Для енергозабезпечення підсилювачів потужності звуковоїчастоти (УМЗЧ) широке поширення одержали імпульсні джерела живлення(ПІП) Такі ПІП повинні має високий ККД, забезпечувати сталість вихіднихнапружень у всьому інтервалі струмів навантажень, містити ефективний захист від замикань і перевантаженьна виході мати малі пульсації вихідної напруги і володіти малими масоюі габаритами. Крім того, такі ІІП зазвичай повинні працювати на частотіперетворення не тільки вище діапазону звукових частот, щоб користувач нечув сторонні звуки, але й вище смуги частот УМЗЧ для запобіганняінтермодуляції в підсилювачі на ультразвуковій частоті. При включенні деяківиди навантаження здатні короткочасно споживати більший струм, що перевищує номінальнуспоживану потужність удвічі, тому ПІП повинен витримувати це безспрацювання системи захисту від перевантаження по струму. Принципова схема ПІПпоказу-на на рис.1, А фото виготовленого пристроюпредставлено на рис 2.

Синтез схем, розрахунок компонентів і малюнок друкованоїплати цього джерела живлення приведені в [1]. Навантаження кожного виходу ІІПповинна споживати струм не менше 0,3 А для забезпечення нормального функціонуваннядроселя групової стабілізації L1 Багато сучасні підсилювачі потужностізвукової частоти споживають в режимі відсутності вхідного сигналу приблизно такийструм. Відсутність навантаження на одному з виходів ІІП є позаштатним режимом.Від цього компоненти ІІП не вийдуть з ладу, однак при підключенні навантаження доодного з виходів напруга на ній істотно знизиться, а напруга наіншому виході на стільки ж зросте. Частково причиною цього буде порушенняпроцесу перерозподілу напружень дроселем групової стабілізації L1.

 

Рис.1

Призначення компонентів і їх заміни

Допоміжний стабілізований лінійний джерелохарчування з параметричним стабілізатором утворюють компоненти С1, С2, С5, R1,Т1, VD1-VD5, VT1. Постійне вихідна напруга цього допоміжногоджерела має бути в межах 14 … 16 В.

Резистор R1 задає струм через стабілітрон VD1параметричного стабілізатора. Трансформатор Т1 забезпечує гальванічнурозв’язку між мережею живлення і задає генератором. Цей трансформаторрозрахований на підключення до мережі змінної напруги 220 В (50 Гц), маєпотужність не менше 7 Вт і змінна напруга на вторинній обмотці приблизно26 В.

Терморезистор RK1 обмежує імпульс струму зарядкиконденсаторів С22, С23, С25, С26, С29, С30 під час включення ІІП. Він повиненволодіти негативним ТКС, опором 15 Ом при кімнатній температурі івитримувати протікання постійного струму до 3,15 А. Варистор RU1 необхідний длязахисту компонентів ПІП від імпульсу напруги, який, як перешкода, можеприйти з живильної мережі.

Випрямляч мережевої напруги, виконаний надіодному мосту VD10, навантажений фільтром на компонентах С22, С23, С25, С26, С29,С30. Резистори R10 і R11 розряджають конденсатори фільтру після того, як ІІПбуде відключений від мережі живлення.

На компонентах СЗ, С4, С12, С13, С16, С17, С19, С27,С28, С32-С34, С37-С40, L1, L3, L4, R17, R18 і VD6 VD9 виконаний вихідний випрямлячзі згладжуючим пульсації трехкас-Кадная фільтром з двохобмотувальні дроселямиL1, L3 і L4.

Плівковіконденсатори С16, С17, С32, СЗЗ, С39 і С40 шунтируют по високій частотіоксидні конденсатори, що дозволяє збільшити коефіцієнт згладжуванняпульсацій вихідного фільтра ІІП. Керамічні конденсатори СЗ і С4 можутьтрохи поліпшити форму навантажувальної характеристики ПІП, але погіршать стабілізаціювихідних напруг Ємність цих конденсаторів не повинна перевищувати 0,047 мкФ,інакше можливе самозбудження перетворювача. По можливості конденсатори СЗі С4 краще зовсім не використовувати.

