Цей імпульсний перетворювач призначений для живлення електронних пристроїв напругою 5 В від мережі змінного струму. Перетворювач не містить дефіцитних і дорогих елементів, простий у виготовленні і налагодженні. Джерело живлення забезпечений захистом від кидків вихідної напруги і від перевантаження по струму з автоматичним поверненням в робочий режим після її усунення.

Основні технічні параметри:

Вхідна напруга, В. ……………………………………… …………. 150 … 240;

Частота вхідного напруги, Гц ……………………………………… 50 … 60;

Частота перетворення, кГц ………………………………………. ………… 100;

Вихідна напруга, В. ……………………………………… ………………….. 5;

Амплітуда пульсацій вихідної напруги, мВ, не більше …….. 50;

Струм навантаження, А. ……………………………………… …………………………… 0 … 6;

Температура навколишнього середовища, ° С. ……………………………..- 10 … +50;

Габарити, мм ……………………………………….. ……………………….. 60x95x30.

На рис. 5.4 показана схема пристрою. Вузол управління реалізує широтно-імпульсний принцип стабілізації вихідної напруги. На елементах DDl.l, DDI.2 виконаний задає генератор, що працює на частоті близько 100 кГц при шпаруватості, близької до двох. Імпульси тривалістю близько 5 мкс через конденсатор CI 1 надходить на вхід елемента DD1.3, а потім посилюються по струму включеними паралельно елементами DDI.4 … DDI.6. Щоб стабілізувати вихідну напругу джерела живлення, тривалість

   

   

ність імпульсу під час регулювання зменшується. «Вкорочує» імпульси транзистор VT1. Відкриваючись кожен період роботи генератора, він примусово встановлює на вході елемента DD1.3 низький рівень. Цей стан утримується до кінця чергового періоду розрядженим конденсатором С11.

На транзисторах VT2, VT3 виконаний потужний підсилювач струму, що забезпечує форсоване перемикання комутуючого транзистора VT4. Діаграми напруги на основних елементах джерела харчування під час його запуску показані на рис. 5.5. Коли транзистор VT4 відкритий, струм, що протікає через нього і обмотку I трансформатора Т1, лінійно наростає. Імпульсна напруга з датчика струму R11 через резистор R7 подається на базу транзистора VT1. Щоб виключити помилкове відкривання транзистора, викиди струму згладжує конденсатор С12.

Перші після запуску кілька періодів миттєве напруга на базі транзистора VT1 залишається менше напруги відкривання. Як тільки миттєве напруга під час чергового періоду досягне порогу 0,7 В, транзистор VT1 відкриється, що, в свою чергу, призведе до закривання комутуючого транзистора VT4. Таким чином, струм в обмотці I, а значить, і в навантаженні не

може перевищувати деякого значення, заздалегідь визначеного опором резистора R11. Цим забезпечується захист джерела живлення від перевантаження по струму. Фазировка обмоток трансформатора Т1 встановлена ??такою, що під час відкритого стану транзистора VT4 діоди VD7 і VD9 закриті зворотною напругою. Коли коммутирующий транзистор закриється, напруга на всіх обмотках змінює знак і збільшується до тих пір, поки ці діоди не відкриються. Тоді енергія, накопичена під час імпульсу в магнітному полі трансформатора Т1, спрямовується на зарядку конденсаторів вихідного фільтра С15 … С17 і конденсатора С9. Зауважимо, що, оскільки фазировка обмоток II і III збігається, напруга на конденсаторі С9 в режимі стабілізації вихідної напруги також стабілізовано незалежно від значення вхідного напруги джерела живлення.

Регулюючим елементом джерела живлення є мікросхема DA2 КР142ЕН19А. Коли напруга на керуючому виведення 1 мікросхеми досягне 2,5 В, через неї і через випромінюючий діод Оптрон починає протікати струм, що збільшується зі зростанням вихідної напруги. Фототранзистор Оптрон відкривається, і струм, що протікає через резистори R5, R7 і R11, створює на них падіння напруги, також збільшується із зростанням вихідного напруги. Миттєве напруга на базі транзистора VT1, рівне сумі падіння напруги на резисторі R7 і датчику струму R11, не може перевищувати 0,7 В. Тому при збільшенні струму фототранзистора Оптрон збільшується постійна напруга на резисторі R7 і зменшується амплітуда імпульсної складової на резисторі R11, що, в свою чергу, відбувається тільки через зменшення тривалості відкритого стану комутуючого транзистора VT4. Якщо ж тривалість імпульсу зменшується, то скорочується і «порція» енергії, перекачується кожен період трансформатором Т1 в навантаження.

