Сходинка дев’ята. Вторинні джерела живлення Частина четверта, остання


Статью просмотрели: 158 человек

Доброго здоров'я, шановні читачі. Остання частина завершує огляд вторинних джерел живлення.

У практичній частині продовжимо розмову стосовно майбутнього лінійного БЖ.

------------

Тож продовжимо оглядом імпульсних джерел. У цій частині розглянемо електронні трансформатори та імпульсні блоки живлення.

Основою будь-якого електронного трансформатора, як і імпульсного джерела живлення є інвертор. Це вузол, який перетворює постійну напругу на імпульсну. Чому останнім часом імпульсні джерела набули такої популярності? Мабуть тому, що поява на ринку МС спеціалізованих контролерів дозволила в рази спростити схемотехніку побудови регульованих інверторів. До того ж, нова елементна база дозволяє успішно боротися із імпульсними перешкодами імпульсних джерел живлення.

Ми вже знаємо, що імпульсні джерела відрізняються від лінійних значно меншими масо-габаритними показниками, суттєво вищим ККД. Це все наслідок застосування трансформаторів із порошковим осердям. Які набагато менші і легші бо працюють на вищих частотах перетворення.

Про інвертори можна писати багато, якщо підійти до цієї теми детально. Але основні типи, які використовуються у самих розповсюджених різновидах схемотехнічних рішень, це двотактні (напівмостовий, мостовий, нульовий (пушпульний)) та переважно однотактні регульовані інвертори з використанням ШІМ контролерів, силові модулі яких теж поділяються на декілька різновидів.

 

Електронні трансформатори

Назва походить від функціональної подоби вузла до звичного нам лінійного трансформатора. Призначення електронного трансформатора таке саме – перетворювати змінну напругу однієї величини в іншу. Електронний трансформатор, як і звичайний, може робити з більшої напруги меншу, або з меншої – більшу. От тільки таке перетворення відбувається зовсім інакше ніж у низькочастотних лінійних трансформаторах, тому і результати дещо інші.

 

 

Мал. 1
Електронний тр-р Tashibra

 

Для основної маси широковживаних електронних трансформаторів характерна напівмостова схема інвертора. Така схема використовується для трансформаторів потужністю до декількох сотень ватів. Найдоступніші – це електронні трансформатори для живлення галогенних лампочок. Вони надзвичайно прості, саме тому не мають захисних вузлів, тобто не захищені від КЗ, перегріву, перевантажень. Незважаючи на такі недоліки, електронні трансформатори підкупають аматорів своїм співвідношенням маса-потужність, здатністю до легкої модернізації, дешевизною.

Слід, правда, зауважити, що у продажу можна зустріти і більш дорожчі моделі. Вони, як правило, відрізняються схемотехнікою, бо мають захист від перевантажень, КЗ, додаткові вхідні та вихідні фільтруючі елементи. Втім, основа та ж сама – напівмостова.

Мабуть найяскравішим представником дешевих масових моделей трансформаторів є виріб з торговою маркою Tashibra потужністю 60 ватів (Мал. 1). Схема типова і широко розповсюджена в Інтернеті у різних варіаціях (Мал. 2).

Конструкція настільки проста, що може бути повторена навіть аматорами-початківцями. Хай вас не лякають трансформатори Т1 та Т2, вони виготовляються напрочуд просто.

Трансформатор Т1 – це феритове кільце розміром 9х5х4, де перша цифра зовнішній діаметр, друга – внутрішній діаметр, третя – товщина. Намотку можна виконати тонким ізольованим монтажним дротом. Обмотки L1 та L2 мають по 4 витки, обмотка L3 – один виток.

 

Мал. 2
Схема ел. тр-ра Tashibra

 

Трансформатор Т2 не набагато складніший. Кільце розміром 22х14х8. Обмотка L4 – 137 витків дроту діаметром 0,25 мм, L5 – 13 витків дроту діаметром 0,8 мм.

На схемі крапками позначено початок кожної з обмоток трансформатора Т1, важливо дотриматися такого порядку з'єднання для виникнення та утримання генерації.

