Блок питания мощностью 1 киловатт для УНЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

В радиолюбительских журналах схемы импульсных источников питания мощностью более 500 Вт встречаются нечасто. Поэтому и был разработан импульсный стабилизированный источник питания со следующими параметрами:

Принципиальная схема импульсного блока питания (ИБП) показана на рис. 1.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

В основу схемы положена микросхема DAI TL494CN семейства контроллеров с широтно-импульсной модуляцией. Эта микросхема применяется в ИБП компьютеров и очень хорошо себя зарекомендовала. Рассмотрим ее работу в схеме преобразователя более подробно. TL494CN включает в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки "мертвого" времени, триггер управления, прецизионный источник опорного напряжения (ИОН) 5 В и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне 0,3...2 В. Компаратор регулировки "мертвого" времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность "мертвого" времени величиной порядка 5% от длительности выходного импульса. Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада в схеме с общим эмиттером. Ток выходных транзисторов микросхемы - до 200 мА. TL494CN работоспособна при напряжении питания 7...40 В. На рис. 2 показаны схема включения микросхемы и структурная компоновка ее внутренних цепей.

Рис. 2

При подаче питания запускается генератор пилообразного напряжения 2 и источник опорного напряжения 5. Пилообразное напряжение с выхода генератора 2 (рис. 3,а) подается на инвертирующие входы компараторов 3 и 4. На неинвертирующий вход компаратора 4 поступает напряжение от усилителя ошибки 1. Поскольку выходные напряжения источника питания в этот момент еще отсутствуют, сигнал обратной связи с делителя R2R4 на неинвертирующий вход усилителя ошибки равен нулю. На инвертирующий вход этого усилителя подается положительное напряжение с делителя R5R7, к которому уже подключено опорное напряжение Uoп с выхода ИОН. Выходное напряжение усилителя ошибки 1 в первоначальный момент равно нулю, но в процессе увеличения напряжения в цепи обратной связи с делителя R2R4 оно нарастает.

Напряжение на выходе усилителя ошибки также увеличивается. Поэтому выходное напряжение компаратора 4 имеет вид последовательности нарастающих по ширине импульсов (рис. 3,6). Неинвертирующий вход компаратора 3, обеспечивающего паузу, соединен с выводом 4 микросхемы. На этот вывод подается напряжение с внешней RC-цепи C2R3, соединенной с шиной опорного напряжения Uorr При появлении опорного напряжения оно прикладывается к этой цепи.

По мере заряда конденсатора С2 ток через него и резистор R3 уменьшается: напряжение Uoп на резисторе R3 имеет форму спадающей экспоненты (рис. 3,в) Выходное напряжение компаратора 3 представляет собой последовательность импульсов, уменьшающихся по ширине (рис. 3,г) Из диаграммы выходных напряжений компараторов 3 и 4 (рис. 3,6, г) видно, что они взаимно противоположны. Выходные напряжения компараторов 3 и 4 являются входными для логического элемента "2ИЛИ". Поэтому ширина импульса на выходе логического элемента определяется наиболее широким входным импульсом.

Выходное напряжение элемента "2ИЛИ" показано на рис. 3,д, из которого следует, что в начальный момент времени ширина выходных импульсов компаратора 3 превышает ширину выходных импульсов компаратора 4, поэтому переключения компаратора 4 не влияют на ширину выходного импульса элемента "2ИЛИ". В интервале времени (t0; t1) (рис. 3,а) определяющую роль играет выходное напряжение компаратора 3. На рис. 3,е,ж показаны выходные импульсы на коллекторах транзисторов VT1, VT2. Ширина этих импульсов в интервале (t0; t1) плавно нарастает. В момент t1 выходной импульс компаратора 3 сравнивается с выходным импульсом компаратора 4. При этом управление логическим элементом "2ИЛИ" передается от компаратора 3 к компаратору 4, так как его выходные импульсы начинают превышать по ширине выходные импульсы компаратора 3. Таким образом, в промежутке времени (t0; t1) выходные импульсы на коллекторах транзисторов VT1, VT2 плавно нарастают и обеспечивают плавный запуск преобразователя напряжения.

