Мікропотужні ІП з гальванічною розв'язкою від мережі ~220 В можна виконати із застосуванням оптронів, увімкнувши їх послідовно для збільшення вихідної напруги (рис. 3.2-1). Перенесення енергії здійснюється за допомогою односпрямованого світлового потоку всередині оптрона (оптрон містить світловипромінюючий та поглинаючий елементи), таким чином, гальванічного зв'язку з мережею не виникає.

На одній оптопарі виділяється 0,5-0,7 для АОД101. АОД302 і 4-для АОТ102, АОТ110 (притоці 0,2 мА). Для забезпечення необхідних значень напруги та струму оптопари включаються послідовно або паралельно. Як буферний накопичувальний елемент можна використовувати іоністор, акумулятор або ємність на 100-1000 мкФ. Світлодіоди запитуються через ємність не більше 0.2 мкФ, щоб уникнути руйнування. Необхідно пам'ятати, що ефективність оптронів зменшується з часом (приблизно на 25% за 15000 годин роботи).

(Натисніть для збільшення)

2. Мікропотужний стабілізатор із малим споживанням

У деяких радіоаматорських конструкціях потрібні мікропотужні стабілізатори, що споживають у режимі стабілізації мікроампери. На рис. 3.2-4 наведено принципову схему такого стабілізатора з внутрішнім струмом споживання 10 мкА і струмом стабілізації 100 мА.

Для зазначених на схемі елементів напруга стабілізації становить Uвих=3.4, для його зміни замість світлодіода HL1 можна включити послідовно діоди КД522 (на кожному падіння напруги становить 0.7 В: на транзисторах VT1, VT2 - 0,3 В). Вхідна напруга даного стабілізатора (Uвх) не більше 30 В. Повинні застосовуватися транзистори з максимальним коефіцієнтом посилення.

3. Джерела живлення з роздільними конденсаторами

У мікропотужних джерелах живлення з гальванічним зв'язком із промисловою мережею зазвичай застосовуються т.зв. розділові конденсатори, які є не що інше, як шунтуючі опори, що включаються послідовно в ланцюг живлення. Відомо, що конденсатор, встановлений в ланцюзі змінного струму, має опір, який залежить від частоти і називається реактивним. Місткість розділювального конденсатора (за умови застосування в промисловій мережі ~220 В, 50 Гц) можна розрахувати за такою формулою:

Наприклад: зарядний пристрій для нікель-кадмієвих акумуляторів 12В ємністю 1 А/год може бути запитано від мережі через розділовий конденсатор. Для нікель-кадмієвих акумуляторів зарядний струм становить 10% номіналу, тобто. 100 мА у нашому випадку. Далі, враховуючи падіння напруги на стабілізаторі порядку 3-5, отримуємо, що на вході зарядного пристрою необхідно забезпечити напругу ~18 В при робочому струмі 100 мА. Підставляючи ці дані, отримуємо:

за першою формулою:

Таким чином, вибираємо С = 1,5 мкФ з подвоєною робочою напругою 500 (можуть застосовуватися конденсатори типів: МБМ, МГБП, МБТ).

Повна схема зарядного пристрою з розподільним конденсатором наведена на рис. 3.2-2. Пристрій придатний для заряджання акумуляторів струмом не більше 100 мА при напрузі заряду не більше 15В. Підстроювальним резистором R2 встановлюють необхідне значення напруги заряду. R1 виконує роль обмежувача струму на початку заряду, а напруга, що виділяється на ньому, подається на світлодіод. За інтенсивністю світіння світлодіода можна судити - наскільки розряджена АКБ.

При експлуатації цього джерела живлення (і будь-яких інших ІП без гальванічної розв'язки з мережею) слід пам'ятати про заходи безпеки. Пристрій і батарея, що заряджається, весь час знаходяться під потенціалом промислової мережі. У деяких випадках такі обмеження унеможливлюють нормальну експлуатацію пристроїв, тому доводиться забезпечувати гальванічну розв'язку ІП від мережі.

Малопотужне джерело живлення з роздільним конденсатором, але з гальванічною розв'язкою від промислової мережі можна виготовити на основі перехідного трансформатора або реле магнітного пускача, причому їхня робоча напруга може бути і нижче 220 В. На рис. 3.2-3 показано принципову схему такого джерела живлення.

Місткість розділювального конденсатора розраховується з урахуванням параметрів трансформатора (тобто, знаючи коефіцієнт трансформації. спочатку розраховують напругу, яку необхідно забезпечити на вході трансформатора, а потім, переконавшись у допустимості такої напруги для трансформатора, що застосовується, розраховують параметри конденсатора).

Потужність, що віддається таким джерелом харчування, цілком може мати квартирний дзвінок, приймач, аудіоплеєр.

4. Джерела живлення з роздільними конденсаторами

У мікропотужних джерелах живлення з гальванічним зв'язком із промисловою мережею зазвичай застосовуються т.зв. розділові конденсатори, які є не що інше, як шунтуючі опори, що включаються послідовно в ланцюг живлення. Відомо, що конденсатор, встановлений в ланцюзі змінного струму, має опір, який залежить від частоти і називається реактивним. Місткість розділювального конденсатора (за умови застосування в промисловій мережі ~220 В, 50 Гц) можна розрахувати за такою формулою:

Наприклад: зарядний пристрій для нікель-кадмієвих акумуляторів 12В ємністю 1 А/год може бути запитано від мережі через розділовий конденсатор. Для нікель-кадмієвих акумуляторів зарядний струм становить 10% номіналу, тобто. 100 мА у нашому випадку. Далі, враховуючи падіння напруги на стабілізаторі порядку 3-5, отримуємо, що на вході зарядного пристрою необхідно забезпечити напругу ~18 В при робочому струмі 100 мА. Підставляючи ці дані, отримуємо:

за першою формулою:

Таким чином, вибираємо С = 1,5 мкФ з подвоєною робочою напругою 500 (можуть застосовуватися конденсатори типів: МБМ, МГБП, МБТ).

