02.04.21

[Домашняя]

Для уменьшения веса военной радиоаппаратуры в ней применялась частота питающей сети 400 Гц. При этом 400-герцовый трансформатор с габаритной мощностью 210 ВА (например, ТПП148-220-400) имел такие же размеры, как 50-герцовый на 30 ВА (ТН36-220-50). Впоследствии из-за старения аппаратуры и сокращения оборудования вооруженных сил эти трансформаторы на 400 Гц "освобождались" от работы по прямому назначению, но не могли пригодиться для народного хо­зяйства, так как индуктивность пер­вичной обмотки 400-герцового трансформатора слишком мала для питающей сети частотой 50 Гц. Обычно такие трансформаторы шли на металлолом. Тем не менее, таким трансформаторам можно найти хорошее применение. Например, они подойдут для повышающих преобразователей напряжения 12/220 В, используемых при питании сетевых потребителей от аккумуляторных батарей. Благодаря малогабаритному трансформатору на 400 Гц, можно существенно уменьшить вес преобразователя. Схема такого преобразователя приведена на рис.1.

Основной проблемой двухтактных преобразователей напряжения является сквозной ток через ключевые транзисторы при переключении. Для устранения этого эффекта существует множество схем. В данном случае, используя информацию из [1], был собран формирователь управляющих импульсов на КМОП-микросхемах серии К561 с делителем частоты на 10. Работу схемы поясняют временные диаграммы на рис.2.

Формирователь управляющих импульсов состоит из генератора импульсов на элементах DD1.1, DD1.2 (рис.1), драйвера DD1.3, DD1.4 и делителя частоты на 10 на микросхеме DD2. Частота генератора импульсов лежит в диапазоне 4,5...6 кГц и определяется сопротивлением цепочки резисторов R2, R3 и емкостью конденсатора С1. С выхода драйвера DD1.3- DD1.4 импульсы подаются на вход (вывод 14) делителя частоты DD2. Импульсы положительной полярности последовательно, по кругу, появляются на выходах 0...9 DD2. Они с выводов 3, 2, 4, 7 DD2 через диоды VD1...VD4 и ограничительный резистор R5 поступают на базы транзисторов VT1, VT2, которые коммутируют силовой ключ на транзисторе VT5. Соответственно, импульсы с выводов 1,5, 6,9 DD2 через диоды VD5...VD8 и ограничительный резистор R6 подаются на базы транзисторов VT3, VT4, открывающих ключ на транзисторе VT6. Когда импульс появляется на незадействованных выходах 4 или 9 DD2, формируется пауза. Выключатель SA1 служит для увеличения длительности паузы (контакты SA1 разомкнуты), когда к преобразователю подключена маломощная нагрузка, чтобы уменьшить ток потребления. Драйверы на транзисторах VT1, VT2 и VTЗ, VT4 служат для быстрого открывания и закрывания ключевых транзисторов VT5 и VT6. Транзисторы типа IRF3105 имеют значительную емкость затвор-исток (3200 пФ), и если их подключить непосредственно к DD2, то выходное сопротивление микросхемы и эта емкость образуют паразитную RC- цепочку, которая затягивает фронты ("размазывает’’) управляющих импульсов на затворах. Цепочка R9-C4, а также элементы VD10, VD11,СЗ, R10 служат для уменьшения амплитудных выбросов импульсов на первичной обмотке трансформатора Т1 (при подключении нагрузки к вторичной обмотке). При отсутствии указанных цепей может произойти пробой по напряжению ключевых транзисторов VT5 и VT6. Диод VD12 служит для защиты цепей преобразователя при неправильном подключении аккумуляторной батареи. В этом случае резко увеличится потребляемый ток через открытый диод VD12, и автомат SA3 разомкнет свои контакты. По указанной схеме можно собрать преобразователь и на 50-герцовых трансформаторах, уменьшив частоту задающего генератора до 500...600 Гц и увеличив емкость С4 до 2,2...4,7 мкФ.

