:: СХЕМА ИИП ::

СХЕМА ИИП

   Продолжение статьи про импульсный источник питания. Принципиальная схема ИИП изображена на рисeyrt ниже. Как видно, это преобразователь с внешним возбуждением без стабилизации выходного напряжения. На входе устройства включен высокочастотный фильтр C1L1C2, предотвращающий попадание помех в сеть. Пройдя его, сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом VD1—VD4, пульсации сглаживаются конденсатором С3. Выпрямленное постоянное напряжение (около 310 В) используется для питания высокочастотного преобразователя.

                   Принципиальная электрическая схема

   Устройство управления преобразователем выполнено на микросхемах DD1—DD3. Питается оно от отдельного стабилизированного источника, состоящего из понижающего трансформатора Т1, выпрямителя VD5 и стабилизатора напряжения на транзисторах VT1, VT2 и стабилитроне VD6. На элементах DD1.1, DD1.2 собран задающий генератор, вырабатывающий импульсы с частотой следования около 360 кГц. Далее следует делитель частоты на 4, выполненный на триггерах микросхемы DD2.

   С помощью элементов DD3.1, DD3.2 создаются дополнительные паузы между импульсами. Паузой является не что иное, как уровень логического 0 на выходах этих элементов, появляющийся при наличии уровня 1 на выходах элемента DD1.2 и триггеров DD2.1 иDD2.2. Напряжение низкого уровня на выходе DD3.1 (DD3.2) блокирует DD1.3 (DD1.4) в "закрытом" состоянии (на выходе – уровень логической 1).

   Длительность паузы равна 1/3 от длительности импульса ( эпюры напряжений на выводах 1 DD3.1 и 13 DD3.2), чего вполне достаточно для закрывания ключевого транзистора. С выходов элементов DD1.3 и DD1.4 окончательно сформированные импульсы поступают на транзисторные ключи (VT5, VT6), которые через резисторы R10, R11 управляют затворами мощных полевых транзисторов VT9, VT10.

   Импульсы с прямого и инверсного выходов триггера DD2.2 поступают на входы устройства, выполненного на транзисторах VT3, VT4, VT7, VT8. Открываясь поочередно, VT3 и VT7,VT4 и VT8 создают условия для быстрой разрядки входных емкостей ключевых транзисторов VT9, VT10, т. е. их быстрого закрывания. Причем, как видно из рис. 3 (эпюры напряжений на выводах 12 и 13 DD2.2), VT7 и VT8 открываются сразу же после окончания импульса, поэтому при любой выходной мощности каждый из транзисторов VT9, VT10 всегда успевает надежно закрыться до открывания второго. Если бы это условие не выполнялось, через них, а следовательно, через первичную обмотку трансформатора Т2 протекал бы сквозной ток, который не только уменьшает надежность и КПД ИБП, но и создает всплески напряжения, амплитуда которых порой превышает напряжение питания преобразователя. В цепи затворов транзисторов VT9 и VT10 включены резисторы относительно большого сопротивления R10 и R11. Вместе с емкостью затворов они образуют фильтры нижних частот, уменьшающие уровень гармоник при открывании ключей. С этой же целью введены элементы VD9—VD12, R16, R17, С12.С13. В стоковые цепи транзисторов VT9, VT10 включена первичная обмотка трансформатора Т2. Выпрямители выходного напряжения выполнены по мостовой схеме на диодах VD13—VD20, что несколько уменьшает КПД устройства, но значительно (более чем в пять раз) снижает уровень пульсации на выходе ИБП. 

   Важно отметить, что форма колебаний, почти прямоугольная при максимальной нагрузке, плавно переходит в близкую к синусоидальной при уменьшении мощности до 10...20 Вт. Выпрямленное напряжение обмотки IV трансформатора Т2 используют для питания вентиляторов.

   Для повышения надежности источников электропитания в них применяют узлы защиты, предотвращающие выход из строя силовых элементов схемы при перегрузках и коротких замыканиях в цепи нагрузки. Принцип действия схемы защиты от перегрузки и коротких замыканий. Напряжение питания, снимаемое с диодного моста VD5 поступает на обмотку реле К1 и анод тиристора VS1, находящегося в закрытом состоянии. Ток через обмотку реле К1 не протекает и через его контакты (К1. и К1.2) подается напряжение питания на транзисторы VT1 и VT2 и на стабилизатор Ст, и далее на схему управления ключевыми транзисторами СУ. На ключевые транзисторы VT9 и VT10 подается положительное напряжение питания от 250 до 310 В, которое зависит от тока нагрузки подаваемого на ИИП напряжения питания. 

   Мощность ИИП равна 800 Вт, из чего можно сделать вывод, что через ключевые транзисторы протекает средний ток З,2 А, соответствующий максимальной нагрузке. В этот момент на резисторе R3 сопротивлением 0,33 Ом выделяется напряжение падения равное U=I?R=0, 33?3,2=1 В это напряжение открывает тиристор VS1, который в свою очередь включает реле К1. Контакт реле К1.1 отключает напряжение питания стабилизатора. Контакт реле К1.2 отключает напряжение питания схемы управления, вследствие чего закрываются ключевые транзисторы VT9 и VT10, напряжение питания на выходе ИИП становится равным нулю. Контакт К1.2 совместно с резистором Rр необходимы для быстрой разрядки оксидных конденсаторов в цепях стабилизатора. В противном случае, при отключении ИИП от сети, в стоковых цепях ключевых транзисторов произойдет импульс тока, который может привести к пробою ключевых транзисторов. Во вторичных обмотках импульсного трансформатора TP2 произойдет импульс тока, который может привести к выходу из строя элементов, питающихся напряжением, снимаемым с ИИП. Импульс тока возникает из-за очень большой емкости конденсатора СЗ, который после отключения напряжения питания ИИП разряжается очень медленно, и если подать в этот момент остаточное напряжение от электролитических конденсаторов C5 и C7 на схему управления, произойдет открывание ключевых транзисторов и резкий разряд конденсатора С3, сопровождающийся большим отдаваемым током. Данная схема защиты от КЗ введена в опытный образец ИИП и показала высокую надежность и практичность в работе.  

   В устройстве применены конденсаторы К73-17 (С1, С2, С4), К50-17 (СЗ), МБМ (С12, С13), К73-16 (С14-С21, С24, С25), К50-35 (С5-С7), КМ (остальные). Вместо указанных на схеме допустимо применение микросхем серий К176, К564. Диоды Д246 (VD1—VD4) заменимы на любые другие, рассчитанные на прямой ток не менее 5 А и обратное напряжение не менее 350 В (КД202К, КД202М, КД202Р, КД206Б, Д247Б), или диодный выпрямительный мост с такими же параметрами, диоды КД2997А (VD13-VD20) - на КД2997Б, КД2999Б, стабилитрон Д810 (VD6) - на Д814В. В качестве VT1 можно использовать любые транзисторы серий КТ817, КТ819, в качестве VT2—VT4 и VT5, VT6 - соответственно любые из серий КТ315, КТ503, КТ3102 и КТ361, КТ502, КТ3107, на месте VT9, VT10 - КП707В1, КП707Е1. Транзисторы КТ3102Ж (VT7, VT8) заменять не рекомендуется.

   Трансформатор Т1 -ТС-10-1 или любой другой с напряжением вторичной обмотки 11... 13 В при токе нагрузки не менее 150 мА. Катушку L1 сетевого фильтра наматывают на ферритовом (М2000НМ1) кольце типоразмера К31Х18,5х7 проводом ПЭВ-1 1,0 (2х25 витков), трансформатор Т2 - на трех склеенных вместе кольцах из феррита той же марки, но типоразмера К45х28х12. Обмотка I содержит 2х42 витка провода ПЭВ-2 1,0 (наматывают в два провода), обмотки II и III - по 7 витков (в пять проводов ПЭВ-2 0,8), обмотка IV - 2 витка ПЭВ-2 0,8. Между обмотками прокладывают три слоя изоляции из фторопластовой ленты. 

   Магнитопроводы дросселей L2, L3 — ферритовые (1500НМЗ) стержни диаметром 6 и длиной 25 мм (подстроечники от броневых сердечников Б48). Обмотки содержат по 12 витков провода ПЭВ-1 1,5. Транзисторы VT9, VT10 устанавливают на теплоотводах с вентиляторами, применяемыми для охлаждения микропроцессоров Pentium (подойдут аналогичные узлы и от процессоров 486). Диоды VD13—VD20 закрепляют на теплоотводах с площадью поверхности около 200 см2. Для охлаждения транзисторов выходного каскада УМЗЧ на задней стенке устанавливают вентилятор от компьютерного блока питания или любой другой с напряжением питания 12 В.

   Для изготовления опытного образца импульсного источника питания была подобрана современная электронная база радиокомпонентов, обеспечивающая минимальные массогабаритные и экономические характеристики. Для изготовления печатной платы ИИП был выбран гетинакс, ввиду его низкой стоимости и хороших технологических характеристик, так как конструкция находилась в стадии разработки и подвергалась многократному изменению и доработке.

   Первоначально все радиоэлементы ИИП размещались на одной печатной плате, над которой был размещен большой радиатор с ключевыми транзисторами и диодный мост. После размещения данной конструкции в корпус из под импульсного источника питания компьютера я столкнулся с проблемой нехватки свободного места. Так трансформатор ИИП и выпрямительные диоды Шоттки, размещенные на радиаторах пришлось временно разместить снаружи. При дальнейшей эксплуатации был выявлен еще ряд недостатков: плата управления, расположенная снизу покрылась пылью так как в корпусе предусмотрена сквозная продувка вентилятором расположенным сбоку корпуса. 

   Применение отечественных резисторов марки С5-35 мощностью 10 Вт вызвало проблему не только их размещения (вертикальное расположение), но и отвода тепла. При испытании источника питания на максимальную мощность оказалось что радиатор, применяемый для охлаждения ключевых транзисторов почти не нагрелся, что свидетельствовало о его высокой охлаждающей эффективности, но вызывало проблему габаритов.

   Высокие массогабаритные параметры были достигнуты при замене отечественных резисторов С5-35-10 Вт на импортные SQP-10, а также применением для охлаждения ключевых транзисторов радиатора со встроенным вентилятором, предназначенного для охлаждения процессора персонального компьютера. В высвободившееся место были установлены импульсный трансформатор и диоды Шоттки, расположенные на алюминиевых радиаторах. Все теплонагруженные элементы схемы: радиатор ключевых транзисторов, мощные резисторы, диоды Шоттки, схема управления специально расположены с одно стороны, вдоль направления продувки основным вентилятором, для наиболее эффективного охлаждения.

   Таким образом, разработанный ИИП имеет высокий КПД, низкий уровень пульсаций и помех, имеет малые габариты и массу, прост в сборке и наладке. Он может быть рекомендован для применения в усилителе мощности для высококачественного воспроизведения музыки и для других современных устройств радиоэлектронной аппаратуры.

ГАУСС ПУШКА - ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ     В последнее время пользователи обращаются с просьбой помочь со схемой преобразователем для Гаусс пуки. На сегодня, единственная схема, которая соответствует всем требованиям - это знаменитая схема Вальдемара.