсного трансформатора Т1. Без них форма імпульсів управління ключовими транзисторами модулів VT2 і VT10 була б сильно перекручена, що неминуче призвело б до аварійної ситуації.
Силу струму, що протікає по первинній обмотці силового I імпульсного трансформатора. Т4, відстежує трансформатор струму ТЗ. Імпульси струму, протікаючи через резистори R39, R40, R43 і R44, створюють на них падіння напруги, величини яких пропорційні струму первинної обмотки. Швидкість наростання напруги на цих резисторах знижують RC-ланцюжка C40-R37 і C41-R38, які, крім того, сприяють швидкому загасання паразитних коливальних процесів. Двонаправлені трансилы (transil - Transient Voltage Suppression Diode) VD20 і VD21 обмежують амплітуди імпульсів перенапруги.
Імпульси випрямляють діоди Шотткі VD16 і VD17, навантажені на С3З і R33, утворюють піковий детектор. Випрямлена напруга підводиться до дільнику напруги R27-R32 Вращеним движка підлаштований резистора R27производится регулювання необхідної чутливості, якій повинна володіти система спрацьовування захисту по струму. З дільника напруги сигнал про перевантаження поступає на многозвенный фільтр C9-C29-C31-R15-R26, пригнічує високочастотні пульсації. Чим більше ємності С9, С29, С31 і чим вище опору R15 і R26, тим більшою інерційністю володіє система захисту по струму. Якщо вона буде надмірно інерційною, то не зможе виконувати захисні функції, а якщо надто швидкодіючої, можливі помилкові спрацьовування.
Відфільтроване напруга сигналу про перевантаження поступає на вхід 9 мікросхеми DA1, що в разі аварійного зростання струму забезпечить блокування контролера. Поки напруга на виводі 9 DA1 становить +0,9...+1,1 по відношенню до висновку 10, відбувається зменшення коефіцієнта заповнення імпульсів, а в разі, якщо це напруга досягає +1,25...+1,55, формування імпульсів припиняється. Типовий час затримки вимкнення за висновку 9 ІМС UC1825, UC2825 і UC3825 складає всього 50 нс, а максимальна тривалість затримки не перевищує 80 нс. Згідно з довідником, найбільше напруження, яке допустимо подати на вхід 9 щодо виводу 10, становить +6, а в даному пристрої не перевищує 3,8 Ст.
Узгоджувальний трансформатор Т1, трансформатор струму Т3 і імпульсний силовий трансформатор Т4 забезпечують гальванічну розв'язку вхідних і вихідних ланцюгів пристрою. Трансформатор Т1 бере на себе функції гальванічної розв'язки ланцюгів форсованого розряду затворних ємностей IGBT-модулів VT2 і VT10 один від одного і від транзисторного драйвера. Ланцюги форсованого замикання IGBT-модулів VT2 і VT10 представлені чотирма групами компонентів: R13, R20, R24, VD5, VD7, VD9, VT3; R14, R21, R25, VD6, VD8, VD10, VT4; R28, R30, R35, VD11, VD14, VD18, VT7; а також R29, R31, R36, VD12, VD15, VD19, VT8. Резистори R20, R21, R30 і R31 потрібні для уповільнення включення і виключення відповідних транзисторів в силових модулях VT2 і VT10, зниження амплітуди і тривалості коливальних процесів. Без цього існувала б небезпека втрати керованості IGBT-модулів з-за "замикання" паразитних тиристорних структур, викликана надмірно високою швидкістю наростання сигналу.
Фахівці ф.Роwеrех, Inc., випускаючою силові модулі CM300DU-24NFH, рекомендують опору затворів резисторів в діапазоні 1...10 Ом. Резистори R24, R25, R28 і R29 демпфируют паразитні коливання, що виникають в ланцюгах. Якщо прибрати навантаження обмоток II, III, IV і V узгоджувального трансформатора Т1 і резистори R24, R25, R28 і R29, форма імпульсів напруги на вторинних обмотках цього трансформатора приймає вигляд, показаний на рис.3 (тривалість розгортки - 5 мкс/справ.). Отримання імпульсів з такими затухаючими коливальними процесами слід уникати.
