Семь шагов в электронику - А. Черномырдин

Вторая группа очень похожа на двухтактные выходные каскады УНЧ. В двухтактных преобразователях подмагничивание трансформатора отсутствует (или, во всяком случае, не является неизбежной характеристикой схемы). Это существенно упрощает изготовление трансформатора (в частности, позволяет применять для трансформаторов кольцевые магнитопроводы без каких-либо ограничений).

Схемы со средней точкой в основном применяются при низких входных напряжениях, мосты и полумосты — при высоких.

Причины такого разделения более экономические, нежели технические — при низких напряжениях первичная обмотка трансформатора полумоста содержит вдвое меньше витков, чем у моста, и вчетверо меньше, чем у схемы со средней точкой.

Изготовить же обмотку с числом витков, меньшим трех, как ни странно, весьма затруднительно — малейшие неточности ее изготовления слишком сильно влияют на напряжения вторичных обмоток, особенно если они высоковольтные.

При высоких напряжениях, наоборот, меньшее число витков удешевляет стоимость трансформатора.

 Примечание.

Дополнительный плюс мостовых и полумостовых схем, несмотря на более сложное устройство управления, в том, что они лишены «фирменной» проблемы всех однотактных преобразователей и преобразователей со средней точкой — всплесков перенапряжения на обмотке трансформатора при закрытии ключа.

Эти всплески в мостах и полумостах эффективно гасятся демпферными диодами силовых ключей, «отправляясь» обратно в источник первичного напряжения. В однотактных же схемах и в схеме со средней точкой для борьбы с этими всплесками приходится:

♦ применять специальные гасящие цепочки-снабберы, которые снижают КПД устройства и зачастую имеют немалые габариты, что особенно заметно на преобразователях небольшой мощности;

♦ усиливать изоляцию обмоток трансформатора, что сказывается на его стоимости далеко не в лучшую сторону.

 Примечание.

Самые мощные преобразователи обычно собирают по схеме двухтактного моста.

На этом шаге мы попробуем с вами, уважаемый читатель, изготовить повышающий преобразователь постоянного напряжения 12 В (это напряжение называется входным или первичным) в постоянное напряжение 220 В (это напряжение будет, соответственно, выходным или вторичным).

Если пользоваться вновь введенными обозначениями, его можно назвать DC-DC Step-Up 12/220 В преобразователем.

Первый преобразователь, который мы сделаем, будет собран… на транзисторах.

Принципиальная схема. Схема транзисторного преобразователя приведена на рис. 7.4. Это — двухтактный автогенератор со «средней точкой» (однотактные генераторы в повышающих преобразователях применяются нечасто — в основном в очень высоковольтных или очень маломощных).

Рис. 7.4. Схема транзисторного преобразователя напряжения

Для обеспечения генерации в системе должна присутствовать положительная обратная связь. В этой схеме она обеспечивается обмоткой II трансформатора. Обмотка I — обмотка первичного напряжения, обмотка III — соответственно, вторичного.

Транзисторы Т2 и ТЗ служат для защиты выходных транзисторов от перегрузки. В силу простоты схемы такого вида были весьма популярны на заре преобразователей напряжения, однако эта схема — не самая экономичная, и на ее работу очень заметное влияние оказывает характер нагрузки.

 Примечание.

Именно по этой причине (с целью ограничения тока заряда конденсатора С1) в схеме присутствует позистор R6 — без него схема может просто не «завестись».

Печатная плата. Устройство собрано на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 60x62,5 мм. Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 7», файл 1.DXF) и посмотреть на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Разводка печатной платы (60x62,5 мм, в зеркальном изображении)

Схема расположения деталей приведена на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Схема расположения деталей на плате

Элементная база. Трансформатор преобразователя намотан на кольце М2000НМ К45х28х12. Параметры обмоток трансформатора приведены в табл. 7.1.

Перед намоткой на торцы кольца следует приклеить бумажные шайбы чуть шире самого кольца, чтобы защитить изоляцию провода от острых краев кольца, а затем покрыть кольцо цапонлаком. Транзисторы Т1 и Т4 установлены на радиаторах площадью около 200 см2.

Налаживание. Если преобразователь при подаче питания не заработает, необходимо поменять местами выводы обмотки II трансформатора.

Внешний вид преобразователя представлен на рис. 7.7.

Рис. 7.7. Внешний вид преобразователя

Смотрим ролик. Работу преобразователя представляет ролик: «Видеоурок 7» — > «Преобразователь на транзисторах» на прилагаемом диске.

Принципиальная схема. Схема преобразователя на микросхемах приведена на рис. 7.8. Это — также двухтактный преобразователь со средней точкой, но вместо биполярных в нем применены полевые ключи.

Рис. 7.8. Схема преобразователя напряжения на микросхемах

Для низковольтных преобразователей применение полевых транзисторов, в настоящее время — наиболее удачное решение, поскольку они обладают минимальным уровнем потерь мощности (в том числе и мощности на управление).

Управляются транзисторы с помощью микросхемы DA1. Выходные сигналы микросхемы подаются на эмиттерные повторители на транзисторах Т2, ТЗ и Т5, Т6.

 Примечание.

Это необходимо по причине того, что затвор полевого транзистора обладает довольно значительной емкостью и на высоких частотах весьма заметно нагружает устройство управления.

Эта лишняя нагрузка приводит к «затягиванию» управляющих импульсов, и, как следствие, к расширению зоны активного режима, в которой потери на ключе максимальны. Защита от перегрузок транзисторов по току встроена в микросхему, сигнал защиты снимается с резистора R3. Выпрямитель аналогичен выпрямителю, примененному в предыдущей конструкции.

Печатная плата. Устройство собрано на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 66,25x42,5 мм. Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 7», файл 2.DXF), и посмотреть на рис. 7.9.

Рис. 7.9. Разводка печатной платы (66,25x42,5 мм, в зеркальном изображении)

Схема расположения деталей приведена на рис. 7.10.

Рис. 7.10. Схема расположения деталей на плате

Элементная база. Трансформатор преобразователя намотан на кольце М2000НМ К28х16х9. Параметры обмоток трансформатора приведены в табл. 7.2.

Перед намоткой на торцы кольца следует приклеить бумажные шайбы чуть шире самого кольца, чтобы защитить изоляцию провода от острых краев кольца, а затем покрыть кольцо цапонлаком. Транзисторы Т1 и Т4 установлены на радиаторах площадью около 50 см2.

Налаживание. Какой-либо наладки преобразователь не требует.

Внешний вид преобразователя представлен на рис. 7.11.

Рис. 7.11. Внешний вид преобразователя

Смотрим ролик. Работу преобразователя представляет ролик: «Видеоурок 7» —» «Преобразователь на микросхемах» на прилагаемом диске.

Как рассчитать трансформатор для преобразователя. Расчет трансформатора не слишком сложен, но достаточно трудоемок. Автор рекомендовал бы, в первую очередь, скачать готовую программу для расчета. Очень удачна, на взгляд автора, программа Е. Москатова. Найти ее можно по адресу http://www.moskatov.narod.ru/Programs.html. Если же Вас интересуют непосредственно расчетные формулы, стоит заглянуть на http://k155la3.ucoz.ru/index/raschet_transformatora_impulsnogo_bloka_pitanija/0-93 — там приведен пример расчета.