Вибрационный источник питания

May 29, 2010 by admin Комментировать »

Предшественником современного полупроводникового преобразователя был вибрационный источник питания. Эти источники первоначально были разработаны для питания автомобильных радиоприемников. Однако ра­диолюбители часто модифицировали их с целью увеличения выходной мощности своих мобильных радиостанций. Вибрационные источники пи­тания обычно имели к.п.д. около 70 процентов. Продолжительность сро­ка службы ограничивали сами вибраторы, поэтому они разрабатывались как сменные блоки, которые можно заменить так же легко, как элект­ронные лампы. Некоторые типы имели экзотические металлические кон­такты и были герметизированы. Специальные вибраторы помещались в вакуумный баллон. Продолжительные научно-исследовательские разра­ботки позволили достичь высокого технического уровня вибраторов прежде, чем полупроводниковая техника сделала их ненужными. Хотя их использование сократилось, они все еще могут быть полезны экспери­ментаторам и тем, кто просто увлечен электроникой. Иногда они исполь­зуются в измерительных приборах, типа счетчиков Гейгера и в перенос­ных ультрафиолетовых лампах.

В любом случае, краткий обзор вибрационных источников питания поможет понять природу более сложных инверторов и преобразователей. Механический вибратор подобен полупроводниковому в том, что оба по­дают на трансформатор прерывистый постоянный ток. Следовательно, оба генерируют переменное напряжение, имеющее прямоугольную форму.

Схема, показанная на рис. 1.2 является инвертором, который обыч­но связывают с выходным выпрямителем и фильтром, позволяющими получить постоянное напряжение для питания радиоприемника. Когда выключатель 5*1 разомкнут, контакт, закрепленный на якоре, занимает «нейтральную» позицию. Когда S\ замыкают, магнитный поток в со­леноиде притягивает железный якорь, и верхний контакт вибратора со­единяется с подвижным. Таким образом, ток проходит через верхнюю половину первичной обмотки трансформатора Л, имеющей отвод от се­редины. Но при этом происходит короткое замыкание соленоида, что позволяет якорю отскочить. Благодаря инерции якорь проскакивает ней­тральное положение, при этом подвижный контакт замыкается с ниж­ним. Ток теперь проходит через нижнюю половину первичной обмотки трансформатора. Однако якорь не может оставаться в этом положении из-за своей упругости и из-за влияния вновь появляющегося магнитного поля соленоида. В результате якорь возвращается обратно и снова за­мыкает верхний контакт с подвижным. Эта последовательность событий повторяется, и попеременное замыкания контактов формирует «проти­вофазные» напряжения на первичной обмотке трансформатора.

clip_image002

Рис. 1.2. Вибрационный инвертор.

При соответствующей конструкции эти вибраторы могут формиро­вать во вторичной обмотке трансформатора напряжение, имеющее сим­метричную прямоугольную форму (меандр). Чаще всего Л — повышаю­щий трансформатор, потому что конечная цель этих источников пита­ния – получить напряжение 200 В или близкое к нему из низковольт­ного аккумулятора автомобиля. Частота колебаний составляет от 50 до нескольких сотен герц в зависимости от конкретного применения и со­стояния батареи. (Инверторы для автомобильных радиоприемников обычно «гудели» с частотой около 120 Гц. Вибратор часто уплотнялся фетром или другим звукопоглощающим материалом, чтобы ослабить из­даваемый ими шум.)

Включенная во вторичную обмотку трансформатора Т1 /?С-цепь, на­зывается буферной (демпфирующей) цепью. Правильный выбор R и С при­водит к минимальному искрению контактов и значительно уменьшает выбросы в сформированном колебании. Это уменьшает «мусор» на выхо­де источника питания. Однако на входе и на выходе источника питания обычно необходимо включать дополнительные радиочастотные фильтры в виде дросселей и блокировочных конденсаторов, чтобы обеспечить дос­таточно чистую работу радиоприемника. Номинальные значения для R и С составляют соответственно 1000 Ом и 0.01 мкФ. Тот же эффект мож­но получить при более высокой емкости конденсатора С и более низком сопротивлении резистора R в первичной обмотке, при условии, что Т\ -повышающий трансформатор. Конструкция трансформатора Т\ «стан­дартная» в том смысле, что исключает глубокое магнитное насыщение. Иногда используются электростатические экраны между первичной и вторичной обмотками. Кроме того, достаточно хорошие результаты дает заземление сердечника.

