Высококачественный транзисторный узч с иип. Импульсный блок питания унч

Сейчас редко кто внедряет в самодельную конструкцию усилителя сетевой трансформатор, и правильно - импульсный бп более дешевый, легкий и компактный, а хорошо собранный почти не отдает помех в нагрузку (либо помехи сведены к минимуму).

Разумеется, не спорю, сетевой трансформатор гораздо, гораздо надежней, хотя и современные импульсники, напичканные всевозможными защитами тоже неплохо справляются со своей задачей.

IR2153 - я бы сказал уже легендарная микросхема, которая применяется радиолюбителями очень часто, и внедряется именно в сетевые импульсные источники питания. Микросхема из себя представляет простой полумостовой драйвер и в схемах иип работает в качестве генератора импульсов.

На основе данной микросхемы строятся блоки питания от нескольких десятков до нескольких сотен ватт и даже до 1500 ватт, разумеется с ростом мощности будет усложняться схема.

Тем не менее не вижу смысла делать иип высокой мощности с применением именно этой микросхемы, причина - невозможно организовать выходную стабилизацию или контроль, и не только Микросхема не является ШИМ контроллером, следовательно ни о каком ШИМ управлении не может идти и речи, а это очень плохо. Хорошие иип как право делают на двухтактных микросхемах ШИМ, к примеру ТЛ494 или ее сородичи и т.п, а блок на IR2153 в большей степени блок начинающего уровня.

Перейдем к самой конструкции импульсного источника питания. Все собрано по даташиту - типичный полумост, две емкости полумоста, которые постоянно находятся в цикле заряд/разряд. От емкости этих конденсаторов будет зависеть мощность схемы в целом (ну разумеется не только от них). Расчетная мощность именно этого варианта составляет 300 ватт, мне больше и не нужно, сам блок для запитки двух каналов унч. Емкость каждого из конденсаторов 330мкФ, напряжение 200 Вольт, в любом компьютерном блоке питания как раз стоят такие конденсаторы, по идее схематика комповых бп и нашего блока в чем то схоже, в обеих случаях топология - полумост.

На входе блока питания тоже все как положено - варистор для защиты от перенапряжений, предохранитель, сетевой фильтр ну и разумеется выпрямитель. Полноценный диодный мост, который можно и взять готовый, главное, чтобы мост или диоды имели обратное напряжение не менее 400 Вольт, в идеале 1000, и с током не менее 3Ампер. Разделительный конденсатор - пленка, 250 В а лучше 400, емкость 1мкФ, к стати - тоже можно найти в компьютерном блоке питания.

Трансформатор Рассчитан по программе, сердечник от компового бп, габаритные размеры увы указать не могу. В моем случае первичная обмотка 37 Витков проводом 0,8мм, вторичная 2 по 11 витков шиной из 4-х проводов 0.8мм. С таким раскладом выходное напряжение в районе 30-35 Вольт, разумеется, намоточные данные будут у всех разные, в зависимости от типа и габаритных размеров сердечника.

Существует множество схем ИИП, особенно на просторах интернета, а вот рабочих мало, единицы. Сколько было собрано, сколько сожжено дорогостоящих полевых транзисторов и микросхем! Некоторые блоки удавалось заставить работать, некоторые нет. Приведенная ниже схема начинает работать сразу, некритична к выбору деталей, практически не дает помех, доступна для сборки даже начинающим радиолюбителям.

На первый взгляд схема кажется сложной, но при поблочном рассмотрении все становится ясно и просто. Все детали недороги, легкодоступны, имеют множество замен, большинство деталей имеется в компьютерных блоках питания. Было собрано четыре блока, разной конфигурации, на разных печатных платах, все заработали сразу и работают до сих пор. Последний блок предназначен для известного усилителя « ». За основу взята схема , дополнена устройством плавного запуска, переведена на современную элементную базу. Некоторые элементы были перерасчитаны для получения большей мощности и снижения пульсаций выпрямленного напряжения.

Технические характеристики:
Номинальная мощность: 500Вт
Частота преобразования: 100 кГц
Выходное напряжение: +/ - 65В
КПД 0,75

Мощность блока при использовании этих же деталей легко может достигать 800Вт, требуется только перерасчет трансформатора ТР2.

Краткое описание работы

Задающий генератор собран на элементах DD1, подстроечным резистором частота меняется в пределах 100-200 кГц. Триггер на элементе DD2 снижает частоту вдвое и формирует импульсы с более крутыми фронтами. Через комплементарный эмиттерный повторитель на транзисторах VT3 – VT4 импульсы проходят на трансформатор ТР1 и управляют мощными транзисторами VT5,VT6. Задающий генератор питается от отдельного стабилизатора собранного на элементах С5,С6,С7,С8 диодах D7-D10 и транзисторе VT2. Устройство плавного запуска выполнено на тиристоре VD1. При включении блока в сеть, конденсатор фильтра C10 заряжается через резистор R5. Конденсатор С4 заряжается через резисторы R3 R4. При достижении на этом конденсаторе напряжения примерно 1В, тиристор открывается и шунтирует R5.
Сетевой фильтр и выпрямитель особенностей не имеют. За выпрямителем следует транзисторный фильтр на транзисторе VT1, который уменьшает пульсации выпрямленного напряжения в 125 раз, для того, что бы исключить модуляцию прямоугольного сигнала напряжением частотой 100Гц.

Напряжение, полученное с трансформатора ТР2 (обмотки 2 и 3) выпрямляется диодным мостом D13-D16 и через дроссель L2 поступает на выходной фильтр C16,C17,L3,L4,C18,C19,C20,C21. Дроссель L2 необходим главным образом для ограничения зарядного тока через диоды моста, т.к. в выходном фильтре применены конденсаторы большой емкости. Более подробно с работой схемы можно ознакомиться в .