Повна схема зарядного пристрою з розподільним конденсатором наведена на рис. 3.2-2. Пристрій придатний для заряджання акумуляторів струмом не більше 100 мА при напрузі заряду не більше 15В. Підстроювальним резистором R2 встановлюють необхідне значення напруги заряду. R1 виконує роль обмежувача струму на початку заряду, а напруга, що виділяється на ньому, подається на світлодіод. За інтенсивністю світіння світлодіода можна судити - наскільки розряджена АКБ.

При експлуатації цього джерела живлення (і будь-яких інших ІП без гальванічної розв'язки з мережею) слід пам'ятати про заходи безпеки. Пристрій і батарея, що заряджається, весь час знаходяться під потенціалом промислової мережі. У деяких випадках такі обмеження унеможливлюють нормальну експлуатацію пристроїв, тому доводиться забезпечувати гальванічну розв'язку ІП від мережі.

Малопотужне джерело живлення з роздільним конденсатором, але з гальванічною розв'язкою від промислової мережі можна виготовити на основі перехідного трансформатора або реле магнітного пускача, причому їхня робоча напруга може бути і нижче 220 В. На рис. 3.2-3 показано принципову схему такого джерела живлення.

Місткість розділювального конденсатора розраховується з урахуванням параметрів трансформатора (тобто, знаючи коефіцієнт трансформації. спочатку розраховують напругу, яку необхідно забезпечити на вході трансформатора, а потім, переконавшись у допустимості такої напруги для трансформатора, що застосовується, розраховують параметри конденсатора).

Потужність, що віддається таким джерелом харчування, цілком може мати квартирний дзвінок, приймач, аудіоплеєр.

5. Лінійні джерела живлення

Нині традиційні лінійні джерела живлення дедалі більше витісняються імпульсними. Однак, незважаючи на це, вони продовжують залишатися дуже зручним і практичним рішенням у більшості випадків радіоаматорського конструювання (іноді й у промислових пристроях). Причин тому кілька: по-перше, лінійні джерела живлення конструктивно досить прості і легко налаштовуються, по-друге, вони не вимагають застосування дорогих високовольтних компонентів і, нарешті, вони значно надійніші за імпульсні ІП.

Типовий лінійний ІП містить у своєму складі: мережевий понижуючий трансформатор, діодний міст з фільтром і стабілізатор, який перетворює нестабілізовану напругу, одержувану з вторинної обмотки трансформатора через діодний міст і фільтр, у вихідну стабілізовану напругу, причому, ця вихідна напруга завжди нижче нестача стабілізатора.

Основним недоліком такої схеми є низький ККД і необхідність резервування потужності практично у всіх елементах пристрою (тобто потрібна установка компонентів, що допускають більші навантаження, ніж передбачувані для ІП в цілому, наприклад, для ІП потужністю 10 Вт, потрібний трансформатор потужністю не менше 15 Вт і т.п.). Причиною цього є принцип, за яким функціонують стабілізатори лінійних ІП. Він полягає в розсіюванні на регулюючому елементі деякої потужності Ppac = Iнагр * (Uвх - Uвых). З формули випливає, що чим більша різниця між вхідною та вихідною напругою стабілізатора, тим більшу потужність необхідно розсіювати на регулювальному елементі.

З іншого боку, чим більш нестабільно вхідна напруга стабілізатора, і чим більше вона залежить від зміни струму навантаження, тим більшою вона повинна бути по відношенню до вихідної напруги. Таким чином видно, що стабілізатори лінійних ІП функціонують у досить вузьких рамках допустимих вхідних напруг, причому ці рамки ще звужуються при пред'явленні жорстких вимог до ККД пристрою. Зате ступінь стабілізації, що досягаються в лінійних ІП, і придушення імпульсних перешкод набагато перевершують інші схеми. Розглянемо дещо докладніше застосовувані в лінійних ІП стабілізатори.

Найпростіші (т.зв. параметричні) стабілізатори засновані на використанні особливостей вольт-амперних характеристик деяких напівпровідникових приладів – переважно стабілізаторів. Їх відрізняє високий вихідний опір. невисокий рівень стабілізації та низький ККД. Такі стабілізатори застосовуються тільки при малих навантаженнях, зазвичай - як елементи схем (наприклад, як джерела опорної напруги). Приклади параметричних стабілізаторів та формули для розрахунку наведено на рис. 3.3-1.

Послідовні прохідні лінійні стабілізатори відрізняються такими характеристиками: напруга на навантаженні не залежить від вхідної напруги та струму навантаження, допускаються високі значення струму навантаження, забезпечується високий коефіцієнт стабілізації та малий вихідний опір. Структурну схему типового лінійного стабілізатора представлено на рис. 3.3-2. Основний принцип, на якому заснована його робота - порівняння вихідної напруги з деяким стабілізованим

опорною напругою та управління на основі результатів цього порівняння головним силовим елементом стабілізатора (на структурній схемі-т.зв. прохідний транзистор VT1, що працює в лінійному режимі, але це може бути і група компонентів), на якому і розсіюється надмірна потужність (див. наведену вище формулу).