Рис. 3

Перед каждым включением ИБП конденсатор С2 (рис. 2), обеспечивающий плавный запуск, должен быть разряжен. Пришло время обратиться к общей схеме рис. 1 преобразователя напряжения. Функцию конденсатора плавного запуска в ней выполняет конденсатор C3. При снятии питания конденсатор быстро разряжается через резистор R1, переход база-коллектор транзистора VT1 и диод VD1. Транзисторы VT1, VT2 выполняют функцию триггерной защиты. При подаче отпирающего напряжения на базу транзистора VT2 он открывается. Одновременно открывается транзистор VT1, шунтируя конденсатор C3 и блокируя, таким образом, работу преобразователя напряжения. Напряжение с коллектора транзистора VT1 через цепь R4VD2 удерживает в открытом состоянии транзистор VT2. Отключение триггерной защиты происходит только после снятия напряжения питания. В качестве силовых ключей применены мощные полевые транзисторы с довольно большой емкостью затвор-исток. Поэтому для управления этими транзисторами применены два блока ключей на транзисторах VT3, VT5, VT7 и VT4, VT6, VT8.

Рассмотрим работу одного из них. Когда на выводе 8 микросхемы DAI присутствует высокое напряжение (транзистор внутри микросхемы закрыт), открываются полевые транзисторы VT3 и VT7. Последний шунтирует емкость затвора транзистора VT9, мгновенно разряжая ее. Транзистор VT5 закрыт. Как только на выводе 8 микросхемы установится низкое напряжение, транзисторы VT3 и VT7 закроются, а VT5 откроется и на затвор транзистора VT9 поступит отпирающее напряжение. Резистор R18 предотвращает выход из строя транзисторов VT5, VT7, если один из них закрыт, а другой открыт не полностью.

Осциллограммы напряжений на затворах транзисторов VT9,VT10 показаны на рис. 3,3, и. В цепи затворов транзисторов VT9, VT10 включены резисторы R20, R21, которые вместе с емкостями затворов образуют фильтр нижних частот, уменьшающий уровень гармоник при открывании ключей. Цепи R22, R23, С8, С9, VD5-VD8 также служат для уменьшения гармоник при работе преобразователя. Первичная обмотка трансформатора Т1 включена в стоковые цепи транзисторов VT9, VT10. Напряжение обратной связи для стабилизации напряжения преобразователя снимается с обмотки III трансформатора. Через делитель на резисторах R7, R8 оно поступает на микросхему DA1. Резистором R10 можно в небольших пределах регулировать выходное напряжение ИБП. Элементы R6, С4 определяют частоту работы внутреннего генератора пилообразного напряжения микросхемы DA1 (при указанных на схеме номиналах эта частота близка к 50 кГц).

Меняя сопротивление резистора R6 и емкость конденсатора С4, можно при необходимости изменить частоту работы преобразователя напряжения. Силовая часть схемы питается через сетевой фильтр С10, Cl1, L1, выпрямительVD4 и конденсаторы С12, С13. Резистор R24 разряжает конденсатор фильтра в выключенном преобразователе. Микросхема DA1 и ключи на транзисторах VT3-VT8 питаются от стабилизированного источника питания на элементах Т2, VD3, С5-С7 и стабилизатора DA2. Резистор R25 служит для уменьшения броска тока через конденсаторы фильтра в момент включения ИБП в сеть. Выпрямитель выходного напряжения преобразователя выполнен по мостовой схеме на диодах VD12-VD15.

Плавный запуск преобразователя напряжения позволяет использовать во вторичных цепях конденсаторы фильтров довольно большой емкости, что необходимо при питании усилителя мощности. Дроссели L2, L3 вместе с конденсаторами фильтра сглаживают пульсации выходного напряжения ИБП. Защита преобразователя напряжения потоку выполнена на транзисторах VT11, VT12. При увеличении тока через резисторы R27-R30 транзисторы VT11, VT12 открываются и загораются светодиоды в оптопарах Ul.l, U1.2. Транзисторы оптопар открываются и подают на базу транзистора VT2 отпирающее напряжение, что приводит к срабатыванию триггерной защиты. Конденсатор С1 предотвращает срабатывание защиты от случайных импульсных помех.