Принципиальная схема:

Конструкция и детали

Конструктивно блок выполнен на трех печатных платах: на одной - силовая часть блока с устройством плавного запуска и транзисторным фильтром, на другой - задающий генератор с собственным блоком питания, на третьей трансформатор ТР2 и выходной фильтр. Выходной фильтр может быть собран непосредственно на плате усилителя, тогда ТР2 крепится к шасси. Компановка может быть различной. Рисунки печатных плат 1 и 2 прилагаются. Ввиду чрезвычайной простоты плата выходного фильтра не разрабатывалась. При использовании разных деталей (диоды, конденсаторы) рисунок платы будет индивидуальным в каждом конкретном случае. Конденсаторы С14, С15 и резисторы R4,R5,R7,R11,R12 установлены на плате стоя. Конденсаторы С14, С15 и резисторы R11,R12 в верхней точке соединяются и образуют точку подключения нижнего по схеме вывода обмотки 1 трансформатора ТР2. Тиристор VD1 и транзистор VT1 установлены на одном радиаторе через изолирующие прокладки. При использовании тиристора в другом корпусе можно установить его на отдельный радиатор.
При сборке нужно стараться все соединения делать возможно короче.

О деталях

Микросхемы серии 511 заменять другими не следует. Можно использовать импортный аналог: для К511ЛА1 аналогом является Н102, для К511ТВ1 аналог Н110.

Транзисторы. На месте транзисторов VT3, VT4 можно использовать практически любые высокочастотные транзисторы: ВС639 и ВС640, ВС635 и ВС636, ВС337 и ВС638, КТ 315 и КТ361, КТ502 и КТ503 и др. желательно только подобрать их с наибольшим коэффициентом усиления.

Транзисторы VT5,VT6 лучше выбрать в большом корпусе. При использовании транзисторов в корпусе ТО-220 необходимо скорректировать печатную плату. Можно их сделать и выносными. Для замены подойдут транзисторы серии 2SC – 3996 – 3998, 5144, 2204, 3552, 3042, 3306, 5570, 2625 и др. с напряжением не менее 400В и током коллектора не менее 10А. Их желательно подобрать с близким коэффициентом усиления. При установке этих транзисторов на общий радиатор надо использовать слюдяные прокладки смазанные пастой КТП-8. Площадь радиатора для каждого транзистора должна быть не менее 65см2. Транзистор VT1 можно заменить на КТ898А или А1. Это транзисторы дарлингтона, стоят в коммутаторах транзисторных систем зажигания. Можно поставить транзисторы серии 2SC указанные выше, но придется установить их на отдельный радиатор площадью не менее 150см2. Кроме того придется пересчитать вторичную обмотку трансформатора ТР2, т.к. на транзисторе будет потеря напряжения порядка 20В. Лучше самостоятельно сделать составной транзистор, добавив еще один, например MJE13005,13007,13009 и т.п. Участок схемы приводится. Вместо транзистора КТ815Г можно поставить КТ817Г или BD135, BD137, BD139.

Фрагмент:

Диоды. Диодный мост BR1010 можно заменить на другой, не менее 10А - 400В или отдельные диоды с такими же характеристиками. Мост снабжен небольшим радиатором.
Диоды D11,D12 – любые быстрые на напряжение не менее 400В. Подойдут FR104 – 107, FR154 - FR157, SF16, из отечественных можно поставить КД104А. D5 – FR157, SF16. Диоды 1N4007 можно заменить на КД105Г или другие на ток более 0,5А и напряжением 400В и больше. Диоды КД2997А,Б можно заменить на КД2999А,Б или импортные быстрые диоды с напряжением не менее 200В и током 15 - 20А. В крайнем случае, можно поставить КД213, но по две штуки в плечо параллельно. Из импортных подойдут 15ETH06, 30ETH06, 30EPH06, BYW29-500 и др. Диоды Шоттки можно использовать, если выходное напряжение не превышает 60В. Смотрите даташиты.

Стабилитрон D17 любой на 15В, например КС515 или импортный. Можно составить из двух, например КС175А, Д814А.

Тиристор ВТ151 можно заменить другим с максимальным током не менее 10А и напряжением 400В, например КУ202Н1.

Конденсаторы С2,С3С5,С9,С13-С19 пленочные, С1,С12 – керамика. Конденсаторы С14, С15 можно поставить и меньшей емкости, но не менее 1мкФ. Они должны быть одинаковы и обязательно пленочными, на напряжение не менее 250В. Емкость С2,С3,С9 не критична и ее можно менять. Лучше в большую сторону. Конденсатор С10 составлен из двух емкостью 220 и 330 мкФ 400В. Если блок будет иметь другую мощность, эти конденсаторы следует ставить из расчета 1мкФ на 1Вт мощности. Хотя и используется транзисторный фильтр, емкость этих конденсаторов не следует сильно уменьшать, что бы сохранить жесткость нагрузочной характеристики блока. Конденсатор С8 может быть емкостью 100 – 200мкФ. Конденсаторы С16, С17 могут быть составлены из нескольких меньшей емкости, что даже лучше. Чем больше общая емкость – тем лучше, в разумных пределах. Для облегчения работы по высокой частоте конденсаторов С20, С21 желательно припаять непосредственно к их выводам с обратной стороны платы керамические конденсаторы емкостью 0,033 – 0,1мкФ.

Резисторы - указанной на схеме мощности. R1 – желательно многооборотный. R6 служит для разрядки конденсаторов, номинал 390 – 910кОм. Резисторы R11, R12 должны быть одинаковыми и могут быть номиналом от 47 до 200 кОм. Суммарное сопротивление резисторов R3 и R4 должно быть 43 – 46 кОм.

Дроссели и трансформаторы. Дроссель L1 намотан на кольце из феррита марки М2000 наружным диаметром от 20мм. Намотка ведется в один слой сразу двумя проводами диаметром 0.8-1,2 мм до заполнения. Можно использовать и Ш-образный сердечник, например от блока питания телевизора. Не критично. Дроссель L2 намотан проводом диаметром 1,2мм на чашечном сердечнике из феррита марки М2000 диаметром 35 и более мм. Намотка ведется в два провода до заполнения каркаса. Так как дроссель работает на постоянном токе, в зазор необходимо поместить диэлектрическую прокладку толщиной примерно 0,3мм. Можно попробовать намотать на кольцевой сердечник от дросселя групповой стабилизации компьютерного блока питания. Дроссели L3 L4 готовые из компьютерного блока питания, те, что намотаны толстым проводом. Должны быть одинаковыми. Их можно изготовить самостоятельно, намотав 10-20 витков провода диаметром 1.2мм на кусочки круглого феррита от антенны радиоприемника длиной 25мм.