 

Обмотка L4 трансформатора Т2 – первинна, L5 – вихідна. На виході ви не отримаєте синусоїди, форма напруги буде нагадувати швидше подобу імпульсної. Це прямокутні імпульси робочої частоти генератора модульовані частотою його запуску. Втім, для пасивних споживачів (якими є лампочки розжарення), це не має значення. Ну, а на постійну її можна перетворити додавши випрямні елементи, елементи фільтру на вході, виході і т. ін.

Потужність 60 ватів дозволяє отримувати від цього трансформатора, при напрузі 12 вольтів, струм близько 5 амперів.

Такі трансформатори (я уже відмічав) легко піддаються модернізації. Можна збільшити вихідну потужність, змінити вихідну напругу, додати захист від перевантаження. Таку інформацію ви знайдете, за потреби, в мережі. Наша задача розібратися, як він працює.

Елементом збудження генерації у цій схемі є діак DB3. Мережева напруга 220 В через резистор 1 Ом, який обмежує пусковий імпульс та одночасно виконує роль пасивного запобіжника, потрапляє на випрямний місток. Після випрямного містка одностороння не згладжена напруга частотою 100 Гц потрапляє на діак, який відкривається при напрузі 32 В. Резистор 516 кОм разом із ланцюжком конденсаторів визначає частоту власної генерації імпульсного генератора. Як правило, це близько 30 кГц.

Відкрившись, діак запускає нижній (по схемі) транзистор напівмоста, який, закриваючись, у свою чергу запускає верхній транзистор. Таким чином транзистори працюють поперемінно, забезпечуючи на виході імпульсного генератора прямокутні коливання. До того ж, після виникнення генерації, імпульсна напруга, через діод 4007, надійно закриває діак. Така ситуація триває до зникнення амплітуди коливань. А генерація не може бути постійною, бо дають взнаки внутрішні втрати на елементах генератора. Тоді знову береться за роботу діак, запускаючи наступний цикл.

Зв'язок між транзисторами забезпечує трансформатор Т1 за допомогою обмоток живлення базових кіл L1 та L2. Резистори у базах транзисторів захищають їх від надмірного базового струму. Обмотка L3 – забезпечує струмовий зворотний зв'язок зі споживачем. Саме тому імпульсний генератор, при відсутності через неї струму, не запуститься. Без навантаження електронний трансформатор, навіть увімкнений до мережі 220 В, перебуватиме в режимі очікування.

Конденсатори по 0.01 µF, від точки з'єднання яких знімає напругу первинна обмотка L4 трансформатора Т2 утворюють ємнісний подільник імпульсної ЕРС.

Беручи до уваги те, що електронний трансформатор працює з мережевим струмом, робоча напруга його елементів повинна бути не меншою. Зокрема конденсатори слід брати із робочою напругою не меншою за 400 В, адже а амплітудне значення напруги сягає 300 вольтів.

Вихідна напруга 12 вольтів знімається з обмотки L5.

Обережно!!! Ми розглянули просту модель, яка не захищена від перевантаження. Суттєве перевантаження, яке створює режим КЗ, веде до виходу такого трансформатора з ладу. Розтріскується, перегорає, інколи, все, що може це зробити.

 

Імпульсні джерела живлення

Якщо до розглянутого нами електронного трансформатора додати вхідні фільтри, щоб імпульсні перешкоди не потрапляли до мережі, додати вузол контролю за перевантаженням, зворотний зв'язок – для контролю за рівнем вихідної напруги, на виході забезпечити надійну, якісну фільтрацію випрямленої напруги, то з певною натяжкою такий електронний трансформатор можна назвати імпульсним джерелом живлення. Проте, для побудови суто імпульсних джерел живлення застосовується дещо інша схемотехніка.

Розглянемо два наймасовіші варіанти.

 

Мал. 3
Вигляд плати зарядного пристрою

 

Першим варіантом буде імпульсний блок живлення без будь-яких контролерів, побудований на звичайному транзисторному автогенераторі. Такі блоки живлення не відрізняються великою потужністю (10-40 Вт), втім, вони досить поширені, цілком надійні і часто застосовуються із різноманітною вихідною напругою для різних потреб (в основному зарядні пристрої телефонів, смартфонів, планшетів та інших гаджетів). Для прикладу наведу фото плати звичайної зарядки для ліхтариків на літієвих акумуляторах (Мал. 3). Схема трохи відрізняється від тієї, яку я збираюся подати на розбір (це максимальне спрощення схемотехніки виробником для здешевлення кінцевої вартості пристрою за рахунок, звісно ж, його надійності), втім, принципово одне і те ж саме. Фото наводжу лише для того, щоб ви зрозуміли реальні розміри подібних БЖ.

