Стабілізований однотактний перетворювач напруги

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори

 Коментарі до статті

У статті описані принципи побудови та практичний варіант простого стабілізованого імпульсного перетворювача напруги, що забезпечує роботу в широкому інтервалі зміни вхідної напруги.

Серед різних джерел вторинного електроживлення (ІВЕП) із безтрансформаторним входом граничною простотою відрізняється однотактний автогенераторний перетворювач із "зворотним" включенням випрямного діода [1] (рис. 1).

Розглянемо спочатку коротко принцип роботи нестабілізованого перетворювача напруги, та був - метод його стабілізації.

Трансформатор Т1 – лінійний дросель; інтервали накопичення енергії в ньому та передачі накопиченої енергії в навантаження рознесені у часі. На рис. 2 показані: II - струм первинної обмотки трансформатора, III - струм вторинної обмотки, tн - інтервал накопичення енергії в дроселі, tп - інтервал передачі енергії в навантаження.

При підключенні напруги Uпит через резистор R1 починає проходити струм бази транзистора VT1 (діод VD1 перешкоджає проходженню струму по ланцюгу базової обмотки, а шунтуючий його конденсатор С2 збільшує позитивний зворотний зв'язок (ПОС) на етапі формування фронтів напруги). Транзистор прочиняється, замикається ланцюг ПОС через трансформатор Т1, в якому відбувається регенеративний процес накопичення енергії. Транзистор VT1 входить у насичення. До первинної обмотки трансформатора додається напруга живлення, і струм II (струм колектора Iк транзистора VT1) лінійно наростає. Струм бази IБ насиченого транзистора визначається напругою на обмотці III та опором резистора R2. На етапі накопичення енергії діод VD2 закритий (звідси і назва перетворювача - з "зворотним" включенням діода), і споживання потужності трансформатора відбувається тільки вхідним ланцюгом транзистора через базову обмотку.

Коли струм колектора Iк досягне значення:

IК max = h21ЕІБ, (1)

де h21Е - статичний коефіцієнт передачі струму транзистора VT1, транзистор виходить з режиму насичення та розвивається зворотний регенеративний процес: транзистор закривається, відкривається діод VD2 та енергія, накопичена трансформатором, передається в навантаження. Після зменшення струму вторинної обмотки знову починається етап накопичення енергії. Інтервал часу tп максимальний при включенні перетворювача, коли конденсатор C3 розряджений, і напруга на навантаженні дорівнює нулю.

[1] показано, що блок живлення, зібраний за схемою на рис. 1, - функціональний перетворювач джерела напруги живлення Uпит джерело струму навантаження Iн.

Важливо відзначити: оскільки етапи накопичення енергії та її передачі рознесені у часі, максимальний струм колектора транзистора залежить від струму навантаження, т. е. перетворювач повністю захищений від замикань на виході. Однак при включенні перетворювача без навантаження (режим холостого ходу) сплеск напруги на обмотці трансформатора в момент закривання транзистора може перевищити максимально допустиме значення напруги колектор-емітер і вивести його з ладу.

Недолік найпростішого перетворювача - залежність струму колектора IК max, отже, і вихідної напруги від статичного коефіцієнта передачі струму транзистора VT1. Тому параметри джерела живлення значно відрізнятимуться при використанні різних екземплярів.

Набагато більш стабільними характеристиками має перетворювач, що використовує "самозахищений" перемикач транзистор (рис. З).

Пилоподібна напруга з резистора R3, пропорційна струму первинної обмотки трансформатора, подано на базу допоміжного транзистора VT2. Як тільки напруга на резисторі R3 досягне порога відкривання транзистора VT2 (близько 0,6), він відкриється і обмежить струм бази транзистора VT1, що перерве процес накопичення енергії в трансформаторі. Максимальний струм первинної обмотки трансформатора

II max = IК max = 0,6/R3 (2)

виявляється мало залежить від параметрів конкретного екземпляра транзистора. Природно, розраховане за формулою (2) значення обмеження струму має бути меншим за струм, визначений за формулою (1) для найгіршого значення статичного коефіцієнта передачі струму.

Тепер розглянемо питання щодо можливості регулювання (стабілізації) вихідної напруги джерела живлення.

[1] показано, що єдиний параметр перетворювача, який можна змінювати для регулювання вихідної напруги - струм IК max, або, що те ж саме, час накопичення енергії tн в трансформаторі, причому вузол управління (стабілізації) може тільки зменшити струм порівняно зі значенням, розрахованим за формулою (2).

