Инверторы на основе тиристорных преобразователей ранее разрабатывались для формирования высокого напряжения на кинескопе в телевизорах отечественной промышленности. Небольшая частота преобразования, простота схемы, отсутствие высоковольтных оксидных конденсаторов большой емкости и т.п. позволяют использовать такие схемы с небольшими изменениями в источниках питания.

Наличие в продаже мощных высоковольтных тиристоров дает возможность разработать компактный источник питания с низкими потерями энергии. Такой источник подойдет для питания радиоаппаратуры, энергосберегающих ламп, зарядки аккумуляторов автомобилей и питания электродвигателей постоянного тока. Недостатком подобных устройств является повышенный по сравнению с транзисторными инверторами уровень импульсных помех. Но они, в принципе, устраняются несложными сетевыми и выходными фильтрами.

Основными функциональными частями схемы (рис.1) являются:

(нажмите для увеличения)

В схеме происходит тройное преобразование напряжения: переменное напряжение электросети после выпрямления преобразуется инвертором в импульсное напряжение прямоугольной формы с частотой, определяемой частотой генератора. Пониженное высокочастотным трансформатором импульсное выходное напряжение выпрямляется и поступает на нагрузку.

Сетевой фильтр коммутационных помех C12-L2, C13-L3 препятствует проникновению помех преобразования в электросеть. Коммутационные помехи в импульсных источниках питания возникают вследствие переключающего режима работы мощных регулирующих элементов. Обмотки дросселей сетевого фильтра обычно размещаются на общем ферритовом сердечнике для взаимной компенсации помех. Снижение импульсных помех преобразования в низковольтных цепях нагрузки обеспечивает выходной фильтр C8-L1-C11.

С входного фильтра напряжение сети подается на выпрямитель на диодной сборке VD8.

Выпрямленное напряжение сети фильтруется конденсатором С10 и поступает через резистор R17 на трансформатор Т1 импульсного инвертора, а также используется для питания гибридного тиристора DA3. Напряжение питания (примерно 100 В) подается на DA3 с параметрического стабилизатора R10-VD2.

Питание на тактовый генератор на однопереходном транзисторе, входящем в состав DA3, и цепи регулирования скважности импульсов поступает со стабилизатора R9-VD1. Стабилизация питания гибридного тиристора позволяет защитить микросхему от повышенного напряжения и обеспечить устойчивую работу инвертора. Однопереходной транзистор в DA3 имеет максимальное напряжение питания 30 В и максимальный импульсный ток 200 мА. Время включения гибридного тиристора - 3 мкс, выключения - 25 мкс.

Минимальное время включения силового тиристора VS1, которым управляет DA3 - 0,5 мкс. Отпирающее импульсное напряжение на управляющем электроде - 5 В.

В начале положительного полупериода сетевого напряжения гибридный и силовой тиристоры закрыты. По мере роста напряжения конденсатор С1 заряжается через резисторы R1 и R2. Заряд конденсатора С1 продолжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога открывания однопереходного транзистора в DA3.

После его открывания на резисторе R5 появляется напряжение, достаточное для срабатывания гибридного тиристора в DA3.Открывающийся гибридный тиристор включает силовой VS1. Тиристор VS1 остается открытым до конца полупериода. Стабилитрон VD3 в цепи управления VS1 защищает его управляющий электрод от импульсных помех и повышенного напряжения включения.

Протекание тока через VS1 и обмотку I трансформатора Т1 сопровождается накоплением энергии в магнитном поле сердечника. После окончания импульса ток в обмотке прекращается, что вызывает появление во вторичной обмотке напряжения самоиндукции. Через диодную сборку VD7 протекают импульсы тока, которые заряжают конденсатор С7. На нем возникает постоянное напряжение, оно фильтруются цепочкой L1-C8-C11 и с конденсатора С11 поступает в нагрузку. изменяя резистором R1 время заряда конденсатора С1, можно управлять моментом открывания гибридного тиристора и регулировать напряжение и ток нагрузки.

При больших скоростях нарастания прямого напряжения тиристор может самопроизвольно открыться при отсутствии управляющего сигнала.

Для снижения чрезмерной скорости нарастания анодного напряжения используется демпферная RC-цепочка R17-C9. Тиристор VS1 защищен от выбросов напряжения обратного тока трансформатора параллельными цепочками VD4-VD5 и R15-C5, а также VD6-R14-C6.

Стабилизация выходного напряжения выполнена с помощью оптронной развязки с выхода источника на генератор импульсов.

При повышении выходного напряжения, например, из-за увеличения сопротивления нагрузки, увеличивается напряжение на управляющем электроде микросхемы DA2. Ее напряжение стабилизации снижается, что приводит к повышению тока через светодиод оптопары DA1. Фототранзистор оптопары сильнее открывается и шунтирует конденсатор С1, меняя скважность импульсов и, тем самым, снижая выходное напряжение. При уменьшении выходного напряжения процесс регулировки происходит в обратную сторону.

Конденсаторы С2...С4 устраняют влияние помех на цепи регулировки.

Терморезистор R12 снижает температурную зависимость выходного напряжения при излишнем нагреве силового тиристораVS1. индикация сетевого и выходного напряжения реализована на светодиодах HL1 и HL2 (красного и зеленого цвета).

Схема инвертора выполнена на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Размеры платы (рис.2) - 116x68 мм. Элементы R1, SA1, FU1, выходные клеммы и светодиоды индикации HL1, HL2 установлены на корпусе устройства. Возможные замены элементов инвертора представлены в таблице. Выбор силового трансформатора зависит от рабочей частоты инвертора и мощности нагрузки.

Выполнить самодельный трансформатор хорошего качества достаточно трудно, поэтому лучше использовать готовый от компьютерных блоков питания или телевизоров. Его первичная обмотка используется без изменений, а вторичная - частично (в зависимости от требуемого напряжения).

Наладку схемы начинают с проверки монтажа. Затем, включив в разрыв одного из сетевых проводов лампу накаливания мощностью 25. 100 Вт (220 В), а на выход-лампу 20...50 Вт (24 или 36 В), подают сетевое напряжение. Если сетевая лампа горит в полный накал, а нагрузочная не светится - в схеме есть ошибки или некачественные элементы.

При слабом накале обеих ламп переменным резистором R1 на выходе источника устанавливают напряжение 12 (24) В, а регулятором R13 добиваются максимальной яркости нагрузочной лампы.

После непродолжительной работы схему отключают и проверяют температуру элементов.

При чрезмерном нагреве тиристора VS1 сопротивление R17 следует увеличить или взять для тиристора радиатор большей площади. Тиристор на радиаторе крепят с использованием термопасты.

При отсутствии перегрева элементов можно включать устройство без защитной (сетевой) лампы, но обязательно с установленным предохранителем FU1.

Окончательно резистором R13 корректируют режим стабилизирующих цепей так, чтобы выходное напряжение с нагрузкой и без нее изменялось не более чем на 20%.

Внимание! Ввиду наличия в схеме сетевого напряжения, при наладке необходимо соблюдать правила техники безопасности, а замену деталей производить только в отключенном состоянии.

Автор: В.Коновалов, Творческая лаборатория "Автоматика и телемеханика", г.Иркутск