Лабораторний імпульсний блок живлення
Зміст / Contents
Я вважаю основними характеристиками ЛШП:1. Надійність. 2. Мобільність (для мене це важливо) а, отже, мала вага та габарити. 3. Мінімальні втрати на регулювальному силовому елементі. 4. Високі регулювальні та навантажувальні характеристики. 5. Доступність та дешевизна комплектуючих. 6. Мінімальна складність схеми. 7. Простота у виготовленні та налаштуванні. 7. Хороша повторюваність і, звичайно, - малі часові витрати на складання девайсу.
Зрозуміло, що малі габарити та вага, високий ККД та пристойна потужність — усе це можна поєднати лише в імпульсному блоці живлення. Саме в цьому напрямку намагався просунутися і я, зібравши і випробувавши кілька нехитрих схем імпульсних ЛШП, про які йтиметься нижче. Усі схеми зібрані із застосуванням елементної бази від старих комп'ютерних БП та електронних трансформаторів «Ташибра» та подібних до них.
Як і говорилося вище, упор при конструюванні даного ЛШП, як і всіх наступних, робиться на наявні комплектуючі, тому і пропонується тут не технологія виготовлення будь-яких вузлів (намотка дроселя або трансформатора), а підбір з того, що є, якщо вже, мова йде про досить швидке і бездефіцитне виготовлення ЛШП. Безумовно, знайдеться пара вузлів, що потребують модернізації, але в більшості випадків постараємося уникати непотрібних трудовитрат.Якщо згодні з такою концепцією, читаємо далі.
була зібрана та випробувана на популярній серії мікросхем 38ХХ. У конструкції застосовувалися мікросхемиTL3842таUCC3804. При тестуванні схеми її вхід подавалися напруги від 42 до 60В. Токи, що знімаються, досягали величини до 4А в діапазонірегулювання від 3 до 35В (до 50В при вхідній напрузі 60В). Ця схема, як і всі наступні, описані тут, існувала і тестувалася лише на безпайковій макетці, що значно прикрадало її експлуатаційні характеристики, як би схема була зібрана на друкованої, грамотно розлученої, плати.
Робота ЛШП відбувається в такий спосіб. Після подачі живлення на ЛШП, на 7 висновок ШІ-регулятора DA1 подається напруга 12В від параметричного стабілізатора R1/VD1, достатня для його включення. Вбудований стабілізатор напруги мікросхеми оживає і починає працювати тактовий генератор, частота якого визначається компонентами R6, C4. Практично відразу ж на виході DA1 (pin 6) з'являється позитивний імпульс, що відкриває фронтом польовий транзистор VT1, який, у свою чергу, відкриває складовий силовий ключ на транзисторах VT2, VT3, що здійснює у відкритому стані «накачування» контуру, утвореного дроселем L1, конденсатором С3 та опором навантаження.
Як тільки напруга в точці з'єднання елементів P1-R8 досягне порога спрацьовування підсилювача помилки (2,5В), імпульс на виведенні мікросхеми 6 перестає існувати, замикаючи своїм спадом транзистори ключів в очікуванні розряду контуру, що віддає накопичену енергію в навантаження. При напрузі нижче порога спрацьовування підсилювача помилки, процес «накачування» контуру, з подальшою віддачею енергії навантаження, відновлюється.
Як ліричний відступ зауважу, що ШІМ-керовані ЛШП за великим рахунком - нонсенс, тому що при простій схемотехніці, порівнянної за складністю з лінійними регульованими джерелами живлення, дуже важко домогтися виразного ШІ-регулювання через погану прив'язку процесів, що відбуваються в реактивних накопичувальних ланцюгах ШІ-регульованих БП, до власнерегульованої вихідної напруги. Ми підемо іншим шляхом і легко допустимо звалювання ШІ-регулятора у звичайний релейний режим, де пропуск 4-5 імпульсів на такт регулювання вважатиметься нормою. Щоб при цьому не відбувалося характерного свисту чи гудіння дроселя, підвищимо частоту тактового генератора ШІ-регулятора, зменшимо індуктивність дроселя.
Таким чином, ШІ-регулювання відбуватиметься не завжди, а лише на ділянках регулювання, що вимагають частого «накачування» контуру – на «холостому ходу» ЛШП, або залежно від споживаного струму – при підключеному навантаженні. Решту часу робота ШІ-регулятора буде блокована малою активністю контуру, що накопичив, але не віддав енергію, внаслідок чого, напруга на вході підсилювача помилки буде утримуватися значний час.