Таким чином, якщо вихідна напруга джерела живлення менше номінального значення, наприклад, під час його запуску, тривалість імпульсу і енергія, передана на вихід, максимальні. Коли вихідна напруга досягне номінального рівня, з'явиться сигнал зворотного зв'язку, внаслідок чого тривалість імпульсу зменшиться до значення, при якому вихідна напруга стабілізується. Якщо з яких-небудь причин вихідна напруга збільшується, наприклад, при різкому змен

шении струму навантаження, сигнал зворотного зв'язку також збільшується, а тривалість імпульсу зменшується аж до нульової і вихідна напруга джерела живлення повертається до номінального значенням.

На мікросхемі DA1 виконаний вузол запуску перетворювача. Його призначення – блокувати роботу вузла управління, якщо напруга живлення менше 7,3 В. Це обставина пов'язана з тим, що комутатор – польовий транзистор IRFBE20 – не повністю відкривається при напрузі на затворі менше 7 В. Вузол запуску працює таким чином. При включенні джерела харчування конденсатор С9 починає заряджатися через резистор R8. Поки напруга на конденсаторі складає одиниці вольт, на виході (висновок 3) мікросхеми DA1 утримується низький рівень і робота вузла управління заблокована. У цей момент мікросхема DA1 по висновку 1 споживає струм 0,2 мА і падіння напруги на резисторі R1 становить близько 3 В. Приблизно через 0,15 … 0,25 с напруга на конденсаторі досягне 10 В, при якому напруга на виводі 1 мікросхеми DA1 одно пороговому значенню (7,3 В). На її виході з'являється високий рівень, що дозволяє роботу генератора, що задає і вузла управління. Починається запуск перетворювача. У цей час вузол керування живиться енергією, запасеної е конденсаторі С9. Напруга на виході перетворювача почне збільшуватися, а значить, воно буде збільшуватися і на обмотці II під час паузи. Коли воно стане більше напруги на конденсаторі С9, діод VD7 відкриється і конденсатор надалі кожен період підзаряджатися від допоміжної обмотки І. Тут, однак, слід звернути увагу на важливу особливість джерела живлення.

Струм заряджання конденсатора через резистор R8, залежно від вхідного напруги джерела живлення, становить 1 … 1,5 мА. а споживання вузла керування під час роботи – 10 … 12 мА. Це означає, що під час запуску конденсатор С9 розряджається. Якщо його напруга зменшиться до порогового рівня мікросхеми DA1, вузол управління вимкнеться, а оскільки у вимкненому стані він споживає не більше 0,3 мА, напруга на конденсаторі С9 буде збільшуватися до повторного включення. Таке відбувається або при перевантаженні, або при великій ємнісний навантаження, коли напруга на виході не встигає за пусковий час 20 … 30 мс збільшитися до номінального значення. У цьому випадку необхідно збільшити ємність конденсатора С9. Між

іншим, зазначена особливість роботи вузла управління дозволяє джерела живлення знаходитися в режимі перевантаження необмежено довго, оскільки він у цьому випадку працює в пульсуючому режимі, причому час роботи (запуск) в 8 … 10 разів менше часу неробочого стану. Комутуючі елементи при цьому навіть не нагріваються.