Детали. Вместо микросхем серии К561 можно применить аналогичные серий К176 и 564. Диоды VD1...VD8 — кремниевые, рассчитанные на прямой ток не менее 30 мА, например, КД522, КД510, КД521 с любым буквенным индексом. Диоды VD10...VD11 — на прямой ток не менее 1 А с допустимым обратным напряжением не менее 100 В — КД212Б, КД226Б и т.п. Стабилитрон VD9 — на напряжение стабилизации 10...11 В — КС210А, Д814В. Транзисторы VT1, VT3 — КТ503В, КТ3102Б, КТ315Б, VT2, VT4 — КТ502В, КТ3107Б, КТ361Б с любым буквенным индексом. Транзисторы VT5 и VT6 типа IRF3105 можно заменить на IRFZ44, IRFZ46, IRFP250, IRFB260. Эти транзисторы через слюдяные прокладки установлены на алюминиевом радиаторе площадью 50 см2 и при работе практически не нагреваются. Выключатели SA1 и SA2 могут быть типа МТ1, но я использовал штатные переключатели, установленные на корпусе. Выключатель SA1 должен быть с двумя группами замыкающихся контактов.  SA3 — автомат на ток срабатывания 16 А. Силовой трансформатор Т1 — типа ТПП148-220-400 (210 ВА). Его четыре обмотки по 5 В соединены последовательно с соблюдением фазировки обмоток (перемычки запаяны между выводами 6-7,8-9,10-11). В результате, получились две обмотки по 10 В с отводом от середины. В качестве трансформатора Т1 можно применить типы ТПП158-220-400 (310 ВА), ТПП170-220-400 (243 ВА), ТПП152-220-400 (210 ВА), ТПП264-220-400 (210 ВА), ТПП281-220-400 (210 ВА), ТПП283-220-400 (210 ВА), ТПП275-220-400 (170 ВА), ТПП276-220400 (170 ВА), ТН60-220-400 (105 ВА), ТН61-220-400 (112 ВА) и др. Их справочные данные можно найти в [2]. Формирователь управляющих импульсов с драйвером собран на печатной плате (рис.3).

Преобразователь размещен в корпусе от компьютерного блока питания (рис.4).

Наладку преобразователя желательно выполнять с осциллографом (как говорится, "лучше один раз увидеть импульс, чем..."). Перед включением следует проверить монтаж на наличие ошибок. Подключаем аккумуляторную батарею, замыкаем контакты вык­лючателя SA2 (рис.1) и измеряем напряжение (+11 В) на выводах питания микросхем (14 DD1 и 16 DD2). Резистором R2 устанавливаем требуемую частоту генератора импульсов DD1.1-DD1.2 в диапазоне 4,5...6 кГц. Проверяем наличие импульсов на выводах 14, 3, 2, 4, 7, 1, 5, 6, 9 микросхемы DD2, на базах транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4, на затворах транзисторов VT5 и VT6 (относительно минусового провода), а также между базами транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4 согласно временной диаграмме на рис.2. Так как драйверы представляют собой эмиттерные повторители, то форма сигналов на затворе VT5 такая же, как на базах VT1, VT2, а на затворе VT6 — такая же, как на базах VT3, VT4. При работающем преобразователе напряжение в точке "А" должно составлять +25 В. В изготовленном преобразователе ток потребления без нагрузки составил 0,4 А при разомкнутых контактах SA1 и 0,5 А — при замкнутых. При подключении нагрузки в виде лампы накаливания 220 Вх100 Вт потребляемый ток вырос до 8,5 А. Некоторым недостатком преобразователя можно считать заметное гудение силового трансформатора Т1 на частоте 450...600 Гц, поскольку к этой частоте слух человека имеет повышенную чувствительность. Так что преобразователь с аккумуляторной батареей следует устанавливать где- нибудь в подсобном помещении, а напряжение 220 В подавать с помощью удлинителя.

Радиомир №4 2014г стр. 21