Стабилизированный полумостовой импульсный блок питания

Предлагаемый блок питания содержит минимум намоточных изделий, не боится перегрузок, обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от сети, плавный пуск и стабилизацию выходного двуполярного напряжения.
Устройство предназначено для нагрузок, требующих двуполярного напряжения питания. По сравнению с прототипом предлагаемый блок отличается простотой и применением более распространенных деталей.

Основные технические характеристики:
Напряжение сети, В 170...250
Мощность, отдаваемая в нагрузку, Вт 200
Выходное напряжение, В 2x24
Частота преобразования, кГц 60

Схема блока питания показана на рис. 1. Напряжение сети через терморезистор RK1, ограничивающий пусковой ток, и помехоподааляющий фильтр L1C2—С4 поступает на диодный мост VD1. Выпрямленное напряжение, сглаженное конденсатором С5, питает полумостовой преобразователь на транзисторах VT1, VT2. В диагональ моста, образованного этими транзисторами и конденсаторами С9, СЮ, включена обмотка I импульсного трансформатора Т1. Резисторы R4 и R5 выравнивают напряжение на конденсаторах С9 и С10 во аремя работы блока питания, а также разряжают конденсаторы С1, С5, С9, СЮ после выключения питания. Резистор R3 — датчик тока, потребляемого преобразователем.



Кроме этого, напряжение сети через балластный конденсатор С1 поступает на выпрямитель — параметрический стабилизатор VD2VD3C6, который питает узел управления, собранный на ШИ контроллере DA1 и усилителе DA3.
Микросхема TL494 (DA1), включена по типовой схеме. Конденсатор С14 и резистор R16 задают частоту генерации. Конденсатор С12 и резистор R6 определяют параметры мягкого запуска. Остальные элементы, подключенные к ШИ контроллеру DA1, задают начальные условия и частотную коррекцию цепей обратной связи. В цепи обратной саязи действуют два сигнала. Первый из них поступает с делителя напряжения, образованного фототранзистором оптрона U1.1 и резистором R9, на вход 1IN+ ШИ контроллера. Этот сигнал пропорционален отклонению выходного напряжения от заданного. Второй сигнал поступает с резистора R3 (датчика тока) через резистор R13 на вход 2IN+ ШИ контроллера и ограничивает входной ток преобразователя. Пока последний не превышает допустимого порогового значения, обратная связь стабилизирует выходное напряжение. Когда напряжение на резисторе R3 достигнет порога, который задает делитель образцового напряжения R7R14, начинается ограничение выходного тока.

Цепь обратной связи по напряжению построена по типовой схеме на оптроне U1 и микросхеме DA2. Стабилизация напряжения и ограничение тока осуществляются изменением длительности импульсов, управляющих коммутирующими транзисторами преобразователя.

Эти импульсы поступают на вход усилителя DA3. Особенность схемы включения этой микросхемы — наличие конденсатора вольтдобааки С19 для питания узла, управляющего транзистором VT1. Это исключает необходимость использования независимого изолированного источника для его питания. Когда транзистор VT2 открыт, конденсатор С19 заряжается через диод VD8 до напряжения питания (около 15В). Когда транзистор VT2 закрывается, напряжение на выводе 6 микросхемы DA3 скачком увеличивается до напряжения на истоке транзистора VT1. Выходной каскад усилителя потребляет большой ток только на перепадах импульсов во время перезарядки емкости затвор—исток транзистора VT1. В остальное время потребляемый ток существенно меньше, поэтому указанная на схеме емкость конденсатора С19 достаточна для питания выходного каскада в течение полупериода.