При включенні джерела напруга живлення перетворювача докладено до паразитних делителям напруги, утвореним з ємностей затвор-емітер і затвор-колектор IGBT-модулів. Якщо не обмежувати напруги між затворами і емітером на безпечному для транзисторів рівні, вони проб'ються. Напруга затвор-емітер в IGBT-модулях CM300DU-24NFH не повинно перевищувати ±20 В, що є звичайною величиною для цього класу приладів. Захист ланцюгів затвор-емітер беруть на себе двонаправлені обмежувальні діоди VD5, VD6, VD18 і VD19. Прискорений розряд ємностей затвор-емітер IGBT-модулів забезпечують біполярні p-n-p транзистори VT3, VT4, VT7 і VT8, які, відкриваючись, шунтують керуючі входи електронних ключів. Розряду ємностей затвор-емітер також допомагають резистори R13, R14, R35, R36.
Потужні обмежувальні діоди VD3, VD4, VD22 і VD23 захищають ключові транзистори від перенапруг. Демпфуючі ланцюжка C3-R7-VD1; C4-R8-VD2; C42-R41-VD25; C43-R42-VD26 - це "снабберы". Якщо б вони були відсутні, то кожен раз при замиканні ключів в кристалах IGBT з силових модулів VT2 і VT10 короткочасно виділялася б велика потужність, що обчислюється багатьма кіловатами, а це викликало б інтенсивну деградацію напівпровідників силових транзисторів і, в кінці - решт, призвело б до виходу їх з ладу.
Конденсатори С46.С220 запобігають довготривале подмагничивание постійним струмом сердечника імпульсного трансформатора. Т4, яке могло б викликати насичення магнітопроводу Т4.
На потужних діодах VD31. VD34, зашунтированных снабберами С224-R48, C225-R49, C226-R50 і С227-R51, зібрані два окремих вихідних імпульсних випрямляча. Дросель L7 служить для демодуляції та групової стабілізації напруги. Конденсатори С230...С285, С289...С316, С318...С345 та дроселі L8...L10 утворюють вихідний. П-подібний фільтр, що згладжує високочастотні пульсації. Конденсатори С230.С243, С258...С271, С289.С316 повинні мати мінімальні паразитні опору та індуктивності. Резистори R60 і R61 розряджають конденсатори вихідного фільтра після завершення роботи ІІП. Світлодіод HL1 відображає включене стан апарату, а резистори R59 і R62 обмежують протікає по ньому струм. Запобіжники FU3 і FU4 відключають навантаження від конденсаторів вихідного фільтра ІІП у разі перевантаження по струму.
Можливі заміни компонентів
Мікросхему 0А1 марки UC3825 можна поміняти на UC2825, UC1825 або К1156ЕУ2.
Частотозадающіх конденсатор С1 повинен мати групу з температурної стабільності МПО. Годиться, наприклад, конденсатор марки. К71-7. Можна використовувати конденсатори, у яких можливо "мерехтіння ємності". Конденсатори С3, С4, С42 і С43 в демпфуючих ланцюгах ємністю 15 нФ і номінальною напругою 4 кВ (на постійному струмі) використані з поліпропіленовим діелектриком марки Snubber FKP15N/4000 фірми "WIMA". Їх можна поміняти на прилади Snubber FKP15N/3000.
Конденсатори С7, С10, С11, С34, С35, С37 - керамічні, Yl-типу, а С22, С28, С32, С39, С44, С45, С221...С223 - поліпропіленові, металізовані, Х1-типу. Конденсатори С7, С10, С11, С34, С35, С37 допустимо використовувати марки DECE33J222ZC4B, а замінити можна подібними марки DHRB34C102M2FB або К15-5 ємністю 2.2 нФ і номінальною напругою 6,3 кВ. Конденсатори С22, С28, С32, С39, С44, С45, С221...С223 - MKP10N330K1K0-27 фірми "WIMA" з самогаснущим корпусом. Зазначені конденсатори замінні на MKP10470N/2K, МКР10 1U/1.6 K або подібні. Можна використовувати конденсатори з металізованого поліпропілену ємністю 0,33 мкФ, 0,47 мкФ або 0,68 мкФ серії. МКР1840 фірми "Vishay", розраховані на напругу 600 В змінного струму. Конденсатори С46.С220 ємністю по 47 нФ і номінальною напругою на постійному струмі 2 кВ - полипропипеновые високочастотні, FKP14 7N/2000 . Сумарна ємність групи з 175 включених до паралель конденсаторів становить приблизно 8,2 мкФ.