Трансформатор ТР1 изготовлен на кольце из феррита марки М2000 типоразмера 16*8*6 и содержит 90витков провода ПЭЛШО 0,12 намотанных сразу тремя проводами. Типоразмер, марка провода и число витков не критичны. Для облегчения работы этот трансформатор можно намотать на чашечном магнитопроводе диаметром примерно 20мм так же в три провода. Если нет ничего подходящего, можно намотать и на небольшом Ш-образном ферритовом магнитопроводе.

Самая ответственная часть работы – намотка трансформатора ТР2. Он намотан на сердечнике, состоящего из двух колец типоразмера 40*25*11. Кольца нужно склеить между собой, грани закруглить крупной наждачной бумагой. Затем магнитопровод обматывается двумя слоями лакоткани или фторопластовой ленты. Первичная обмотка намотана в два провода (в параллель) диаметром 0,8мм и содержит 26 витков, равномерно распределенных по кольцу. Поверх первичной обмотки снова два слоя лакоткани. Вторичная обмотка(2,3) мотается в три провода диаметром 0,8мм и содержит 2*13 витков. Порядок работы таков: берем провод необходимой длины, складываем его в 6 слоев, слегка скручиваем для удобства, и мотаем 13 витков равномерно поверх первичной обмотки. Затем прозвонкой разделяем его на две части и соединяем начало одной части с концом другой. Так мы получим две обмотки в три провода и точку соединения. Снова обматываем все лакотканью. Готовый трансформатор можно пропитать парафином, нитролаком или эпоксидной смолой. Но в последнем случае он получится неразборным. Для более точного подбора напряжения необходимо сразу после намотки первичной обмотки намотать 10 витков любого провода, подключить к диодному мосту и замерить напряжение. Затем вычислить необходимое количество витков. Получается примерно 5В на один виток.

При намотке всех дросселей и трансформаторов крайне важно соблюдать начала и концы обмоток. Начала обмоток на схеме помечены точками.

Если нужны другие выходные напряжения, нужно пересчитать количество витков вторичной обмотки. Обмоток может быть и несколько. Если нужно рассчитать трансформатор ТР2 на другую мощность или на другой магнитопровод, необходимо воспользоваться .

Из многих программ выбрана именно эта, как простая и дающая реальные достоверные результаты.

Налаживание начинаем с генератора импульсов. Для этого к сети подключаем только маленькую печатную плату, отдельно от большой. Осциллографом наблюдаем на обмотках 2 и 3 трансформатора ТР1 противофазные прямоугольные импульсы. Затем резистором R1 устанавливаем частоту этих импульсов равной 100 кГц. У многих нет осциллографа, что делать? Берем плату с припаянным сетевым проводом и идем в ближайшее телеателье. Наверняка не откажут в одном измерении. После этого можно подключать и силовую часть блока питания. Сделать это лучше включив в разрыв сетевого провода лампу накаливания мощностью 75-100 Вт. Лампа должна кратковременно загореться и погаснуть. Если горит постоянно, проверяйте правильность сборки. Если все в норме – лампу убираем. Блок без нагрузки включать нельзя, поэтому на время проверки нагрузим его двухватными резисторами 500-600 Ом. Измеряем выходные напряжения. Если напряжения отличаются от расчетных, измерьте напряжение сети – возможно, оно сильно отличается от 220В. Проверяем работу устройства плавного запуска. Для этого подключаем авометр параллельно резистору R5. При включении блока прибор должен показать постоянное напряжение порядка 30В. Через одну-две секунды напряжение должно почти полностью исчезнуть. Параллельно конденсатору С2 можно включить варистор, например JVR-7N391K, или другой, на напряжение около 400В. Отверстия в печатной плате имеются. Блок защищен предохранителем 8А.