Налагодження схемиполягає у підборі накопичувального дроселя L1 та уточненні номіналів резисторів R8/P1. Частота генератора DA1 може бути обрана в діапазоні 25-80кГц (що справедливо і для інших схем на базі ШІМ 38ХХ) з урахуванням того, що індуктивність дроселя має бути більшою для меншої частоти і навпаки. Сам дросель повинен працювати без нагрівання в заданому діапазоні струмів, отже, габарити його магнітопроводу не повинні мінімізуватись. Всі дроселі, що використовуються в експериментах з імпульсними ЛШП були вилучені з вихідних силових ланцюгів комп'ютерних БП і застосовувалися як є без перемотування. Найбільш підходящими виявилися дроселі на кільцях із зовнішнім діаметром 28-32 мм, що використовуються колись у 3,3-вольтових шинах живлення комп'ютерних БП. Обмотки цих дроселів містять 15-25 витків дроту діаметром 1,0-1,3 мм, а індуктивність варіюється від 30 до 120 мікрогенрі.
Про інші компоненти схеми.Для DA1 з назвоюUCC3804, вказаною насхемою, напруга запуску становить 12В. Для мікросхемTL3842, як і випробуваних у цьому ЛШП, напруга запуску — щонайменше 17В. Як VT1 використанийКП501А(240mA/180V), який можна замінити на біполярний транзистор, як показано на схемі Б. Правда, польовий транзистор набагато краще справляється з роллю драйвера ключа і не потребує підбору опорів, володіючи кращими пороговими властивостями. VT2 -2N5401(0,8A/200V); VT3 -2SC5200(15A/230V). Транзистор VT3 за потреби можна замінити на прилад протилежної провідності, виконавши ключ, як показано на схемі В. Потужність кожного з резисторів, застосованих у схемі, не перевищує піввата. Вхідний електролітичний конденсатор великої ємності (відсутній на схемі) встановлюється до смаку відповідно до вхідної напруги, - у разі застосування класичного трансформатора.
У разі використання даного ЛШП з електронним трансформатором, потреби особливої в конденсаторі немає. Чому? Про це дещо пізніше.
Плюси ЦЬОГО ЛШП:проста схемка, можливі невеликі габарити конструктиву, малий нагрівання, що дозволяє використання силового ключа без радіатора при струмі до 2-х Ампер (при використанні зазначеного транзистора VT3-гарантовано), непогана стабілізація діапазоні від 5 до 30В і підключенні навантаження, що забезпечує струм не менше 3-х Ампер, склав не більше 0,2В), безшумна робота в робочому діапазоні струмів і напруг, немає складностей в налаштуванні, можливість подачі досить високих вхідних напруг, що визначаються лише електричними характеристиками напівпровідникових приладів та номіналами резисторів (у розумних, звичайно, межах).
Наступна схема має дещо кращі характеристики порівняно зі Схемою1, маючи на порядок менший рівень пульсацій у всьому діапазоні регулювання вихідної напруги від +1,2 до +30В.
Концепція побудови подібних схем відома мені, щонайменше з 1979 року, коли вперше в журналі «Радіо» я побачив схему лабораторного БП, де звичайний лінійний регульований стабілізатор був поєднаний зі схемою імпульсного регулятора, що дозволяло даному ЛПД , малими пульсаціями та високим коефіцієнтом стабілізації
Імпульсний регулятор відстежував падіння напруги на силових електродах регулюючого транзистора стабілізатора, і в момент досягнення напруги між його вхідним і вихідним електродами значення 2В, припиняв подачу напруги в LC-контур, встановлений на вході лінійного стабілізатора. Таким чином, при будь-якому значенні напруги, встановленої на виході лінійного стабілізатора, падіння напруги на його силових електродах (К-Е або Е-К, не має значення в даному випадку) не перевищувало 2-х Вольт. У найгіршому випадку, потужність, що розсіюється на транзисторі, не перевищила б 10Вт, при тому що стабілізатор був розрахований на вихідний струм 5А. Що мене зупиняло тоді від складання цього ЛШП, то це велика кількість деталей, яких у мене тоді не було зовсім, як, втім, і коштів на їх придбання.
Ну, що ж, ЛШП, зображений на схемі 2, є луною того самого, описаного в журналі «Радіо» лабораторного БП. Відлунням досить далеким, тому що в різній технічній літературі цей концепт у різних схемних втіленнях засвічувався не раз.
Як і в Схемі 1, ШІ-регулятор виконаний на мікросхемі сімейства38ХХ(DA1), де підсилювач помилки виконує лише команди оптрона IC1, що відстежує, власне, падіння напруги на вході-виході мікросхеми DA2,що є класичним лінійним стабілізованим регулятором -КР142ЕН22А. Ця мікросхема здатна видати струм до 7,5А при регулюванні вихідної напруги від 1,2 до 37В. Багато ЕН22А подобається саме тому. Але не все так просто. Потужність, яку здатна витримати мікросхема, лише 30Вт. Порахуємо. При вхідному напрузі 40В і вихідному - 30В, струм 3А буде для неї максимальним. Та й при використанні її у звичайному лінійному режимі знадобиться радіатор великих розмірів. Ну, а якщо уявити, що падіння напруги на силових електродах цієї мікросхеми не перевищуватиме 3-х Вольт?
Правильно. Це нам підійде. Напруга запалювання світлодіода оптрон близько 1,5В. Ще 0,7В впаде на послідовно включеному зі світлодіодом оптрона діоді VD1 і струмообмежувальному резистори R2 при робочому струмі через світлодіод близько 10 мА - 0,33В при номіналі R2 - 33Ома = 2,53В. Приблизно. Мінімальне падіння напруги на електродах мікросхеми не повинно бути менше цього значення, тому що менше падіння напруги на силових електродах мікросхеми може погіршити параметри стабілізатора. Тому, завдаючи деякої шкоди ККД, можемо збільшити опір R2 до 200-300 Ом.
Експериментально доведено, що світлодіоди оптронів запалюються вже при струмі 1 мА, а світлочутливості входу помилки DA1 вистачає для спрацьовування ШІ-регулятора. Втім, все пізнається в експерименті і при можливому повторенні конструкції, підбір номіналу R2 все одно буде необхідний, якщо тільки хтось не влаштує значення за замовчуванням.
Ключ на потужному польовому транзисторі (пробувалисяIRFP460A, IRF1407, 55N80) має стандартне включення по відношенню до DA1 і нехай нікого не бентежить та обставина, що вихід ЛШП не має «загального» дроту.
Про деталі.Дросель - все тойж. Оптрон використовував перший-ліпший LV817. Інші не пробував, але думаю, що результат при використанні інших оптронів вийде не гіршим.
Налагодженняполягає в установці діапазону вихідної напруги (шляхом підбору дроселя, опорів R10, 11), установці оптимального падіння напруги на DA2 шляхом підбору R2. Схема працездатна в широкому діапазоні вхідної напруги (номінали орієнтовані 40-60В по входу).
Всі плюси ЛШП за схемою 2вже розписані в тексті. Можна додати лише те, що при перевірці на нагрівання всі силові компоненти схеми, включаючи транзистор параметричного стабілізатора, були розташовані на одному невеликому радіаторі. При струмі 3А нагрівання радіатора був відчутним. Він був просто теплим. Схема найпростіша з тих (даного концепту), що мені доводилося зустрічати раніше.
З мінусів:Потрібен параметричний стабілізатор для живлення DA1, що дещо знижує загальний ККД. Ну і, трохи більше деталей, порівняно з попередньою схемою. Інші мінуси знайдете самі.
Дякуємо за увагу! Продовження слідує ...
З дитинства - музика та електро/радіо-техніка. Перепаяв безліч схем найрізноманітніших з різних приводів і просто - для інтересу - і своїх, і чужих.
За 18 років роботи в Північно-Західному Телекомі виготовив багато різних стендів для перевірки різного обладнання, що ремонтується. Сконструював кілька, різних за функціоналом та елементною базою, цифрових вимірювачів тривалості імпульсів.
Понад 30 рацпропозицій щодо модернізації вузлів різного профільного обладнання, в т.ч. - електроживлення. З давніх-давен все більше займаюся силовою автоматикою та електронікою.
Чому я тут? Та тому, що тут усі – такі ж, як я. Тут багато для менецікавого, оскільки я не сильний в аудіотехніці, а хотілося б мати більший досвід саме в цьому напрямі.