Импульсный источник питания с полумостовым преобразователем (КР1156ЕУ2)
Следующая схема импульсного источника питания с полумостовым преобразователем с регулируемым выходным напряжением без стабилизации используется для питания паяльной станции. Построение и наладка этого источника питания не вызывают затруднений, что является главным его достоинством. Узел управления выполнен на микросхеме КР1156ЕУ2, которая представляет собой высокочастотный ШИМ-контроллер, оптимизированный для построения двухтактных высокочастотных импульсных источников питания.
Схема устройства приведена на рис. 5.23. Напряжение сети поступает на фильтр CI, LI, С2, выпрямляется диодным мостом VD1 и через токоограничительный резистор R6 заряжает конденсаторы С11 и С12, образующие одно плечо моста. Другое плечо образовано транзисторами VT1, VT2. В диагональ моста включена первичная обмотка трансформатора Т2. Полевые транзисторы VT1, VT2 поочередно открываются импульсами с выхода микросхемы DA1, причем VT2 управляется непосредственно от микросхемы, a VT1 — через трансформатор Т1, служащий для гальванической развязки. В цепи затворов включены резисторы R8 и R9, которые совместно с емкостями затворов образуют НЧ фильтры, снижающие помехи при переключении.
Микросхема ШИМ-контроллера КР1156ЕУ2 имеет два выходных каскада (выводы 11, 14), рассчитанные на значительный выходной ток (как втекающий, так и вытекающий): постоянный — 0,5 А, импульсный — до 2 А. Управляется микросхема внутренним генератором, частота которого задается подключением резистора к выводу 5 и конденсатора к выводу 6 (R5, С7 на рис. 5.23). Частота преобразователя в данном случае выбрана равной 50 кГц.
Для широтно-импульсной модуляции выходных сигналов служит устройство, состоящее из триггеров и усилителя сигнала ошибки. С помощью усилителя сигнала ошибки можно осуществить стабилизацию выходного напряжения за счет сравнения части выходного напряжения с опорным, подключив соответствующим образом отрицательную обратную связь на вход усилителя. Однако в данной конструкции эта возможность не используется, поэтому соединения сделаны следующим образом. На неинвертирующий вход микросхемы (вывод 2) подано напряжение +5,1 В с источника опорного напряжения (вывод 16). На вывод 7 подано пилообразное напряжение с вывода 6. Инвертирующий вход усилителя (вывод 1) соединен с общим проводом через резистор R4.
При таком включении усилитель сигнала ошибки установлен на максимальную длительность выходных импульсов. Для управления длительностью импульсов использована другая возможность контроллера — узел «мягкого запуска» с выводом 8. Если на этот вывод подать изменяющееся приблизительно от 2,25 до 4,5 В напряжение, то длительность выходных импульсов будет регулироваться в пределах 0...100% от максимальной. Максимальная длительность импульсов составляет, соответственно, 80% от длительности полупериода.
Ток по выводу 8 очень мал (порядка 10 мкА); подключением конденсатора к этому выводу ,можно осуществить так называемый «мягкий запуск», когда работа преобразователя начинается с минимальной длительности импульсов, и постепенно, за счет заряда конденсатора, увеличивается до стационарного значения. В данном устройстве длительность импульсов, а значит, и выходное напряжение, регулируется переменным резистором R2. Резистор включен в цепочку делителя R1...R3, подключенную к опорному напряжению +5,1 В.
Назначение вывода 9 микросхемы — защита по току. Если ток через транзистор VT2 превысит 1 А, то напряжение на выводе 9 будет более 1 В и выходы микросхемы переключатся в состояние «выключено» до окончания текущего цикла.
Напряжение питания микросхемы поступает на вывод 15. Отдельные выводы силового питания (вывод 13) и общего провода (вывод 12) позволяют, при необходимости, развязать по питанию мощный выходной каскад, являющийся источником помех, от остальной части преобразователя.