Ще одна особливість джерела живлення – захист навантаження від перевищення напруги, яка відбувається, наприклад, при відмові будь-якого елемента в ланцюзі зворотного зв'язку. У робочому режимі напруга на конденсаторі С9 – приблизно 10 В і стабілітрон VD1 закритий. У разі обриву в ланцюзі зворотного зв'язку вихідна напруга збільшується понад номінального значення. Але разом з ним збільшується напруга на конденсаторі С9 і при значенні близько 13 В стабілітрон VD1 відкривається. Процес триває 50 … 500 мс, протягом яких струм через стабілітрон плавно наростає, багаторазово перевищуючи його максимальне значення. При цьому кристал елемента нагрівається і розплавляється – стабілітрон практично перетворюється на перемичку з опором від одиниць до декількох десятків ом. Напруга на конденсаторі С9 зменшується до значень, недостатніх для включення вузла керування. Вихідна ж напруга, отримавши в залежності від струму навантаження прирощення в 1,3 … 1,8 рази, зменшується до нуля. На елементах L2, С19 виконаний додатковий фільтр, що зменшує амплітуду пульсацій вихідної напруги. Щоб зменшити проникнення високочастотних перешкод в мережу, на вході встановлений фільтр С1 … СЗ, LI, С4 … С7, який до того ж згладжує споживаний під час роботи імпульсний струм з частотою 100 Гц. Терморезистор RK1 (ТР10) має відносно високий опір в холодному стані, що обмежує пусковий струм перетворювача при включенні і захищає діоди випрямляча.

Під час роботи терморезистор нагрівається, опір його зменшується в кілька разів і на ККД джерела живлення практично не впливає. При закриванні транзистора VT4 на обмотці I трансформатора Т1 виникає імпульс напруги, амплітуда якого визначається індуктивністю розсіювання. Щоб її зменшити, в перетворювачі встановлена ??ланцюг VD8, R9, С14. Вона усуває небезпеку пробою комутуючого транзистора і знижує вимоги щодо максимального напруження на його стоці, що підвищує надійність перетворювача в цілому.

Джерело живлення виконаний, в основному, на стандартних вітчизняних та імпортних елементах, за винятком моткових виробів. Дроселі L1 і L2 намотані на кільцях К10х6х4, 5 з пермаллоя МП 140. Магнітопроводи спочатку ізолюють одним шаром лакотка-ні. Кожну обмотку намотують проводом ПЕТВ-0, 35 виток до витка у два шари на своїй половині кільця, причому між обмотками дроселя L1 повинен залишатися зазор не менше 1 мм. Обмотки дроселя L1 містять по 26 витків, а дроселя L2 – по сім витків, але у вісім провідників кожна. Намотані дроселі просочують клеєм БФ-2 і сушать при температурі близько 60 ° С.

Трансформатор – головна і сама відповідальна деталь джерела живлення. Від якості його виготовлення залежить надійність і стійкість роботи перетворювача, його динамічні характеристики і робота в режимі холостого ходу і перевантаження. Трансформатор виконаний на кільці К17х10х6, 5 з пермаллоя МП140. Перед намотуванням магнітопровід ізолюють двома шарами Лакотканини. Провід укладають щільно, але без натягу. Кожен шар обмотки промазують клеєм БФ-2, а потім обмотують лакотканиною.

Першою намотують обмотку I. Вона містить 228 витків дроту ПЕТВ-0, 2 … 0,25, намотаних виток до витка у два шари, між якими прокладено один шар Лакотканини. Обмотку ізолюють двома шарами Лакотканини. Наступною намотують обмотку III. Вона містить сім витків дроту ПЕТВ-0, 5 у шість провідників, розподілених рівномірно по периметру кільця. Поверх неї укладають один шар Лакотканини. І, нарешті, останньою намотують обмотку II, яка містить 13 витків проводу ПЕТВ-0, 15 … 0,2 в два провідники, яку рівномірно укладають по периметру кільця з деяким натягом для щільного прилягання до обмотки III. Після цього готовий трансформатор обмотують двома шарами Лакотканини, промазують зовні клеєм БФ-2 і просушують при температурі 60 ° С.

На місці транзистора VT4 можна застосувати інший з допустимою напругою на стоці не менше 800 В і максимальним струмом 3 … 5 А, наприклад, BUZ80A, КП786А, а на місці діода VD8 – будь швидкодіючий діод з допустимим зворотним напругою не менше 800 В і струмом 1 … 3 А, наприклад, FR106. Теплоотвод транзистора з'єднують із загальною точкою конденсаторів С1 і С2. У цьому випадку джерело живлення краще підключати до триконтактною розетки із заземленням. Зазначені заходи дозволяють зна

чительно зменшити випромінювані перетворювачем перешкоди. Якщо всі елементи джерела живлення справні, правильно виготовлені і з'єднані відповідно до схеми, у налагодженні він не складний.