У більшості випадків радіоаматорського конструювання як джерела живлення пристроїв можуть застосовуватися лінійні ІП на основі мікросхем лінійних стабілізаторів серії К(КР)142. Вони мають дуже хороші параметри, мають вбудовані ланцюги захисту від перевантажень, ланцюги термокомпенсації і т.п., легко доступні і прості у застосуванні (більшість стабілізаторів цієї серії повністю реалізовані всередині ІС, які (мають всього три висновки). Однак при конструюванні лінійних ІП великої потужності (25-100 Вт) потрібно більш тонкий підхід, а саме: застосування спеціальних трансформаторів з броньовими сердечниками (мають більший КДП), пряме використання тільки інтегральних стабілізаторів неможливо через недостатність їх потужності, тобто потрібні додаткові силові компоненти і, як наслідок, додаткові ланцюжки захисту від перевантаження, перегріву та перенапруги Такі ІП виділяють багато тепла, передбачають встановлення багатьох компонентів на великих радіаторах і, відповідно, досить габаритні, для досягнення високого коефіцієнта стабілізації вихідної напруги потрібні спеціальні схемні рішення.

6. Стабілізатор зі струмом навантаження до 5А

На рис. 3.3-3 наведена базова схема для побудови потужних стабілізаторів, що забезпечують струм навантаження до 5 А. чого цілком достатньо для запитування більшості радіоаматорських конструкцій. Схема виконана із застосуванням мікросхеми стабілізатора серії КР142 та зовнішнього прохідного транзистора.

При малому струмі споживання транзистор VT1 закритий і працює тільки мікросхема стабілізатора, але при збільшенні споживаного струму, напруга, що виділяється на R2 і VD5, відкриває транзистор VT1, і основна частина струму навантаження починає текти через його перехід. Резистор R1 служить датчиком струму перевантаження. Чим більший опір R1, тим менше струму спрацьовує захист (транзистор VT1 закривається). Фільтруючий дросель L 1 служить придушення пульсації змінного струму при максимальному навантаженні.

За наведеною схемою можна збирати стабілізатори на напругу 5-15 В. Силові діоди VD1-VD4 повинні бути розраховані на струм не менше 10 А. Резистором R4 здійснюється точне підстроювання вихідної напруги (базове значення визначається типом застосовуваної мікросхеми стабілізатора серії КР142). Силові елементи встановлюються на радіатори площею щонайменше 200 см^2.

Наприклад, наведемо розрахунок стабілізатора напруги з наступними характеристиками:

Uвих - 12 В; Інаг - 3 A; Uвх - 20 ст.

Вибираємо стабілізатор напруги 12 В у серії КР142 – КР142ЕН8Б. Вибираємо прохідний транзистор, здатний розсіяти максимальну потужність навантаження Ррас = Uвх* Iнагр = 20 • 3 = 60 Вт (потужність транзистора бажано вибирати в 1.5-2 рази більшою) - підходить поширений КТ818А (Ррас = 100 Вт, Iк ма). В якості VD15-VD1 можуть використовуватися будь-які силові діоди, що підходять по струму, наприклад,КД5Д.

7. Імпульсні джерела живлення

На відміну від традиційних лінійних ІП, що передбачають гасіння зайвої нестабілізованої напруги на прохідному лінійному елементі, імпульсні ІП використовують інші методи та фізичні явища для генерації стабілізованої напруги, а саме: ефект накопичення енергії в котушках індуктивності, а також можливість високочастотної трансформації постійна напруга. Існує три типові схеми побудови імпульсних ІП (див. рис. 3.4-1): підвищуюча (вихідна напруга вище вхідного), знижувальна (вихідна напруга нижче вхідної) та інвертуюча (вихідна напруга має протилежну по відношенню до вхідної полярності). Як видно з малюнка, відрізняються вони лише способом підключення індуктивності, в іншому принцип роботи залишається незмінним, а саме.

Ключовий елемент (зазвичай застосовують біполярні або МДП транзистори), що працює з частотою близько 20-100 кГц, періодично на короткий час (не більше 50% часу) прикладає до котушки індуктивності повну нестабілізовану вхідну напругу. Імпульсний струм. протікає у своїй через котушку, забезпечує накопичення запасу енергії у її магнітному полі 1/2LI^2 кожному імпульсі. Запасена таким чином енергія з котушки передасться в навантаження (або безпосередньо, з використанням діода, що випрямляє, або через вторинну обмотку з подальшим випрямленням), конденсатор вихідного згладжуючого фільтра забезпечує сталість вихідної напруги і струму. Стабілізація вихідної напруги забезпечується автоматичним регулюванням ширини або частоти проходження імпульсів на ключовому елементі (для стеження за вихідною напругою призначений ланцюг зворотного зв'язку).

Така, хоч і досить складна, схема дозволяє суттєво підвищити ККД всього пристрою. Справа в тому, що, в даному випадку, крім самого навантаження у схемі відсутні силові елементи, що розсіюють значну потужність. Ключові транзистори працюють у режимі насиченого ключа (тобто. падіння напруги ними мало) і розсіюють потужність лише у досить короткі часові інтервали (час подачі імпульсу). Крім цього, за рахунок підвищення частоти перетворення можна суттєво збільшити потужність та покращити масогабаритні характеристики.

Важливою технологічною перевагою імпульсних ІП є можливість побудови на їх основі малогабаритних мережевих ІП із гальванічною розв'язкою від мережі для живлення найрізноманітнішої апаратури. Такі ІП будуються без застосування громіздкого низькочастотного силового трансформатора за схемою високочастотного перетворювача. Це, власне, типова схема імпульсного ІП зі зниженням напруги, де як вхідна напруга використовується випрямлена мережева напруга, а як накопичувальний елемент - високочастотний трансформатор (малогабаритний і з високим ККД), з вторинної обмотки якого і знімається вихідна стабілізована напруга (цей трансформатор забезпечує також гальванічну розв'язку з мережею).

До недоліків імпульсних ІП можна віднести: наявність високого рівня імпульсних шумів на виході, високу, складність і низьку надійність (особливо при кустарному виготовленні), необхідність застосування дорогих високовольтних високочастотних компонентів, які у разі найменшої несправності легко виходять з ладу "усім скопом" (при як правило, можна спостерігати вражаючі піротехнічні ефекти). Любителям покопатися у нутрощах пристроїв з викруткою і паяльником при конструюванні імпульсних мережних ІП доведеться бути вкрай обережними, так як багато елементів таких схем знаходяться під високою напругою.