В источнике питания автомобильного радиоприемника использова­лись различные двухполупериодные выпрямители, хотя это не показано на рис. 1.2. Эти устройства содержали газоразрядные лампы с холодным катодом (тиратроны), кенотроны, или селеновые выпрямители. Совре­менный вариант такого источника питания использовал бы кремниевые диоды, включенные, скорее всего, в виде мостовой схемы. Такие схемы действительно использовались недавно в электронных вспышках для фо­тографии. В таких вспышках применялись также однополупериодные выпрямители и схемы умножения напряжения.

Синхронный вибропреобразователь. Конструкция вибратор – трансфор­матор, показанная на рис. 1.3, является преобразователем постоянного на­пряжения в постоянное, не нуждающимся в использовании кенотронов, тиратронов или полупроводниковых диодов в выпрямителе. Это возможно потому, что выпрямление осуществляется с помощью дополнительных контактов, управляемых синхронно с прерыванием тока в первичной об­мотке. Такой способ выпрямления имел неоспоримые преимущества до тех пор, пока не появились недорогие германиевые и кремниевые выпрями­тельные диоды. Введение дополнительных контактов, кроме преимуществ, свойственных этому методу, создает проблемы относительно надежности и продолжительности жизни вибратора. Если Вы все-таки решили использо­вать вибратор, то, возможно, наиболее разумным будет повысить надеж­ность контактов первичной обмотки и использовать более простой инвер­тор (рис. 1.2) с кремниевым двухполупериодным выпрямителем.

clip_image004

Рис. 1.3. Схема синхронного вибропреобразователя.

Механическая система зажигания. Катушка зажигания с вибратором была хорошо известны как часть системы зажигания автомобиля Форд-Т. Кроме того, такая система использовалась и в других автомобилях старых моделей. Хотя можно предположить, что этот метод груб и при­митивен, тем не менее следует обратить внимание на то, что одной из задач современных полупроводниковых систем зажигания является под­держание их надежности на уровне, свойственном механическим систе­мам зажигания. Причина этого состоит в том, что система зажигания сталкивается с задачей, диаметрально противоположной задаче, посто­янно присутствуюш^ей в современных инверторах; в то время как в ин­верторах мы пытаемся демпфировать или подавлять переходные процес­сы, катушка механической системы зажигания сделана оптимальной с точки зрения использования быстропротекающих колебаний. На рис. 1.4 видно, что катушка зажигания мало чем отличается от вибрационного источника питания, описанного ранее, за исключением того, что вибра­тор приводится в действие магнитным полем, создаваемым самим сер­дечником трансформатора. Таким же образом использовали поток рас­сеяния сердечника трансформатора некоторые вибрационные источни­ки питания.

Основная идея механической системы зажигания состояла в том, чтобы достигнуть очень высокой скорости изменения тока в первичной обмотке. Согласно закону самоиндукции, размыкание контактов долж­но вызывать высокое индуцированное напряжение (противоэдс), при­ложенное к первичной обмотке. Природа препятствует резкому прекра­щению тока в индуктивности, что в итоге приводит к искрению между контактами, когда они размыкаются. Но, если между контактами поме­щен конденсатор (С на рис. 1.4), то напряжение, которое вызывало электрическую дугу, уменьшается за счет поглощения энергии при за­ряде этого конденсатора. Соответственно воздух между контактами не ионизирован, и ток первичный обмотки резко прерывается. Следова­тельно, противоэдс, развиваемая на первичной обмотке, намного выше

clip_image006

Рис. 1.4. Механическая система зажигания.

напряжения аккумулятора. Напряжение, подаваемое на свечу зажига­ния можно дополнительно повысить, увеличивая число витков вторич­ной обмотки.

Вибратор работает на звуковой частоте, но, к сожалению, не со­здана конструкция повышающего трансформатора с разомкнутым сердечником для формирования колебания с частотой, равной часто­те прерывания. Вернее, высокочастотные составляющие, содержащи­еся в резко спадающем токе, препятствуют передаче большей части полезной энергии свече зажигания. Ударное возбуждение паразитных индуктивности и емкости вызывает затухающие цуги радиочастотных колебаний, которые повторяются с частотой прерывания вибрирую­щего контакта. Аналогичным образом переходные процессы и выбро­сы сопровождают работу современных полупроводниковых инверто­ров. Такие переходные процессы, не подавленные в достаточной сте­пени, способны нарушить работу инвертора, поскольку полупровод­никовые приборы выходят из строя при высоких напряжениях и очень быстрых изменениях тока. Кроме того, выход из строя полу­проводниковых приборов часто связан с высокой скоростью измене­ния напряжения. Даже если активные приборы не подвергаются опас­ности, или схема сделана безошибочно, переходные процессы все же могут вызывать нежелательную помеху в чувствительных схемах, та­ких как аппаратура связи.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты