Каталог статей

Главная » Все схемы » Источники питания » Блоки питания (бестрансформаторные)

Выбранная схема!!!


1404
Регулируемый бестрансформаторный блок питания для "Люстры Чижевского"
Польза от применения «Люстры Чижевского» сейчас мало у кого вызывает сомнения. Однако многих радиолюбителей, же­лающих самостоятельно ее изготовить, останавливает сложность изготовления высоковольтного трансформатора. Предлагаемая статья посвящена описанию конструкции бестрансформаторного блока питания для «Люстры Чижевского», в котором получение высокого напряжения происходит за счет резонансных процессов в колебательном контуре. Кроме этого, описываемый блок питания снабжен регулятором выходного напряжения, что позволяет эксплуатировать «Люстру» совместно с ним в помещениях различного объема. Предлагаемый блок питания предназначен для подключения к питающей сети переменного тока с напряжением 220 В и имеет следующие технические характеристики:

Пределы изменения напряжении питания— 80…250 В;

Пределы регулировки выходного напряжения при напряжении питания 220 В и выходном токе 100 мкА—12…45 кВ;

максимальная потребляемая из сети мощность - 10 Вт.

Центральным узлом блока питания является последовательный колебательный контур. Подобные решения применяются в промышленности в преобразователях напряжения в источниках тока или в параметрических источниках тока |1]. Физической причиной возникновении повышенного напряжения на нагрузке являются колебания значительной энергии, запасаемой попеременно в электрическом поле конденсатора и магнитном поле дросселя. В условиях резонанса малые количества энергии, поступающей от источника, компенсируют энергию потерь в активном сопротивлении нагрузки, и обеспечивают поддержание незатухающих колебаний в контуре относительно больших количеств энергии магнитного и электрического полей. Применение колебательного контура для получения высокого напряжения дает ряд преимуществ перед обычными (трансформаторными) устройствами;

• меньшая сложность изготовления дросселя по сравнению с высоковольтным трансформатором (меньшее число витков, отсутствие необходимости выполнять несколько магнитосвязанных обмоток). Наличие одной обмотки позволяет вместо одного дросселя применить несколько включенных последовательно дросселей меньшей индуктивности. При этом уменьшается напряжение на каждом из них и, соответственно, снижаются требования к качеству изоляции обмоток,

• более простыми средствами достигается возможность регулирования выходного напряжения;

• благодаря синусоидальности напряжения в высоковольтных цепях, преобразователь создает меньший уровень помех (особенно по сравнению с тиристорными устройствами).

• входная емкость умножителя напряжения не шунтирует выход преобразователя, так как она является частью резонансной цепи;

• отсутствует опасность выхода блока питания из строя при чрезмерном увеличении утечки в выходных цепях. Утечка приводит к снижению добротности колебательного контура, в результате чего ограничивается выходное напряжение блока и снижается потребляемый из сети ток;

• меньшие (по сравненное другими транзисторными схемами) динамические потери в транзисторах преобразователя, работаю­щего в резонансном режиме. Принципиальная электрическая схема блока питания показана на рисунке.

Она включает в себя колебательный контур L1L2C5C6; умножитель напряжений на элемент VD11—VD22, С7-С18 с ограничивающим выходной ток резистором R12; генератор на транзисторах VT3, VT4 и трансформаторе Т1; сетевой выпрямитель VD1-VD4 и узел регулирования выходного напряжении на элементах VT1, VT2, VD5 VD6, C4, R9-R11 Генератор вырабатывает на своем выходе напряжение в форме меандра. Частота генератора соответствует частоте резонанса колебательного контура (при указанных номиналах — 35 кГц). В генераторе реализован принцип пропорционально – токового управления, позволяющий минимизировать потери энергии на управление ключевыми транзисторами VT3, VT4 и обеспечить резонансный режим работы устройства Токовое уравнение ключевыми транзисторами осуществляется за счет положительной обратной связи по току через обмотки трансформатора Т1. Цепочки VD7C2R4R5 и VD9C3R7R8 служат для запуска генератора при подаче питающего напряжения. Через диоды VD8 и VD10 осуществляется частичный возврат энергии из колебательного контура в источник питания. Резисторы R3.R6 препятствуют возникновению паразитного колебательного процесса на фронтах импульсов в контуре, образованном индуктивностью рассеивания обмоток трансформатора Т1 и емкостями переходов транзисторов VT3, VT4. Сетевой выпрямитель выполнен по мостовой схеме на диодах VD1 VD4. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Резистор R1 служит для ограничения импульса тока при включении блока в сеть. Резистор R2 является вспомогательным и служит для контроля формы тока, потребляемого генератором, в процессе наладки. Узел регулирований образует стабилизирующую обратную связь. Он контролирует выходное блока и воздействует на сдвиг фазы между напряжением на выходе генератора и током дросселей L1, L2. Это воздействие проявляется в виде некоторого повышения частоты генерации по отношению к частоте резонанса контура и приводит к снижению амплитуды напряжения на его элементах. Выходное напряжение в описываемом блоке питания контролируется косвенным а способом по величине переменного напряжения на конденсаторе С4, образующем совместно с конденсаторами С5, С6 делитель напряжения с коэффициентом деления 1 /500. Такой способ измерения выходного напряжения позволяет избавиться от громоздкого высоковольтного резистивного делителя напряжения вносящего дополнительные потери мощности. Органом регулирования напряжения является переменный резистор R10, который совместно с резисторами R9, R11 образует регулируемый делитель напряжения. Напряжение с делителя поступает на базы транзисторов VT1, VT2, работающих в ключевом режиме и открывающихся поочередно в каждом полупериоде выходного напряжения генератора при достижении мгновенным значением переменного напряжения на их базах величины +0,65 или 0,65В соответственно. Открываясь в соответвующий полупериод, один из этих транзисторов шунтирует обмотку I трансформатора Т1. Это вызывает реверсирование базового тока открытого в данный момент ключевого транзистора (VT3 или VT4) и более раннюю смену полярности напряжения на выходе генератора по отношению к моменту перехода через ноль тока дросселей L1, L2. В результате это происходит частичный возврат энергии из колебательного контура в источник питания генератора и, соответственно, уменьшается общее количество энергии, поступающей в контур. Перемещение движка резистора R10 приводит к изменению фазы отпирания транзисторов VT1 , VT2, в результате чего изменяется доля энергии, выводимая из колебательного контура. Это приводит к изменению амплитуды напряжения на его элементах и, в конечном итоге, к изменению выходного напряжения блока. На рис. 3 показаны диаграммы напряжении, поясняющие работу узла регулирования.

Диаграммы сняты при напряжении питания устройства 220 В, выходном токе 100 мкА и крайнем левом по схеме положении движка резистора R10. соответствующем максимальному выходному напряжению. На рис. 3, показано напряжение на конденсаторе С4, имеющее синусоидальную форму. Штриховыми линиями отмечены пороговые напряжения открывания транзисторов VT1 VT2. На рис. 3, б показана форма напряжения на обмотке I трансформатораТ1; на рис. 3, в — форма напряжения на выходе генератора (между коллектором и эмиттером транзистора VT4); на рис. 3. г и д форма напряжения на резисторе R2 (на правом выводе по отношению к левому) в различных режимах работы устройства. Стрелками на диаграммах показаны изменения формы напряжений при перемещении движка резистора R10 вправо по схеме. Недостатком применённого узла регулирования является низкий коэффициент стабилизации (1,5…2). Положительной стороной является простота схемного решения и отсутствие необходимости применения вспомогательных цепей питания. Примененные в устройстве транзисторы КТ872А могут быть заменены на любые другие с аналогичными параметрами. Эти транзисторы устанавливаются без теплоотвода, так как рассеиваемая каждым из них мощность не превышает 200 мВт. Вместо транзисторов КТ315Г и КТ361Г могут использоваться любые высокочастотные транзисторы с соответствующей структуры с коэффициентом передачи тока базы более 50 при токе коллектора 20 мА. Вместо диодного моста КЦ407А могут использоваться любые выпрямительные диоды с допустимым средневыпрямленным током не менее 100 мА и обратным напряжением не ниже 400 В. Диоды VD5—VD7, VD9 могут быть любыми из серий КД521 или КД522 Вместо импортных диодов 1N4005 могут использоваться отечественные выпрямительные быстродействующие диоды КД247В—Д. Диодные столбы КЦ106Г могут быть заменены на КЦ106В. Конденсаюры С1—С3 могут быть любыми оксидными, но С1 должен быть рассчитан на напряжение не ниже 350 В: С4 К73-17 или К73-9 на напряжение 63 В; остальные конденсаторы высоковольтные К15-5 на напряжение 6,3 кВ. Конденсаторы С5, С6 соединены последовательно для снижения потерь на переменном токе, они должны иметь группу ТКЕ Н20. Конденсаторы С7 - С18 могут имеет емкость в пределах 100...220пФ. PезистopR10—любой переменный с линейной регулировочной характеристикой. Резистор R12—высоковольтный СЗ-5, С3-9, С3-12, С3-14 или КЭВ мощностью 2 Bт. Остальные резисторы — МЛТ. Трансформатор Т1 намотан на кольце К20х12x6 из феррита2000НМ1. Обмотка I содержит 60 витков; II — по 15 витков; III - 3 витка. Все обмотки намотаны проводом ПЭЛШО – 0,25. Перед намоткой трансформатора необходимо сточить у кольца острые кромки и обмотать его слоем лакоткани. Вначале наматывается обмотка I. Ее витки распределяются равномерно по окружности сердечника. Поверх обмотки | наматываются остальные, причём обмотки II и II мотаются одновременно в два провода. Дроссели L1, L2 выполнены на базе дросселей ДФ110ПЦ, используемых в сетевом фильтре телевизоров 3УСЦТ. Дроссели имеют магнитопровод Ш7х7 из феррита 2500НМС1 и двухсекционный каркас. Обмотку с дросселей удаляют, и на ее место наматывают новую проводом ПЭЛШО - 0,25. Каждый дроссель должен содержать 780 витков (по 390 витков в секции). Обмотка выполняется виток к витку без изоляции между слоями. При намотке необходимо следить, чтобы внешние витки у краев не проваливались внутрь обмотки. Дня выводов от начала обмоток в каркасах перед намоткой необходимо просверлить отверстия диаметром 0,8…1 мм. Выводы каждой секции обмотки подсоединяются к своим контактам на каркасе (последовательное соединение секций производится печатным проводником на плате). Сердечники обоих дросселей склеиваются с зазором. Для этого между половинами сердечника вставляется прокладка из плотного картона толщиной 0,4мм. После сборки дроссели желательно пропитать специальным лаком, используемых для обмоток электродвигателей. Все узлы блока, за исключением умножителя напряжения, смонтированы на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, показанной со стороны проводников на рис 4.

При изготовлении платы необходимо обратить внимание на то, что на ней смонтированы высоковольтные цени колебательного контура. Для снятия перед монтажом окислов с печатных проводников нельзя пользоваться наждачной бумагой, так как после нее остается проводящая пыль, которая проникает в шероховатости платы и целиком не смывается. После монтажа с платы необходимо тщательно смыть спиртом или ацетоном остатки канифоли, а после наладки для увеличения электрической прочности плату желательно залить эпоксидной смолой. Умножитель напряжения выполнен навесным монтажом. При его сборке не стоит стремиться к компактности, желательно его вытянуть в длину на 15...20 см. После сборки умножитель помещается в пенал или трубу подходящего размера из диэлектрического материала и заливается расплавленным парафином, имеющим очень низкую электропроводность. Блок питания, собранный из исправных деталей, начинает работать сразу. Во время наладки устройство желательно питать через разделительный трансформатор, заземлив при этом минусовой вывод сетевого выпрямителя (точка соединения диодного моста VD1—VD4, конденсатора С1 и резистора R2). При работе с устройством необходимо помнить, что в нем присутствует опасное напряжение, и принимать необходимые меры предосторожности. Наладка устройства производится без умножителя напряжения. Вместо него собирается одна ячейка удвоения напряжения (диоды VD21, VD22 и конденсаторы С7, С18) и параллельно конденсатору С18 подключается резистор сопротивлением 12 МОм (четыре последовательно включенных резистора МЛТ-2 сопротивлением 3 МОм). При первом включении питающее напряжение необходимо увеличивать плавно от нуля (например, при помощи ЛАТР) и осциллографом контролировать форму напряжении на резисторе R2 - при этом движок резистора R10 должен находиться в крайнем левом по схеме положении. Важно, чтобы выходное напряжение генератора во всем диапазоне питающих напряжений опережало по фазе ток дросселей L1, L2. При этом форма напряжения на резисторе R2 будет такой, как показано на рис 3, г. В противном случае она примет вид, показанный на рис 3, д. В этом случае значительно увеличиваются динамические потери энергии в транзисторах VT3, VT4 и может произойти их перегрев. Для устранения этого необходимо увеличить сопротивление резистора R9. Если это не помогает, необходимо проверить правильность фазировки обмотки I трансформатора Т1. После выполнения этих операций необходимо проконтролировать работоспособность узла регулирования. Для этого на устройство подают напряжение 220 В и, контролируя форму напряжения на резисторе R2, перемещают движок резистора R10 вправо. При этом должно происходить плавное увеличение длительности отрицательною участка кривой напряжения и уменьшение положительной. После этого контролируют форму напряжения на обмотке I трансформатора Т1 и на выходе генератора. Эти напряжении должны соответствовать показанным на рис. 3.б и в соответственно. В форме этих напряжений не должно быть вспышек высокочастотных колебаний. Далее, перемещая движок резистора R10, контролируют изменение амплитуды напряжения на конденсаторе С4. Амплитуда этого напряжения, показанная на рис. 3 г, соответствует выходному напряжению блока 45 кВ. Для получения максимального выходного напряжения можно попробовать в небольших пределах подобрать емкость конденсаторов С5, С6, однако следует иметь ввиду, что при некоторой минимальной величине этой емкости переходный процесс в контуре становится апериодическим. При этом устройство не будет работать вообще. При подборе конденсаторов С5, С6 не стоит бояться сбить частоту настройки контура, так как генератор всегда работает на частоте резонанса. После выполнении всех указанных операций восстанавливают цепи подключения умножителя напряжения. В заключение можно проконтролировать выходное напряжение устройства в целом. Это можно сделать по методике, изложенной в [3]. При измерениях необходимо тщательно изолировать выходные цепи блока. Входе экспериментов удалось получить выходное напряжение более 60 кВ. При этом конденсаторы К15-5, примененные в умножителе, длительное время выдерживали постоянное напряжение более 10 кВ (на открытом воздухе при таком напряжении происходит пробой воздушного промежутка между их выводами).



Категория: Блоки питания (бестрансформаторные) | Добавил: Визинга (29.12.2010)
Просмотров: 11523 | Рейтинг: 4.0/1


Всего комментариев: 0

Все ссылки на книги и журналы, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам книг и издательствам журналов! Подробно тут!
Жалоба

Пожалуйста оставьте свои комментарии !!!!

Имя *:
Email:
Код *:


ElectroTOP - Рейтинг сайтов
Copyright Zloy Soft (Company) © 2008 - 2016