Мощный блок питания, 220/32 вольт 1000 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Для уменьшения габаритов и массы сетевых источников питания в последние годы все шире используют преобразование напряжения на частоте несколько десятков килогерц. Такой источник содержит выпрямитель сетевого напряжения, фильтр пульсаций с удвоенной частотой сети, преобразователь напряжения, понижающий трансформатор, выпрямитель и фильтр пульсаций с удвоенной частотой преобразования. Преобразователь обычно выполняют по схеме мостового или полумостового инвертора, в котором транзисторы открываются и закрываются поочередно через полпериода коммутации. Недостаток подобного преобразователя - наличие сквозного коллекторного тока в моменты закрывания транзисторов. Из-за этого на них выделяется большая мгновенная электрическая мощность, допустимое значение которой и ограничивает мощность подобных устройств. Допустимая мгновенная мощность обычно применяемых в преобразователях напряжения кремниевых транзисторов, например, серии КТ812, не превышает нескольких сотен ватт.

Снять это ограничение в определенной мере позволяет применение мостового инвертора, нагруженного последовательным резонансным контуром. Транзисторы такого устройства закрываются при отсутствии коллекторных токов, максимальное напряжение на коллекторе (по отношению к эмиттеру) и максимальный коллекторный ток действуют на транзистор в разное время, поэтому мгновенная электрическая мощность, выделяющаяся на нем, оказывается небольшой.

Возможности мостового инвертора с последовательным резонансным контуром иллюстрирует описываемый ниже сетевой блок питания. Он предназначен для использования в качестве эквивалента 27-вольтовой бортовой сети автомобиля (при активной или индуктивно-активной нагрузке).

Принципиальная схема устройства изображена на рисунке. Его основные узлы - фильтр C1L1C2, предотвращающий проникание в сеть помех от преобразователя частоты; выпрямитель сетевого напряжения на диодах VD1- VD4 с фильтром C3-C5L2C6- С8; мостовой инвертор на транзисторах VT1 - VT4 с резонансным контуром L3C10C11, понижающий трансформатор 74, выпрямитель напряжения повышенной частоты на диодах VD13-VD18 с фильтром C12-C15L4C16C17; узел управления инвертором на микросхемах DD1-DD4 и транзисторах VT5, VT6 и два питающих его источника: нестабилизированный (VD19) и стабилизированный (VD20 DA1). Светодиод HL1 - индикатор включения блока в сеть.

(нажмите для увеличения)

Узел управления мостовым инвертором состоит из генератора тактовых импульсов, выполненного на одновибраторах микросхемы DD1, распределителя импульсов на триггере DD2.2 и элементах микросхемы DD4, двух усилителей (DD3.3; VT5 и DD3.4, VT6) и устройства защиты блока от перегрузки (VD21, DD2.1) с синхронизатором (DD3.1, DD3.2). Светодиод HL2 сигнализирует о срабатывании устройства защиты.

При включении блока в сеть тумблером Q1 подается напряжение питания на узел управления, и на инверсном выходе одновибратора DD1.2 появляются положительные импульсы длительностью 17 мкс с постоянной частотой повторения около 40 кГц. Триггер DD2.2 сигналами логической 1, возникающими на его прямом и инверсном выходах, поочередно "открывает" элементы DD4.1, DD4.2. и импульсы поступают на вход то одного усилителя (DD3.3, VT5), то другого (DD3.4, VT6). В результате импульсы открывающей полярности подаются на эмиттерный переход то транзисторов VT1, VT4, то VT2, VT3.

Через некоторое время после появления импульсов тактового генератора (задержка обусловлена довольно большой постоянной времени фильтра C3-C5L2C6-C8) на конденсаторе С9 возникает плавно нарастающее выпрямленное напряжение и инвертор преобразует его в переменное напряжение частотой 20 кГц, приложенное к обмотке I трансформатора Т4. Напряжение, снимаемое с его обмотки I, выпрямляется диодами VD13-VD18 и через фильтр С12-C15L4C16C17 поступает на нагрузку. Резистор R13 снижает выходное напряжение ненагруженного выпрямителя.

В работе инвертора можно выделить четыре фазы. В первой, длительностью 17 мкс, открываются транзисторы VT1, VT4, и конденсаторы С10, С11 заряжаются через них, первичную обмотку трансформатора Т4 и дроссель L3. Ток в этой цепи вначале возрастает от нуля до максимального значения, а затем, по мере зарядки конденсаторов, уменьшается до нуля. Форма тока напоминает полупериод синусоиды.

Во второй фазе, длящейся 8 мкс, на базы транзисторов VT1, VT4 подается напряжение закрывающей полярности, и они закрываются.

В третьей фазе (как и первой, длительностью 17 мкс) открываются транзисторы VT2, VT3, а к каждому из закрытых транзисторов VT1, VT4 прикладывается практически все выпрямленное диодами VD1-VD4 напряжение (при нагрузке сопротивлением 1 Ом - около 260 В). Ток перезарядки конденсаторов С10, С11 до максимального напряжения противоположной полярности так же, как и в первой фазе, течет через последовательный контур, образованный конденсаторами, дросселем L3 и первичной обмоткой трансформатора Т4. Напряжение, до которого они перезаряжаются, зависит от сопротивления нагрузки: чем оно меньше, тем больше это напряжение (при нагрузке сопротивлением 1 Ом - примерно 200 В).