Нижче, на Мал. 4, зображено схему простого однотактного зворотно-ходового імпульсного блока живлення. Схема типова, навколо такого схемотехнічного рішення базується основна маса різноманітних її варіантів.

Зверніть увагу, правильне зображення будь-якого імпульсного джерела живлення чітко ділиться на дві частини – високу та низьку. Межею такого поділу є трансформатор. Усе, що знаходиться лівіше нього – висока частина. Тут превалює висока постійна та імпульсна напруга. Особливо небезпечний потенціал заряду електролітичного конденсатора мережевого фільтра. Його заряд зберігається певний час навіть після від'єднання джерела живлення від мережі. Майте це на увазі і будьте обережні. Усе, що правіше трансформатора – низька частина. ЇЇ потенціал не перевищує розрахункової напруги живлення споживачів. Такий поділ чітко прослідковується навіть на грамотно і професійно розведених друкованих платах.

Повернемося до схеми. Вхідні її кола, відповідно до простоти реалізації, не мають фільтрів. Напруга випрямляється містком, який реалізований або чотирма діодами, або моноблоком. Постійна пульсуюча напруга на виході містка згладжується за допомогою конденсатора С1. Позаяк такі конденсатори фільтра заряджаються до амплітудного значення випрямленої напруги, на С1 матимемо напругу близько 310 вольтів (220х1,41). Тому його робоча напруга повинна становити 400 В.

 

 

Мал. 4
Однотактний зворотно-ходовий ІБЖ

 

Основою такого простого джерела живлення є генератор який працює в режимі самозбудження, так званий – блокінг-генератор. Типову схему такого генератора ви можете бачити на Мал. 5. Така ж сама конфігурація чітко помітна і в однотактному джерелі живлення. Як працює цей генератор? Давайте розглянемо принцип його дії у порівнянні зі схемою ІБЖ.

 

 

 

Мал. 5
Блокінг-генератор

 

Наведена на Мал. 5 схема, як і на Мал. 4, складається із транзистора VT1 увімкненого по схемі зі спільним емітером. До її складу входить трансформатор зворотного зв'язку, демпферного діода VD1 (VD2), у дужках буду вказувати відповідник зі схеми поданої на Мал. 4. У схема ІБЖ до демпферного кола долучено снаберний ланцюжок. Такий ланцюжок (R3-C2) призначено для нейтралізації виплесків енергії накопиченої індуктивністю обмотки генерації. До складу блокінг-генератора входить ланцюжок резистор та конденсатор R2,C1 (R2,C3). Цей ланцюжок задає час реакції, опосередковано – частоту генерації. Роботу генератора можна умовно розділити на чотири етапи. 

 

Етап перший. Починається у мить увімкнення живлення або після закінчення четвертого етапу. У цю мить транзистор закритий а конденсатор С1 (С3) починає заряджатися через резистор R2 (R2). В міру заряду конденсатора зростає напруга на базі транзистора, що призводить до поступового його відкриття. Це, само собою, веде до поступового збільшення колекторного струму і накопичення енергії в обмотці трансформатора. Етап закінчується після переходу транзистора в режим повного насичення.

Етап другий. Після переходу транзистора в режим повного насичення на нього вже практично не впливає струм бази. На цьому етапі відбувається накопичення енергії трансформатором. Конденсатор С1 (С3) починає втрачати заряд, струм бази зменшується, зменшується також струм колектора, але внаслідок індуктивного навантаження транзистора, стум колектора якийсь час лишається на певному рівні. Це залежить від характеристик трансформатора. 

Етап третій. Але, як би там не було, наступає той момент, коли струм підмагнічування трансформатора починає зменшуватися і, враховуючи міру розряду конденсатора, транзистор починає закриватися. Коли транзистор закриється повністю, струм колектора зникає припиняючи живлення обмотки трансформатора. Тепер на трансформаторі виникає протифазна ЕРС, завдяки негативному виплеску енергії у базовій обмотці конденсатор миттєво розряджається.

Етап четвертий. Транзистор перебуває у повністю закритому стані. У цю мить трансформатор повністю віддає енергію накопичену на попередніх етапах. Це характерно тим, що накопичена індуктивністю ЕРС може суттєво перевищувати можливості робочих характеристик елементів управління, саме для усунення такого явища застосовуються демпферні та снаберні кола. Після закінчення цього етапу, все переходить на етап перший.

Повернемося до схеми на Мал. 4. Тут, окрім транзистора генератора VT1, є другий транзистор VT2. На базі цього транзистора реалізовано коло захисту транзистора генератора від перевантаження та для стабілізації вихідної напруги.

Давайте не брати до уваги оптрон VO1, немовбито його немає. Коло стабілізації вихідної напруги від'єднано. Як відбувається захист транзистора VT1?

Через транзистор протікає струм по колу: позитивний потенціал – колектор-емітер – резистор R5 – негативний потенціал. У цьому колі резистор R5 виконує роль датчика струму. При перевищенні певним колекторним струмом межі встановленої опором резистора, на ньому зростає падіння напруги до рівня близько 1.4 В. Цієї напруги достатньо для відкриття через діод VD3 транзистора VT2. Таким чином це обмежує базовий струм транзистора VT1 аж до його повного закриття.

Така проста система захисту настільки ефективна, що блок живлення здатен витримувати навіть режим тривалого КЗ на виході.

Цей же самий каскад захисту розробники використали і для утримання вихідної напруги на заданому рівні.

На зворотному ході (четвертий етап) амплітудою ЕРС, яка виникає у вихідній обмотці (ІІІ) через випрямний діод VD5 відбувається заряд конденсатора С6.

Обов'язково слід дотримуватися вказівки стосовно фазування (не переплутати початок-кінець) вихідної обмотки. Такий блок живлення зворотно-ходовий і це його нормальний робочий режим. При увімкненні обмотки навпаки наслідки можуть бути непередбачуваними, від повної непрацездатності до виходу елементів високої частини з ладу.

Продовжимо. При перевищенні напруги встановленої за допомогою МС DA1 TL431 спалахує світлодіод оптрона VO1. Транзистор того ж таки оптрона відкривається і за допомогою позитивної напруги накопиченої конденсатором С5 відкриває транзистор VT2, що, знову ж таки, обмежує базовий струм транзистора VT1.

Оптрон ви зустрінете в усіх імпульсних блоках живлення. Він забезпечує гальванічну розв'язку високої та низької частин таких пристроїв.

 

На черзі більш складніші імпульсні джерела живлення із використанням спеціалізованих контролерів. Хоч слід сказати, що промисловість зараз випускає такі контролери, які дозволяють, додавши декілька деталей враховуючи звісно ж і трансформатор, створити джерела живлення потужністю 20-100 ватів. Їх не назвеш "більш складнішими", адже там навіть трансформатор інколи має лише дві обмотки.

Втім, почнемо. Розглянемо блок живлення побудований на найбільш поширеному контролері, принаймні такі мені трапляються найчастіше. Це контролери досить відомої серії UC384x (х-2,3,4,5). Хай вас не бентежить те, що я обрав саме цей контролер а не інший. Принципово усі імпульсні блоки живлення побудовані "однаково" (Мал. 6).

 

 

Мал. 6
Спрощена блок-схема ІБЖ

 

Першим вузлом ІБЖ є вхідний фільтри. Він захищає не так блок, як загальну мережу живлення від імпульсних наводок інвертора блока живлення. Частота генерації імпульсів інвертора може сягати декількох десятків, а то й сотні кілогерців. Якщо такі імпульсні перешкоди будуть вільно потрапляти до мережі живлення, це може викликати певні порушення в роботі іншої чутливої побутової техніки. Хоча слід зауважити, що і певні імпульсні перешкоди також можуть потрапити до ІБЖ завдаючи шкоди його роботі. Такі перешкоди виникають від роботи перемикачів потужних промислових споживачів, вони можуть бути наслідком різноманітних атмосферних явищ, або роботи споживачів із сильними електромагнітними полями. Тобто, призначення вхідного фільтра двояке, двостороннє.

