Конструирование импульсных источников питания – ЧАСТЬ 8

November 4, 2014 by admin Комментировать »

6.2.                                     Токоограничивающий резистор

В устройствах с трансформатором’на 50 Гц бросок тока при включении ограничивается сетевым трансформатором. В импульсных сетевых источниках напряжение сети через диоды сетевого выпрямителя сразу подается на конденсатор сетевого фильтра. Если этот конденсатор был разряжен, то бросок тока достигает десятков ампер, что не очень хорошо для выпрямительных диодов Dc. Ситуация усугубляется, когда одновременно включается десятка два импульсных источников. Бросок тока при этом может составить сотни ампер. Сеть реагирует на это выбросом напряжения, и выброс может превысить 1 кВ. Поэтому во входную цепь импульсных сетевых источников обычно вводится токоограничивающий резистор R^,,. При мощности источника свыше 20…30 Вт применяются специальные NTC термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (например, серии SCK) с сопротивлением в холодном состоянии 10…20 Ом. При включении термистор холодный, имеет высокое сопротивление и поэтому ограничивает бросок тока. Когда источник запускается, термистор разогревается протекающим через него током. При этом его сопротив-

ление падает до десятых долей ома и потери мощности на термисторе минимизируются. При мощности источника менее 20 Вт вместо сравнительно дорогого термистора можно использовать обычный резистор на мощность 1…2 Вт сопротивлением 20…S0 Ом. На таких мощностях средний ток потребления от сети так мал, что потерями, вызванными падением напряжения на R^, можно пренебречь.

В качестве ограничивающего резистора нельзя использовать пленочные резисторы типа С2-23, поскольку при бросках тока у них выгорает металлизация. Можно применять углеродистые резисторы С1-4 или старые, добрые МЛТ на мощность 1 Вт.

5.2.                                         Входной фильтр помех Сфп1, Ц*,

Как уже упоминалось, конденсаторы имеют сопротивление и емкость выводов. У электролитических конденсаторов (С,* — электролитический) эти паразитные параметры имеют гораздо большую, величину, чем, скажем, у керамических. При работе источника по линиям выпрямленного напряжения сети Un протекают импульсные токи IOT, амплитуда которых может составлять несколько ампер. Эти короткие импульсы тока в сочетании с сопротивлением и индуктивностью выводов конденсатора С,,* создают так называемую «бороду» помех. Выпрямительные диоды VDC низкочастотные, поэтому вся эта «борода» проходит через диоды на клеммы сети и сетевой провод превращается в антенну, излучающую импульсную помеху. Это легко проверить, разместив источник рядом с телевизором, работающим от комнатной антенны. Для того чтобы предотвратить попадание помехи в сеть, применен входной фильтр помех. Фильтр состоит из так называемого поперечного трансформатора и конденсатора С,^. Импульсы тока помехи в проводах подключения Ьфп имеют противоположные знаки и равны по амплитуде, поскольку протекают по одной цепи. Обмотки Ьфп содержат одинаковое количество витков и размещены таким обра-\ зом, что магнитное поле, создаваемое одной обмоткой, компенсирует- ] ся магнитным полем, создаваемым второй обмоткой. Конденсатор Сфп (! замыкает выводы трансформатора Ьфп для помех, которые все-таки «пролезли» через трансформатор из-за несимметричности обмоток. В качестве сердечника можно взять ферритовое кольцо с внешним диаметром 1S…20 мм и проницаемостью 1000…2000. Сечение сердечника от 0,2 до 0,5 см2. Количество витков — несколько десятков.

При намотке Ц*, на ферритовом кольце проводом в лаковой изоляции наматывать обмотки в два провода нельзя, так как велика опасность пробоя изоляции провода. Поэтому обмотки приходится размещать на разных половинах кольца, следя за тем, чтобы направление намотки было одинаковым. Удобно использование специализированных Ш-образных сердечников для фильтров с секционированными каркасами. Самым простым в изготовлении является намотка ферритового кольца (в два провода) проводом во фторопластовой изоляции (например, МГТФ-0,2 или МГТФ-0,12). Количество витков — 30—50.

Конденсатор Сфп, должен быть рассчитан на напряжение не ниже 400 В и иметь емкость порядка 0,1 мкФ на каждые 20 Вт выходной мощности. Удобны пленочные конденсаторы типа К73-17.

6.4.                                         Сетевой выпрямитель

Диоды выпрямителя должны иметь максимальное обратное напряжение не ниже 400 В. Учитывая бросок тока при включении, необходим запас по Максимально допустимому току диодов Idmax, особенно для маломощных источников. Действительно, предположим, что имеется источник мощностью 20 Вт. Средний ток, потребляемый от сети 220 В, даже с учетом КПД, будет не более 0,1 А. Пусть диоды сетевого выпрямителя имеют максимально допустимый ток 0,2 А. В установившемся режиме все нормально — даже имеется двукратный запас. Но при включении бросок тока, даже при наличии ограничивающего резистора, может превысить 15…20 А. Понятно, что диоды мгновенно выйдут из строя.