В момент, когда коллекторный ток транзисторов VT2, VT3 уменьшается до нуля, начинается четвертая фаза работы инвертора, длящаяся, как и вторая, 8 мкс: на базы транзисторов с обмоток трансформаторов Т2 и Т5 подается закрывающее напряжение. Транзисторы VT1, VT4 все это время продолжают оставаться закрытыми. Пауза необходима для того, чтобы транзисторы VT2, VT3 полностью закрылись и при открывании транзисторов VT1, VT4 не возник импульс сквозного тока через транзисторы соседних плеч. Благодаря тому, что коммутирующее напряжение поступает на эмиттерные переходы в моменты, когда коллекторного тока нет, мгновенная электрическая мощность на коллекторном переходе в самом худшем случае не превышает нескольких ватт.

Узел защиты блока от перегрузки работает следующим образом. После подачи напряжения питания триггер DD2.7 устанавливается в единичное состояние (на инверсном выходе - напряжение логического 0), и на выходе элемента DD3.2 (вывод 11) появляется напряжение логической 1, создающее условия для прохождения импульсов тактового генератора через элементы DD4.1 и DD4.2 В этом состоянии триггер остается все время, пока мощность, отдаваемая в нагрузку, меньше 1 кВт.

При достижении предельной мощности амплитуда первого же импульса, поступившего на счетный вход триггера DD2.1 с вторичной обмотки трансформатора тока Т3 через мост VD21, оказывается достаточной, чтобы перевести триггер в нулевое состояние (на инверсном выходе - напряжение логической 1). Смена низкого логического уровня высоким на верхнем по схеме входе элемента DD3.2 приводит к тому, что с приходом очередного тактового импульса на его выходе устанавливается напряжение логического 0, и прохождение импульсов через элементы DD4.1, DD4.2 прекращается. Благодаря RS-триггеру на элементах DD3.1, DD3.2 сигнал запрета появляется только в момент начала паузы между импульсами, что предотвращает выход транзисторов инвертора из строя (закрывание при наличии коллекторного тока привело бы к выходу их из строя из-за чрезмерного увеличения мгновенной электрической мощности). Узел защищает транзисторы инвертора и при коротком замыкании нагрузки.

Для возвращения блока питания в исходное состояние после срабатывания защиты его нужно выключить и снова включить тумблером Q1. При выключении блока конденсаторы фильтра С3 - С8 разряжаются через резисторы R1 и R2. Это необходимо для того, чтобы во время нарастания амплитуды импульсов базового тока транзисторов VT1 - VT4 после повторного включения, когда они открываются не полностью (т. е. не входят в режим насыщения), на их коллекторах не оказалось сразу большого напряжения, способного привести к выходу из строя.

В резонансном контуре преобразователя применены конденсаторы (С10, С11) К71-4 на номинальное напряжение 250 В. Конденсаторы фильтра С12-С15 - К73-16 на номинальное напряжение 63 В. Резистор R13 - ПЭВ-10. Остальные резисторы и конденсаторы - любого типа. Выключатель Q1 - ТВ1-2.

В источнике питания узла управления применен унифицированный трансформатор ТН13 127/220-50. Все остальные трансформаторы и дроссели устройства - самодельные. Намоточные данные приведены в таблице. Дроссель L3 и обе обмотки трансформатора Т4 намотаны свитыми в жгут проводами. Для уменьшения индуктивности рассеяния этого трансформатора обмотка II намотана двумя сложенными вместе жгутами. Отвод получен соединением вывода начала одной из полуобмоток с выводом конца другой.

Магнитопроводы всех дросселей собраны с немагнитным зазором 0,5 мм.

Узел управления инвертором и источник его питания смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Большинство остальных деталей блока смонтированы навесным способом на трех платах размерами 220x85 мм из текстолита толщиной 3 мм: на одной из них закреплены диоды VD1- VD4 и детали фильтров C1L1C2 и C3-C5L2C6-C9, на другой - трансформаторы T2, T3, T5 и детали инвертора, на третьей - дроссель L3 и детали фильтра C12-C15L4C16C17.

Транзисторы VT1 - VT4 установлены на дюралюминиевых теплоотводах в виде пластин размерами 70x60x8 мм (сторонами 60x8мм они прикреплены к монтажной плате), диоды VD1-VD4 - на П-образных теплоотводах, согнутых из алюминиевых пластин размерами 100x25x1,5 мм, диоды VD13...VD18 и трансформатор Т4 - на ребристом дюралюминиевом теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности около 1000 см2, закрепленном в задней части корпуса блока.

Налаживание устройства начинают без предохранителя FU1. Включив питание узла управления, с помощью осциллографа убеждаются в наличии на эмиттерных переходах транзисторов VT1-VT4 импульсов положительной полярности длительностью 17 мкс с частотой повторения около 20 кГц (период колебаний - примерно 50 мкс). При соединении любого вывода вторичной обмотки трансформатора тока 73 с плюсовым выводом источника питания микросхем узла управления эти импульсы должны исчезать.

Затем отключают вывод дросселя L3 от первичной обмотки трансформатора Т4, устанавливают на место предохранитель FU1, а вместо контактов 7 и 8 сетевого выключателя Q1 включают миллиамперметр. Ток, потребляемый инвертором без нагрузки, должен быть не более 15 мА. Убедившись в этом, соединяют выводы дросселя L3 и первичной обмотки трансформатора T4 дополнительным резистором сопротивлением примерно 0,5 Ом, отпаивают сетевые выводы выпрямительного моста VD1 - VD4 от дросселя L1 и подают на них от регулируемого автотрансформатора (например, ЛАТРа) переменное напряжение 20...30 В. К выходу блока подключают эквивалент нагрузки - резистор сопротивлением 1 Ом с мощностью рассеяния 700...800 Вт. Контролируя осциллографом форму напряжения на дополнительном резисторе, подбирают немагнитный зазор в магнитопроводе дросселя L3 таким, чтобы импульсы (как положительной, так и отрицательной полярности) на экране стали как можно более похожими на полуволны синусоиды.

Далее, наблюдая за формой импульсов, повышают напряжение на входе моста VD1 - VD4 до 220 В. Выходная мощность на эквиваленте нагрузки возрастает при этом до 650...700 Вт, однако форма импульсов должна остаться практически неизменной. Если же при такой мощности они заостряются, то это свидетельствует о насыщении магнитопровода дросселя L3 или трансформатора Т4 и его необходимо заменить более массивным (с большим сечением).

Наконец, исключив из цепи дополнительный резистор, подбирают резистор R18 таким образом, чтобы узел защиты от перегрузки срабатывал при выходной мощности 1 кВт (ее получают уменьшением сопротивления эквивалента нагрузки).

Во время налаживания следует соблюдать правила техники безопасности, так как многие цепи блока питания, в частности, подлежащие контролю осциллографом, находятся под высоким напряжением.

Нагрузку мощностью до 700 Вт можно соединять непосредственно с выходом блока и коммутировать питание тумблером. При большей мощности желательно предусмотреть дополнительный выключатель в цепи нагрузки и вначале подключать блок к сети, а затем нагрузку к его выходу

Автор: С.Цветаев

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Пластырь для контроля уровня глюкозы 29.09.2020 Группа исследователей из Института промышленных наук Токийского университета разработала пластырь с микроиглами, объединенный с бумажным датчиком для контроля уровня глюкозы. Микроиглы - это крошечные иглы длиной менее 1 мм, которые настолько короткие, что, попадая в кожу, не контактируют с нейронами, а это означает, что они не вызывают боли. Они не прокалывают кожу до крови, но могут собирать подкожную жидкость, которая содержит большинство важных биомаркеров. Инженеры в разных странах мира уже разработали несколько типов микроигл, но до сих пор создание практичного устройства, которое быстро анализирует жидкость и выдает результат, казалось труднодостижимым. Японские ученые преодолели эту проблему, разработав способ сочетания пористых микроигл с бумажными сенсорами. В результате у них получился недорогой, безболезненный, простой в использовании и очень практичный одноразовый тест для диагностики преддиабета или контроля уровня сахара при сахарном диабете. Для производства такого диагностического устройства сначала изготавливаются микроиглы. Для этого расплавленная смесь биоразлагаемого полимера и соли наливается в конусообразные полости микроплиты. Затем форма переворачивается и нижняя часть микроигл помещается на лист бумаги и прижимается под давлением. Это заставляет смесь проникнуть в поры бумаги и закрепить микроиглы. После извлечения из формы иглы охлаждаются в специальном растворе, который вытягивает из них всю соль, оставляя после себя тысячи отверстий или пор, через которые сможет течь подкожная жидкость. Наконец при помощи двустороннего скотча к бумажной основе набора микроигл крепится бумажный датчик глюкозы. Ученые тестировали пластырь на агарозном геле, в котором была растворена глюкоза. Жидкость из геля перетекала через пористые микроиглы в бумажную подложку, а оттуда попадала на сенсорный слой. Концентрация глюкозы точно регистрировалась по изменению цвета бумажного датчика. Большим преимуществом новой технологии является то, что ее использование не требует каких-либо медицинских знаний или специального обучения. К тому же микроиглы биорастворяемы и биосовместимы, то есть они не вызовут никаких проблем даже, если останутся в коже после удаления повязки.

Другие интересные новости:

▪ MAX77950 - универсальный приемник беспроводной энергии

▪ Прогноз погоды для больницы

▪ Электронный секретарь

▪ Ткань слышит звук

▪ Стандарт сжатия VESA VDC-M

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Крылатые слова, фразеологизмы. Подборка статей

▪ статья Ни гроша за душой. Крылатое выражение

▪ статья Как давно появились домашние животные? Подробный ответ

▪ статья Правка режущего инструмента. Домашняя мастерская

▪ статья Конструкции М.Ерофеева. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья О включении трехфазного двигателя в однофазную сеть, облегчающем запуск. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025