Конденсатори С230, С243, С258, С271, С289...С316 -поліпропіленові високочастотні марки FKP4 0.1 U/630 або МКР10 0.1 U/630. Зазначені конденсатори зобов'язані володіти мінімальними паразитної індуктивністю і опором. Конденсатор С317 з діелектриком з металізованого поліпропілену - DC-LINK НС VЗ-типу. Замість конденсатори ємністю 255 мкФ можна взяти конденсатор ємністю 340 мкФ цього ж типу і номінальної напруги. Конденсатори С346...С381 - поліпропіленові високочастотні, FKP147N/2000.
Конденсатори С244, С257, С272, С285, С318, С345 - серії NQ ф. "Aihuan Technology Group". Конденсатор цій серії ємністю 1600 мкФ і номінальною напругою 450 В витримує струм пульсацій 9,8 А при частоті 300 Гц і температурі 85°С. Щоб амплітуда пульсацій на них не перевищувала максимально допустиму величину, довелося об'єднати включені паралельно конденсатори в групи.
Підстроювальні резистори R1, R10, R27 марки СП5-2В можна спробувати поміняти на резистори СПЗ-19А, СПЗ-39, СП5-ЗВ, СП5-16 або СП5-22 Можлива заміна на резистори серій PVZ3A або PVM4 фірми "Murata Manufacturing". Однак імпортні підстроювальні резистори мають інший ряд опорів, і, отже, при заміні виникне необхідність скоригувати опору постійних резисторів, включених послідовно з підстроєчними.
Резистори R7, R8, R41, R42 - РА6 (безындуктивные) фірми "ЛАЭТ" в корпусі. ТЕ-247. Для охолодження резисторів використовуються окремі радіатори HS104-50 розмірами 100x102x24,5 мм. Резистори R48, R51 можна застосувати або цієї ж марки РА6, або взяти резистори серії SMHP потужністю 20 Вт в корпусі ТО-263 фірми "ТТ electronics", або скласти з 4-х безындуктивных резисторів потужністю 5 Вт. Постійний резистор R53 - дротовий, С5-43В-50 або С5-35В. Важливо, щоб даний резистор легко витримував короткочасні перевантаження по струму. Резистори R63, R66 - дротяні, С5-47В.
Варіатори RU1...RU6 типу S20K680 можна взяти марок B72220-S 681-К101, TVR20112 або CNR20D112. Варистор RU7B72220-S102-K101 спрацьовує при напрузі 895 В постійного струму і здатний поглинути енергію до 410 Дж. Його допустимо поміняти на два включених в паралель варистора B72220-S681-K101 (кожен спрацьовує при напрузі 895 і може поглинути енергію до 250 Дж). Варистор RU8 TVR20241 має напругою спрацьовування на постійному струмі В 200 і здатний поглинути найбільшу енергію в 108 Дж. Зазначений варистор замінимо на B72220-S2131-K101, JVR-20N241K, S20K130E2 або S20K150.
Діоди VD1, VD2, VD25, VD26, VD36 і VD38 марки DSDI60-16A можна поміняти на діоди DSDI60-18A того ж виробника або на RHRG75120, RHRU100120 ф. Fairchild Semiconductor Corporation". Діоди кріпляться на окремі охолоджувачі HS143-100 або аналогічні. Двонаправлені обмежувальні діоди VD3. VD4, VD22 і VD23 (ОНС261-10-9) можна замінити на. ОНС261-Ю-8. ОНС261-10-10. Відповідні охолоджувачі - 0171 або 0371.
Двонаправлені обмежувальні діоди VD5, VD6, VD18 і VD19 марки 1.5КЕ18СА можна поміняти на 5КР15СА або. Р6КЕ18СА. Діоди Шотткі VD7...VD12, VD14, VD15 (SB5100) замінюються на MBR750. SB560, SB860 або SB860F. Стабілітрон VD13 1N5354B має напругою пробою 17 Ст. Його можна поміняти на 1SMA5930B, 1N5355B-MBR або 1N5353B. Діоди Шотткі VD16 і VD17 (1N5819) змінюються на 11DQ06, 11DQ10, MBR160, SB140...SB160. SB1100, SR1100, SR106 або SR180. Двонаправлені діоди VD20 і VD21 (1.5КЕ8.2СА) замінні на захисні діоди Р6КЕ8.2СА, Р6КЕ10СА або 1.5КЕ10СА.
Диодную збірку VD24 типу MB154W можна поміняти на один з приладів BR154, BR156, BR158 або MB156W. Вона монтується на охолоджувач, наприклад, марки HS183 габаритами 30x50x17 мм виробництва "Kinsten Industrial".