 

 

Мал. 7
"Ідеальний" вхідний фільтр із випрямним містком

 

 На Мал. 7 подано схему, так би мовити, "ідеального" вхідного фільтра. Тут присутні усі елементи для повного захисту, фільтрації вхідних та вихідних імпульсних перешкод. Але практично такі фільтри зустрічаються у досить високоякісних дорогих блоках живлення. На сьогодні практично усі виробники ідуть по шляху спрощення конструкції вхідних фільтрів з метою здешевлення продукції. Так у багатьох фільтрах ви не знайдете ані варистора, ані термістора. У основній масі китайських БЖ відсутній вивід "земля", а тоді відпадає необхідність і у використанні Y-конденсаторів. Та хоча б один LF дросель, X-конденсатор та запобіжник присутні в усіх.

 

 

Мал. 8
Варистори

 

Втім, як би там не було, ми розглянемо роботу фільтра наведеного на малюнку. Як показує практика, у випадках внутрішній колізій систем БЖ, запобіжник згорає останнім, але у поєднанні із варистором (Мал. 8) він досить таки успішно захищає споживача від зовнішньої перенапруги. Що таке варистор ви уже знаєте, це напівпровідниковий резистор опір якого залежить від прикладеної до нього напруги. Скажімо при використанні варистора серії 391, який розрахований на максимальну діючу змінну напругу 250 вольтів, опір його становитиме не один мільйон омів і це зовсім не буде впливати на роботу вхідних кіл. При перевищенні граничної напруги опір варистора стрімко падає до нуля і струм, який потече по ньому, зросте до декількох сотень амперів, це призведе до миттєвого перегорання запобіжника, а інколи, разом із цим, руйнується і варистор. Втім, це не така вже й велика втрата у порівнянні із можливими наслідками руйнування не захищених таким напівпровідниковим елементом кіл. Випадки перенапруги у наших не ідеальних мережах, я гадаю, відомі усім. Стосовно запобіжників – у більш дешевших моделей вони звичайні скляні, у дорожчих фарфорові, пластикові і навіть запобіжники із функцією відновлення, усі вони, як правило, розраховані під пайку.

 

 

Мал. 9
Термістор NTC

 

Наступний – термістор (Мал. 9). У блоках живлення використовується саме термістор – напівпровідниковий терморезистор опір якого зменшується при нагріванні. Термістор використовується тут для своєрідного м'якого старту. Ви повинні розуміти, що при вмиканні пристрою із розрядженим конденсатором, відбувається миттєвий "плювок" струму для його заряду. Це створює перешкоди у мережі та й не дуже до вподоби випрямному містку. Так от, присутність термістора пом'якшує такий ефект. При вмиканні блока живлення холодний термістор має великий опір, а тому струм, що протікає через нього невеликий і поступово його розігріває. В міру розігріву опір падає практично до нуля не впливаючи на роботу подальших каскадів. Таким чином він суттєво пом'якшує старт БЖ. До речі, у деяких недорогих імпульсних джерелах живлення замість термістора та запобіжника використовується звичайний резистор із невеличким опором. Він також здатен у деякій мірі пом'якшувати стартові "плювки" струму, а при перевантаженні вхідних кіл згорає виконуючи роль запобіжника.

 

 

 

Мал. 10

Y-конденсатор

 

Далі черга Y-конденсаторів (Мал. 10). Це конденсатори які мають здатність працювати у колах із високою імпульсною напругою. Скажімо конденсатори типу Y1 витримують напругу в імпульсі до 8 кВ, а Y2 до 5 кВ. В основному у БЖ використовуються конденсатори типу Y2. Ці конденсатори характерні ще й тим, що навіть під час пробою вони ніколи не призводять до режиму КЗ. Така у них конструктивна особливість. На схемі конденсатори позначаються символами CY і монтуються із фазового та нульового дроту однофазної мережі на "землю", бо їхнє призначення подавити перешкоди між фазою та "землею" і нулем та "землею".

 

 

 

 

 

Мал. 11
Дроселі

 

 

 

                                   

                                                                                                                                                                                       

LF фільтри (дроселі, Мал. 11). Індуктивні елементи на феритовому осерді, які впливають на відносно високочастотні перешкоди, у поєднанні із Х-конденсаторами створюють LC фільтр розрахований на певну смугу частот.

 

 

Мал. 12
Х-конденсатор

 

Ну і декілька слів стосовно Х-конденсаторів (Мал. 12). Ці конденсатори теж бувають двох типів і також здатні витримувати досить високі імпульсні напруги. Конденсатори типу Х1 із робочою напругою 400 В витримують сплески до 4 кВ, а типу Х2 із робочою напругою 250 В витримують імпульсну напругу до 2.5 кВ. У однофазних БЖ використовуються в основному конденсатори типу Х2. Ще однією особливістю таких конденсаторів є те, що вони не горять. У прямому сенсі цього слова. Вони не займаються, як це здатні інколи робити звичайні плівкові, що працюють у важких, незвичних умовах. Тому ніколи не підміняйте Х-конденсатори плівковими, навіть високовольтними.

 

  Ну і декілька слів наостанок про фільтри. Запам'ятайте, які б ви не підбирали конденсатори, індуктивні елементи, повністю нівелювати перешкоди не вдасться ніколи, а от суттєво їх ослабити – так.

Давайте, щоб не віддалятися від теми, розглянемо відразу вихідний фільтр, а потім візьмемося за розбір безпосередньо інвертора.

Вихідні фільтри імпульсних блоків живлення будують у вигляді LC фільтрів. У дешевших моделях замість індуктивних елементів застосовують резистори, а то й навіть без них, лише конденсатори. Для випрямлення імпульсної напруги з вихідної обмотки трансформатора застосовуються, як правило, діоди Шотки. У дешевших моделях це можуть бути звичайні кремнієві швидкодіючі (ultrafast). Приклад такого простого фільтра наведено на Мал. 13.

   

 

 

 

Мал. 13
Простий вихідний
фільтр

 

Більш складніші вихідні фільтри характерні для дорожчих та потужніших моделей імпульсних джерел живлення. Як приклад, наведу схему вихідного фільтра реального ІБЖ середньої потужності. Цей блок при вихідній напрузі 12 вольтів здатен віддавати струм до 5 амперів (Мал. 14).

 

 

 

 

Мал. 14
Вихідний фільтр БЖ потужністю 60 W

 

Давайте розберемося що у ньому є. Вихідна напруга знімається зі вторинної обмотки імпульсного трансформатора. Випрямлення відбувається двома здвоєними діодами Шотки (VD1 та VD2). Діоди 20CPQ100 по двоє розміщуються у корпусі ТО-220 з трьома виводами, катод у них спільний. Два діоди розташовані на одному кристалі, їхні характеристики абсолютно ідентичні. Беручи до уваги те, що використовується дві такі пари, скажімо так – їхній паритет урівноважує ланка C3, R7. Конденсатор CY з'єднує масові шини високої та низької частини, він є елементом фільтру від імпульсних перешкод.

 

Далі йде LC фільтр, його призначення нам відоме. Резистор R1 – штучне навантаження, він створює навантаження вихідного контуру блока живлення, без нього інвертор схильний до переходу у ключовий режим на холостому ходу (чутне характерне цикання).

Ланка R4 та HL візуальний індикатор наявності вихідної напруги, резистор обмежує струм світлодіода.

 

 

 

Мал. 15
Феритовий фільтр

 

Деталі R6, DA, MC(TL431) – ланка зворотного зв'язку для контролера інвертора. Резистор R6 обмежує струм світлодіода оптрона DA, та мікросхеми TL431. Елементи R2, R3, R5 задають рівень напруги стабілізації TL431, конденсатор С – блокує імпульсні перешкоди, які можуть завадити чіткій роботі мікросхеми. Зверніть увагу, резистори R2 та R3 з'єднані паралельно і з досить великою розбіжністю номіналів. Таке увімкнення використано навмисно для точного підбору напруги стабілізації.

 

Ще один елемент фільтра деінде використовується на зовнішньому вихідному дроті, особливо при його суттєвій довжині. Це феритовий циліндр (Мал. 15), який одягається на дріт живлення. Він виконує роль додаткового захисного елементу споживача від проникнення можливих імпульсних перешкод. Як від тих, які випромінює блок живлення, так і від тих, які дріт живлення здатен сприймати, неначе антена, від оточуючих електронних пристроїв.

Зовсім нічого складного, правда ж?

