Стабілізований мережевий перетворювач напруги

Основні технічні характеристики

Вихідна напруга, В … 12; 16; 20

Сумарна вихідна потужність, Вт ….. 3,5

Частота перетворення, кГц … 20

Межі зміни напруги мережі, при яких вихідна напруга змінюється не більше ніж на 1%, В. . . . 160 … 250

Напруга пульсації, В, частотою, Гц:

20 000 ….. 0,4

50 …… 0,2

При розробці описуваного нижче компоненти ставилося завдання створити малогабаритний мережевий джерело живлення з високим ККД, здатний віддати в гальванічно не пов'язану з мережею навантаження потужність 1 … 3,5 Вт Цим вимогам цілком відповідає однотактний імпульсний стабілізований перетворювач напруги, що передає енергію у вторинну ланцюг у паузах між імпульсами струму в первинній обмотці розділового трансформатора. Один з варіантів такого пристрою і пропонується увазі читачів.

Принципова схема пропонованого імпульсного перетворювача напруги показана на малюнку.

До складу пристрою входять випрямляч мережевої напруги VD1 з згладжуючим фільтром (R4C3C4), що задає генератор (DD1.1-DD1.3) з ланцюгом запуску (R17С7), формувач прямокутних імпульсів (DD1.4-DD1.6, VT2, VT4), електронний ключ (VT3), імпульсний трансформатор (Т1), регульоване джерело струму (VT5), пристрій захисту від замикань у навантаженні (R10, VT1), три випрямляча (VD2-VD4) і стільки ж фільтруючих конденсаторів (С9-С11). Конденсатори С1, С2 запобігають проникання в мережу перешкод з частотою перетворення.

З включенням пристрою в мережу починають заряджатися конденсатори СЗ, С4 і С7. Після того як напруга на останньому з них досягне приблизно 3 В, самовозбуждается задає генератор (DD1.1-DD1.3). Частота проходження його імпульсів (залежить від постійної часу ланцюга R7C5) – близько 20 кГц, форма нагадує пилоподібний. Формувач (DD1.4-DD1.6, VT2, VT4) перетворює їх в прямокутні коливання. Оскільки послідовності імпульсів на базах транзисторів VT2 і VT4 протівофазни, вони відкриваються по черзі, що забезпечує мінімальний час відкривання і закривання транзистора VT3.

Коли цей транзистор відкритий, через обмотку 1 тече лінійно збільшується струм і трансформатор Т1 накопичує енергію, а коли закритий (струму через первинну обмотку немає), енергія, накопичена трансформатором, перетвориться в струм вторинних обмоток III-V. Після декількох циклів роботи генератора на конденсаторі С7 встановлюється напруга 8 … 10 В.

Вихідна напруга перетворювача стабілізує регульоване джерело струму, виконаний на транзисторах VT5 збирання (VT5.2 використаний як стабілітрон). При коливаннях напруги в мережі або на навантаженні змінюється напруга на обмотці 11 і регульоване джерело струму, впливаючи на формувач (змінюючи вхідний струм інвертора DD1.4), змінює шпаруватості прямокутних імпульсів на базі транзистора VT3.

При збільшенні імпульсного струму через резистор R10 понад деякого порогового значення транзистор VT1 відкривається і розряджає конденсатор С6 (службовець для запобігання помилкового спрацьовування захисного пристрою від коротких викидів струму, що виникають у момент включення перетворювача, а також під час перемикання транзистора VT3). У результаті імпульси генератора, що задає перестають надходити на базу транзистора VT3 і перетворювач припиняє роботу. При усуненні перевантаження пристрій запускається знову через 0,8 … 2 з після зарядки конденсаторів С6 і С7.

Обмотки імпульсного трансформатора Т1 намотані на полістиролових каркасі проводом ПЕВ-2 0,12 і поміщені в броньовий магнітопровода БЗО з фериту 2000НМ. Обмотки 1.1 та 1.2 містять по 220 витків, обмотки II, III, IV та V-відповідно 19, 18, 9 і 33 витки. Спочатку намотують обмотку 1.2, потім обмотки II, IV, III, V і, нарешті, обмотку 1.1. Тим обмотками II і IV, V і 1.1 поміщають електростатичні екрани у вигляді одного шару (приблизно 65 витків) дроти ПЕВ-2 0,12. При збірці трансформатора між торцями центральній частині феритових чашок вставляють прокладку з Лакотканини товщиною 0,1 мм.

Трансформатор можна виконати і на основі феррито-вого (тієї ж марки) броньового магнітопровода Б22. У цьому випадку використовують дріт ПЕВ-2 0,09, причому число витків обмоток 1.1 та 1.2 збільшують до 230. Транзистор KT8S9A можна замінити на КТ826А, КТ838А, КТ846А.

Налагодження пристрою нескладно. Встановивши движок підлаштування резистора R15 у верхнє (за схемою) становище, включають перетворювач в мережу і встановлюють цим резистором необхідні значення напруги на виході.

Для зменшення перешкод у вторинних колах з частотою перетворення (20 кГц) необхідно досвідченим шляхом підібрати точку з'єднання електростатичних екранів з одним із проводів первинного кола, а також точки підключення конденсатора СВ. Для цього достатньо один з висновків якої-небудь вторинної обмотки підключити через міліамперметр змінного струму до первинної ланцюга і визначити названі точки по мінімуму показань приладу.

Слід врахувати, що конденсатор С8 знижує рівень перешкод з частотою перетворення лише в колах, які живляться від обмотки V. Для досягнення цієї ж мети в ланцюгах, підключених до обмотках III і IV, можна або з'єднати висновок "Заг." з мінусовим висновком випрямляча з вихідним напругою 20 В, або (якщо перше – неприпустимо) включити ще один конденсатор між виводом "Заг." і точкою підключення нижнього (За схемою) виведення конденсатора С8.

Перетворювач, зібраний по описаній схемі, випробуваний для живлення навантаження, що споживає потужність 10 Вт. У цьому варіанті число витків обмоток 1.1 та 1.2 було зменшено до 120 (з магнітопроводів Б30), конденсатори СЗ, С4 замінені одним оксидним ємністю 10 мкФ (номінальна напруга 450 В), опір резистора R10 зменшено до 2,7 Ом, а резистора R18-до 330 Ом.

Якщо необхідно мати інші, ніж зазначено у технічних характеристиках, вихідні напруги, слід відповідно змінити число витків обмоток III-V, застосувати фільтруючі конденсатори з відповідними номінальними напругами і випрямні діоди з допустимим імпульсним зворотним напругою, не менш ніж в 3,5 рази більшим напруги на навантаженні.

м. Новочеркаськ

А. Меріна