Ультрашвидкі діоди VD27...VD30 HFA15PB60 можна замінити на DSEI12-06A. FES16DT. FES16FT або HFA15TB60. Їх монтують на чотири роздільних охолоджувача HS184-30 з габаритними розмірами 30x41x30 мм або подібні. Ультрашвидкі діоди VD31.VD34 150EBU04 допускають у прямому включенні струм 150 А (при температурі 104°С) і витримують найбільше зворотне напруга 400 Ст. Їх типова тривалість зворотного відновлення - 172 нс (при прямому струмі 150 А, зворотному напрузі 200 В і температурі 125°С). Максимальне пряме падіння напруги на діоді 150EBU04 становить 1.17 В при струмі 150 А і температурі 125°С. Зазначені компоненти можна поміняти на складання HFA320NJ40C або HFA280NJ60C, що складаються з двох діодів. Однак слід пам'ятати, що діоди в них мають загальний катод. Допустима заміна і на MUR20060CT.
Всі чотири діода (VD31...VD34) монтуються на незалежних охолоджувачах HS153-100 ф. "Kinsten Industrial" або аналогічних. Трифазний діодний міст VD35 марки RM75TC-2H можна поміняти на аналогічний міст 160МТ160КВ. Діодний міст встановлюють на охолоджувач HS153-50 або подібний.
Стабілітрон VD37 марки 1N5350B має напругою пробою в 13 В (±5%). Його можна замінити одним з стабілітронів 1N5351 В, BZX85C-13V або ZY13.
Діод VD39 марки MUR420 допустимо замінити на BYD1100, BYV28-100. SBYV28-200. SF22. SF54 або SB5100.
Бажано, щоб світлодіод HL1 володів зеленим або синім кольором світіння. Замість світлодіода марки L-7113CGCK можна взяти один з приладів КИПМ01В-1Л, КИПМ07Г-1Л, L-383SGWT, ARL2-5213PGC або L-1503SGC.
Малопотужний p-n-p транзистор КТ361Г (VT1) допустимо поміняти на інші транзистори серії КТ361, а також на аналогічні прилади. ВС 157, ВС 158 ВС250В, ВС250С.
Силові модулі VT2 і VT10 містять по два з'єднаних за схемою полумостовой потужних IGBT з інтегрованими опозитними діодами. Транзистори модулів CM300DU-24NFH допускають роботу на частоті до 30 кГц при жорсткій комутації і на частоті 60...70 кГц в резонансному режимі. Постійний струм колекторів транзисторів - до 300 А, імпульсний струм - 600 А, а максимальна напруга колектор-емітер - 1200 (при температурі 25°С). Найбільша напруга насичення колектор-емітер транзисторів модулів становить 6,5, а його типове значення - 5 Ст. Кожен силовий модуль необхідно встановити на окремий охолоджувач, наприклад, "DAU" серій IHV або IHM, причому досить довжини в 300 мм. Замість зазначених компонентів допустимо використовувати модулі CM200DU-24NFHили ряд дискретних транзисторів, наприклад, IRGPS60B120KDP. Останні мають постійний струм колектора 105 А, імпульсний - 240 А, А максимальна напруга колектор-емітер - 1200 (при температурі 25°С). В апараті застосовані ті компоненти, які були у автора. При виборі ключових транзисторів слід пам'ятати, що допустимий струм колекторів IGBT сильно зменшується з ростом частоти перетворення і температури. При зростанні температури також знижується допустима потужність розсіювання транзисторів. Найбільший струм первинної обмотки силового імпульсного трансформатора. Т4 становить приблизно 24 А, що також потрібно врахувати.
Транзистори VT3, VT4, VT7 і VT8 (2SA1244) допустимо замінити на 2SB1202. Польові МОП-транзистори VT5, VT6 і VT12 (IRF530N) можна міняти на IRFU3910, IRF530, IRL530N або IRFI540G. Транзистори VT5 і VT6 монтуються на мініатюрних охолоджувачах KG-331 виробництва "Kingcooler", а транзистор VT12 - на радіаторі HS115-50, HS113-50 'Kinsten Industrial" або аналогічному за ефективності. Компонент VT9 марки 2N6284 допустимо поміняти на 2N6283, КТ827А, КТ827Б. Транзистор кріпиться на охолоджувачі HS143-150 або подібному. Біполярний транзистор VT11 марки 2N6284 можна поміняти на КТ827А. Його слід монтувати на охолоджувачі HS153-50 або подібному.
Тиристор VS1 марки Т161-160-18 монтують на охолоджувач 0171 або 0371. Його можна замінити на Т161-160-14, Т161-160-15, Т161-160-16, Т261-160-18 або Т161-200-14.
