Однотактные преобразователи, обеспечивающие высокий КПД

5791
0
0

Схема

Некоторые привычные бытовые электроприборы, такие как лампа дневного света, фотовспышка и ряд других, иногда бывает удобно использовать в автомобиле.

Так как большинство устройств рассчитаны на питание от сети с действующим напряжением 220 В, нужен повышающий преобразователь. Электробритва или же небольшая лампа дневного света потребляют мощность не более 6...25 Вт. При этом от такого преобразователя часто не требуется переменное напряжение на выходе. Указанные выше бытовые электроприборы нормально работают при питании постоянным или однополярным пульсирующим током.

Первый вариант однотактного (обратноходового) импульсного преобразователя постоянного напряжения 12 В - 220 В выполнен на импортной микросхеме ШИМ-контроллера UC3845N и мощном N-канальном полевом транзисторе BUZ11. Эти элементы более доступны чем отечественные аналоги, и позволяют добиться высокого КПД от устройства, в том числе и за счет малого падения напряжения исток-сток на открытом полевом транзисторе (КПД преобразователя зависит и от соотношения ширины импульсов, передающих энергию в трансформатор к паузе). Указанная микросхема специально предназначена для выполнения однотактных преобразователей и имеет внутри все необходимые узлы, что позволяет сократить число внешних элементов. У нее имеется сильноточный квазикомплементарный выходной каскад, специально предназначенный для непосредственного управления мощным N-канальным полевым транзистором с изолированным затвором. Рабочая частота импульсов на выходе микросхемы может достигать 500 кГц. Частота определяется номиналами элементов R4-C4 и в приведенной схеме составляет около 33 кГц (Т=50 мкс).

Микросхема также содержит схему защиты для отключения работы преобразователя при снижении напряжения питания ниже 7,6 В, что полезно при питании устройств от аккумулятора

Рассмотрим более подробно работу преобразователя. На рисунке 2 приведены диаграммы напряжений, поясняющие проходящие процессы. При появлении положительных импульсов на затворе полевого транзистора (рисунок 2, а) он открывается и на резисторах R7-R8 будут импульсы, показанные на рисунке 2, в. Наклон вершины импульса зависит от индуктивности обмотки трансформатора и если на вершине имеется резкое увеличение амплитуды напряжения, как это показано пунктиром, это говорит о насыщении магнитопровода. При этом резко увеличиваются потери преобразования, что приводит к нагреву элементов и ухудшает работу устройства. Чтобы устранить насыщение, потребуется уменьшить ширину импульса или увеличить зазор в центре магнитопровода. Обычно бывает достаточно зазора 0,1...0,5 мм.
В момент выключения силового транзистора индуктивность обмоток трансформатора вызывает появление выбросов напряжения, как это показано на рисунках. При правильном изготовлении трансформатора Т1 (секционировании вторичной обмотки) и низковольтном питании амплитуда выброса не достигает опасного для транзистора значения и поэтому в данной схеме специальных мер, в виде демпфирующих цепей в первичной обмотке Т1, не используется. А чтобы подавить выбросы в сигнале токовой обратной связи, приходящем на вход микросхемы DA1/3, установлен простой RC-фильтр из элементов R6-C5.

Диаграммы напряжения в контрольных точках схемы
Напряжение на входе преобразователя, в зависимости от состояния аккумулятора, может меняться от 9 до 15 В (что составляет 40%). Чтобы ограничить изменение выходного напряжения, обратная связь по входу снимается с делителя из резисторов R1-R2. При этом выходное напряжение на нагрузке будет поддерживаться в диапазоне 210...230 В (Rнaгp=2200 Ом), см. табл. 1, т. е. меняется не более чем на 10%, что вполне допустимо.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет автоматического изменения ширины открывающего транзистор VT1 импульса от 20 мкс при Uпит=9 В до 15 мкс (Uпит=15 В).

Импульсный трансформатор Т1 выполнен с использованием широко распространенных броневых чашек Б30 из магнитопровода М2000НМ1. При этом в центральной части у них должен быть обеспечен зазор 0,1...0,5 мм. Магнитопровод можно приобрести с уже имеющимся зазором или же сделать его при помощи грубой наждачной бумаги. Величину зазора лучше экспериментально подобрать при настройке так, чтобы магнитопровод не входил в режим насыщения, - это удобно контролировать по форме напряжения на истоке VT1 (см. рисунок 2, в).

У трансформатора Т1 обмотка 1-2 содержит 9 витков проводом диаметром 0,5...0,6 мм, обмотки 3-4 и 5-6 по 180 витков проводом диаметром 0,15...0,23 мм (провод типа ПЭЛ или ПЭВ). При этом первичная обмотка (1-2) располагается между двумя вторичными, т. е. сначала наматывается обмотка 3-4, а потом 1-2 и 5-6.

При подключении обмоток трансформатора важно соблюдать показанную на схеме фазировку. Неправильная фазировка не приведет к повреждению схемы, но работать как нужно она не будет. При сборке использованы детали: подстроечный резистор R2 - СПЗ-19а, постоянные резисторы R7 и R8 типа С5-16М на 1 Вт, остальные могут быть любого типа; электролитические конденсаторы С1 - К50-35 на 25 В, С2 - К53-1А на 16 В, С6 - К50^29В на 450 В, а остальные типа К10-17. Транзистор VT1 установлен на небольшой (по размерам платы) радиатор, сделанный из дюралевого профиля. Настройка схемы заключается в проверке правильной фазировки подключения вторичной обмотки при помощи осциллографа, а также установки резистором R4 нужной частоты. Резистором R2 устанавливается выходное напряжение на гнездах XS1 при включенной нагрузке. Приведенная схема преобразователя предназначена для работы с заранее известной мощностью нагрузки (6...30 Вт - постоянно подключенной). В холостом ходу напряжение на выходе схемы может достигать 400 В, что не для всех устройств допустимо, так как может привести к их повреждению из-за пробоя изоляции.

Uпит В Iпотр A Uвых B Рпотр Вт Рнагр Вт КПД
9 2,76 210 24,84 20 0,8
12 2,11 220 25,32 22 0,87
15 1,80 230 27,00 24 0,89

Таблица 1 - Параметры схемы при изменении напряжения питания


Рисунок 1

По материалом книги "Полезные схемы" И.П. Шелестов



    Вы должны авторизоваться, чтобы оставлять комментарии.

    Радиомастер
    © 2005–2013 radiomaster.ru
    admin@radiomaster.ru
    При использовании материалов данного сайта прямая и явная ссылка на сайт radiomaster.ru обязательна. 0.5545 s