Формулюючи принцип роботи вузла стабілізації перетворювача, можна визначити такі вимоги щодо нього:

• постійна вихідна напруга перетворювача необхідно порівнювати із зразковою напругою і, залежно від їх співвідношення, виробляти напругу неузгодженості, що використовується для управління струмом IК max;
• процес наростання струму в первинній обмотці трансформатора слід контролювати і при досягненні ним деякого порога, що визначається напругою неузгодженості, припиняти;
• вузол управління повинен забезпечувати гальванічну розв'язку між виходом перетворювача та перемикаючим транзистором.

Наведені в [1] схеми вузлів управління, що реалізують цей алгоритм, містять компаратор К521САЗ, сім резисторів, транзистор, діод, два стабілітрони і трансформатор. Інші відомі пристрої, у тому числі телевізійні блоки живлення, також досить складні. Тим часом, використовуючи самозахищений перемикач транзистор, можна побудувати набагато простіший стабілізований перетворювач (див. схему на рис. 4).

Обмотка зворотного зв'язку (ОС) III і ланцюг VD3C4 формують напругу зворотного зв'язку, пропорційне вихідної напруги перетворювача.

З напруги зворотного зв'язку віднімається зразкову напругу стабілізації VD4 стабілітрона, і отриманий сигнал неузгодженості подають на резистор R5.

З двигуна підстроювального резистора R5 на базу транзистора VT2 надходить сума двох напруг: постійна напруга управління (частина напруги неузгодженості) і пилкоподібна напруга з резистора R3, пропорційне струму первинної обмотки трансформатора. Оскільки поріг відкривання транзистора VT2 постійний, збільшення напруги управління (наприклад, зі збільшенням напруги живлення Uпит і відповідно збільшенню вихідної напруги перетворювача) призводить до зменшення струму II, при якому відкривається транзистор VT2, і зменшення вихідної напруги. Таким чином, перетворювач стає стабілізованим, і його вихідна напруга у невеликих межах регулюють резистором R5.

Коефіцієнт стабілізації перетворювача залежить від відношення зміни вихідної напруги перетворювача до відповідної зміни постійної складової напруги на базі транзистора VT2. Для підвищення коефіцієнта стабілізації необхідно збільшити напругу зворотного зв'язку (кількість витків обмотки III) і підібрати стабілітрон VD4 за напругою стабілізації, меншою напруги ОС приблизно на 0,5 В. Практично цілком підходять широко поширені стабілітрони серії Д814 при напрузі ОС близько 10 В.

Слід зазначити, що для досягнення кращої стабільності температурної перетворювача необхідно використовувати стабілітрон VD4 з позитивним ТКН, що компенсує зменшення падіння напруги на емітерному переході транзистора VT2 при нагріванні. Тому стабілітрони серії Д814 виявляються більш відповідними, ніж прецизійні стабілітрони Д818.

Число вихідних обмоток трансформатора (аналогічних обмотці II) може бути збільшено, тобто перетворювач можна зробити багатоканальним.

Побудовані за схемою на рис. 4 перетворювачі забезпечують хорошу стабілізацію вихідної напруги при зміні вхідного в дуже широких межах (150...250 В). Однак при роботі на змінне навантаження, особливо в багатоканальних перетворювачах, результати виходять дещо гірше, оскільки при зміні струму навантаження в одній з обмоток відбувається перерозподіл енергії між обмотками. У цьому випадку зміна напруги ОС з меншою точністю відбиває зміну вихідної напруги перетворювача.

Поліпшити стабілізацію під час роботи на змінне навантаження можна, якщо напруга ОС формувати безпосередньо з вихідної напруги. Найпростіше це зробити, використовуючи додатковий малопотужний трансформаторний перетворювач напруги, зібраний за будь-якою з відомих схем [2].

Застосування додаткового перетворювача напруги виправдане і у разі багатоканального ІВЕЗ. Високовольтний перетворювач забезпечує отримання одного з стабілізованих напруг (найбільшого з них - при високій напрузі конденсаторний фільтр на виході перетворювача ефективніший [1]), а решта напруги, у тому числі і напруга ОС, виробляє додатковий перетворювач.

Для виготовлення трансформатора найкраще застосовувати броньовий феритовий магнітопровід із зазором у центральному стрижні, що забезпечує лінійне намагнічування. Якщо такого магнитопровода немає, створення зазору можна скористатися прокладкою товщиною 0,1...0,3 мм із текстоліту і навіть папери. Можливе також застосування і кільцевих магнітопроводів.

Хоча в літературі і зазначено, що для перетворювачів, що розглядаються в цій статті, з "зворотним" включенням діода вихідний фільтр може бути чисто ємнісним, застосування LC-фільтрів дозволяє ще більше знизити пульсації вихідної напруги.