Резистори R17 і R18 виконують функцію не відключаєтьсянавантаження ІІП. крім того, вони розряджають конденсатори трехкаскадного вихідногофільтра.

Компоненти С6, С7, С11, С18, С35, L2 утворюють фільтр,перешкоджає проникненню в мережу живлення високочастотних пульсацій,вироблюваних імпульсним перетворювачем. Включені між фазним і нульовимпроводами конденсатори С11 і С18 служать для зниження диференціальних перешкод.Для придушення синфазних перешкод необхідні конденсатори С6, С7 і С35.

Задає генератор виконаний на високочастотному ШИконтролері DA1 з ланцюгами обв’язки. Вихідний каскад контролера спеціальноспроектований так, що мікросхема DA1 працездатна при навантаженні з ємнісноюреакцією. Харчування транзисторів вихідного каскаду контролера, з’єднаних пополумостовой схемою, надходить зі згладжуючого RC-фільтра, виконаного накомпонентів С20 і R9.

Висновок 4 контролера DA1, призначений для синхронізаціїдекількох мікросхем, не використаний. Так як внутрішній опір цьоговходу мікросхеми мало, вивід 4 з’єднувати із загальним проводом не слід.

Резистор R3 і конденсатор С9 задають частотуперетворення. Від ємності конденсатора С9 залежить тривалість пауз (deadtime) в послідовності імпульсів. Чим вище ємність, тим більшетривалість паузи між імпульсами.

Резистори R2, R4 і R5 складають дільник вихідногонапруги одного каналу ПІП. Від положення движка підлаштування резистора R4залежить напруга на інвертується вході підсилювача сигналу помилки (вивід 1мікросхеми DA1), вбудованого в контролер DA1, і в підсумку – ширина імпульсів,вироблюваних задає генератором. АЧХ підсилювача сигналу помилки сформованаланцюгом ООС з елементів С15, R6 і R8 Ємність конденсатора С15 не повиннаістотно перевищувати 1000 пФ, так як інакше значно зростуть пульсаціїнапруги на навантаженні ІІП. Конденсатор С8 пригнічує пульсації зразковогонапруги +5,1 В (висновок 16 контролера DA1), що надходить на неінвертуючийвхід підсилювача помилки (висновок 2 мікросхеми DA1). Конденсатор СЮ, підключений довисновку 8 мікросхеми DA1, забезпечує м’який запуск пристрою. Керамічніконденсатори С21 і С24 з низькою внутрішньої індуктивністю знижують рівеньвисокочастотних пульсацій напруги живлення генератора, що задає. З висновків11 і 14 контролера DA1 імпульси через конденсатор С31 надходять на первиннуобмотку узгоджувального трансформатора Т2, який гальванічно розв’язує задаючийгенератор і компоненти перетворювача.

ДіодиШотки VD11-VD14 захищають транзистори вихідного каскаду контролера DA1 відпробою зворотним напругою ЕРС самоіндукції первинної обмотки імпульсноготранс-форматора Т2.

РезисторR21 перетворює імпульси струму, що виникають у вторинній обмотці трансформатораструму ТЗ, в імпульси напруги. Конденсатор С41 згладжує імпульси напругидля запобігання спрацьовування по їх амплітуді системи захисту ПІП відперевантаження.

Надіодах VD17 і VD18 зібраний випрямляч, на який під час перевантаженнянадходять імпульсні сигнали. Конденсатор С36 згладжує випрямленанапругу, яка поступає на підлаштування резистор R12. Цей резисторнеобхідний для точної установки порога спрацьовування системи, що забезпечуєзахист від перевантаження по струму. З движка підлаштування резистора R12 напругасигналу спрацювання захисту надходить на RC-фільтр, виконаний на елементах R7і С14. фільтроване напруга підводять до висновку 9 мікросхеми DA1, черезякий відбувається управління задає генератором.