Конструкция и детали

Конструктивно ИБП выполнен на односторонней печатной плате (рис. 4а, б).

Рис. 4 а,б (нажмите для увеличения)

На плате расположены все элементы схемы, кроме SA1, FU1 иТ2. Также на отдельную маленькую плату вынесены резисторы R22, R23 и конденсаторы С8, С9. Они подсоединяются проводами к основной плате в точках, указанных буквами а, б, в. Резисторы R22, R23 сильно греются во время работы, поэтому плату с ними следует располагать так, чтобы резисторы не нагревали остальные элементы схемы. Диоды VD12-VD15 крепят на отдельном игольчатом радиаторе 10x12 см и соединяют с основной платой проводом диаметром не менее 1 мм. С одной стороны печатной платы располагается радиатор (рис. 4,6) длиной 170 см и высотой 10 см.

Желательно использовать игольчатый радиатор, но в крайнем случае подойдет и любой другой. К этому радиатору через изолирующие прокладки крепят элементы платы DA2, VD4, VT9, VT10. С противоположной стороны радиатора устанавливают вентилятор с таким расчетом, чтобы поток воздуха от него хорошо обдувал радиатор. Можно использовать вентилятор от компьютерного блока питания. Питание на него подают через резистор сопротивлением 320 Ом и мощностью 7,5 Вт с выхода +50 В преобразователя. Можно использовать резистор типа ПЭВ и закрепить его в любом месте корпуса. Допустимо также для питания вентилятора намотать дополнительную обмотку в трансформаторе Т1 (рис. 1). Для этого потребуется намотать два витка провода диаметром 0,4 мм и подключить вентилятор согласно рис. 5.

Рис. 5

Трансформатор Т1 преобразователя наматывают на четырех сложенных вместе кольцах из феррита 2000НМ размерами К45х28х12. Моточные данные трансформатора приведены в таблице.

Обмотки I и II трансформатора отделяют от остальных обмоток двумя-тремя слоями лакоткани. Трансформатор Т2 используют готовый с переменным напряжением 16 В. Катушка L1 состоит из 2x20 витков, намотанных на ферритовом кольце из феррита 2000НМ размерами КЗ1х18x7 в два провода диаметром 1 мм. Катушки L2, L3 наматывают на кусочках феррита диаметром 8...10 мм и длиной около 25 мм проводом диаметром 1,2 мм в один слой по всей длине феррита. В схеме преобразователя желательно использовать импортные электролитические конденсаторы сметкой 105°. В крайнем случае допустимо применение других конденсаторов, подходящих по размерам. Конденсатор С12 набран из трех конденсаторов емкостью 220 мкФх400 В.

Неэлектролитические конденсаторы любого типа, например К73-17. В качестве резистора R25 применяют три включенных параллельно резистора типа SCK105 или подобных, используемых в компьютерных блоках питания. Резисторы R22, R23 типа С5-5-10Вт, R27-R30 - С5-16В-5Вт. Остальные резисторы любого типа, например МЛТ. Подстроечный резистор R9 типа СПЗ-19АВ или другой малогабаритный. Высокочастотные диоды желательно использовать такие, как указано на схеме (КД212 и КД2999), так как импортные диоды, широко сейчас распространенные, не всегда хорошо работают на высоких частотах, особенно свыше 50 кГц.

