НОВЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Н.ИГНАТЕНКОВ, г.Десногорск, Смоленской обл.
Этот двухтактный автогенерирующий преобразователь напряжения прост, имеет высокие КПД и надежность, устойчив к короткому замыканию на выходе, не требует каких-либо регулировок и подбора деталей при изготовлении. В нем применено пропорционально-токовое управление, исключена возможность протекания сквозного тока, а сердечник трансформатора не насыщается.
Основой преобразователя является двухтактный каскад [1], и хотя преимущество этого каскада наиболее полно проявляется в мощных (сотни ватт... киловатты) устройствах, предлагаемая сравнительно маломощная конструкция достаточно наглядно демонстрирует его работу.
Сетевое напряжение, выпрямленное диодным мостом VD1...VD4, сглаживается конденсатором С1 и через фильтр R1-C2 поступает на вход инвертора на транзисторах VT1, VT2. Использование резистора вместо дросселя в данном случае вполне оправдано, так как упрощает схему, а на резисторе теряется менее полуватта мощности.
Преобразователь не боится кратковременной перегрузки и короткого замыкания, переходя в режим ограничения тока, однако на длительную работу в таком режиме он не рассчитан, и чтобы исключить это, используется предохранитель FU2 на 0,16 А, который не следует заменять другим - с большим током срабатывания, а тем более, суррогатным.
Если поставить FU2 непосредственно на входе, он может сработать при зарядке конденсатора С1. Поэтому для защиты в случае отказа элементов, стоящих до FU2, введен FU1 на ток срабатывания 2А. Легкосменяемым достаточно сделать только FU2.
Дроссели L1 и L2 определяют рабочую частоту, а также осуществляют пропорционально-токовое управление, и вместе с С3 - ограничение выходного тока. Для работы важное значение имеет не только их индуктивность, но и ток насыщения, что следует иметь в виду при замене этих дросселей на самодельные или на импортные аналоги.
Работа автогенераторов с пропорционально-токовым управлением становится неустойчивой при малом токе нагрузки, ввиду того что пропорциональный ему ток базы ключевых транзисторов тоже становится близким к нулю. Обычно для решения этой проблемы вводят дополнительные обмотки, обеспечивающие начальный уровень тока управления. Чтобы не усложнять схему, здесь использовано другое решение. Собранный на транзисторах VT3 и VT4 узел начального пуска, представляющий собой простейший релаксационный генератор на слегка модифицированном аналоге тиристора, имеет достаточно высокую частоту генерации. Поэтому при срыве колебаний инвертора узел начального пуска тут же перезапускает его, выполняя таким образом функцию внешнего задающего генератора. -
Такой способ имеет еще один, кроме простоты, положительный эффект - преобразователь приобретает стабилизирующие свойства. Благодаря этому в режиме холостого хода напряжение конденсаторов выходного сглаживающего фильтра ограничивается на более низком уровне. Дополнительно для улучшения запуска на холостом ходу используется небольшая начальная подгрузка R3.
В преобразователе использована всего одна нестандартная деталь - трансформатор Т1. Он намотан на кольце размерами 20х12х6 из феррита 2000 НМ1 (можно 2000НМ). Перед намоткой острые края кольца необходимо закруглить наждачной бумагой, кольцо обмотать слоем лакоткани. Намотку следует вести строго виток к витку, так как перехлест провода может привести к межвитковому замыканию. Каждый слой обмотки также изолируется слоем лакоткани, между обмотками - три слоя.
Первичная обмотка содержит 420 витков провода ПЭВ 00,2 мм. Вторичная наматывается сложенными вместе двумя проводами ПЭВ 00,5 мм. Каждая полуобмотка содержит 40 витков, начало одной обмотки соединяется с концом другой - это будет средний вывод.
Вместо диодов VD1...VD4 можно использовать готовые диодные мосты, например КЦ410А, КЦ402А, Б, КЦ405А, Б. Конденсатор С1 - электролитический К50-27 или аналогичный, конденсаторы С2 и С3 должны быть типа К73-17 и выдерживать напряжение не менее 350 В. С4 - керамический (его можно составить из нескольких, включенных параллельно). С5 - желательно типа К52-1, но можно и К50-24, К50-16, К50-35. С6 - любой, выдерживающий напряжение до 160В.