8. Ефективний імпульсний стабілізатор низького рівня складності

На елементній базі, аналогічній лінійній стабілізаторі, що застосовувалася в описаному вище (рис. 3.3-3), можна побудувати імпульсний стабілізатор напруги. При таких же характеристиках він матиме значно менші габарити і кращий тепловий режим. Принципова схема такого стабілізатора наведена на рис. 3.4-2. Стабілізатор зібраний за типовою схемою зі зниженням напруги (рис. 3.4-1а).

При першому включенні, коли С4 конденсатор розряджений і до виходу підключена досить потужне навантаження, струм протікає через ІС лінійного стабілізатора DA1. Викликане цим струмом падіння напруги на R1 відмикає ключовий транзистор VT1, який тут-таки входить в режим насичення, так як індуктивний опір L1 велике і через транзистор протікає досить великий струм. Падіння напруги на R5 відкриває основний ключовий елемент – транзистор VT2. Струм. наростаючий L1, заряджає С4, при цьому через зворотний зв'язок на R8 відбувається замикання стабілізатора і ключового транзистора. Енергія, запасена в котушці, має навантаження. Коли напруга С4 падає нижче напруги стабілізації, відкривається DA1 і ключовий транзистор. Цикл повторюється із частотою 20-30 кГц.

Ланцюг R3. R4, С2 задасть рівень вихідної напруги. Його можна плавно регулювати в невеликих межах, від Ucт DA1 до Uвх. Однак якщо Uвих підняти близько до Uвх, з'являється деяка нестабільність при максимальному навантаженні та підвищений рівень пульсації. Для придушення високочастотних пульсацій на виході стабілізатора включений фільтр L2, С5.

Схема досить проста і максимально ефективна для рівня складності. Всі силові елементи VT1, VT2, VD1, DA1 мають невеликі радіатори. Вхідна напруга нс має перевищувати 30 В., що є максимальним для стабілізаторів КР142ЕН8. Випрямлювальні діоди застосовувати на струм не менше ніж 3 А.

9. Влаштування безперебійного живлення на основі імпульсного стабілізатора

На рис. 3.4-3 пропонується до розгляду пристрій для безперебійного живлення систем охорони та відеоспостереження на основі імпульсного стабілізатора, поєднаного із зарядним пристроєм. У стабілізатор введені системи захисту від навантаження, перегріву, кидків напруги на виході, короткого замикання.

Стабілізатор має такі параметри:

• Вхідна напруга, Uвx - 20-30 В:
• Вихідна стабілізована напруга, Uвиx-12B:
• Номінальний струм навантаження, Інагр ном -5А;
• Струм спрацьовування системи захисту від навантаження, Iзащ - 7А;.
• Напруга спрацьовування системи захисту від перенапруги, Uвих зах - 13 В;
• Максимальний струм зарядки АКБ, Iзар акб макс – 0,7 А;
• Рівень пульсації. Uпульс – 100 мВ,
• Температура спрацьовування системи захисту від перегріву, Тзащ – 120 С;
• Швидкість перемикання харчування від АКБ, tперекл - 10мс (реле РЕМ-б РФО.452.112).

Принцип роботи імпульсного стабілізатора в описуваному пристрої такий самий, як і у стабілізатора, представленого вище.

Пристрій доповнено зарядним пристроєм, виконаним на елементах DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. ІС стабілізатора напруги DA2 з дільником струму R7. R8 обмежує максимальний початковий струм заряду, дільник R9, R10 задає вихідну напругу заряду, діод VD2 захищає АКБ від саморозряду за відсутності напруги живлення.

Захист від перегріву використовує як датчик температури терморезистор R16. При спрацьовуванні захисту включається звуковий сигналізатор, зібраний на ІС DD 1 і одночасно навантаження відключається від стабілізатора, переходячи на живлення від АКБ. Терморезистор монтують на радіаторі транзистора VT1. Точне підстроювання рівня спрацьовування температурного захисту здійснюється опором R18.

Датчик напруги зібраний на дільнику R13, R15. опором R15 встановлюють точний рівень спрацьовування захисту від перенапруги (13). При перевищенні напруги на виході стабілізатора (у разі виходу останнього з ладу) реле S1 відключає навантаження від стабілізатора і підключає до АКБ. У разі відключення напруги живлення, реле S1 переходить в стан "за замовчуванням" - тобто. підключає навантаження на АКБ.

Наведена схема не має електронного захисту від короткого замикання для АКБ. цю роль виконує плавкий запобіжник у ланцюзі живлення навантаження, розрахований на максимальний споживаний струм.

(Натисніть для збільшення)

10. Джерела живлення на основі високочастотного імпульсного перетворювача

Досить часто при конструюванні пристроїв виникають жорсткі вимоги до джерел живлення. У цьому випадку єдиним виходом є застосування ІП на основі високочастотних високовольтних імпульсних перетворювачів. які підключаються до мережі ~220 без застосування габаритного низькочастотного понижуючого трансформатора і можуть забезпечити велику потужність при малих розмірах і тепловіддачі.

Структурну схему типового імпульсного перетворювача з живленням від промислової мережі представлено на рис 34-4.

Вхідний фільтр призначений для запобігання проникненню імпульсних перешкод у мережу. Силові ключі забезпечують подачу імпульсів високої напруги на первинну обмотку високочастотного трансформатора (можуть застосовуватися одно- та двотактні схеми). Частота та тривалість імпульсів задаються керованим генератором (зазвичай застосовується керування шириною імпульсів, рідше – частотою). На відміну від трансформаторів синусоїдального сигналу низької частоти, імпульсних ІП застосовуються широкосмугові пристрої, що забезпечують ефективну передачу потужності на сигналах зі швидкими фронтами. Це накладає суттєві вимоги на тип магнітопроводу і конструкцію трансформатора.

