Схемы источники питания

Инверторный источник тока

Предлагаемый инверторный источник тока можно использовать для питания электронных устройств и зарядки автомобильных аккумуляторов.

Обратноходовые преобразователи тока (ОХП) — инверторы — состоят из мощного коммутатора импульсов. В отличие от двухтактного преобразователя, в них меньше радиокомпонентов, стабилизация режима работы выполняется обратными связями через

оптоэлектронные ключи с выходных каскадов на вход управления генератором широтно-импульсного сигнала управления. Недостаток таких преобразователей состоит в необходимости использования силовых транзисторов с высоким рабочим напряжением. Инверторный источник тока имеет несколько степеней защиты от повреждений:

- от превышения температуры ключевого транзистора;

- от короткого замыкания;

- от повышенного и пониженного напряжения нагрузки,

-от импульсных перенапряжений в сети питания.

Схема обратноходового преобразователя с импульсным коммутатором тока (рис.1) состоит из ШИМ-генератора на микросхеме аналогового таймера, ключевого транзистора, цепей стабилизации выходного напряжения, электронных цепей токовой и тепловой защиты.

Питание — бестрансформаторное с ограничением пускового тока Первичные и вторичные цепи электронной схемы гальваническим разделены.

Высокочастотный трансформатор преобразователя выполнен на ферритовом сердечнике. Мощность преобразователя зависит от напряжения питания; частоты преобразования и магнитных свойств трансформатора Использование в качестве ключа полевого транзистора позволяет снизить потери сигнала в цепях управления. Регулирование выходного тока осуществляется за счет изменения длительности импульсов генератора при постоянной частоте.

В инверторе происходит тройное преобразование напряжения Переменное напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и преобразуется в постоянное высоковольтное. Затем оно преобразуется инвертором в высокочастотное импульсное, которое понижается импульсным трансформатором. После его выпрямления и сглаживания постоянное низковольтное напряжение требуемой величины подается на нагрузку.

Генератор импульсов выполнен на аналоговом таймере DA1. В состав микросхемы входят два компаратора, внутренний триггер, выходной усилитель для повышения нагрузочной способности и ключевой разрядный транзистор с открытым коллектором. Частота генерации задается внешней RC-

цепочкой. Компараторы переключают внутренний тригер при достижении порогового напряжения на конденсаторе С1 1/3 и 2/3 и пит Вход управления (вывод 5) DA1 используется для изменения режима генерации импульсов, что обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.

Выходной ток устройства зависит от скважности импульсов генератора, которая устанавливается подстроечным резистором R2. В левом по схеме положении движка резистора время заряда конденсатора С1 минимально, т.е. импульс, поступающий на ключевой транзистор VT1 с выхода DA1, очень короткий, и средний ток в нагрузке минимальный. В правом положении движка R2 длительность импульса максимальна, как и выходной ток.

Инвертор напряжения состоит из мощного полевого транзистора VT1 и высокочастотного трансформатора Т1. Для защиты транзистора от пробоя импульсными напряжениями, возникающими во время преобразования, транзистор и трансформатор "обвязаны" демпфирующими цепочками С4-C5-R12-VD4 и C6-R13 [2]. Защита транзистора VT1 от перегрузки по току выполнена на параллельном стабилизаторе ("управляемом стабилитроне") DA2.

Повышение напряжения на резисторе R11 в цепи истока VT1 при увеличении тока через него приводит к открыванию DA2 и шунтированию затвора VT1. В результате, VT1 призакрывается, и ток через него падает.

К вторичным цепям источника относится выпрямитель на высокочастотной диодной сборке VD5 и сглаживающий фильтр C8-L1. Контроль тока нагрузки осуществляется амперметром РА1 с внутренним шунтом на 10 А.

Цепи питания инвертора выполнены на импульсном диодном мосте VD6 и конденсаторе фильтра С7. Заряд конденсатора фильтра в начальный момент ограничен термистором Rt2, что защищает диодный мост от повреждения критическими токами. Импульсный ток через трансформатор и полевой транзистор ограничен резистором R16, сопротивление которого компенсирует разброс параметров трансформаторов.

Большую роль в получении максимальной мощности от устройства играет частота преобразования инвертора.

При ее увеличении в 10 раз допустимая мощность трансформатора (без изменения феррита и обмоток) возрастает почти в 4 раза. В самодельных инверторных источниках обычно используются ферриты, обеспечивающие рабочие частоты инверторов от 25 до 100 кГц.

В данном случае при изготовлении устройства следует придерживаться рабочей частоты используемого трансформатора с учетом характеристик транзисторного ключа.

Для стабилизации напряжения используется частотно-импульсное преобразование сигнала ошибки. Выходное напряжение через делитель R14-R15 подается на светодиод оптрона VU1.

