Описуваний пристрій забезпечує виключно високий ККД перетворення, допускає регулювання вихідної напруги і його стабілізацію, стійко працює при варіації потужності навантаження. Цікавий і незаслужено мало поширений цей вид перетворювачів – квазірезонансний, який значною мірою позбавлений від недоліків інших популярних схем. Ідея створення такого перетворювача не нова, але практична реалізація стала доцільною порівняно недавно, після появи потужних високовольтних транзисторів, що допускають значний імпульсний струм колектора при напрузі насичення близько 1,5 В. Головна відмітна особливість і основна перевага цього виду джерела живлення – високий ККД перетворювача напруги, досягає 97 … 98% без урахування втрат на випрямлячі вторинної ланцюга, які, в основному, визначає струм навантаження.

Від звичайного імпульсного перетворювача, у якого на момент закривання перемикальних транзисторів струм, що протікає через них, максимальний, квазірезонансний відрізняється тим, що до моменту закривання транзисторів їх колекторний струм близький до нуля. Причому зменшення струму до моменту закривання забезпечують реактивні елементи пристрою. Від резонансного він відрізняється тим, що частота перетворення не визначається резонансної частотою колекторної навантаження. Завдяки цьому можна регулювати вихідну напругу зміною частоти перетворення і реалізовувати стабілізацію цієї напруги. Оскільки до моменту закривання транзистора реактивні елементи знижують до мінімуму струм колектора, базовий струм також буде мінімальним і, отже, час закривання транзистора зменшується до значення часу його відкриття. Таким чином, повністю знімається проблема наскрізного струму, що виникає при перемиканні. На рис. 4.22 показана принципова схема автогенераторного нестабілізованого блоку живлення.

Основні технічні характеристики:

Загальний ККД блоку, %……………………………………… …………………….. 92;

Напруга на виході, В, при опорі навантаження 8 Ом …. 18;

Робоча частота перетворювача, кГц ……………………………………… 20;

Максимальна вихідна потужність, Вт ……………………………………. 55;

 

 

Максимальна амплітуда пульсації вихідної напруги з робочою частотою, В

Основна частка втрат потужності в блоці падає на нагрівання 'випрямних діодів вторинної ланцюга, а ККД самого перетворювача такий, що немає необхідності в тепловідведення для транзисторів. Потужність втрат на кожному з них не перевищує 0,4 Вт. Спеціального відбору транзисторів з яких-небудь параметрами також не потрібно. При замиканні виходу або перевищенні максимальної вихідної потужності генерація зривається, захищаючи транзистори від перегрівання і пробою.

Фільтр, що складається з конденсаторів С1 … СЗ і дроселя LI, L2, призначений для захисту мережі живлення від високочастотних перешкод з боку перетворювача. Запуск автогенератора забезпечує ланцюг R4, С6 і конденсатор С5. Генерація коливань відбувається в результаті дії позитивної ОС через трансформатор Т1, а частоту їх визначають індуктивність первинної обмотки цього трансформатора і опір резистора R3 (при збільшенні опору частота збільшується).

Обмотка IV трансформатора Т1 призначена для пропорційно-струмового управління транзисторами. Легко бачити, що потужний розділовий трансформатор Т2 і ланцюги управління елементами перемикачів транзисторами (трансформатор Т1) розділені, що дозволяє значно послабити вплив паразитної ємності й індуктивності трансформатора Т2 на формування базового струму транзисторів. Діоди VD5 і VD6 обмежують напруга на конденсаторі С7 в момент запуску перетворювача, поки конденсатор С8 заряджається до робочої напруги.