З іншого боку, зі збільшенням частоти необхідні розміри трансформатора (зі збереженням потужності, що передається) зменшуються (сучасні матеріали дозволяють будувати потужні трансформатори з прийнятним ККД на частоти до 100-400 кГц). Особливістю вихідного випрямляча є застосування в ньому не звичайних силових діодів, а швидкодіючих діодів Шоттки, що обумовлено високою частотою напруги, що випрямляється. Вихідний фільтр згладжує пульсацію вихідної напруги. Напруга зворотного зв'язку порівнюється з опорною напругою і потім керує генератором. Зверніть увагу на наявність гальванічної розв'язки у ланцюзі зворотного зв'язку, що необхідно, якщо ми хочемо забезпечити розв'язку вихідної напруги з мережею.

При виготовленні таких ІП виникають серйозні вимоги до компонентів, що застосовуються (що підвищує їх вартість у порівнянні з традиційними). По-перше, це стосується робочої напруги діодів випрямляча, конденсаторів фільтра і ключових транзисторів, яке не повинно бути менше 350 В, щоб уникнути пробоїв. По-друге, повинні застосовуватися високочастотні ключові транзистори (робоча частота 20-100 кГц) та спеціальні керамічні конденсатори (звичайні оксидні електроліти на високих частотах будуть перегріватися через їх високу індуктивність). І по-третє, частота насичення високочастотного трансформатора, яка визначається типом застосовуваного магнітопроводу (як правило, використовуються тороїдальні сердечники) повинна бути значно вище робочої частоти перетворювача.

(Натисніть для збільшення)

На рис. 3.4-5 наведено принципову схему класичного ІП на основі високочастотного перетворювача. Фільтр, що складається з ємностей С1, С2, C3 і дроселів L1, L2, служить для захисту мережі живлення від високочастотних перешкод з боку перетворювача. Генератор побудований за автоколивальною схемою і поєднаний із ключовим каскадом. Ключові транзистори VT1 ​​і VT2 працюють у протифазі, відкриваючись та закриваючись по черзі. Запуск генератора та надійну роботу забезпечує транзистор VT3, що працює в режимі лавинного пробою. При наростанні напруги С6 через R3 транзистор відкривається і конденсатор розряджається на базу VT2, запускаючи роботу генератора. Напруга зворотного зв'язку знімається із додаткової (III) обмотки силового трансформатора Tpl.

Транзистори VT1. VT2 встановлюють на пластинчасті радіатори щонайменше 100 см^2. Діоди VD2-VD5 з бар'єром Шоттки ставляться на невеликий радіатор 5 см2.

Дані дроселів та трансформаторів: L1-1. L2 намотують на кільцях з фериту 2000НМ К12х8х3 в два дроти дротом ПЕЛШО 0,25: 20 витків. ТР1 - на двох кільцях, складених разом, ферит 2000НН КЗ 1х18.5х7; обмотка 1 - 82 витка проводом ПЕВ-2 0,5: обмотка II - 25+25 витків проводом ПЕВ-2 1,0: обмотка III - 2 витка проводом ПЕВ-2 0.3. ТР2 намотують на кільці з фериту 2000НН К10х6х5. всі обмотки виконані проводом ПЕВ-2 0.3: обмотка 1 - 10 витків: обмотки II і III - по 6 витків, обидві обмотки (II і III) намотані так, що займають на кільці по 50% площі не торкаючись і не перекриваючи один одного, обмотка I намотана рівномірно по всьому кільцю та ізольована шаром лакоткані. Котушки фільтра випрямляча L3, L4 намотують на фериті 2000НМ До 12х8х3 проводом ПЕВ-2 1,0, кількість витків - 30. Як ключові транзистори VT1, VT2 можуть застосовуватися КТ809А. КТ812, КТ841.

Номінали елементів і намотувальні дані трансформаторів наведені для вихідної напруги 35 В. У разі коли потрібні інші робочі значення параметрів, слід відповідним чином змінити кількість витків в обмотці 2 Тр1.

Описана схема має суттєві недоліки, обумовлені прагненням гранично зменшити кількість застосовуваних компонентів. Це і низький рівень стабілізації вихідної напруги, і нестабільна ненадійна робота, і низький вихідний струм. Однак вона цілком придатна для живлення найпростіших конструкцій різної потужності (при застосуванні відповідних компонентів), таких як: калькулятори, АОНи, освітлювальні прилади і т.п.

(Натисніть для збільшення)

Ще одна схема ІП на основі високочастотного імпульсного перетворювача наведено на рис. 3.4-6. Основною відмінністю цієї схеми від стандартної структури, представленої на рис. 3-4 є відсутність ланцюга зворотного зв'язку. У зв'язку з цим стабільність напруги на вихідних обмотках ВЧ трансформатора Тр4 досить низька і потрібне застосування вторинних стабілізаторів (у схемі використовуються універсальні інтегральні стабілізатори на ІВ серії КР2).

11. Імпульсний стабілізатор з ключовим МДП-транзистором зі зчитуванням струму

Мініатюризації та підвищення ККД при розробці та конструюванні імпульсних джерел живлення сприяє застосування нового класу напівпровідникових інверторів - МДП-транзисторів, а також: потужних діодів зі швидким зворотним відновленням, діодів Шоттки, надшвидкодіючих діодів, польових транзисторів з ізол. Всі ці елементи доступні на вітчизняному ринку і можуть використовуватись у конструюванні високоефективних джерел живлення, перетворювачів, систем запалювання двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), систем запуску ламп денного світла (ЛДС). Великий інтерес у розробників може викликати клас силових приладів під назвою HEXSense - МДП-транзистори зі зчитуванням струму. Вони є ідеальними елементами, що перемикають, для імпульсних джерел живлення з готовим управлінням. Можливість зчитування струму ключового транзистора може бути використана в імпульсних ІП для зворотного зв'язку по струму, необхідної для контролера широтно-імпульсної модуляції. Цим досягається спрощення конструкції джерела живлення – виключення з нього струмових резисторів та трансформаторів.