ШИ контроллер исключает возникновение сквозного тока через транзисторы VT1 и VT2 Конструкция и детали. Устройство собрано на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Транзисторы VT1 и VT2 установлены на теплоотводах с площадью охлаждающей поверхности 45 см2 каждый через изолирующие теплопроводные прокладки. Диоды выходного выпрямителя VD4—VD7 установлены на один теплоотвод площадью 125 см2 через изолирующую прокладку. Выводы обмотки II трансформатора Т1 припаяны непосредственно к соответствующим выводам этих диодов. Выводы резисторов R4 и R5 припаяны к соответствующим выводам конденсаторов С9 и СЮ на стороне печатных проводников. В конструкции автора использоаано естественное охлаждение, поскольку блок питания не эксплуатируется постоянно на максимальной мощности.
Трансформатор Т1 — в бронеаом магнитопроводе Б 36 без зазора из феррита 2000НМ. Обмотка I содержит 21 виток провода ПЭВ-2 0,6. Обмотка II — 5+5 витков медной ленты прямоугольного сечения 12x0,15 мм, обернутой лакотканью. Другой возможный вариант — жгут из шести проводов ПЭВ-2 0,6. Экран — незамкнутый виток фольги.
Дроссель L1 — PLA10 производства фирмы MURATA. Терморезистор SCK103 (RK1) можно заменить на SCK105. Допустимо применить дроссель и терморезистор от компьютерного блока питания мощностью не менее 200 Вт.



Диодный мост KBL06 (VD1) заменим на KBL08, KBL10 или аналогичный с максимальным выпрямленным током не менее 4 А и обратным напряжением не менее 600 В. Диодный мост VD2 может быть любым с максимальным прямым током не менее 0,3 А. В частности, возможно применение миниатюрного диодного моста для поверхностного монтажа, но в зтом случае придется изменить рисунок проводников печатной платы Стабилитрон КС515А (VD3) заменим импортным 1N4744A, а диод FR155 (VD8) — FR157. Оптрон РС817 (U1) можн ) заменить на РС816 LTV816, LTV817.
В устройстве применены импортные оксидные конденсаторы: С5 — из г ерии EHL, специально предназначенной для импульсных источников питания; С15, С16 — с низким значением ЭПС (зквивалентного последовательного сопротивления) одной из серий EXR, ESX, ERS, ESG; С6, С12 — серии ECR общего назначения. Конденсаторы С7, С8, С17—С19 керамические, остальные — пленочные. Номинальное напряжение конденсаторов С1 и СЗ — 630 В; С2, С4, С9, СЮ — не менее 400 В. Резисторы — МЯТ, С2-33.

Налаживание рекомендую проводить в два этапа. На первом этапе смонти^уйи все элементи, кроме Т1, VT1, VT2, VD4—VD7 Для обеспечения безопасности необходимо исключить гальваническую связь с электросетью, поэтому блок питания включите через маломощный разделительный трансформатор.
На зтом этапе проверьте работоспособность отдельных узлов. Установите частоту импульсов ШИ контроллера подбором элементов R16, С14 в диапазоне 50...70 кГц. С помощью лабораторного источника питания симитируйте сигналы обратной связи, изменяя ток через резистор R3 и излучающий диод оптрона U1.2. Проверьте, что с их увеличением возрастает скважность импульсов ШИ контроллера. Подбором резистора R7 установите порог ограничения тока. Затем припаяйте полевые транзисторы VT1, VT2 и проверьте, что форма импульсов напряжения не их затворах относительно истоков близка к прямоугольной.

На втором этапе смонтируйте остальные элементы и включите блок питания в сеть без разделительного трансформатора. Подбором резистора R17 установите номинальное выходное напряжение. При большой скважности импульсов может потребоваться увеличить емкость конденсаторов С11, С13 в несколько раз.
Завершают налаживание проверкой работы блока питания под нагрузкой, вплоть до максимальной мощности.

Другое номинальное выходное напряжение можно получить изменением числа витков обмотки II трансформатора Т1 и сопротивления резистора R17. Может возникнуть необходимость подбора сопротивления резистора R19, чтобы ток через излучающий диод оптрона U1.2 не превышал 20 мА.

Источник: "Журнал Радио"