Фототранзистор оптрона подключен к входу управления (выводу 5) DA1. При увеличении выходного напряжения, например, из-за роста сопротивления нагрузки, фототранзистор оптрона открывается сильнее и шунтирует вход управления DA1. Длительность выходных им-

Источник: Журнал Радиомир №10 за 2010

Инверторный источник тока

Массовый ежемесячный научно-технический журнал

——

Журнал Радиомир №10 за 2010

пульсов генератора снижается, соответственно, уменьшается время пребывания ключевого транзистора в открытом состоянии. В результате, напряжение на вторичной обмотке трансформатора также уменьшается, т.е. происходит стабилизация выходного напряжения При увеличении выходного напряжения описанный процесс происходит наоборот.

Перегрев ключевого транзистора VT1 при недостаточном охлаждении может привести к выходу его из строя. Ограничение температуры транзистора осуществляется с помощью терморезистора Rt1, закрепленного через изоляционную прокладку на радиаторе VT1. При нагреве VT1 сопротивление Rt1 уменьшается, что вызывает большее открывание фототранзистора VU1 и, аналогично вышеописанному, снижение напряжения (соответственно, и тока) нагрузки.

Импульсный трансформатор Т1 в инверторе применен промышленный, от устаревших мониторов с электроннолучевыми кинескопами. Заводское исполнение трансформаторов имеет оптимальное распределение первичных и вторичных обмоток слоями для обеспечения максимальной магнитной связи и снижения индуктивностей рассеивания обмоток. Дополнительно между секциями обмоток проложены электростатические экраны из медной фольги, а обмотки выполняются многожильным проводом для уменьшения скин-эффекта.

Трансформатор выбирается, исходя из необходимой габаритной мощности, которая равна сумме мощностей, потребляемых всеми нагрузками. При самостоятельном изготовлении трансформатора формулы по его расчету можно взять из [3]. Но главная сложность изготовления заключается не в расчетах, а в поиске соответ-

ствующего феррита и в необходимости специфического распределения слоев обмоток. Между тем, трансформаторы мониторов вполне соответствуют расчетным данным.

При токе нагрузки 10 А и напряжении вторичной обмотки на холостом ходу примерно 18 В подходят трансформаторы мощностью 200...250 Вт с площадью окна 15 см2 и сердечником сечением около 10 см2. Первичная обмотка содержит 146...162 витка провода 00,6 мм. вторичная — 2x23 витка 4x00,31 мм.

Дроссель L1 представляет собой обмотку из 10 витков медного провода ПЭВ 00.8...1 мм, выполненную на ферритовом стержне 04 мм

или на ферритовом кольце типоразмера К12x8x4 мм

Инвертор выполнен на печатной плате, чертеж которой приведен на рис.2. Транзистор VT1 вынесен с платы на отдельный радиатор размерами 50x50x10 мм (обозначение выводов на плате: В — затвор VT1, К — сток, Е — исток).

Возможные варианты замены транзистора ключа приведены в табл.1, в табл.2 — допустимые замены других элементов.

Плата инвертора в сборе крепится в подходящем по размерам корпусе, на передней панели которого размещаются амперметр, выключатель сети, предохранитель и выходные клеммы.

Наладку схемы из-за наличия сетевого напряжения следует проводить с соблюдением правил техники безопасности.

Первые испытания следует проводить с временно включенной в разрыв сетевого провода лампой 220 В/100 Вт. При включении устройства в сеть по свечению лампы хорошо отслеживается запуск схемы и воздействие нагрузки на преобразователь, но не создается аварийная ситуация при случайном коротком замыкании, возникшем в схеме в процессе монтажа или при использовании неисправных элементов.

Наладку начинают с проверки напряжений питания микросхемы генератора и транзистора инвертора. На наличие импульсов на

выходе 3 DA1 указывает светодиодный индикатор HL1. Вместо нагрузки следует подключить автомобильную лампочку (12 В). Выходное напряжение устанавливается подстроечным резистором R14 при среднем положении движка резистора R2.

Через непродолжительное время после включения устройство необходимо отключить и проверить тепловой режим радиокомпонентов Требуемые параметры

устройства можно установить изменением частоты генератора (подбором емкости С1), скважности импульсов (резистором R2), изменением подключения выводов вторичной обмотки трансформатора Т1 (при их наличии).

Проверка тепловой защиты выполняется подогревом (паяльником) терморезистора Rt1. Выходное напряжение при этом должно снизиться.

Технологии зарядки и восстановления аккумуляторов подробно описаны в [4, 5].

Инверторный источник тока

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика

Схема рис. 1 Инверторный  источник тока