Демпфуюча ланцюг з компонентів С42 і R19 пригнічуєколивальні процеси на вторинній обмотці трансформатора Т4.

Резистори R13, R14 уповільнюютьпроцеси перемикання транзисторів VT2, VT3, що необхідно для попередженнявтрати їх керованості. Резистори R15, R16 розряджають ємності затвор-витікключових транзисторів для того, щоб після припинення надходження напругивід задає генератора транзистори увійшли в стан відсічення.

Стабілітрони VD15 і VD16 служать для запобіганняпробою переключательних транзисторів від неприпустимого підвищення напруги затворвитік під час заряду ємностей затвор-стік.

Захисні діоди VD19 і VD20 обмежують амплітудуімпульсів напруги ЕРС самоіндукції первинної обмотки трансформатора до рівня, при якому перемикальні транзисторине вийдуть з ладу.

Індикація включеного стану ПІП виконана насвітлодіоді HL1 з задає струм резистором R20 Переважно, щоб колір світіннясвітлодіода був синій або зелений.

Конструкція і деталі

Габарити плати з встановленими деталями – не більше205x175x35 мм Вона виготовлена ​​з фольгованого з двох сторін склотекстолітитовщі-ной 1,5 мм.Креслення друкованих провідників і розташування елементів на платі показані на рис. 3 і рис 4 (У зменшеному масштабі) відповідно.

Під компонентами задаючого генератора потрібно залишитиФольга не витравлені, вона виконає функцію екрану, електричнопідключеного до виводу 10 мікросхеми DA1 Все про водники з метою зниженняелектромагнітного випромінювання слід виконувати мінімально можливої ​​довжини.

Роз’єми Х1 (вилка) і Х2 (гнізда) для підключеннявхідних і вихідних ланцюгів можна замінити іншими – з притисками для проводівабо з фіксацією гвинтами, втім можна і відмовитися від них взагалі.

Мікросхему контролера DA1 можна встановити на плату вцанговий панелі TRS-16 з метою полегшення заміни примірника. Конденсатори С20 іС24 слід монтувати поблизу від висновків 10 і 15 мікросхеми DA1. Мікро-схему К1156ЕУ2Р

можназамінити іншими – ІС1825, UC2825 UC3825. Ребра або штирі всіх тепловідводівнеобхідно орієнтувати уздовж переміщення потоків повітря. Якщо робочеположення плати горизонтальне, то ребра слід орієнтувати перпендикулярнодрукованій платі. Під Теплоотвод в платі виконані отвори для поліпшенняциркуляції злодій пуху,

Доди КД212А (VD2-VD5) можна замінити будь-якимианалогічними з максимальним зворотним напругою не менше 100 В і максимальнимструмом у прямому включенні не менше 1 А.

Напруга стабілізації стабілітрона BZX79-C15 (VD1)- 15 В, його може замінити один з приладів КС215Ж, КС509А, КС515А, ZY15,
1N5352B.

Транзистор КТ817Г (VT1) необхідно закріпити натепловідведення з сумарною площею охолоджуючої поверхні не менше 20 СМ5.Замість нього можна застосувати КТ819ГМ, 2Т808А, КТ808АМ, КТ808БМ або КТ864А.

У позиції RK1 можна використовувати терморезистори15SU50M, MZ72-12RM, MZ72-18RM, MZ72-20RM, MZ73-12RM, MZ73-14RM, MZ73-18RM абоаналогічні опором 15 Ом. У блоці – варистори V471U, JVR-14N361K,JVR-14N391 К, JVR-20N361К або JVR-10N391K.