Выпрямительные диоды без вреда для себя выдерживают

30..    .50-кратные разовые перегрузки по току, поэтому для их выбора можно рекомендовать следующее правило: до 30 Вт ток Idmix = 1,2 А, от 30 до 60 Вт — Idma? = 2 А.

Конденсатор Сфс — обычный электролитический на напряжение

400..    .450 В. Приемлемая величина пульсаций обеспечивается, если использовать следующее эмпирическое правило:

•    1 мкФ на 1 Вт выходной мощности при напряжении сети 220 В ±20 %, 2…3 мкФ на 1 Вт выходной мощности при напряжении сети

85..              .264 В.

6.5.    Схема ограничения выброса напряжения

При выключении МОП-транзистора на его стоке образуется выброс напряжения, вызванный индуктивностью рассеяния трансформатора Тр. Этот выброс может иметь величину один и более кВ, что приводит к пробою МОП-транзистора. Для ограничения выброса напряжения применяется схема ограничения. Максимальное напряжение на силовом ключе (стоке МОП-транзистора) складывается из максимально выпрямленного напряжения сети U„ и ограниченного напряжения выброса Uorp (рис. ЗЛО, а).

Рис. ЗЛО. График ограничения выброса напряжения при включении МОП-траизисторов

Напряжение ограничения ио1р должно быть больше напряжения «добавки» Up, которое, собственно, и определяет выходное напряжение источника. В противном случае источник никогда не выйдет на режим, поскольку расчетной величины Up не удастся достигнуть из-за ограничения. Величина напряжения Up выбирается в пределах 80…1S0 В, поэтому напряжение ограничения выбирается с некоторым запасом в пределах

.200 В. Максимальное напряжение сети U       = 264 В, что после вы прямления дает максимальную величину             . Складывая два полученных напряжения, получаем максимальное напряжение на силовом ключе

            , что не превышает максимально допустимую величину и.·… для ТОР, равную 700 В. Напряжение ограничения, большее 200 В, лучше не выбирать, поскольку ограниченный выброс «пролезает» на выход источника и увеличивает амплитуду пульсаций.

Самой простой схемой ограничения является цепочка, состоящая из диода VDC и высоковольтного стабилитрона VDZC без R, и Сс (рис. 3.7). Когда напряжение выброса на силовом ключе превышает напряжение стабилизации стабилитрона ил, диод VDc открывается и происходит ограничение. Напряжение ограничения Uorp = υΛ. Стабилитрон может быть на 170…200 В, например типа Р6КЕ170, Р6КЕ200. Аналогичные результаты получаются при использовании защитных диодов 1,5КЕ170, 1,5КЕ200, 0,5КЕ170, 0,5КЕ200.

Другим вариантом ограничителя может быть включение диода VDC и RC-цепочки R*, Сс без использования стабилитрона. В процессе выхода на режим конденсатор Сс заряжается до некоторого напряжения U0[p, большего, чем Up. Ограничение выброса происходит так же, как и в предыдущем случае, когда напряжение выброса превышает Ц*,,, диод VDC открывается. Постоянная времени RC-цепи должна быть намного больше периода следования импульсов, иначе будет тратиться лишняя энергия на подзаряд конденсатора Сс. Для большинства применений до 30 Вт — R,. = (30…39) кОм, Сс = (1,5…2,2) нФ. Резистор R,. — на мощность 1 Вт, конденсатор Сс керамический на напряжение не менее 600 В, например типа К15-5.

И наконец, может использоваться схема ограничения, объединяющая оба варианта и состоящая из резистора R*, конденсатора Сс и стабилитрона VDZC, которые подключаются к выводу D ТОР через диод VDC.

Следует особо обратить внимание на выбор диода VDC. Во-первых, он должен иметь максимальное обратное напряжение не менее U____________________________________________________

с некоторым запасом — не менее 600 В. И, во-вторых, диод VDC должен иметь время включения не более времени включения МОП-траистора ТОР, т. е. не более 50 нсек. В противном случае при выбросе напряжения диод не успевает открыться и часть выброса остается неограниченной (рис. 3.10, Ь), причем неограниченная часть выброса может достигать 40…70 В. Это опасно с точки зрения пробоя МОП-транзистора и, кроме того, увеличивает пульсации на выходе.

Источник: Под редакцией А. Я. Грифа, Оригинальные схемы и конструкции. Творить вместе! — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с.: ил. – (Серия «СОЛОН – РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ», вып. 23)

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