Литература:
«РАДИО» №1 1987г. стр.35-37

Список радиоэлементов

кликните по картинке чтобы увеличить

Управляющим контроллером в данном блоке питания служит TL494. После контроллера стоит полумостовой драйвер IR2110, который собственно и управляет затворами силовых транзисторов. Использование драйвера позволило отказаться от согласующего трансформатора, широко используемого в компьютерных блоках питания. Драйвер IR2110 нагружен на затворы через ускоряющие закрытие полевиков цепочки R24-VD4 и R25-VD5.
Силовые ключи VT2 и VT3 работают на первичную обмотку силового трансформатора. Средняя точка, необходимая для получения переменного напряжения в первичной обмотке трансформатора формируется элементами R30-C26 и R31-C27.
Последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора включен трансформатор тока TV1, позволяющий контролировать протекающий через силовые ключи ток и строить на этом токовую защиту. Кроме этого используя выходное напряжение с трансформатора тока можно управлять оборотами вентилятора принудительного охлаждения (VT4).
Стабилизация силовых напряжений производится при помощи дросселя групповой стабилизации L1.
Емкость фильтров первичного питания рассчитывается из отношения 1 мкФ на 1 Вт выходной мощности, а силовые транзистора должны иметь максимальный ток минимум на 30% больше чем ток, протекающий через первичную обмотку силового трансформатора при максимальной мощности.
Несколько слов об алгоритме работы данного блока питания:
В момент подачи сетевого напряжения 220 В емкости фильтров первичного питания С15 и С16 заражаются через резисторы R8 и R11, что не позволяет перегрузиться мосту VD током короткого замыкания полностью разряженных С15 и С16. Одновременно происходит зарядка конденсаторов С1, С3, С6, С19 через линейку резисторов R16, R18, R20 и R22, стабилизатор 7815 и резистор R21.
Как только величина напряжения на конденсаторе С6 достигнет 12 В стабилитрон VD1 "пробивается" и через него начинает течь ток заряжая конденсатор C18 и как только на плюсовом выводе этого конденсатора будет достигнута величина достаточная для открытия тиристора VS2 он откроется. Это повлечет включение реле К1, которое своими контактами зашунтирует токоограничивающие резисторы R8 и R11. Кроме этого открывшийся тиристор VS2 откроет транзистор VT1 и на контроллер TL494 и полумостовой драйвер IR2110. Контроллер начнет режим мягкого старта, длительность которого зависит от номиналов R7 и C13.
Во время мягкого старта длительность импульсов, открывающих силовые транзисторы, увеличиваются постепенно, тем самым постепенно заряжая конденсаторы вторичного питания и ограничивая ток через выпрямительные диоды. Стабилизация выходного напряжения происходит путем изменения длительности импульсов управления силовыми транзисторами при неизменной частоте. Это возможно лишь при условии, когда величина вторичного напряжения силового трансформатора выше требуемой на выходе стабилизатора минимум на 30%, но не более 60%. При увеличении нагрузки выходное напряжение начинает уменьшаться, светодиод оптрона начинает светиться меньше, транзисторы оптрона закрывается, тем самым увеличивая длительность импульсов управления до тех пор, пока действующее напряжение не достигнет величины стабилизации. При уменьшении нагрузки напряжение начнет увеличиваться, светодиод оптрона IC1 начнет светиться ярче, тем самым открывая транзистор и уменьшая длительность управляющих импульсов до тех пор, пока величина действующего значения выходного напряжения не уменьшиться до стабилизируемой величины. Величину стабилизируемого напряжения регулируют подстроечным резистором R26.
Следует отметить, что контроллером TL494 регулируется не длительность каждого импульса в зависимости от выходного напряжения, а лишь среднее значение, т.е. измерительная часть имеет некоторую инерционность. Однако даже при установленных конденсаторах во вторичном питании емкостью 2200 мкФ провалы питания при пиковых кратковременных нагрузках не превышают 5 %, что вполне приемлемо для аппаратуры HI-FI класса. Мы же обычно ставим конденсаторы во вторичном питании 4700 мкФ, что дает уверенный запас на пиковые значения, а использование дросселя групповой стабилизации L1 позволяет контролировать все выходные напряжения.
Данный импульсный блок питания оснащен защитой от перегрузки, измерительным элементом которой служит трансформатор тока TV1. Как только ток достигнет критической величины, открывается тиристор VS1 и зашунтирует питание оконечного каскада контроллера. Импульсы управления исчезают, и блок питания переходит в дежурный режим, в котором может находиться довольно долго, поскольку тиристор VS2 продолжает оставаться открытым - тока протекающего через резисторы R16, R18, R20 и R22 хватает для удержания его в открытом состоянии.
Для вывода блока питания из дежурного режима необходимо нажать кнопку SA3, которая своим контактами зашунтирует тиристор VS2, ток через него перестанет течь и он закроется. Как только контакты SA3 разомкнуться транзистор VT1 закроется, тем самым снимая питание с контроллера и драйвера. Таким образом схема управления перейдет в режим минимального потребления - тиристор VS2 закрыт, следовательно реле К1 выключено, транзистор VT1 закрыт, следовательно контроллер и драйвер обесточены. Конденсаторы С1, С3, С6 и С19 начинают заряжаться и как только напряжение достигнет 12 В откроется тиристор VS2 и произойдет запуск импульсного блока питания.
При необходимости перевести блок питания в дежурный режим можно воспользоваться кнопкой SA2, при нажатии на которую будут соединены база и эмиттер транзистора VT1. Транзистор закроется и обесточит контроллер и драйвер. Импульсы управления исчезнут, исчезнут и вторичные напряжения. Однако питание не будет снято с реле К1 и повторного запуска преобразователя не произойдет.
Немного о деталях:
Силовой трансформатор мы изготавливаем на сердечниках от строчных трансформаторов телевизоров. Однако схожие параметры можно получить и на ферритовых кольцах, правда частоту преобразования не стоит поднимать выше 70 кГц, поскольку даже уже на этой частоте феррит 2000 начинает греться из за внутренних потерь. В качестве дросселя групповой стабилизации мы используем сердечник от ТПИ. Обмотки располагаются встречно, как показано на принципиальной схеме. Сечение проводников рассчитывается из отношения 3-4 А на мм кв. Обмотки наматываются до заполнения окна. В случае использования в качестве сердечника для дросселя групповой стабилизации ферритового кольца лучше использовать кольцо К40х25х11. Обмотки мотаются до уменьшения отверстия внутри до 14...16 мм. В качестве дополнительных фильтрующих индуктивностей мы используем сердечники от фильтров сетевого питания телевизоров, но эти фильтры можно намотать и на кольцах диаметром 20...25 мм. Обмотка мотается до заполнения, тем же проводом, что и дроссель групповой стабилизации.
Для регулировки в качестве нагрузки следует все силовые напряжения нагрузить резисторами мощностью 2 Вт и сопротивлением 4,7к...6,8к. При выходном напряжении 60...90 В это будет имитировать ток покоя усилителей мощности. При более низком выходном напряжении сопротивление следует немного уменьшить.

Всем доброго времени. Позвольте представить силовой инвертор для питания мощного аудиоусилителя. К сожалению, особенно хорошо повторяемых. Поэтому решено было сделать такой источник питания с нуля. Потребовалось немало времени, чтобы проектировать, построить и протестировать этот ИБП. И вот, проведя последние испытания (все тесты прошли успешно) можно сказать что проект закончен и его можно выставить на суд уважаемой радиолюбительской аудитории сайта 2 Схемы.ру

Проект этого инвертора отлично подходит для , собственно для него он и разрабатывался. Преобразователь не сложен и должен быть успешно собран не слишком продвинутыми электронщиками. Для запуска не требуется даже осциллограф, но конечно это было бы полезно. Основа схемы источника питания — м/с TL494.

Он имеет защиту от короткого замыкания и должен обеспечить непрерывную мощность 250 Вт. Преобразователь также имеет дополнительное выходное напряжение +/- 9..12 В, которое будет использоваться для питания предусилителя, вентиляторов и т.д.

Импульсный БП для усилителя — схема

Преобразователь выполнен в соответствии с этой схемой. Размеры платы 150×100 мм.

Инвертор состоит из нескольких базовых модулей, присутствующих в большинстве похожих БП, таких как блок питания ATX. Предохранитель, термистор и сетевой фильтр, состоящий из C21, R21 и L5, идут к источнику питания переменного тока 220 В. Затем выпрямительный мост D26-D29, входные конденсаторы инвертора C18 и C19 и силовые транзисторы Q8 и Q9 для переключения напряжения на трансформаторе. Силовые транзисторы управляются с помощью дополнительного трансформатора T2 одним из самых популярных ШИМ-контроллеров — TL494 (KA7500). Трансформатор тока Т3 для измерения выходной мощности последовательно соединен с первичной обмоткой. Трансформатор T1 имеет две разделенные вторичные обмотки. Одна из них формирует напряжение 2×35 В, а другая 2×12 В. На каждой из обмоток есть фаст диоды D14-D17 и D22-D25, которые в общей сложности образуют 2 выпрямительных моста.