Дроселі LI, L2 і трансформатор Т1 намотують на однакових кільцевих магнітопроводах К12х8хЗ з фериту 2000НМ. Обмотки дроселя виконують одночасно, «в два дроти», проводом ПЕЛШО-0, 25; число витків – 20. Обмотка I трансформатора TI містить 200 витків дроту ПЕВ-2-0, 1, намотаних внавал, рівномірно по всьому кільцю. Обмотки II і III намотані «в два дроти» – 4 витка проводу ПЕЛШО-0, 25; обмотка IV являє собою виток такого ж дроту. Для трансформатора Т2 використаний кільцевої магнітопровід К28х16х9 з фериту 3000НН. Обмотка I містить 130 витків дроти ПЕЛІ10-0, 25, покладених виток до витка. Обмотки II і III – по 25 витків дроту ПЕЛШО-0, 56; намотування – «в два дроти», рівномірно по кільцю.

Дросель L3 містить 20 витків дроту ПЕЛІ10-0, 25, намотаних на двох, складених разом кільцевих магнітопроводах К12х8хЗ з фериту 2000НМ. Діоди VD7, VD8 необхідно встановити на тепловідвід площею розсіювання не менше 2 см2 кожний.

Описане пристрій був розроблений для використання разом з аналоговими стабілізаторами на різні значення напруги, тому потреби в глибокому придушенні пульсацій на виході блоку не виникало. Пульсації можна зменшити до необхідного рівня, скориставшись звичайними в таких випадках LC-фільтрами, як, наприклад, в іншому варіанті цього перетворювача з такими основними технічними характеристиками:

Номінальна вихідна напруга, В. …………………………………….. 5,

Максимальний вихідний струм, А. …………………………………….. ……… 2;

Максимальна амплітуда пульсації, мВ …………………………………. 50;

Зміна вихідної напруги, мВ, не більше, при зміні струму навантаження

від 0,5 до 2 А і напруги мережі від 190 до 250 В. ………………….. 150;

Максимальна частота перетворення, кГц ……………………………. 20.

Схема стабілізованого блоку живлення на основі квазірезо-нансного перетворювача представлена ??на рис. 4.23.

 

 

Вихідна напруга стабілізується відповідною зміною робочої частоти перетворювача. Як і в попередньому блоці, потужні транзистори VT1 ??і VT2 в тепловідведення не потребують. Симетричне управління цими транзисторами реалізовано за допомогою окремого задаючого генератора імпульсів, зібраного на мікросхемі DDI. Тригер DD1.1 працює у власне генераторі.

Імпульси мають постійну тривалість, задану ланцюгом R7, С12. Період же змінюється ланцюгом ОС, в яку входить оптрон U1, так що напруга на виході блоку підтримується постійним. Мінімальний період задає ланцюг R8, С13. Тригер DDI.2 ділить частоту проходження цих імпульсів на два, і напруга

форми «меандр» подається з прямого виходу на транзисторний підсилювач струму VT4, VT5. Далі посилені по струму керуючі імпульси диференціює ланцюг R2, С7, а потім, вже укорочені до тривалості приблизно 1 мкс, вони надходять через трансформатор Т1 в базову ланцюг транзисторів VT1, VT2 перетворювача. Ці короткі імпульси служать лише для перемикання транзисторів – закривання одного з них і відкривання іншого.

Базовий струм відкритого керуючим імпульсом транзистора підтримує дію позитивної ОС по струму через обмотку IV трансформатора Т1. Резистор R2 служить також для демпфування паразитних коливань, що виникають в момент закривання випрямних діодів вторинної ланцюга, в контурі, утвореному межвітковой ємністю первинної обмотки трансформатора Т1, дроселем L3 і конденсатором С8. Ці паразитні коливання можуть викликати некероване перемикання транзисторів VT1, VT2. Описаний варіант управління перетворювачем дозволяє зберегти пропорційно-струмове управління транзисторами і, в той же час, регулювати частоту їх переходу з метою стабілізації вихідної напруги.

Крім того, основна потужність від генератора збудження споживається тільки в моменти перемикання потужних транзисторів, тому середній струм, споживаний їм, малий і не перевищує 3 мА з урахуванням струму стабілітрона VD5. Це і дозволяє живити його прямо від первинної мережі через резистор R1. Транзистор VT3 є підсилювачем напруги сигналу управління, як в компенсаційному стабілізаторі. Коефіцієнт стабілізації вихідної напруги блоку прямо пропорційний статичному коефіцієнту передачі струму цього транзистора.