На рис. 3.4-7 наведено схему імпульсного джерела живлення потужністю 230 Вт. Його основні робочі характеристики такі:

• Вхідна напруга: -110 В 60Гц:
• Вихідна напруга: 48 В постійна:
• Струм навантаження: 4.8 А:
• Частота перемикання: 110 кГц:
• ККД при повному навантаженні: 78%;
• ККД при навантаженні 1/3: 83%.

(Натисніть для збільшення)

Схема побудована на базі широтно-імпульсного модулятора (ШІМ) з високочастотним перетворювачем на виході. Принцип роботи полягає в наступному.

Сигнал управління ключовим транзистором надходить з виходу 6 ШІМ контролера DA1, коефіцієнт заповнення обмежується 50% резистором R4, R4 і C3 є елементами генератора, що задають час. Живлення DA1 забезпечується ланцюжком VD5, С5, С6, R6. Резистор R6 призначений для подачі напруги живлення під час запуску генератора, в подальшому задіюється зворотний зв'язок по напрузі через L1, VD5. Цей зворотний зв'язок виходить від додаткової обмотки вихідного дроселя, що працює в режимі зворотного ходу. Крім живлення генератора, напруга зворотного зв'язку через ланцюжок VD4, Cl, Rl, R2 подається на вхід зворотного зв'язку напруги DA1 (вив.2). Через R3 та С2 забезпечується компенсація, яка гарантує стабільність петлі зворотного зв'язку.

Як ключовий елемент VT2 використовується МДП-транзистор зі зчитуванням струму IRC830 фірми International Rectifier. Сигнал зчитування струму подається від VT2 виведення 3 DA1. Рівень напруги на виведенні зчитування струму визначається резистором R7 і пропорційний струму стоку, С9 пригнічує викиди на передньому фронті імпульсу струму стоку, які можуть викликати передчасне спрацювання контролера. VT1 та R5 використовуються для завдання необхідного закону управління. Зверніть увагу, що струм зчитування повертається в кристал виведення витоку. Це робиться у тому. щоб уникнути помилки зчитування струму, яка може виникнути через падіння напруги на паразитному опорі виведення витоку.

На основі даної схеми можливе побудова імпульсних стабілізаторів та з іншими вихідними параметрами.

12. Сучасні газорозрядні прилади

Приблизно 25% електроенергії, що виробляється у світі, витрачається системами штучного освітлення, що робить цю галузь надзвичайно привабливою для застосування сил у сфері підвищення ефективності використання та скорочення споживання електроенергії.

В даний час найбільш поширеними економічними джерелами світла є газорозрядні лампи, які все частіше використовуються замість звичайних ламп розжарювання. Принцип дії таких ламп полягає в люмінесцентному світінні ув'язненого всередині лампи газу при протіканні через нього струму (здійсненні високовольтного пробою), що забезпечується високою подачею напруги на електроди лампи. Газорозрядні лампи можна розділити на два види, перший – це лампи високої інтенсивності світіння, серед яких найбільш поширені: ртутні лампи, натрієві лампи високого тиску та металогалогенні лампи, другий вид – це люмінесцентні лампи низького тиску.

Лампи низького тиску використовуються для освітлення у більшості випадків повсякденного життя - в адміністративних будинках, офісах, житлових будинках: їх відрізняє насичене біле світло. близький до денного (звідси назва - "лампи денного світла"). Лампи високого тиску використовуються для зовнішнього освітлення – у вуличних ліхтарях, прожекторах тощо.

Якщо звичайна лампа розжарювання, коли вона включена, є постійним резистивним навантаженням, то всі газорозрядні лампи мають негативні імпедансні характеристики. які потребують стабілізації струму. Крім того, необхідно враховувати такі моменти як: резонансний режим роботи; захист при виході лампи з ладу; високовольтне запалювання, спеціальне керування силовою шиною. Основний режим, дотримання якого необхідне люмінісцентній лампі протягом усього терміну експлуатації - це струмовий режим (в ідеалі, необхідна стабілізація потужності протягом усього періоду експлуатації). Як правило, лампи живляться від змінної напруги для зрівнювання зносу електродів (у разі живлення постійною напругою термін служби коротший на 50%).

13. Магнітний та електронний баласти

Для керування газорозрядними лампами традиційно використовувався т.зв. магнітний баласт (див. схему на рис. 3.5-1), проте через його неефективність і ненадійність, останнім часом все більшого поширення набувають схеми електронного управління - електронний баласт, який дозволяє значно підвищити ККД і термін служби освітлювальних систем, зробити світло більш рівним та природним для очей.

Базову схему електронного баласту з послідовним резонансом наведено на рис. 3.5-2. Застосовуючи електронні баласти, можна керувати лампами будь-якої потужності, в схему можна вбудовувати будь-які додаткові пристрої (наприклад, фотореле, що включає освітлення в сутінках і вимикає на світанку).

14. Схема керування для лампи денного світла потужністю до 40Вт

Для керування лампою денного світла (ЛДС) потужністю до 40 Вт призначено схему, наведену на рис. 3.5-3.