Тепер перейдемо до розбору роботи основного вузла імпульсного блока живлення – інвертора. Як я наголошував, у якості контролера будемо розглядати мікросхему UC384x. Давайте почнемо з огляду її внутрішньої будови. Ні, ми не будемо робити елементний аналіз, нас цікавить блочно-функціональна будова. Для цього звернемося до офіційного документа виробника – технічного паспорту сімейства мікросхем (datasheet).

Мікросхеми цього сімейства практично ідентичні, за винятком деяких нюансів.

UC3844 та UC3845 працюють із коефіцієнтом заповнення не більшим за 50%, у той час як UC3842 та UC3843 здатні працювати із коефіцієнтом заповнення до 100%.

Також існує різниця у напругах живлення. Скажімо мікросхеми UC3842 та UC3844 запускаються при напрузі живлення 16 вольтів і вимикаються при її падінні нижче 10 вольтів. Такий гістерезис досить привабливий для роботи цих мікросхем у конструкціях із автономним живленням. У свою чергу мікросхеми UC3843 та UC3845 мають суттєво вужчу петлю гістерезису – запускаються при напрузі 8.5 вольтів і вимикаються при її падінні нижче 7.9 вольтів.

 

 

Мал. 16
Блок-схема UC3843

 

Найчастіше в ІБЖ із мережевим живленням (90-250), принаймні тих, які траплялися мені, використовується мікросхема UC3843. І знову ж таки, я не буду копіювати блок-схему із datasheet, а наведу спрощене зображення для розуміння процесів та функціонування основних внутрішніх вузлів МС (Мал. 16).

 

Внутрішню будову контролера поділимо на основні функціональні вузли.

Отже, маємо вузол контролю за рівнем напруги живлення. Це той, який відповідає за рівень напруги, що надходить до МС. При її падінні нижче 7.9 вольта, мікросхема припиняє свою роботу. Ще там вмонтовано обмеження високого рівня напруги до 34 вольтів. Тобто, для подальшої роботи вузла контролю живлення рівень вхідної напруги не повинен перевищувати цього значення. При вищій напрузі мікросхема вимкнеться.

Далі маємо вузол формування опорної напруги 5.0 В. Ця напруга використовується для внутрішніх потреб МС, а також має вихід назовні.

Вузол формування ще однієї опорної напруги 2.5 вольта використовується для підсилювача похибки. Він реалізований у вигляді операційного підсилювача де опорна напруга порівнюється із вхідною і на підставі різниці формується вихідний сигнал.

Вузол контролю струму виконує роль своєрідного запобіжника, що витікає із його назви.

Генератор виробляє пилкоподібний сигнал для функціонування ШІР та драйвера управління силовим ключем.

Тригер ШІР сумує пилкоподібний сигнал генератора та сигнали підсилювача похибки (опорну напругу) і вузла контролю за струмом, формуючи необхідну тривалість імпульсів.

Вузол логіки збігів управляє вихідними ключами драйвера MOSFET слідкуючи за тим, щоб на його входах була присутня основна опорна напруга (живлення в нормі), пилкоподібні імпульси генератора, сигнал необхідного обмеження із тригера.

Ну і транзистори, це вихідні біполярні ключі для подальшого управління польовим транзистором.  

Зробимо коротенький огляд призначення виводів контролера інвертора.

1 – вихід підсилювача похибки. Призначений для корекції підсилювача. З його допомогою можна відкоригувати частотну характеристику підсилювача, також коефіцієнт його підсилення, впливаючи на вихідну напругу БЖ.

2 – вхід сигналу зворотного зв'язку підсилювача похибки. Використовується для регулювання вихідної напруги. Якщо напруга на цьому виводі перевищить 2.5 вольта опорної, то прогальність вихідних імпульсів управління контролера почне зростати, зменшуючи тим самим вихідну напругу БЖ.

3 – вхід сигналу струму MOSFET. Датчиком струму виступає резистор у ланці витоку польового транзистора, тож падіння напруги на ньому і є чудовим індикатором навантаження на силовий ключ. При збільшенні струму по ланці збільшує падіння напруги на резисторі, яке при рівні більшому за 1 вольт припинить роботу мікросхеми.

4 – вхід генератора пилкоподібної напруги. До цього входу приєднується зовнішній RC ланцюжок, який задає частоту роботи генератора, отже і самого інвертора. Живлення ланцюжка береться з вивода 8 (опорних 5.0 вольтів).