Напряжение питания на микросхему поступает с выпрямителя на диодах VD12, VD13 и конденсаторе СЮ. При включении устройства в сеть это напряжение отсутствует, поэтому необходимо решить проблему первоначального пуска. Для этого используется следующая особенность микросхемы. Если напряжение питания микросхем меньше 9 В, контроллер находится в выключенном состоянии, сигналы на выходах А и В отсутствуют, микросхема потребляет ток порядка 1 мА и не шунтирует конденсатор С6, который заряжается через резистор R7.
При достижении напряжения приблизительно 9,8 В микросхема включается. Преобразователь запускается, на обмотке III трансформатора появляется напряжение, которое выпрямляется и обеспечивает питание микросхемы во время работы (около 15 В в данном устройстве). Вывод 15 микросхемы имеет гистерезис около 0,8 В, поэтому выключится микросхема только при снижении напряжения питания ниже 9 В, в результате кратковременное снижение напряжения на выводе 15 при запуске микросхемы не приводит к ее выключению.
Как уже говорилось, форма сигнала на выходах А и В (выводы 11 и 14, соответственно) представляет собой попеременно появляющиеся импульсы с максимальной длительностью 80% от полупериода, поэтому между закрыванием одного транзистора и открыванием другого есть достаточно большой интервал. В результате момент, когда оба транзистора открыты, исключен, и сквозные токи отсутствуют.
Выходное напряжение с обмотки II выпрямляется диодами VD14...VD17 и через дроссель L2 поступает на конденсатор С13 и далее на выход преобразователя. Назначение дросселя L2 — выделение из выпрямленной последовательности прямоугольных импульсов постоянной составляющей. В паузах между импульсами выпрямленного напряжения все диоды выпрямителя оказываются открытыми, и через них энергия, накопленная в дросселе, поступает в нагрузку.
В блоке применены детали импортного и отечественного производства: VD1 — диодный мост W06M с обратным напряжением 600 В и максимальным током 1,5 А; СП, С12 — по два параллельно соединенных конденсатора 47 мкФ 160 В фирмы Jamicon; VD14...VD17 — импортные диоды SF22 с обратным напряжением 100 В и максимальным током 2 А; время восстановления 35 не. Следует отметить, что от быстродействия этих диодов сильно зависит КПД и уровень помех устройства.
Трансформатор Т1 намотан на кольце К10х6х4,5 из феррита М2000НМ1, число витков обмоток I — 50, II — 40, диаметр провода 0,15 мм, трансформатор Т2 намотан на кольце К31х18,5х7 из феррита М1000НМ1, обмотка I содержит 160 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,3 мм, II — 40 витков такого же провода диаметром 0,6 мм, III — 2x15 витков провода диаметром 0,15 мм. Дроссель L2 намотан на кольце К20х10х5 из феррита М2000НМ1 с зазором в кольце 1,5 мм; число витков — 110, провод диаметром 0,5 мм. Зазор выполнен ножовкой по металлу или «болгаркой» алмазным кругом, в зазор для прочности вклеена прокладка из текстолита.
Транзисторы установлены на небольшие радиаторы. VD7, VD8 — по два последовательно соединенных стабилитрона на суммарное напряжение стабилизации 18 В. Остальные детали — типовые для импульсных источников.
При налаживании устройства к выводам 15 и 10 микросхемы DA1 подключается внешний источник питания +12 В и проверяется наличие сигналов на выходах А и В, их форму и изменение длительности импульсов при регулировании резистором R2. При необходимости подбираются резисторы R1 и R3 на необходимый диапазон регулирования.
Далее вместо 220 В подключается напряжение порядка 30...40 В, не отключая источник +12 В, и проверяется сигнал в точке соединения транзисторов, а также формирование напряжений на выходе устройства и на конденсаторе СЮ. Напряжения должны быть пропорционально уменьшенными по сравнению со стационарным режимом.
После этого убирается источник +12 В и устройство можно включить в сеть 220 В. В последнюю очередь уточняется число витков обмоток I и III трансформатора Т2: III — для обеспечения питания +15 В, а также обмотки II — на необходимое максимальное напряжение источника.