После нагрузки линии +/- 34 В резистором 14 Ом, напряжение падает до +/- 31 В. Это довольно хороший результат для такого небольшого ферритового сердечника. Через 5 минут диоды D22-D25, основной трансформатор и MOSFET нагревались до температуры порядка 50C, что вполне безопасно. После подключения двух каналов TDA7294 напряжение упало до +/- 30 В. Инверторные элементы нагревались подобно резистивной нагрузке. После экспериментов выходная цепь оснащена конденсаторами 2200uF и дросселями 22uH / 14A. Падение напряжения немного выше, чем в случае с 6.8uH, однако их использование явно уменьшает нагрев МОП-транзисторов.

Выходное напряжение под нагрузкой обоих выходов с лампочками мощностью 20 Вт:

Принцип работы импульсного блока питания

Напряжение 220 В выпрямляется мостом с диодами D26-D29. Входные конденсаторы C18 и C19 заряжаются до общего напряжения 320 В, а поскольку инвертор работает в полумостовой системе, они делят их на половину, что дает 160 В на конденсатор. Это напряжение дополнительно уравновешивается резисторами R16 и R17. Благодаря этому разделению можно подключить трансформатор Т1 к одному каналу. Тогда потенциал между конденсаторами обрабатывается как масса, один конец первичной обмотки подключен к +160 В, другой к -160 В. Напряжение переключения первичной обмотки трансформатора Т1 осуществляется с помощью переменного транзистора N-MOSFET Q8 и Q9.

Конденсатор C10 и первичная обмотка трансформатора тока T3 расположены последовательно с первичной обмоткой. Конденсатор связи не нужен для функционирования схемы, но он играет очень важную роль — защищает от несбалансированного потребления энергии от входных конденсаторов и, следовательно, перед зарядкой одного из них до более чем 200 В. Трансформатор тока Т3, также расположенный последовательно с первичной обмоткой, действует как защита от короткого замыкания. Трансформатор тока обеспечивает гальваническую развязку и позволяет измерять величину тока, уменьшенную до точности ее передачи. Его задача — информировать контроллер о величине тока, протекающего через первичную обмотку T1.

Параллельно с первичной обмоткой основного трансформатора имеется так называемая схема гашения импульсов, которую образуют C13 и R18. Она подавляет всплески напряжения, возбуждаемые при переключении силовых транзисторов. Они не опасны для МОП-транзисторов, поскольку их встроенные диоды эффективно защищают от перенапряжения на стоках. Однако всплески напряжения могут отрицательно влиять на эффективность инвертора, поэтому важно их устранить.

Силовые МОП-транзисторы не могут управляться напрямую от контроллера из-за изменения потенциала верхнего транзисторного источника. Транзисторы управляются с помощью специального трансформатора Т2. Это обычный импульсный трансформатор, работающий в двухтактном режиме, открывающий силовые транзисторы. Управляющий трансформатор Т2 имеет на входе набор элементов управления напряжением на обмотках, которые помимо генерирования напряжения, продиктованного контроллером, защищают от возникновения размагничивающего напряжения сердечника. Неконтролируемое напряжение размагничивания удерживало бы транзистор открытым. Элементами, непосредственно ответственными за устранение напряжения размагничивания, являются диоды D7 и D9, а также транзисторы Q3 и Q5. Во время простоя, когда оба МОП-транзистора закрыты, ток протекает через D7 и Q5 (или D9 и Q3) и поддерживает напряжение размагничивания около 1,4 В. Это напряжение безопасно и не может открыть силовой транзистор.

Осциллограмма напряжения на входах MOSFET:

На осциллограмме можно четко видеть момент, когда сердечник ​​перестает размагничиваться диодами D7 и D8 (D6 и D9) и начинает намагничиваться в противоположном направлении транзисторами Q3 и Q4 (Q2 и Q5). В фазе размагничивания сердечника напряжение на затворе Т2 достигает 18 В, а на фазе намагничивания оно падает примерно до 14 В.
Почему не использован один из драйверов типа IR? Прежде всего управляющий трансформатор более надежный, более предсказуемый. IR-драйверы очень капризны и подвержены ошибкам.

На вторичной обмотке основного трансформатора Т1 генерируется переменное напряжение, поэтому необходимо его выпрямить. Роль выпрямителя играют выпрямительные фаст диоды, генерирующие симметричное напряжение. Выходные дроссели расположены за диодами — их присутствие влияет на эффективность инвертора, подавляя всплески заряжающие выходные конденсаторы при включении одного из силовых транзисторов. Далее выходные конденсаторы с резисторами предварительной нагрузки, которые препятствуют подъёма напряжения до слишком высоких значений.

Контроллер импульсного ИП

Контроллер является основой инвертора, поэтому опишем его более подробно. В инверторе использован контроллер TL494 с установленной частотой работы такой же, как и в блоках питания ATX, то есть 30 кГц. Инвертор не имеет стабилизации выходного напряжения, поэтому контроллер работает с максимальным коэффициентом заполнения импульсов, который составляет 85%. Контроллер оснащен системой плавного пуска, состоящей из элементов C5 и R7. После запуска инвертора схема обеспечивает плавное увеличение коэффициента заполнения начиная с 0%, что устраняет всплеск зарядки выходных конденсаторов. TL494 может работать от 7 В, и такое напряжение, подающее буфер управляющего трансформатора Т2, вызывает генерацию напряжения на затворах порядка 3 В. Такие не полностью открытые транзисторы выдадут десятки вольт, что приведет к огромным потерям мощности и существует высокая вероятность превышения опасного предела. Чтобы предотвратить это, сделана защита от слишком высокого падения напряжения. Она состоит из резисторного делителя R4 — R5 и транзистора Q1. После того как напряжение падает до 14,1 В, Q1 разряжает конденсатор плавного пуска, тем самым уменьшая заполнение до 0%.