Дросель L1 - LPV2023-501KL ф. "Bourns". Згідно довідковим даними, його індуктивність обмотки становить 500 (±10%) мкГн, а її найбільшу сопротивпение - 0,28 Ом. Дросель витримує максимальний струм 1,5 А.
Дросель L2 виконують на двох складених разом тороїдальних магнітопроводах з розпорошеного заліза. Т650-26 або Т650-52 типорозміру К165,0х88,9х50,8 ф. "Micro-metals". Обмотки дроселя намотують одночасно в три дроти. Кожна обмотка повинна містити 18 витків і володіти індуктивністю 265 мкГн. Як обмотувального дроту допустимо застосувати "косичку" з 10 жив мідного дроту ПЕВ-2 або ПЕТВ 0,55 мм (по міді). Дроселі L3...L5 виконують на тороїдальних сердечниках з розпорошеного заліза T400-26D типорозміру К102х57.2x33 мм "кіскою" з 10 жив мідного дроту ПЕВ-2 або ПЕТВ з діаметром кожної 0,55 мм (по міді). Кожна обмотка складається з 32 витків, їх індуктивність - 265 мкГн.
Дросель L6 взято LPV2023-501KL ф. "Bourns". Він має максимальний струм 1,5 А, індуктивність обмотки 500 (±10%) мкГн, а її опір становить не більше 0,28 Ом. Двохобмотувальний дросель L7 виконують на одному тороїдальним магнітопроводі з розпорошеного заліза. Т650-26 або Т650-52 К165х88,9x50,8 мм. Обмотки дроселя укладають одночасно в два дроти до отримання індуктивності кожної обмотки 35 мкГн (число витків кожної обмотки - 10). Обмотки виконують "кіскою" з 90 жив дроту ПЕВ-2, ПЕТВ або ПЕЛШО 0,55 мм кожна (по міді). Завдяки тому, що вихідний випрямляч - двухполуперіодний, пульсації випрямленої напруги мають в два рази більш високою частотою щодо частоти перетворення.
Дроселі L8...L10 виконують на кільцевих магнітопроводах з розпорошеного заліза. Т650-26 або Т650-52 К165х88,9x50,8 мм. Число витків кожної обмотки - 10, а індуктивність кожного дроселя - 35 мкГн. Як обмотувального проводу виступає "косичка" з 90 жив з діаметром кожній 0,62 мм.
Двохобмотувальний дросель L11 реалізований на двох складених разом тороїдальних магнітопроводах з розпорошеного заліза. Т650-26 або. Т650-52 типорозміру К165х88,9x50.8 мм виробництва "Micrometals". Обмотки намотують "косами" з 22 жив дроти марок ПЕТВ або ПЕВ-2 0,55 мм (по міді). Обмотки, кожна з яких має по 29 витків, намотують в два проводи. Індуктивність кожної обмотки - близько 675 мкГн.
Імпульсний трансформатор Т1 виконаний на тороїдальним магнітопроводі з фериту М2000НМ-А типорозміру К39х24х7. Обмотку I намотують складеними вчетверо проводами ПЕВ-2 або ПЕТВ 0,38 мм, обмотки II, III, IV і V - складеними удвічі проводами тих же марок 0,38 мм, Обмотка I має 130+130 витків, обмотки II, III, IV і V - за 130 витків. Межобмоточную ізоляцію виконують стрічкою з поліестеру або лавсану. Індуктивність обмоток II, III, IV і V, а також будь-який з первинних полуобмоток становить 22 мГн.
Трансформатор Т1 можна намотати і на броневом сердечнику Б36 з фериту М2000НМ1 (без подстроечника і зазору). При цьому обмотки II, III, IV і V і кожна з первинних полуобмоток повинні містити 88 витків дроту тих же марок і того ж діаметру. Індуктивність обмоток також не зазнає змін.
Замість лінійного однофазного трансформатора Т2 марки. ОСМ1 -0,063 380/5-24 можна взяти трансформатор ОСМ 1-0,063 380/36, ОСМ 1-0,1 380/5-24, ОСМ 1-0,16 380/5-24 або аналогічний.