5 – Спільний вивід (маса) високої половини блока живлення. Неприпустиме пряме з'єднання з масовою шиною низької половини.

6 – вихід управління силовим ключем.

7 – вхід живлення контролера.

8 – зовнішній вихід джерела опорної напруги 5.0 вольт. Струм навантаження не повинен перевищувати 50 мА.

 

 

Мал. 17
Інвертор ІБЖ

 

Інвертори на сімействі подібних контролерів побудовані по схемі однотактного зворотно-хода. Конструктивно все просто.

 

Ліворуч ви бачите вхід до позитивної та негативної шини напруги 310 В, це напруга виходу після випрямного містка та конденсатора вхідного фільтра. Гадаю ви пам'ятаєте – масова шина високої половини не повинна мати прямого з'єднання із негативною шиною низької.

Сигнал управління (6), через резистор обмеження вихідного струму, потрапляє на затвор силового ключа. До речі, виробник радить вивід сигналу управління, через резистор підтягування потенціалу, з'єднати із масою. Ця порада не позбавлена сенсу, адже у моменти відсутності сигналу управління затвор ключа опиняється "підвішеним у повітрі", що може призвести до хибних увімкнень. Такий резистор має на порядок більший номінал за R4 тому на впливає на імпульси управління

Отже, у миті увімкнення ключа напруга +310 В через робочу (Роб) обмотку, відкритий ключ, резистор R8 замикає коло запасаючи ЕРС у трансформаторі. Після вимкнення ключа трансформатор, як і звичайна індуктивність, віддає запасену енергію у зворотній полярності. Зверніть увагу на фазування (увімкнення початків) обмоток живлення (Жив) та вихідної (Вих). Саме на них виникає напруга при зворотному ході розряду накопиченої ЕРС індуктивності. Конденсатор C6, резистор R7 це снаберна ланка, діод VD3 разом із нею захищають вхідні кола від сплеску потенціалу зворотного імпульсу.

Резистор R8 має зовсім маленький номінал. Він і є датчиком робочого струму імпульсу. Від його величини буде залежати максимальний пропускний струм ключа, адже падіння напруги на резисторі більше 1.0 вольта призведе до зупинки роботи контролера. Зменшення падіння напруги знову запустить контролер. Саме цим і пояснюється характерне, добре чутне цикання інвертора – він то запускається, то знову вимикається. Таке явище може виникнути під час всіляких негараздів. Сигнал із датчика струму надходить до контролера через вивід 3.

Запуск контролера відбувається після увімкнення живлення. Стартова напруга з шини +310 В потрапляє на вивід живлення мікросхеми (7). Резистор R2 обмежує струм, а стабілітрон VD1 підтримує її на рівні 20 вольтів. Я написав "стартова" не даремно, адже після запуску інвертора він переходить у режим самостійного живлення випрямленою напругою від обмотки Жив. Випрямлення відбувається за допомогою діода VD2, резистор R6 обмежує струм, конденсатор С2 згладжує пульсації, стабілітрон VD1, не дозволяє потрапляти для живлення контролера напрузі більшій за 20 вольтів.

Вивід входу зворотного зв'язку (2) замкнений на масу, для такого схемного рішення побудови інвертора у ньому немає потреби. Втім, існують схеми і з його використанням.

Сигнал підсилювача похибки (1) блокується через відкритий оптотранзистор. Повне блокування наступає при значному зростанні вихідної напруги, проміжні величини призводять до часткового відкриття транзистора, що у свою чергу збільшує прогальність імпульсів управління – зменшуючи вихідну напругу.

Ну і останні два виводи – вихід опорної напруги 5.0 В (8) та вхід генератора (4). Вони використовуються для приєднання ланцюжка з резистора R3 та конденсатора C3. За допомогою цього ланцюжка задають частоту роботи генератора.

 

Продовження статті за посиланням.

 

 

Комментарии к статье

Отсутствуют
  • Вы, клиент нашего интернет-магазина? Войдите чтобы оставить комментарий
    Войдите
    Впервые в интернет-магазине? Чтобы продолжить вам нужно зарегистрироваться, это займет несколько минут
    Зарегистрируйтесь