Диодные мосты можно применить любые подходящие по размеру: VD3 - с выпрямленным током не менее 500 мА; VD4 - с выпрямленным током не менее 8 А и напряжением не менее 400 В. Транзисторы BSS88 можно заменить другими подобными полевыми транзисторами с изолированным затвором и n-каналом (напряжение сток-исток более 50 В, ток стока 0,15...0,5 А). Это могут быть транзисторы типов BSS123, BS108, 2SK1336 и т.п. Вместо мощных полевых транзисторов 2SK956 подойдут транзисторы типов 2SK787, IRFPE50. Микросхему TL494CN можно заменить микросхемой TL494LN, что позволит использовать преобразователь напряжения при температурах окружающей среды до -25°С, так как TL494CN работоспособна только при температуре выше 0°С. Также вместо нее можно применить аналог КА7500В. Оптопару АОТ101БС можно заменить АОТ101АС, PS2501-2. В качестве микросхемы DA2 можно применить КР142ЕН8Е или 7815. В случае использования микросхемы 7815 в изолированном корпусе при установке ее на радиатор изолирующая прокладка не потребуется. Транзисторы КТ502Е, КТ503Е допустимо заменить КТ502Г, КТ503Г, а диоды КД510А- практически любыми импульсными диодами, например, КД503, КД522 и т.п.

Настройка

Перед первым включением преобразователя в сеть следует снять сетевое напряжение с силовых цепей и подать питание только на трансформатор Т2. В первую очередь убеждаются в напряжении питания +15 В с выхода DA2. Затем с помощью осциллографа убеждаются в наличии импульсов на затворах полевых транзисторов VT9, VT10 и соответствии их осциллограммам рис.З.з, и. При замыкании накоротко конденсатора C3 импульсы должны исчезать, а на затворах VT9, VT10 устанавливаться нулевое напряжение. Далее, установив движок резистора R9 в среднее положение, подают напряжение питания на остальную часть схемы.

С помощью вольтметра контролируют напряжение на выводе 1 DA1, устанавливая величину 2,5 В подбором сопротивления резистора R7. Подстроечным резистором R9 можно в небольшой степени изменять выходное напряжение преобразователя, однако необходимо контролировать импульсы на затворах полевых транзисторов VT9, VT10, чтобы их длительность не приближалась к крайним пределам (слишком короткие или слишком длинные), а находилась в среднем положении. В противном случае, при возрастании нагрузки или изменении напряжения питающей сети, стабилизация выходного напряжения ухудшится.

Для того чтобы не перегружать преобразователь напряжения и не сжечь мощные полевые транзисторы, настройку защиты по току лучше выполнить следующим образом. Временно впаивают вместо резисторов R27-R30 резисторы сопротивлением 1 Ом и мощностью 2 Вт. К выходу преобразователя подключают нагрузку и амперметр. Устанавливают ток нагрузки 1,3... 1,4 А и подбором сопротивлений резисторов R32, R33 добиваются срабатывания токовой защиты. Затем впаивают на место резисторы R27-R30. На этом настройку преобразователя напряжения можно считать законченной. Если для питания усилителя или какой-либо другой нагрузки требуется иное напряжение, то выходное напряжение преобразователя можно изменить, изменив количество витков обмоток IV и V трансформатора Т1. При этом следует иметь в виду, что на один виток вторичной обмотки приходится около 7 В.

По материалам журнала Радіоаматор; Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Горькие продукты улучшают работу мозга 08.11.2025

Как выяснили японские ученые, горький вкус флаванолов играет важную роль в стимуляции центральной нервной системы. Даже при минимальном усвоении этих веществ организм получает сигнал к повышению активности нейромедиаторов и улучшению когнитивных функций, что делает натуральные продукты с горьким вкусом потенциально полезными для мозга и общей физиологии. В поисках способов улучшить работу мозга ученые все чаще обращаются к натуральным соединениям, содержащимся в привычных продуктах питания. Одним из таких веществ являются флаванолы, присутствующие в какао, красном вине и ягодах. Исследователи из Технологического института Сибаура в Японии выяснили, что горький и вяжущий вкус этих соединений способен активировать мозг через вкусовые рецепторы, способствуя улучшению памяти, внимания и способности к обучению. Ранее было известно, что флаванолы защищают нейроны и поддерживают когнитивные функции, однако их биодоступность - доля вещества, поступающая в кровь - крайне низка. Это вызвал ...>>