Трансформатор струму. Т3 виконаний на магнітопроводі Ш 12x15 з марганець-цинкового фериту 2500НМС1-11 або 3000НМС. Первинна обмотка складається з одного витка, для зручності виконаного пучком з 22 жив дроту ПЕВ-2 або ПЕТВ 0,55 мм (по міді). Діаметр кожної жилки з урахуванням товщини ізоляційного покриття становить 0,62 мм. Для збільшення электропрочности ізоляції первинну обмотку трансформатора струму пропускають через стеклотканевую трубку Вторинна обмотка містить 74+74 витка з двох складених одножильних проводів все тих же марок 0,33 мм (по міді). Для попередження насичення в сердечнику залишається немагнітний зазор товщиною 0,05 мм.
Імпульсний силовий трансформатор. Т4 можна виконати на п'яти складених разом через ізоляційні прокладки товщиною 0,05 мм комплектах магнітопроводів. Ш20х28 з фериту 2500НМС1, розробленого для функціонування в сильних магнітних полях. При такій конфігурації велика частина обмоток буде екранована від оточення феритом бічних кернів. В магнітопроводі корисно зробити немагнітний зазор 0,02+0,02 мм, що дозволить збільшити максимально допустиму напруженість магнітного поля в сердечнику.
Застосування великих магнітопроводів обумовлено частотою перетворення 25 кГц, вибір якої пов'язаний з допустимою швидкістю перемикання транзисторів модулів VT2 і VT10. Обмотка I T4 має 9 витків "кіски" з 18 жив дроту ПЕВ-2 або ПЕТВ 0,47 мм, Обмотка II має 1 виток 0,47 мм. Обмотки III і IV повинні бути по можливості однакові і складатися з 2+2 витків "кіски" з 38 жив 0,4 мм кожна. Між обмотками потрібно прокласти тонку ізоляцію (не більше 0,3 мм), але яка повинна забезпечувати необхідну електричну міцність. Слід зауважити, що укласти обмотки досить непросто, враховуючи, що вікно магнітопровода виходить практично повністю заповненим. До сердечника трансформатора слід приклеїти через ізоляційні прокладки з слюди не менше 4-х радіаторів марки KG-370 або KG-222.
Трифазний автоматичний вимикач FU1 марки ABB S203 С40А можна поміняти на ABB S203R С32, Moeller ЗР PL6-C40/3, Moeller 3P PL6-С32/3. Запобіжники FU3 і FU4, розраховані на струм спрацьовування 120 А, можна застосувати автомобільні від "FLOSSER", типу "В" або марки. ПН-2.
Вентилятори М1...МОЗ JF0825B1Н виробництва "Jamicon Corporation" з напругою живлення 12 В і споживаним струмом 0,19 А мають габарити 80x80x25 мм і продуктивністю 1,1 м3/хв. Їх допустимо замінити на JF0815B1H. JF0825S1H,EC8025M12SA.KF0820B1H, KF0820S1H або аналогічні, які споживають струм не більше 0,2 А.
Конструкція
Электропитающее пристрій з'єднується з мережею гнучким кабелем марки. КГЭТ-6 3x10+1x6+1x6 (ТУ16.К09-125-2002) або аналогічним.
Конденсатори С12, С13 необхідно розташувати в безпосередній близькості від висновків 12 і 13 мікроконтролера DA1. Довжина провідників і протяжність доріжок повинна бути по можливості мінімальною. Плата за задаючим генератором поміщається в електромагнітний екран, електрично з'єднаний з висновками 10 і 12 DA1. Конденсатори С46.С220 розпаюють близько один до одного по обидва боки довгої двосторонньої друкованої плати, що нагадує лінійку, вздовж якої витравлені всього лише 4 доріжки-шини: дві з однієї сторони і дві - навпаки з протилежного. Конденсатори С346...С381 під'єднуються безпосередньо до висновків ключових транзисторів модулів VT2 і VT10.
Демпфуючі ланцюга C3-R7-VD1, C4-R8-VD2, C42-R41-VD25 і С43-R42-VD26 під'єднуються безпосередньо до висновків колектор-емітер транзисторів модулів VT2 і VT10. Демпфуючі RC-ланцюга C40-R37, С41 -R38, C224-R48, C225-R49, С226-R50 і C227-R51 розташовуються як можна ближче до відповідним компонентам; трансформатору струму Т3 і діоди VD31...VD34.
Монтовані на охолоджувачі деталі встановлюють з термопастою марки, АЛСBG-3, КПТ-8 або аналогічної. Силовий імпульсний трансформатор. Т4 розміщується на шляху повітряного потоку одного з вентиляторів М1...МЗ, оскільки при роботі ІІП в довготривалому режимі з максимальною вихідною потужністю трансформатор вельми значно розігрівається.