Напруга живлення ~220 подається на входи L1 і L2. Випрямлена діодами VD1 -VD4 постійна напруга становить близько 320 В. Конденсатори С1 і С2 працюють як вхідний ємнісний фільтр. Можливе використання та мережі ~110В, у цьому випадку живлення подається на входи L1 (L2) та N. а діоди VD1. VD3 (VD2, VD4) з конденсаторами С1 і С2 працюють як однонапівперіодний подвоювач напруги.

DA1 (IR2151) - це схема управління МДП-транзисторами із внутрішнім генератором, який працює прямо від шини живлення через R1. Внутрішній стабілізатор фіксує напругу живлення на рівні 15 В. Передбачено блокування затворів при падінні напруги живлення нижче 9 Ст.

При номінальній постійній напрузі шини живлення 230 В вихідний прямокутний імпульс має ефективну напругу 160, а частота встановлюється підбором R2 і С4 для наближення до резонансної частоти лампи. Лампа працює у своїй послідовній резонансній схемі, що складається з послідовно включеної котушки індуктивності L1 і конденсатора С6, що шунтує, який стоїть паралельно термістору з позитивним температурним коефіцієнтом.

Термістор (для цих цілей може також використовуватися неонова лампочка) має малий опір в холодному стані і дуже високий в гарячому, коли нагрівається завдяки струму, що протікає через нього. Призначення термістора – забезпечити плавне наростання напруги на електродах лампи при включенні. У випадках, коли лампа горить постійно або дуже рідко вмикається/вимикається, термістор можна прибрати. У цьому випадку лампа вмикається миттєво, що може призвести до її швидкого зношування.

15. Надмініатюрна схема керування для лампи денного світла потужністю до 26Вт

Наступна важлива схема, наведена на рис. 3.5-4, дозволяє керувати лампою денного світла (ЛДС), маючи при цьому надмініатюрні розміри, так як у ній не застосовуються силові інвертори (ІС IR51H420 об'єднує в одному корпусі ІС IR2151 та МДП-ключі). Максимальна потужність лампи не повинна перевищувати 26 Вт, чого цілком достатньо для освітлення одного робочого місця.

(Натисніть для збільшення)

16. Підвищувальні перетворювачі та помножувачі напруги

Зазвичай, якщо в конструкції є мережне живлення, для отримання всіх напрузі живлять використовують трансформатори. Перетворювачі, що підвищують, і помножувачі напруги застосовуються, коли необхідно отримати напруги більші, ніж напруги живлення в пристроях, що живляться від батарей або акумуляторів. Перетворювачі малої потужності (до 100-200 мВт) можна зібрати на дискретних елементах без застосування трансформаторів, у перетворювачах великої потужності трансформатор необхідний. Для отримання подвоєної чи потроєної напруги можна скористатися т.зв. помножувачами напруги (див. розділ 2).

17. Безтрансформаторний подвоювач напруги для малогабаритних пристроїв

На рис. 3.6-1 наведена схема перетворювача напруги 9 -> 18В для пристроїв, що споживають не більше 100 мА при напрузі живлення 18В. Перетворювач наведено у складі практичної схеми сирени для систем охорони та сигналізації.

Генератор керування виконаний за типовою схемою. На виході D 1.2 формуються прямокутні імпульси із частотою 1 Гц. Імпульси надходять на керований генератор Dl.3, D1.4 і ланцюжок R3, R2, С2, яка впливає на глибину модуляції. R4, R5, C3, С4 підбираються відповідно до резонансної частоти п'єзо керамічного випромінювача 1 в межах 1,5-3 кГц. Для підвищення амплітуди на п'єзокристалі у схему введено помножувач. Сигнал із виходу DD1.4 надходить на комплементарну пару VT5, VT6 і далі на помножувач VD3, VD4, С5, Сб. Напруга на С6 при струмі навантаження 50 мА і основному живленні 9 становить близько 16 В. Потужність помножувача можна дещо збільшити, застосувавши ємності більшого номіналу. Схему можна живити напругою 6-15 (15 В - максимум для ІС серії 561), у разі 15 В харчування, напруга на виході помножувача буде становити нс менше 25 В при навантаженні 80 мА.

 (Натисніть для збільшення)


У даній конструкції амплітуда на кристалі п'єзоелементу буде вчетверо, враховуючи те, що він включений у протифазі, щодо плечей транзисторів VT1, VT3. Як випромінювач використовується спеціально для цього розроблена керамічна пластина з двостороннім покриттям, так званий триморф з діаметром кристала 32 мм.

18. Потужний перетворювач для живлення побутових електроприладів

На рис. 3.6-2 наведено принципову схему потужного перетворювача для живлення побутових електроприладів (телевізор, дриль, електронасос тощо) від автомобільного акумулятора. Перетворювач забезпечує вихідну напругу 220, 50 Гц на навантаженні потужністю до 100 Вт. При максимальному навантаженні споживаний від акумулятора струм не перевищує 10 А.

Кількість деталей у пристрої зведена до мінімуму. На мікросхемі DD1.1 зібраний генератор, що задає, з частотою 100 Гц. Точне налаштування частоти (що важливо для нормальної роботи апаратури) здійснюють резисторами R1 та R2. Розподіл частоти на 2 та управління транзисторами забезпечуються другою половиною мікросхеми - D1.2. Транзистори VT1, VT2 включені для забезпечення нормального режиму роботи виходів DD1.2 за максимального струму навантаження. Вихідні транзистори VT3, VT4 встановлюються на радіатори, площа яких не менше 350 см2.

Для згладжування прямокутних фронтів призначений конденсатор C3, який разом із вихідною обмоткою та навантаженням утворює резонансну систему. Його ємність залежить від характеру навантаження. Трансформатор ТР1 виконаний на магнітопроводі марки ШЛМ або ПЛМ габаритної потужності 100 Вт. Обмотки I та II містять по 17 витків дроту ПЕВ-2 2,0мм, обмотка III містить 750 витків дроту ПЕВ-2 0,7мм.