Дроссели L1 и L2 - типа ДПМО, 4...20 мкГн, L3 - ДПМЗ, 12 мкГн. Все резисторы - типа МЛТ.
Конструктивно преобразователь может быть выполнен в любом виде, в том числе в корпусе адаптеров для питания игровых приставок.
L1 и L2 должны располагаться не ближе 10мм друг от друга и желательно перпендикулярно, чтобы не было их взаимного влияния.
Сборку рекомендуется начинать с узла начального пуска (элементы R4, R5, R6, С6, VD9, VT3, VT4), который можно изготовить в виде миниатюрного модуля. Потом его легко будет установить в удобном месте на основной плате. Работоспособность этого модуля можно проверить отдельно, с помощью источника постоянного напряжения 150...200 В."+" подается на резистор R5, а"-" - на временно соединенные вместе остальные два вывода. При этом на С6 должны наблюдаться пилообразные, а на R4 - короткие импульсы частотой несколько килогерц (частота зависит от конкретных экземпляров VT3 и VT4).
При первой проверке работы преобразователя рекомендуется вместо FU2 включить с помощью небольшого удлинителя лампу накаливания 60...100 Вт, 220 В. На холостом ходу эта лампа гореть не должна, а при полной нагрузке - тускло светить. Транзисторы VT1 и VT2 должны быть при длительной работе слегка теплыми (трогать их можно только при отключенном от сети преобразователе).
Следует помнить, что вся левая часть, включая первичную обмотку трансформатора, находится под напряжением сети, а С1 может длительное время сохранять заряд!
Работу преобразователя можно контролировать с помощью осциллографа, подключенного ко вторичной обмотке трансформатора (до выпрямителя). Без нагрузки должны наблюдаться пачки импульсов, длительность которых растет с ростом нагрузки, и при некотором ее значении (около 3 Вт) генерация становится непрерывной. Частота генерации при максимальной мощности 20 Вт - около 50 кГц. Преобразователь способен отдать в нагрузку ток до 2,5 А, выходное напряжение при этом - около 8 В, что достаточно для работы практически любого линейного стабилизатора на 5 В, например на КР142ЕН5.
Рис.2
Печатная плата модуля начального пуска и расположение элементов на ней показаны на рис.2. Выводы, модуля, с помощью которых он крепится на основной плате, сделаны из медного провода 00,8 мм. Плата преобразователя и расположение элементов на ней изображены на рис.3 и 4 соответственно. Все платы изготовлены из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.
Для предохранителей используются самодельные держатели. Они сделаны из полосок белой (луженой) жести шириной 5 мм и длиной 45 мм. Подойдет жесть от жестяных консервных банок. Общий вид одного такого держателя (их требуется два для одного предохранителя) показан на рис.5. Лепестки держателя вставляют в отверстие на плате, отгибают (показано пунктиром) и припаивают. При пайке держателей, если нет специального флюса, можно воспользоваться таблеткой ацетилсалициловой кислоты (аспирина).
Puc.3
Puc.4
Puc.5
Высоковольтные транзисторы крепятся к плате на стойках-трубочках высотой около 10 мм, а под этими транзисторами расположены R2, VD5, VD6, L1.L2.
Собранную плату модуля начального пуска, а также конденсатор С1 необходимо перед установкой обернуть двумя-тремя слоями изоленты. Можно также обернуть конденсаторы С2, С3, С4. При креплении трансформатора надо обратить внимание на то, чтобы металлические элементы крепления случайно не образовали короткозамкнутый виток. Выходные диоды желательно снабдить небольшими радиаторами, либо поставить по два диода в каждое плечо.
Если преобразователь поместить корпус в виде плоского легкого пенала, и длину шнура между вилкой и корпусом сделать небольшой (=5 см), то при включении вилки в стенную розетку преобразователь будет висеть на сетевом шнуре, не занимая места на столе и являясь, таким образом, разновидностью "вилочного" адаптера. Разумеется, шнур должен быть достаточно прочным. Для придания дополнительной прочности и жесткость обычному шнуру его можно обмотать изолентой.
Литература
1. Патент РФ N2097907. Двухтактный ключевой усилительный каскад.
Радиолюбитель 4/2000.