Весь ІІП екранується, електромагнітний екран підключається до загального проводу. Під конденсатором С8 і резистором R9, а також з'єднують їх доріжками з протилежного боку двосторонньої плати доцільно залишити невытравленную фольгу, відіграє роль екрана, яка з'єднується з висновками 10 і 12 мікросхеми DA1.
Налагодження та регулювання. Перед проведенням налаштування потрібно ретельно перевірити монтаж та фазування трансформаторів Т1, Т4, дроселів L2, L7 і L11, а потім відрегулювати опору підстроювальних резисторів. Опір R27 має бути максимально, а движки резисторів R1 і R10 встановлюють у середнє положення. Тепер можна приступити до поблочному тестування апарату, для чого потрібні осцилограф, лабораторний блок живлення, мультиметр, еквіваленти навантаження (потужні резистори) і дві лампи розжарювання потужністю по 300 Вт.
Для початку необхідно переконатися в тому, що мережевий фільтр працездатний. У час перевірки виймають предохранительFU2, щоб відключити допоміжний джерело живлення задаючого генератора, а також не підключають випрямляч VD35 до мережевого фільтру. При включенні фільтра в мережу на його виході має присутні трифазну змінну напругу точно такий же амплітуди, як і на вході. При відсутності навантаження реактивна складова струму, споживаного фільтром від мережі, не повинна істотно перевищувати 0,4 А, а активна складова струму повинна прагнути до нуля. Тоді фільтр від мережі від'єднують і підключають до нього випрямляч Ларіонова.
Випрямляч на діодах VD27...VD30 від'єднують від обмотки імпульсного II трансформатора. Т4 і підключають до нього лабораторний блок живлення з вихідною напругою 15...20 В і допустимим струмом не менше 1 А. На конденсаторі С288 має бути постійна напруга приблизно 12 В, вентилятори М1 МОЗ повинні... заробити і. нарешті, повинен відкритися тиристор VS1. Тепер лабораторний блок живлення вимикають, але не від'єднують від випрямляча.
Розривають ланцюг між точкою з'єднання варистора RU8 дроселя L11, резистора R63, конденсаторів С317, С346, С381 і точкою з'єднання колекторів IGBT VT2.1.VT10.1, резисторів R7...R41. діодів VD1, VD3. VD22, VD25. Таким чином, імпульсний перетворювач буде відключений від мережевого випрямляча з системою ступінчастого заряду конденсаторів фільтра. Паралельно конденсатору С317 під'єднують еквівалент навантаження - дві включені послідовно лампи розжарювання типу ЛОН потужністю 300 Вт. Під час проведення експерименту, коли почнеться помітний нагрів резистораR53, подається напруга на випрямляч VD27.VD30 від лабораторного блоку живлення.
Провівши всі підготовчі операції включають пристрій в мережу. На діоді VD36 має присутня постійна напруга приблизно 515 при номінальному мережному напрузі (від 463 до 565 В) при відхиленні напруги мережі на ±10%). При це тиристор VS1 повинен бути закритий, що можна визначити як приладів, так і по наявності нагрівання резистора R53 Включають лабораторний блок живлення, і VS1 повинен відкритися, що викличе зниження температури резистора R53. Якщо це так, то апарат відключають від мережі, вимикають лабораторний блок живлення і відновлюють з'єднання між конденсатором С317 і колекторами транзисторів VT2.1 і VT10.1, а також випрямляча VD27...VD30 і обмотки II трансформатора Т4. Вийнятий запобіжник FU2 повертають на місце.
Діодний міст VD24 відключають від трансформатора Т2 і підключають до лабораторного блоку живлення з виставленим вихідним напругою 20 В (від 19 до 24 В). На конденсаторах С19 і С30 має присутня постійна напруга приблизно в 15 Ст. До висновків 11 і 14 мікросхеми DA1 підключають осцилограф і за допомогою підлаштований резистора R1устанавливают частоту 25 кГц.
Протягом періоду повинні спостерігатися два різнополярних імпульсу прямокутної форми з крутими фронтами, а між імпульсами - захисна пауза (рис.4, чутливість - 5 В/клітина, тривалість розгортки - 5 мкс/ділення). Тривалість захисної паузи вибирають, виходячи з параметрів використовуваних ключових транзисторів. Бажано, щоб вона була не менше 2,1 мкс. Для зміни тривалості dead time необхідно взяти конденсатор С1 з іншого ємністю.