Оксидні конденсатори С1, С2, С12, С13, С19, С22, С23,С25-С28, С34, С37 і С38 – малогабаритні імпортні, з обкладинками з алюмінію.Плівкові конденсатори С16, С17, С29, С30, С32, СЗЗ, С39 і С40 – групи MER.Шунтуючі конденсатори, по можливості, повинні володіти низькими показникамивнутрішнього опору та паразитної індуктивності.

Конденсатори С8-СЮ, С14, С15 і С31 – малогабаритнікерамічні КЮ-17, а С20, С21, С24 – К10-47. Бажано, щоб конденсатор С9був з термостабільної групи ТКЕ (М750, М1500).

Постійні резистори R1, R2, R5-R11, R13-R18, R20,R21 можна застосувати будь-які з МЯТ, С2-22, С2-23 або Р1-4 Резистор R19 потужністю5 Вт повинен бути безиндукціонность. Підлаштування резистори R3, R4, R12 – СПЗ-19авітчизняного виробництва, а з імпортних можна рекомендувати їх аналогифірми Bourns.

Силовий імпульсний трансформатор Т4 виконаний намагнітопроводі з двох складених разом кілець з фериту 2000НМ1-Аілі2000НМ1-17 типорозміру К38х24х7. Розрахунок даного трансформатора був виконаний здопомогою програми Design tools pulse transformers [2] Програма має інсталятороб’ємом 834 кБ та працездатна в операційних системах Windows 98 SE, Me,2000, ХР, 2003, Vista або завдяки Wine може бути запущена в Linux openSUSE Mandrivaта інших популярних дистрибутивах. Довідку по програмі у форматі pdf, об’ємом246 кбайт, можна отримати з [3]. З урахуванням флуктуації параметрів маг-нітопровода у зв’язку із зміною температури, а також старінням матеріалу йогомагнітна проникність прийнята рівною 1800, а ефективна індукція – 0,1 Тл.Первинна обмотка I складається з 70 витків літцендрата ЛЕШО 84×0, 1, а вториннаобмотка II, що має відвід від середини, містить 37 +37 витків точно такого жлітценд-рату.

Імпульсний трансформатор Т2 виконаний намагнітопроводі Т1605 з матеріалу CF196, CF101, CF138 або CF195 виробництваCOSMO FERRITES. Всі три обмотки трансформатора містять по 40 витків дротудіаметром ром 0,4 мм.Між обмотками слід прокласти кілька шарів якісної ізоляції.

Датчик, в якості якого застосований трансформаторструму ТЗ, виконаний на магнітопроводі, аналогічному для Т2. Первинна обмотка,через яку протікає контрольований струм, складається з одного витка проводуМГТФ перетином 0,18 мм2. Вторинна (з відведенням від середини) складається з 106 +106витків дроту діаметром 0,27мм.

Двохобмотувальні сімметрірующій дросель L2 мережевогофільтра виконаний на магнітопроводі Т1605 з фериту CF101, CF138, CF195 абоCF196. Обидві обмотки намотані в два дроти діаметром 0,8 мм, Вони містять по 12витків. Провід вибирають виходячи із забезпечення високої напруги пробоюізоляції – ЛЕПШД, ПЕЛШО, ПЕТ-200-1 або багатожильний провід МГТФ еквівалентногоперетину.

Двохобмотувальні дроселі L1, L3 і L4 виконані намагнитопроводах, складених з двох складених разом кілець з МО-пермалоюМП-140 типорозміру КЛ24х13х7. Обмотки намотують одночасно в два дроти намагнітопровід, який попередньо покривають шаром ізоляції з тефлону,майлара або лавсану. Провід обмоток повинен бути діаметром 1 2 мм, А марка дроти -ПЕТ-200-1, ЛЕПКО, ПЕТВМ, ПЕТВ-2 або ПЕТВ-1 Провід цих же марок, якщо несказано інше, використані для виготовлення інших моткових виробів даногоІІП.