Дождевой электрогенератор 08.11.2025

Группа разработчиков Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики представила дождевой электрогенератор, который превращает дождевые капли в источник электричества, используя саму воду как структурный и электрический элемент. В отличие от традиционных капельных генераторов, где электричество создается на твердых диэлектрических пленках с металлическими электродами, новое устройство плавает непосредственно на поверхности воды. Вода одновременно выполняет роль опоры и проводника, что позволило снизить вес системы на 80%, а стоимость уменьшить почти наполовину, сохранив при этом мощность до 250 вольт на каждую каплю. "Мы позволили воде одновременно выполнять структурную и электрическую функции, создав легкую, доступную и масштабируемую систему", - объяснил профессор Ванлин Гуо, ведущий автор исследования. Такая концепция открывает путь к созданию гидровольтаических систем, которые могут работать в водоемах без использования суши, дополняя солнечные и ветровые технологии. П ...>>

Климат влияет на длительность беременности 07.11.2025

Беременность традиционно воспринимается как естественный биологический процесс с предсказуемыми сроками, однако современные исследования все чаще доказывают, что на ее продолжительность влияют факторы, выходящие далеко за пределы медицины. Среди них особое место занимают климат и окружающая среда - именно эту взаимосвязь впервые подробно изучили ученые из Университета Кертина в Австралии. Их работа раскрывает, что экстремальные погодные условия способны не только вызывать преждевременные роды, но и, напротив, удлинять срок беременности. Команда исследователей проанализировала данные почти 400 тысяч новорожденных, появившихся на свет в Западной Австралии. Результаты оказались неожиданными: климатические колебания заметно влияли на организм будущих матерей, особенно у тех, кто рожал после 41-й недели беременности. По словам доктора Сильвестра Додзи Ньядана из Школы народного здоровья Университета Кертина, проблема перенашивания долгое время оставалась в тени, хотя ее последствия могут ...>>

Случайная новость из Архива Собаки умнее волков 29.10.2023 Научные исследования показывают, что собаки обладают более разнообразными когнитивными навыками по сравнению с волками. Даже несмотря на общего предка в лице серого волка, который, согласно теориям, эволюционировал в собак 15 000 лет назад, современные собаки не обязательно являются более умными. Эксперты утверждают, что нельзя просто сказать, что собаки или волки умнее друг друга, так как их когнитивные способности соответствуют их разным стилям жизни. Когнитивные навыки классифицируются как социальные, связанные с общением с другими животными, и несоциальные, относящиеся к взаимодействию с физическим окружением. Юлиана Брауэр, ассоциированный научный сотрудник Института развития человека Макса Планка в Германии, подчеркивает, что эти когнитивные навыки следует рассматривать отдельно, а сравнение можно провести аналогией с предметами в школе. Один из часто используемых экспериментов для измерения когнитивных способностей у собак и волков - указательный тест. В одном из недавних исследований ученые провели этот тест с щенками и волчатами. Они установили две чашки вверх дном на стол, одну из которых скрыли едой. Затем дали подсказки 44 щенкам, используя жесты или указания, чтобы найти еду. Результаты показали, что собаки вдвое чаще успешно находили еду, чем волки. Это свидетельствует о том, что у собак, кажется, есть врожденные когнитивные способности, которые позволяют им лучше понимать задачи, связанные с общением и намерениями людей, в сравнении с их дикими родственниками - волками.

Другие интересные новости:

▪ Камера размером с крупинку соли

▪ Новая серия модулей Digi XBee 802.15.4 для Интернета вещей

▪ Глаза в глаза

▪ Магнитометр солнечного ветра

▪ Размножение в космосе возможно

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Медовый месяц. Крылатое выражение

▪ статья Какая жидкость имеет достаточную вязкость, чтобы по ней можно было ходить? Подробный ответ

▪ статья Начальник отдела ИТ инфраструктуры департамента информационных технологий. Должностная инструкция

▪ статья Ресурсы солнечной энергетики. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Рождение яйца. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025