Велика ємність призведе до збільшення тривалості паузи на нульовому рівні, а менша - навпаки. Але коригування ємності конденсатора С1 призведе до зміни частоти перетворення, і доведеться знову відрегулювати частоту підлаштування резистором R1.
Між стоками транзисторів VT5 і VT6 повинні бути присутнім імпульси напруги майже такої ж форми, як на рис.4. Форма імпульсів напруги на обох половинках первинної обмотки узгоджувального трансформатора Т1 зображена на рис.5 (у момент вимірювання до обмоток II, III, IV і V не приєднані навантаження).
Для перевірки працездатності ланцюга захисту по струму відпоюють вторинну обмотку трансформатора струму Т3, а паралельно резисторам R39 і підключають R43 лабораторний блок живлення з виставленим напругою 6 В тому, щоб його "+" був з'єднаний з анодом діода VD16, а "-" - з висновками 10 і 12 DA1. При цьому контролер повинен припинити генерацію імпульсів. Якщо підключити "+" лабораторного блоку живлення до анода діода VD17 генерація імпульсів також повинна припинитися. Від'єднують лабораторний блок і впаюють обмотку Т3 на місце.
Можна перевірити роботу ланцюгів, що прискорюють розряд ємностей затвор-емітер транзисторів модулів VT2 і VT10 (R13-R20-R24-VD5-VD7-VD9-VT3, R14-R21-R25-VD6-VD8-VD10-VT4, R28-R30-R35-VD11-VD14-VD18-VT7 і R29-R31-R36-VD12-VD15-VD19-VT8. При наявності зазначених ланцюгів розряд затворів ємностей повинен відбуватися швидше, ніж при їх відсутності. Корисно перевірити форму імпульсів напруги між висновками затвор-емітер ключових силових транзисторів модулів VT2 і VT10. Без ланцюгів розряду затворів ємностей форма імпульсів зображена на осцилограмі рис.6а, а при наявності зазначених ланцюгів - на рис.66 (чутливість - 2 В/клітина, розгортка - 0.2x50 мкс/ділення). Обидві зняті осцилограми для одного IGBT (колектор IGBT не приєднаний до ланцюгів перетворювача, три інших IGBT і ланцюги прискореного розряду їх затворів ємностей відключені).
Значний вплив на форму імпульсів напруги затвор-емітер транзисторів силових модулів VT2 і VT10 надають опору демпфуючих резисторів R24, R25, R28, R29 і ланцюжків C20-R22 і C21-R23, які можна підібрати, домагаючись поліпшення форми.
Для перевірки широтно-импупьсной регулювання напруги від'єднують резистор R58 від R52 і підключають "-" лабораторного блоку живлення до точці d . Паралельно будь-який з вторинних обмоток (II, III, IV або V) імпульсного трансформатора Т1 підключають осцилограф, а резистори R20, R21, R30, R31 на час експерименту випоюють. Змінюючи вихідну напругу лабораторного блоку живлення від нуля до 100 В, переконуються, що змінюється шпаруватість імпульсів, а їх частота і форма залишаються незмінними. Це показано на осциллограммах (чутливість підсилювача Y - 5 У/клітина, розгортка - 5 мкс/ділення): рис.7а - мінімальна шпаруватість, рис.76-середня і рис.7в - максимальна. Якщо регулювання шпаруватості відбувається успішно, то відключають лабораторний блок живлення і впаюють на місце резистори R20, R21, R30 і R31.
Тільки після проведених процедур можна включати ІІП в мережу (не під'єднуючи до нього навантаження). За допомогою підлаштування резистора R10 встановлюють вихідна напруга джерела ±100 Ст.
Між виходами ІІП -100 ДО +100 (після запобіжників FU3 і FU4) підключають еквівалент навантаження опором 3.6 Ом. В якості еквівалента навантаження можна використовувати модулі гальмівних резисторів серії OHMEGA фірми "Danotherm "або спіралі з ніхрому, закріплені на негорючем підставі.
Обертаючи движок резистора R27, домагаються спрацювання системи захисту і відключення ІІП при потужності навантаження 11,1 кВт. Потім беруть еквівалент навантаження опором 4 Ом, що відповідає вихідної потужності 10 кВт. При приєднанні його до апарату система захисту не повинна спрацьовувати. На завершення настроювальних робіт слід перевірити роботу джерела харчування в довготривалому режимі і проконтролювати тепловий режим компонентів.
Увага! Під час налагодження і в процесі експлуатації джерела необхідно керуватися правилами техніки безпеки.
Автор: Е. Москатов, р. Таганрог Ростовської обл.