Для безпечної експлуатації ІВЕП слід застосовувати підстроювальний резистор (R5 на рис. 4) з гарною ізоляцією двигуна. Обмотки трансформатора, що гальванічно пов'язані з мережевою напругою, необхідно надійно заізолювати від вихідних. Це ж стосується й інших радіоелементів.

Як і будь-який ІВЕП з перетворенням частоти, що описується джерело живлення повинен бути забезпечений електромагнітним екраном і вхідним фільтром.

Безпека налагодження перетворювача забезпечить мережевий трансформатор з коефіцієнтом трансформації, що дорівнює одиниці. Однак найкраще використовувати послідовно включені ЛАТР та розділовий трансформатор.

Увімкнення перетворювача без навантаження швидше за все призведе до пробою потужного перемикального транзистора. Тому перш ніж приступити до налагодження, підключіть еквівалент навантаження. Після включення слід насамперед проконтролювати осцилографом напругу на резисторі R3 - вона повинна лінійно наростати на етапі tн. Якщо лінійність порушена, це означає, що магнітопровід входить у насичення і трансформатор необхідно перерахувати. Високовольтним щупом проконтролюйте сигнал на колекторі перемикального транзистора - спади імпульсів мають бути досить крутими, а напруга на відкритому транзисторі малим. При необхідності слід скоригувати число витків базової обмотки та опір резистора R2 у ланцюзі бази транзистора.

Далі можна спробувати змінити вихідну напругу перетворювача резистором R5; якщо необхідно - скоригувати кількість витків обмотки ОС та підібрати стабілітрон VD4. Перевірити роботу перетворювача при зміні вхідної напруги та навантаження.

На рис. 5 представлена ​​схема ІВЕП для програматора ПЗП, як приклад використання перетворювача, побудованого на основі запропонованого принципу.

(Натисніть для збільшення)

Параметри джерела наведено у табл. 1.

Таблиця 1

Вихідна напруга,	Струм, А	Напруга пульсацій,
+28	0,025 ... 0,2	0,2
+5	0,75	0,05
-5	0,05	0,02

При зміні напруги від 140 до 240 В напруга на виході джерела 28 В знаходиться в межах 27,6 ... 28,2 В; джерела +5 - 4,88...5 ст.

Конденсатори С1-С3 та дросель L1 утворюють вхідний мережевий фільтр, що зменшує випромінювання перетворювачем високочастотних перешкод. Резистор R1 обмежує імпульс заряджання струму конденсатора С4 при включенні перетворювача.

Ланцюг R3C5 згладжує сплески напруги на транзисторі VT1 (на попередніх малюнках аналогічний ланцюг не показаний).

На транзисторах VT3, VT4 зібраний звичайний перетворювач, що виробляє з вихідної напруги +28 ще два: +5 і -5, а також напруга ОС. В цілому ІВЕП забезпечує отримання стабілізованої напруги +28 В. Стабільність двох інших вихідних напруг забезпечена живленням додаткового перетворювача від джерела +28 і досить постійним навантаженням цих каналів.

В ІВЕП передбачено захист від перевищення вихідної напруги +28 В до 29 В. При перевищенні відкривається симистор VS1 і замикає джерело +28 В. Блок живлення видає гучний писк. Струм через симістор дорівнює 0,75 А.

Транзистор VT1 встановлений на невеликому тепловідводі з алюмінієвої пластини розмірами 40(30 мм. Замість транзистора КТ828А можна застосувати й інші високовольтні прилади на напругу не менше 600 В і струм більше 1 А, наприклад, КТ826Б, КТ828А, КТ838Б, КТXNUMXА.

Замість транзистора КТ3102А можна застосувати до будь-якої серії КТ3102; Транзистори КТ815Г можна замінити на КТ815В, КТ817В, КТ817Г. Випрямні діоди (крім VD1) необхідно використовувати високочастотні, наприклад, серії КД213 і т. п. Оксидні конденсатори фільтрів бажано застосовувати серії К52, ЦЕ. Конденсатор С5 повинен бути на напругу не нижче 600 В.

Симистор ТС106-10 (VS1) застосований виключно через його малі розміри. Підходить практично будь-який тип триністора, що витримує струм близько 1 А, у тому числі серії КУ201. Однак триністор доведеться підібрати за мінімальним струмом управління.

Слід зауважити, що без другого перетворювача в конкретному випадку (при відносно невеликих струмах споживання джерела) можна було б і обійтися, побудувавши перетворювач за схемою рис. 4 з додатковими обмотками для каналів +5 і -5 і лінійними стабілізаторами серії КР142. Застосування додаткового перетворювача викликане бажанням провести порівняльні дослідження різних ІВЕП та переконатися, що запропонований варіант забезпечує кращу стабілізацію вихідної напруги.