Другая функция контроллера — защитить инвертор от короткого замыкания. Информация о токе первичной обмотки получается контроллером через трансформатор тока Т3. Ток вторичной обмотки Т3 протекает через резистор R9, на котором падает небольшое напряжение. Информация о напряжении на R9 через потенциометр PR1 поступает на усилитель ошибки TL494 и сравнивается с напряжением резисторного делителя R1 и R2. Если контроллер распознает напряжение выше 1,6 В на потенциометре PR1, он закрывает транзисторы до того, как они пересекут опасный предел и фиксируется через D1 и R3. Силовые транзисторы остаются закрытыми до тех пор, пока инвертор не будет перезапущен. К сожалению, эта защита работает правильно только на линии +/- 35 В. Линия +/- 12 В намного слабее и в случае короткого замыкания может быть недостаточно тока, чтоб защита сработала.

Источник питания контроллера — безтрансформаторный с использованием сопротивления конденсатора. Два конденсатора C20 и C24 потребляют реактивную энергию от сети, и, следовательно, заставляя ток течь, они заряжают фильтрующий конденсатор C1 через выпрямитель D10-D13. Стабилитрон DZ1 защищает от слишком высокого напряжения на C1 и стабилизирует их при 18 В.

Импульсные трансформаторы в БП

Качество и производительность импульсного трансформатора влияют эффективность всего преобразователя и выходное напряжение. Однако трансформатор выполняет функцию не только преобразования электричества, но также обеспечивает гальваническую изоляцию от сети 220 В и, таким образом, оказывает большое влияние на безопасность.

Вот как правильно сделать такой трансформатор. Прежде всего должен быть ферритовый сердечник. Он не может иметь воздушный зазор, его половинки должны отлично соединяться друг с другом. Теоретически здесь можно использовать тороидальный сердечник, но сделать хорошую изоляцию и обмотку будет довольно нелегко.

Рекомендуем брать основной ETD34, ETD29 в крайнем случае, но тогда максимальная непрерывная мощность будет составлять не более 180 Вт. Они стоят немного, поэтому лучшим решением будет получить поврежденный блок питания ATX. На сгоревших источниках питания от ПК в дополнение ко всем необходимым трансформаторам содержится ещё много полезных элементов, в том числе сетевой фильтр, конденсаторы, диоды, а иногда и TL494 (KA7500).

Трансформаторы должны быть осторожно выпаяны с платы блока питания ATX, предпочтительно с помощью термофена. После распайки не пытайтесь разобрать трансформатор, потому что он ​​сломается. Трансформатор следует класть в воду и кипятить. После 5 минут нужно осторожно захватив половинки сердечника через ткань, разделить. Если они не хотят расходиться, не тяните сильно — сломаете! Положить обратно и варите еще 5 минут.

Процесс намотки основного трансформатора должен начинаться с подсчета количества провода, который будет намотан. Из-за постоянной рабочей частоты и заданной максимальной индукции, количество обмоток первички зависит только от площади поперечного сечения основного столба ферритового сердечника. Максимальная индукция ограничена 250 мТ из-за работы в полумостовом режиме — здесь асимметрия намагниченности проста.

Формула для вычисления числа витков:

n = 53 / Qr,

• Qr — площадь поперечного сечения основного стержня сердечника, приведенного в см2.

Таким образом, для сердечника с поперечным сечением 0,5 см2 необходимо наматывать 106 витков, а для сердечника с поперечным сечением 1,5 см2 потребуется только 35. Помните, что не стоит наматывать половину витка — всегда округлите до одного в плюс. Расчет количества обмоток вторички такой же, как и для любого другого трансформатора — отношение выходного напряжения к входному напряжению в точности равно отношению количества вторичных обмоток к числу обмоток первички.

Следующий шаг — рассчитать толщину проводов обмоток. Самое важное, что следует учитывать при расчете толщины проводов, — это необходимость заполнить все окно ядра проволокой — от этого зависит магнитное соединение обмоток трансформатора, и, следовательно, падение выходного напряжения. Полное поперечное сечение всех проводов, проходящих через окно сердечника, должно составлять около 40-50% поперечного сечения основного окна (основное окно — место, где провод проходит через сердечник). Если вы впервые мотаете трансформатор, нужно приблизиться к этим 40%. В расчетах также должны учитываться токи, протекающие через поперечное сечение обмоток. Обычно плотность тока составляет 5 А / мм2, и это значение не стоит превышать, использование более низких плотностей тока является желательным. При моделировании ток первичной стороны составляет 220 Вт / 140 В = 1,6 А, поэтому сечение провода должно быть 0,32 мм2, значит его толщина составит 0,6 мм. На вторичной стороне ток 220 Вт / 54 В будет равен 4,1 А, что приводит к поперечному сечению 0,82 мм и реальной толщине провода 1 мм. В обоих случаях учитывалось максимальное падение напряжения при загрузке. Следует также помнить, что из-за скин-эффекта импульсных трансформаторов толщина провода ограничена рабочей частотой — в нашем случае на 30 кГц максимальная толщина провода составляет 0,9 мм. Вместо провода толщиной 1 мм лучше использовать два более тонких провода. После расчета количества катушек и проводов проверьте, соответствует ли расчетное заполнение медного окна 40-50%.

Первичная обмотка трансформатора должна быть размещена в двух частях. Первая часть первички (из 35 витков) мотается как первая, на пустой каркас. Необходимо сохранить направление обмотки к каркасу — вторая часть обмотки должна быть намотана в том же направлении. После намотки первой части необходимо припаять другой конец к переходному, укороченному штифту, который не входит в плату. Затем наложите 4 слоя изоляционной ленты на обмотку и намотайте всю вторичную обмотку — это означает метод намотки. Это улучшает симметрию обмоток. Следующая вторичная обмотка для напряжения +/- 12 В может быть намотана непосредственно на обмотку +/- 35 В в местах, где было сохранено небольшое количество свободного места, а затем полностью изолирована 4 слоями изоляционной ленты. Конечно также необходимо изолировать места, где концы обмоток приводятся к штифтам корпуса. В качестве последней обмотки намотайте вторую часть первичной обмотки, обязательно в том же направлении, что и предыдущий. После намотки можно изолировать последнюю обмотку, но не обязательно.

Когда обмотки готовы, сложите половинки сердечника. Лучшее и проверенное решение — это соединение изолентой с капелькой клея. Несколько раз обматываем сердечник изоляционной лентой.

Управляющий трансформатор сделан как и любой другой импульсный трансформатор. В качестве сердечника можно использовать небольшой EE / EI, полученный от блоков питания ATX. Также можете купить тороидальный сердечник TN-13 или TN-16. Количество обмоток зависит, как обычно, от поперечного сечения сердечника.

В случае тороидальных формула такая:

n = 8 / Qr,

• где n — количество обмоток первичной обмотки,
• Qr — площадь поперечного сечения сердечника, приведенная в см2.

Вторичные обмотки должны быть намотаны с таким же количеством витков, что и первичные, допускаются только незначительные отклонения. Поскольку трансформатор будет управлять только одной парой МОП-транзисторов, толщина провода не важна, его минимальная толщина составляет менее 0,1 мм. В этом случае 0,3 мм. Первая половина первичной обмотки должна быть намотана последовательно — изоляционный слой — первая вторичная обмотка — изоляционный слой — вторая вторичная обмотка — изоляционный слой — вторая половина первичной обмотки. Направление обмотки обмоток очень важно, здесь MOSFET-ы необходимо включать поочередно, а не одновременно. После намотки соединяем сердечник так же, как и в предыдущем трансформаторе.

Трансформатор тока похож на вышеуказанные. Количество катушек здесь произвольно, в принципе, достаточно количества обмоток вторичной обмотки:

n = 4 / Qr,

• где n — количество обмоток вторичной обмотки,
• Qr — площадь поперечного сечения окружности сердечника, приведенная в см2.

Но поскольку токи тут очень малы, лучше всегда использовать большее количество витков. С другой стороны, более важно поддерживать соответствующее соотношение количества витков обеих обмоток. Если решите изменить это соотношение, придется отрегулировать значение резистора R9.

Вот формула для вычисления R9 в зависимости от количества витков:

R9 = (0.9Ω * n2) / n1,

• где n2 — количество обмоток вторичной обмотки,
• n1 — количество обмоток первичной обмотки.

С изменением R9 также необходимо изменить C7 соответственно. Трансформатор тока легче наматывать на тороидальный сердечник, рекомендуем TN-13 или TN-16. Тем не менее, вы можете сделать трансформатор на Ш-сердечника. Если намотаете трансформатор на тороидальный сердечник, сначала намотайте вторичную обмотку большим количеством витков. Затем изоляционную ленту и, наконец, первичную обмотку проволокой толщиной 0.8 мм.

Описание элементов схемы

Почти все элементы можно найти в блоке питания ATX. Диоды D26-D29 с напряжением пробоя 400 В, но лучше взять немного выше, по меньшей мере 600 В. Готовый выпрямитель можно найти в блоке питания ATX. Диодные мосты для питания контроллера также целесообразно применять не менее 600 В. Но они могут быть дешевыми и популярными 1N4007 или похожими.

Стабилитрон, ограничивающий напряжение питания контроллера, должен выдерживать мощность 0,7 Вт, поэтому его номинальная мощность должна составлять 1 Вт или более.

Конденсаторы C18 и C19 могут использоваться с другой емкостью, но не менее 220 мкФ. Емкость более 470 мкФ также не должна использоваться из-за излишне увеличенного тока при включении инвертора в сеть и больших размеров — они могут просто не влезть на плату. Конденсаторы C18 и C19 также находятся в каждом блоке питания ATX.

Силовые транзисторы Q8 и Q9 — очень популярные IRF840, доступные в большинстве электронных магазинов по 30 рублей. В принципе, вы можете использовать другие МОП-транзисторы на 500 В, но это повлечет изменение резисторов R12 и R13. Установленные на 75 Ом обеспечивают время открытия / закрытия затвора около 1 мкс. В качестве альтернативы, их можно заменить либо на 68 — 82 Ома.

Буферы перед входами MOSFET и управляющим трансформатором I, на транзисторах BD135 / 136. Здесь могут использоваться любые другие транзисторы с напряжением пробоя выше 40 В, такие как BC639 / BC640 или 2SC945 / 2SA1015. Последний может быть выдран из блоков питания ATX, мониторов и т. д. Очень важным элементом инвертора является конденсатор C10. Это должен быть полипропиленовый конденсатор, адаптированный к большим импульсным токам. Такой конденсатор находится в блоках питания ATX. К сожалению, иногда он является причиной отказа источника питания, поэтому нужно тщательно его проверить прежде чем паять в схему.

Диоды D22-D25, которые выпрямляют напряжение +/- 35 В, использованы UF5408, подключенные параллельно, но лучшим решением было бы использовать одиночные диоды BY500 / 600, которые имеют более низкое напряжение падения и более высокий номинальный ток. Если возможно, эти диоды должны быть спаяны на длинных проводах — это улучшит их охлаждение.

Дроссели L3 и L4 намотаны на тороидальные порошковые сердечники из источников питания ATX — они характеризуются преобладающим желтым цветом и белой окраской. Достаточны сердечники диаметром 23 мм, 15-20 витков на каждом из них. Однако испытания показали, что они не нужны — инвертор работает и без них, достигает своей мощности, но транзисторы, диоды и конденсатор C10 становятся более горячие из-за импульсных токов. Дроссели L3 и L4 повышают эффективность инвертора и снижают частоту отказов.

Выпрямители D14-D17 +/- 12 В оказывают большое влияние на эффективность этой линии. Если эта линия будет питать предусилитель, дополнительные вентиляторы, дополнительный усилитель для наушников и, например, индикатор уровня, диоды должны использоваться по крайней мере на 1 A. Однако, если линия +/- 12 В будет питать только предусилитель, который тянет до 80 мА, даже можно использовать тут 1N4148. Дроссели L1 и L2 практически не нужны, но их присутствие улучшает фильтрацию помех от электросети. В крайнем случае вместо них можно использовать резисторы на 4,7 Ом.

Ограничители напряжения R22 и R23 могут состоять из серии силовых резисторов, соединенных последовательно или параллельно, чтобы получить один резистор с более высокой мощностью и соответствующее сопротивление.

Запуск и настройка инвертора

После травления плат начните сборку элементов, начиная от самых маленьких до самых больших. Необходимо припаять все компоненты, кроме дросселя L5. После завершения сборки и проверки платы установите потенциометр PR1 в крайнее левое положение и подключите сетевое напряжение к разъему INPUT 220 В. На конденсаторе C1 должно присутствовать напряжение 18 В. Если напряжение останавливается примерно на уровне 14 В, это означает проблему управления трансформатором или силовыми транзисторами, то есть короткое замыкание в цепи управления. Владельцы осциллографа могут проверить напряжение на транзисторных затворах. Если контроллер работает правильно, проверьте правильность переключения MOSFET.

После включения питания 12 В и источника питания контроллера на линии +/- 35 В должно появиться +/- 2 В. Такое дело означает, что транзисторы контролируются должным образом, поочередно. Если лампочка на блоке питания 12 В была включена и на выходе не было напряжения, это означало бы, что оба силовых транзистора открываются одновременно. В этом случае управляющий трансформатор должен быть отсоединен, а провода одной из вторичных обмоток трансформатора должны быть поменяны. Далее припаять трансформатор назад и повторить попытку с источником питания 12 В и лампой.
Если тест пройдет успешно и получим на выходе +/- 2 В, можно отключить источник питания лампы и припаять индуктивность L5. С этого момента инвертор должен работать от сети 220 В через лампу на 60 Вт. После подключения к сети лампочка должна кратковременно мигнуть и немедленно полностью отключиться. На выходе должно появиться +/- 35 и +/- 12 В (или другое напряжение в зависимости от соотношения оборотов трансформатора).

Загрузить их небольшой мощностью (например от электронной нагрузки) для тестирования и лампочка на входе начнет немного светиться. После этого теста нужно переключить инвертор непосредственно на сеть, а на линию +/- 35 В подключить нагрузку с сопротивлением около 20 Ом для проверки мощности. PR1 следует отрегулировать так, чтоб инвертор не отключается после зарядки нагревателя. Когда инвертор начнет нагреваться, вы можете проверить падение напряжения на линии +/- 35 В и рассчитать выходную мощность. Для проверки силовой мощности инвертора достаточно 5-10-минутного теста. За это время все компоненты инвертора смогут нагреться до их номинальной температуры. Стоит измерить температуру радиатора MOSFET, она не должна превышать 60C при температуре окружающей среды 25C. Наконец, необходимо нагрузить инвертор усилителем и установить потенциометр PR1 как можно больше влево, но чтобы инвертор не выключался.

Инвертор может быть адаптирован к любым потребностям по питанию различных УМЗЧ. При проектировании пластины старались, чтобы она была как можно более универсальной, для монтажа различных типов элементов. Расположение трансформатора и конденсаторов позволяет монтировать довольно большой радиатор МОП-транзисторов по всей длине платы. После надлежащего изгиба выводов диодных мостов, их можно установить в металлический корпус. Увеличение теплоотвода позволяет увеличить мощность преобразователя теоретически до 400 Вт. Затем необходимо использовать трансформатор на ETD39. Для этого изменения конденсаторы C18 и C19 требуются на 470 мкФ, C10 на 1.5-2.2 мкФ и использование 8 диодов BY500.

Импульсный блок питания для УНЧ сконструирован для обеспечения напряжением питания двух канальный УМЗЧ. БП рассчитан на работу усилителя с выходной мощностью 200 Вт на каждый канал. Данное устройство состоит из двух печатных плат. На одной плате реализован фильтр сетевого напряжения, электромагнитное реле, трансформатор, диодный мост с фильтрующим конденсатором 1000 мкФ х 25v в его цепи. На другой плате собран модуль управления, трансформатор выпрямителя, а также в цепи фильтра конденсаторы и дроссели.

Биполярные транзисторы КТ626, а также мощные 2SK1120 MOSFET либо КП707В2 должны быть установлены на радиаторах с достаточной площадью рассеивания тепла. Наиболее эффективными радиаторами охлаждения являются теплоотводы из толстого алюминия, прошедшие фрезерную обработку. Их эффективность заключается в том, что помимо охлаждения электронных компонентов, они еще являются боковыми элементами корпуса усилителя. Модуль управления мощными выходными ключами смонтирован на небольшой самостоятельной плате, которая в свою очередь вмонтирована в модуль выпрямителя.

Модернизация ИБП

Чтобы обеспечить более корректную и надежную работу конструкции, импульсный блок питания для УНЧ был несколько модернизирован. В частности во вторичных обмотках трансформатора были установлены шунты в виде подавляющей помехи RC-цепи. Также была увеличена емкость фильтрующих конденсаторов до 10000 мкФ х 50v и зашунтированны конденсаторами 3,3 мкф 63v. Которые имеют очень малые потери и высокое сопротивление изоляции. Защита на входе не была задействована, но в случае необходимости ее можно применить в качестве защиты от пикового тока. Для этого нужно подать сигнал на вход из цепи шунта либо от трансформатора по току.

Предупреждение

Особое внимание! Все силовые тракты данного блока питания, за исключением вторичных цепей, находятся по высоким потенциалом сетевого напряжения, представляющего опасность для жизни! В процессе налаживания конструкции необходимо соблюдать максимально возможную осторожность. Желательно при настроечных работах, устройство подключить к сети через разделительный трансформатор.

Перед тем как впервые запустить импульсный блок питания, предохранитель на 2А в цепи напряжения 320v устанавливать пока не нужно. Вначале нужно произвести отладку схемы управления, а уже потом на место предохранителя 2А устанавливается лампа накаливания 220v мощностью 60 Вт. Но наиболее эффективный способ, при котором гарантируется целостность транзисторов — это включить устройство через понижающий напряжение трансформатор. Только когда полностью будет выполнены наладочные работы, тогда предохранитель ставится на место. Теперь импульсный блок питания можно испытать с нагрузкой.

На снимке: модуль инвертора, выпрямителя и цепи фильтров

На снимке: модуль фильтра сетевого напряжения и выпрямителя

На снимке: компоновка силовых ключей и диодов

Трансформатор

Трансформатор Т1 намотан на трех кольцах диаметром 45 мм из феррита 2000НМ1. Первичная обмотка содержит 2×46 витков изолированного провода 0,75 мм2 (мотается сразу двумя проводами). Вторичная обмотка намотана косой из 16 проводов диаметром 0,8 мм. Она содержит шесть витков, после намотки она делится на две группы, начала одной группы соединяются с конном другой. Дроссели DB3 и DR2 намотаны на ферритовом стержне 8 мм и выполнены проводом D=1,2 мм.