Цю схему легко переробити під високочастотний перетворювач напруги (частота перетворення ~25 кГц). Для цього достатньо підняти частоту генератора, що задає, на D1.1 до -50 кГц, змінивши ємності С1 і С2 на 180 пФ, і замінити ТР1 на високочастотний трансформатор. Потужність перетворювача залежить від навантаження вихідних транзисторів, максимальний струм, який вони можуть дати нс, повинен перевищувати 8А в плечі. Для збільшення струму зменшується кількість витків трансформатора в 1 та II обмотках до 8-10. На виході перетворювача встановлюється діодний міст і ВЧ-фільтр, компоненти, що застосовуються в них, повинні забезпечувати нормальну роботу на частоті 25 кГц.

(Натисніть для збільшення)

19. Захист від перевищення напруги в мережі

У промисловій та побутовій мережі часто можна зафіксувати непередбачені кидки напруги, при цьому напруга в мережі може перевищувати номінальну на 20-40%. Такі кидки умовно можна поділити на два класи:

1. Короткочасні – збільшення амплітуди протягом кількох періодів.

2. Тривалі - збільшення напруги протягом кількох секунд чи хвилин.

Перші можна віднести швидше до імпульсних перешкод, що пов'язано з комутацією на лінії якихось потужних навантажень (зварювальні апарати, двигуни, нагрівальні елементи). Вони, безсумнівно, впливають на побутову техніку і особливо на чутливі елементи джерел живлення телевізорів, аудіоцентрів. які часто знаходяться в черговому режимі цілодобово.

20. Пристрій захисту від імпульсних перешкод у мережі

Пристрій, що захищає від імпульсних перешкод, показано на рис. 3.7-1. Схема складається з наступних вузлів:

• джерело живлення - VD1-VD4, R6, R7, VD5, VD7, Cl, C2;
• датчик-компаратор - R2, R3, R4, R5, R1, HL8, VD1, DA8, R9, RXNUMX;
• формувач скидання із затримкою по виключенню - VD9, R10, DD1.1, DD1.2, VD10, R11, C3;
• генератор імпульсів високої частоти 25 кГц для керування симмістором-DD 1.3, DD1.4, R 12, R 13, С4, С5, R14, ТР1, VS1.
• звуковий сигналізатор (виконується за бажанням) - R14, R15, C6, C7, HA1, DD2.

Джерело живлення виробляє дві напруги: +24 В – для живлення імпульсного трансформатора, +5 В – для живлення ІВ пристрою.

(Натисніть для збільшення)

Вузол контролю напруги зібраний Rl, R2, R3. З дільника напруга надходить на вхід компаратора. Рівень спрацьовування за перевищенням напруги встановлюється резистором R2 (положення двигуна підбирається таким чином, щоб компаратор був на межі спрацьовування при 245 на вході). При перевищенні на вході компаратора заданого амплітудного значення він перемикається і з'являються на виході прямокутні імпульси з частотою 25 Гц.

У вихідному стані на виході D1.2 підтримується високий логічний рівень, що дозволяє роботу генератора керування симмістором (для підтримки його у відкритому стані). Транзистор VT1 управляє імпульсним трансформатором. формуючим потужні імпульси напруги відкривають. Частота генератора обрана рівною 25 кГц для якнайшвидшого відмикання силового ключа в моменти переходу через "нуль" (якщо частота управління буде недостатньою, може статися так, що коли під час включення з'являться високовольтні викиди і буде спотворена форма синусоїдального сигналу, система не встигне зреагувати спотворений сигнал надійде на навантаження).

Диференціюючий ланцюжок на елементах D1.1 і D1.2 здійснює заборону роботи генератора при надходженні низького рівня з виходу компаратора (при підвищенні порогової напруги в мережі) і із затримкою 9с дозволяє запуск генератора, коли напруга знизиться до порогового значення 240 В.

Імпульсний трансформатор ТР1 намотаний на матнітопроводі типорозміру К20х10х7,5 з фериту марки 2000НН і містить: обмотка I - 100 витків, обмотка II - 40 витків проводу ПЕЛШО-0,22. Обмотки ізолюють від кільця шаром лакоткані та розміщують на протилежних сторонах кільця.

При потужності навантаження понад 300 Вт симмістор необхідно встановити на радіатор.

Публікація: cxem.net

Дивіться інші статті розділу Блоки живлення.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Термометр для смартфона 23.11.2017 Фахівці із Південної Кореї розробили унікальну мікроелектромеханічну систему i-MEMS, завдяки якій можна створити смартфон на базі термометра. Ключовою особливістю девайсу є можливе вимірювання температури тіла за частки секунди. Дебютний пристрій планують випустити вже 2018 року. Повідомляється, що датчик на основі термометра підключено до внутрішньої частини гаджета. Використання градусника можливе за допомогою спеціальної програми. Завдяки смартфону у користувача з'явиться можливість вимірювати температуру в діапазоні від -40 до 200 градусів за Цельсієм. Корпус девайса виготовлений з композиційних матеріалів, що підвищує його характеристики міцності.

Інші цікаві новини:

▪ Розроблено матеріал, що стискається при розтягуванні

▪ Нова схема управління складними роботизованими системами

▪ Розроблено скло, що знижує енергоспоживання та регулює температуру в приміщенні

▪ Компактні медичні джерела живлення Mean Well RPS-400

▪ Пловець із хвостом дельфіна

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Мистецтво аудіо. Добірка статей

▪ стаття Вішакхадатта. Знамениті афоризми

▪ стаття Скільки тварин можуть мешкати на одному-єдиному дереві? Детальна відповідь

▪ стаття Річка Ніл. Диво природи

▪ стаття Синтезатори частоти. Довідник

▪ стаття Підсилювач потужності УМ-3 – корисні доопрацювання. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024