Застосування транзисторного Оптрон U1 забезпечує надійну гальванічну розв'язку вторинної ланцюга від мережі і високу перешкодозахищеність по входу управління задає генератора. Після чергового перемикання транзисторів VT1, VT2 починає заряджатися конденсатор СЮ і напруга на базі транзистора VT3 починає збільшуватися, колекторний струм теж збільшується. В результаті відкривається транзистор Оптрон, підтримуючи в розрядженому стані конденсатор С13 задає генератора. Після закривання випрямних діодів VD8, VD9 конденсатор СЮ починає розряджатися на навантаження і напруга на ньому падає. Транзистор VT3 закривається, в результаті чого починається зарядка конденсатора С13 через резистор R8. Як

тільки конденсатор зарядиться до напруги перемикання тригера DD1.1, на його прямому виході встановиться високий рівень напруги. У цей момент відбувається чергове перемикання транзисторів VT1, VT2, а також розрядка конденсатора СІ через відкрився транзистор Оптрон.

Починається черговий процес підзарядки конденсатора СЮ, а тригер DD1.1 через 3 … 4 мкс знову повернеться в нульовий стан завдяки малій постійній часу ланцюга R7, С12, після чого весь цикл управління повторюється, незалежно від того, який з транзисторів – VT1 або VT2 – відкритий в поточний підлозі період. При включенні джерела, в початковий момент, коли конденсатор СЮ повністю розряджений, струму через світлодіод Оптрон немає, частота генерації максимальна і визначена в основному постійної часу ланцюга R8, С13 (постійна часу ланцюга R7, С12 в кілька разів менше). При зазначених на схемі номіналах цих елементів ця частота буде близько 40 кГц, а після її поділу тригером DDI.2 – 20 кГц. Після зарядки конденсатора СЮ до робочої напруги в роботу вступає стабілізуюча петля ОС на елементах VD10, VT3, U1, після чого і частота перетворення вже буде залежати від вхідної напруги і струму навантаження. Коливання напруги на конденсаторі СЮ згладжує фільтр L4, С9. Дроселі LI, L2 і L3 – такі ж, як у попередньому блоці.

Трансформатор Т1 виконаний на двох складених разом кільцевих магнітопроводах К12x8x3 з фериту 2000НМ. Первинна обмотка намотана внавал рівномірно по всьому кільцю і містить 320 витків дроту ПЕВ-2-0, 08. Обмотки II і III містять по 40 витків дроту ПЕЛ1110-0, 15; їх намотують «в два дроти». Обмотка IV складається з 8 витків дроту ПЕЛШО-0, 25. Трансформатор Т2 виконаний на кільцевому магнітопроводі К28х16х9 з фериту 3000НН. Обмотка I – 120 витків дроту ПЕЛШО-0, 15, а II і III – по 6 витків дроту ПЕЛ1110-0, 56, намотаних «в два дроти». Замість дроти ПЕЛШО можна використовувати дріт ПЕВ-2 відповідного діаметру, але при цьому між обмотками необхідно прокладати два-три шари Лакотканини.

Дросель L4 містить 25 витків дроту ПЕВ-2-0, 56, намотаних на кільцевій магнітопровід К12х6х4, 5 з фериту 100НН1. Підійде також будь-який готовий дросель індуктивністю 30 … 60 мкГн на струм насичення не менше 3 А і робочу частоту

20 кГц. Всі постійні резистори – MJIT. Резистор R4 – підстроєні, будь-якого типу. Конденсатори С1 … С4, С8 – К73-17, С5, С6, С9, СЮ – К50-24, решта – КМ-6. Стабілітрон КС212К можна замінити на КС212Ж або КС512А. Діоди VD8, VD9 необхідно встановити на радіатори площею розсіювання не менше 20 см2 кожний. ККД обох блоків можна підвищити, якщо замість діодів КД213А використовувати діоди Шоттки, наприклад, будь-які з серії КД2997. У цьому випадку тепловідвід для діодів не будуть потрібні.