Імпульсні діоди КД522А замінювані іншими – 1N4148,1N4933, 1 N4934 або ВА604.

Діоди 2Д2999А (VD6-VD9) можна замінити іншими з малимчасом перемикання – 2Д2990Б, КД2991А або 2Д2997А. Ці діоди слідзакріпити на загальному тепловідвід площею 100 см2 через слюдяні ізоляційніпрокладки або, що бажано, на окремих тепловідведення з площеюкожного по 25 см2 без прокладок.

Захисні діоди 1.5КЕ250СА (VD19 і VD20) можна замінитиприладами 1.5КЕ300СА або 1.5КЕ350СА.

Замість діодів 1N5819 (VD11-VD14) припустимо застосовувати1N5822 або MBR160.

Світлодіод КІПМ15Р20-С1-П5 (HL1) можна замінити однимз приладів TLCB5100, VLCW5100, TLWW8600, TLWB7900, VLWW9900.

 

Налагодження

При налагодженні важливо виконувати правила технікибезпеки, так як на компонентах ПІП присутні небезпечні для життянапруги. Будь регулювання повинні бути проведені після відключення ПІП ірозрядки кон-денсаторов.

Спочатку всі движки підлаштування резисторів слідвстановити в середнє положення. Першим ділом потрібно впевнитися, що приномінальній напрузі живильної мережі 220 В споживаний ПІП струм не буде істотноперевищувати 70 мА.

Для цього у вхідну ланцюг ПІП треба включити міліамперметрі виміряти споживаний струм. На результат вимірювань впливає реактивний струм,споживаний конденсаторами С11 і С18. Щоб не отримати завищене значенняспоживаного ПІП струму, ці два конденсатора потрібно тимчасово від’єднати відпристрої.

Якщо виміряний струм набагато більше 70 мА, сліднегайно вимкнути ПІП і шукати помилку в монтажі або несправні компонентиперетворювача. Підвищений струм може бути викликаний недостатньою тривалістюпаузи на нулі в імпульсної послідовності, вироблюваної задає генератором.При цьому обидва перемикальних транзистора VT2 і VT3 одночасно короткочасновідкриті і через них протікає наскрізний струм, який може призвести до їхперегріву і раз-рушення. Іншим фактором підвищення споживаного ПІП струмуможе виявитися недостатньо висока індукція насичення магнітопроводуімпульсного трансформатора Т4. У цьому випадку необхідно або замінитимагнітопровід, або перерахувати обмотки.

Наступним кроком необхідно за допомогою резистора R3встановити частоту перетворення в 70 кГц. Контрольне вимірювання періоду абочастоти найпростіше здійснити осцилографом або частотоміром.

Потім, підключивши до кожного виходу ІІП за еквівалентомнавантаження опором 25 Ом з осклованих резисторів потужністю не менше100 Вт або ніхромового спіралей нагрівальних елементів, регулюваннямпідлаштування резистором R4 домагаються отримання напруги на кожному звиходів ПІП по 50 В.

Далі від’єднують колишні еквіваленти навантаженняпідключають на їх місце нові з опором кожного по 12 Ом і підстроюваннямрезистором R12 встановлюють поріг спрацювання системи захисту від перевантаженняпо струму.

Нацьому налагодження ПІП можна вважати завершеним.

ЛІТЕРАТУРА

1. Пояснювальна записка до дипломного проекту. –

2. Програма “Design tools
pulse transfor­mers 4.0.0.0”. — <http://moskatov.narod.ru/ Programs/Setup_Design_toois_puise_
transformers_4000.exe>

3. Довідка за програмою “Design tools pulse
transformers 4.0.0.0”. — <http:// moskatov.narod.ru/Programs/Heip_for_
Design_ tools_puise_transformers_4000.pdf>.

P.S. Креслення друкованої платирозміщені на FTP-сервері за адресою ftp://ftp.radio.ru/pub/2010/01/iip.zip