Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя
Достаточно часто при конструировании
устройств возникают жесткие требования к размерам источника питания. В этом
случае единственным выходом является применение ИП на основе высоковольтных
высокочастотных импульсных преобразователей. которые подключаются к сети ~220
В без применения габаритного низкочастотного понижающего трансформатора и могут
обеспечить большую мощность при малых размерах и теплоотдаче.
Структурная схема типового
импульсного преобразователя с питанием от промышленной сети представлена на
рис 34-4.
Входной фильтр
предназначен для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть. Силовые
ключи обеспечивают подачу импульсов высокого напряжения на первичную обмотку
высокочастотного трансформатора (могут применяться одно- и
двухтактные схемы). Частота
и длительность импульсов задаются управляемым генератором (обычно применяется
управление шириной импульсов, реже — частотой). В отличие от трансформаторов
синусоидального сигнала низкой частоты, в импульсных ИП применяются широкополосные
устройства, обеспечивающие эффективную передачу мощности на сигналах с быстрыми
фронтами. Это накладывает существенные требования на тип применяемого магнитопровода
и конструкцию трансформатора. С другой стороны, с увеличением частоты требуемые
размеры трансформатора (с сохранением передаваемой мощности) уменьшаются (современные
материалы позволяют строить мощные трансформаторы с приемлемым КПД на частоты
до 100-400 кГц). Особенностью выходного выпрямителя является применение в нем
не обычных силовых диодов, а быстродействующих диодов Шоттки, что обусловлено
высокой частотой выпрямляемого напряжения. Выходной фильтр сглаживает пульсации
выходного напряжения. Напряжение обратной связи сравнивается с опорным напряжением
и затем управляет генератором. Обратите внимание на наличие гальванической развязки
в цепи обратной связи, что необходимо, если мы хотим обеспечить развязку выходного
напряжения с сетью.
.
При изготовлении
таких ИП возникают серьезные требования к применяемым компонентам (что повышает
их стоимость по сравнению с традиционными). Во-первых, это касается рабочего
напряжения диодов выпрямителя, конденсаторов фильтра и ключевых транзисторов,
которое не должно быть менее 350 В во избежание пробоев. Во-вторых, должны применяться
высокочастотные ключевые транзисторы (рабочая частота 20-100 кГц) и специальные
керамические конденсаторы (обычные оксидные электролиты на высоких частотах
будут перегреваться ввиду их высокой индуктивности). И. в-третьих,
частота насыщения высокочастотного трансформатора, определяемая типом применяемого
магнитопро вода (как правило, используются тороидальные сердечники) должна быть
значительно выше рабочей частоты преобразователя.
На рис. 3.4-5 приведена
принципиальная схема классического ИП на основе высокочастотного преобразователя.
Фильтр, состоящий из емкостей С1, С2, СЗ и дросселей L1, L2, служит для зашиты
питающей сети от высокочастотных помех со стороны преобразователя. Генератор
построен по автоколебательной схеме и совмещен с ключевым каскадом. Ключевые
транзисторы VT1 и VT2 работают в противофазе, открываясь и закрываясь по очереди.
Запуск генератора и надежную работу обеспечивает транзистор VT3, работающий
в режиме лавинного пробоя. При нарастании напряжения на С6 через R3 транзистор
открывается и конденсатор разряжается на базу VT2, запуская работу генератора.
Напряжение обратной связи снимается с дополнительной (III) обмотки силового
трансформатора Tpl.
Транзисторы VT1. VT2 устанавливают
на пластинчатые радиаторы не менее 100 см^2. Диоды VD2-VD5 с барьером Шоттки
ставятся на небольшой радиатор 5 см^2. Данные дросселей и трансформаторов:L1-1.
L2 наматывают на кольцах из феррита 2000НМ К12х8х3 в два провода проводом ПЭЛШО
0,25: 20 витков. ТР1 — на двух кольцах, сложенных вместе, феррит 2000НН КЗ 1х18.5х7; обмотка 1 — 82 витка проводом
ПЭВ-2 0,5: обмотка II — 25+25 витков проводом ПЭВ-2 1,0: обмотка III — 2 витка
проводом ПЭВ-2 0.3. ТР2 наматывают на кольце из феррита 2000НН К10х6х5. все
обмотки выполнены проводом ПЭВ-2 0.3: обмотка 1 — 10 витков: обмотки II и III — по 6
витков, обе обмотки (II и III) намотаны так, что занимают на кольце по 50% площади
не касаясь и не перекрывая друг друга, обмотка I намотана равномерно по всему
кольцу и изолирована слоем лакоткани. Катушки фильтра выпрямителя L3, L4 наматывают
на феррите 2000НМ К 12х8х3 проводом ПЭВ-2 1,0 , количество витков — 30. В качестве
ключевых транзисторов VT1, VT2 могут применяться КТ809А. КТ812, КТ841.
Номиналы элементов и намоточные
данные трансформаторов приведены для выходного напряжения 35 В. В случае, когда
требуются иные рабочие значения параметров, следует соответствующим образом
изменить количество витков в обмотке 2 Тр1.
Описанная
схема имеет существенные недостатки, обусловленные стремлением предельно уменьшить
количество применяемых компонентов Это и низкий "уровень стабилизации выходного
напряжения, и нестабильная ненадежная работа, и низкий выходной ток. Однако
она вполне пригодна для питания простейших конструкций разной мощности (при
применении соответствующих компонентов), таких как: калькуляторы. АОНы. осветительные
приборы и т.п.
Еще одна схема ИП на основе
высокочастотного импульсного преобразователя приведена на рис. 3.4-6. Основным
отличием этой схемы от стандартной структуры, представленной на рис. 3 .4-4
является отсутствие цепи обратной связи. В связи с этим, стабильность напряжения
на выходных обмотках ВЧ трансформатора Тр2 достаточно низкая и требуется применение
вторичных стабилизаторов (в схеме используются универсальные интегральные стабилизаторы
на ИС серии КР142).