Параметри трансформаторів та дроселів наведені у табл. 2.

Таблиця 2

Позначення	Магнітопровід	Обмотки	Число витків	Дріт
T1	Б26 М1000 із зазором у центральному стрижні	I II III	300 28 8	ПЕВ-2 0,18 ПЕВ-2 0,35 ПЕВ-2 0,18
T2	К16x10x4,5 М2000НМ1	I II III IV	2x65 2x7 2x13 23	ПЕВ-2 0,18 ПЕВ-2 0,18 ПЕВ-2 0,35 МГТФ 0,07
L1	К16x10x4,5 М2000НМ1	МГТФ 0,07 у два дроти до заповнення
L2	К17,5x8x5 М2000НМ1		18	ПЕВ-2 0,5
L3	К16x10x4,5 М2000НМ1		8	ПЕВ-2 0,5
L4	К12x5x5,5 М2000НМ1		18	ПЕВ-2 0,5

Магнітопровід для трансформатора Т1 використаний від дроселя фільтра джерела живлення накопичувача на змінних магнітних дисках серії ЄС ЕОМ.

Типи магнітопроводів дроселів L1-L4 не є критичними.

Налагоджують джерело за наведеною вище методикою, але спочатку захист від перевищення напруги слід відключити, пересунувши двигун резистора R10 нижнє за схемою положення. Після налагодження ІВЕП слід резистором R5 встановити вихідну напругу +29 і, повільно обертаючи двигун резистора R10, досягти порогу відкривання симістора VS1. Потім вимкнути джерело, повернути двигун резистора R5 у бік зменшення вихідної напруги, включити джерело і резистором R5 виставити вихідну напругу 28.

Слід зазначити: оскільки напруги на виходах +5 і -5 залежать від напруги +28 і окремо від нього не регулюються, в залежності від параметрів застосованих елементів і струму конкретного навантаження може знадобитися добірка числа витків обмоток трансформатора Т2.

література

1. Бас А. А., Міловзоров В. П., Мусолін А. К. Джерела вторинного електроживлення з безтрансформаторним входом. - М: Радіо і зв'язок, 1987.
2. Джерела електроживлення радіоелектронної апаратури. Довідник за ред. Найвельта Г. С. - М: Радіо і зв'язок, 1985.

Автор: Ю.Власов, м.Муром Володимирської обл.

Дивіться інші статті розділу Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори.

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 Інфрачервоний детектор камер Smoovie 15.02.2020 Компанія Xiaomi випустила багатофункціональний інфрачервоний детектор камер Smoovie, який оснащений літієвою батареєю ємністю 230 мАг та підтримує зарядку через USB, що усуває необхідність заміни джерела живлення. Сьогодні конфіденційність є серйозною проблемою. Досить легко розмістити невелику камеру в готельному номері або навіть у громадському туалеті, щоб потім шантажувати людей оголеними фотографіями. Компанія Xiaomi випустила багатофункціональний інфрачервоний детектор камер Smoovie, який оснащений літієвою батареєю ємністю 230 мАг та підтримує зарядку через USB, що усуває необхідність заміни джерела живлення. Ви можете використовувати безперервно протягом 24 годин від однієї зарядки в режимі детектора камер. Гаджет також можна використовувати як пристрій, що захищає від крадіжки та втрати. В цьому випадку вам просто потрібно прикріпити його до цінного майна. Він вібрує та подає сигнал тривоги. Якщо пристрій переведено в режим тривоги, його можна використовувати безперервно протягом 72 годин. Інфрачервоний детектор камер Smoovie важить лише 34 г, він дуже простий у використанні. Для виявлення прихованих камер для початку потрібно натиснути кнопку живлення, потім буде потрібно коротке натискання функціональної клавіші для входу в режим інфрачервоного сканування. Після чого необхідно ще раз натиснути на функціональну клавішу та просканувати приміщення, спостерігаючи через вічко, щоб виявити підозрілі предмети. Пристрій пропонується за ціною 14 доларів.

Інші цікаві новини:

▪ Чорниця проти гіпертонії

▪ Жорсткі диски з технологією FC-MAMR

▪ 1,5 мільярда телефонів до 2011 року

▪ Персональний пристрій для зчитування пластикових карток Chip Shield Reader

▪ Портативна камера з підтримкою карт пам'яті SD

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ І тут з'явився винахідник (ТРВЗ). Добірка статей

▪ стаття Ремонт водопровідного крана. Поради домашньому майстру

▪ стаття Навіщо проводити перепис населення? Детальна відповідь

▪ стаття Паратрофія. Медична допомога

▪ стаття Схема з'єднань модулів барабанної установки. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Рівновага вилок. Фізичний експеримент

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