Импульсный стабилизатор конденсаторного блока питания

Импульсный стабилизатор конденсаторного блока питания

Журнал "Радио", номер 11, 1999г.
Автор: Н. Цесарук, г. Тула

    Автор публикуемой статьи делится опытом применения импульсных стабилизаторов выходного напряжения в бестрансформаторных блоках питания с балластным конденсатором.

    Один из наиболее серьезных недостатков бестрансформаторныхисточников питания с гасящим конденсатором, например, описанных в [1, 2], заключается в том, что их нельзя включать в сеть без нагрузки или с нагрузкой недостаточной мощности. Устраняют его включением стабилизатора на стабилитроне параллельно выходу выпрямительного моста [3]. Но при этом сам стабилитрон может потреблять ток, значение которого соизмеримо с током нагрузки, если учесть влияние разброса емкости гасящего конденсатора, напряжения стабилизации стабилитрона и колебания в сторону увеличения напряжения сети. На стабилитроне рассеивается значительная мощность, поэтому его приходится ставить на теплоотвод [2].

    Основная идея усовершенствования бестрансформаторного блока питания с гасящим конденсатором заключается в введении в него импульсного регулирующего элемента, например, как это сделано в [4], для уменьшения рассеиваемой на стабилизаторе мощности.

    В предлагаемом стабилизированном источнике питания с регулируемым выходным напряжением (см. схему) параллельно выходу диодного моста VD1 включен аналог неуправляемого четырехслойного диода (динистора) [5], выполненный на комплементарной паре транзисторов КТ502А, КТ503А. Для обеспечения стабильного порога включения аналога динистора подключен стабилитрон VD2 последовательно с эмиттерным переходом транзистора VT1.

    При увеличении выходного напряжения диодного моста конденсатор С2 начинает заряжаться. Когда напряжение достигнет некоторого значения, зависящего от положения движка переменного резистора R6, включится стабилитрон VD2 и откроется сначала транзистор VТ1, а затем и VТ2. Из-за глубокой положительной обратной связи транзисторы открываются лавинообразно и шунтируют выход моста, что приводит к скачкообразному уменьшению напряжения на нем практически до нуля. Диод VD3 закрывается, а конденсатор С2 подпитывает нагрузку. Когда напряжение на выходе моста уменьшится до нуля, транзисторный аналог динистора выключается, начинается зарядка конденсатора С2. Процесс повторяется. Суммарное напряжение насыщения между эмиттерами транзисторов (падение напряжения на аналоге динистора) около 0,7 В.

    В зависимости от сопротивления нагрузки включение аналога динистора происходит в разные моменты полупериодов сетевого напряжения. В режиме холостого хода на выходе диодного моста - короткие импульсы, следующие с наибольшей скважностью. При подключении нагрузки скважность уменьшается: уменьшается время открытого состояния транзисторов, что приводит к увеличению длительности импульса напряжения, поступающего через разделительный диод VD3 на конденсатор С2.

    Процесс стабилизации напряжения очень похож на функционирование известного радиолюбителям стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием. Частота следования импульсов равна частоте пульсаций на конденсаторе С2. Разделительный диод VD3 предотвращает разрядку конденсатора С2 через открытые транзисторы.

    Амплитуда импульса тока через стабилитрон VD2 не превышает 0,5 мА во всех режимах работы, что свидетельствует об экономичности стабилизатора с транзисторным аналогом динистора по сигналу управления. Для сравнения: если применить импульсный элемент - тринистор, то приборам серий КУ201, КУ202 необходима амплитуда тока включения до 100 мА.

    Кроме того, использование параллельного стабилизатора позволяет плавно регулировать выходное стабилизированное напряжение на нагрузке, например, сопротивлением 1 кОм в пределах от 4,7 до 46 В. На холостом ходу - соответственно от 4,84 до 46,06 В. Отличие значений напряжения на нагрузке и на холостом ходу составляет около одного процента. Этого вполне достаточно практически для всех случаев.

    Если регулировка выходного напряжения не требуется (необходимо фиксированное значение), резисторы R5 и R6 удаляют, а анод стабилитрона подключают к эмиттеру транзистора VT2. Такой источник питания со стабилитроном Д814Г обеспечивает фиксированное стабилизированное напряжение 9,94 В на нагрузке сопротивлением 180 Ом. На холостом ходу выходное напряжение равно 10,09 В . При использовании стабилитрона Д814А Uвых = 7,67 В на той же нагрузке, а на холостом ходу - 7,8 В. Как видно, разница между напряжениями на нагрузке и на холостом ходу и в этом случае составляет около одного процента.

    Повысить выходное напряжение выпрямителя можно использованием в нем более высоковольтного стабилитрона или двух низковольтных, соединенных последовательно. При двух стабилитронах Д814В и Д814Д и емкости конденсатора С1 2 мкФ выходное напряжение на нагрузке сопротивлением 250 Ом может быть 23...24 В.

    Приведенные примеры иллюстрируют возможность экспериментальным путем подобрать элементы бестрансформаторного выпрямителя на требуемое стабилизированное выходное напряжение при заданной нагрузке.

    Когда требуется наличие общего провода между выходом стабилизированного выпрямителя и сетью, может быть применен известный однополупериодный диодно-конденсаторный выпрямитель. Для этого следует исключить диодный мост VD1, резистор R2 включить последовательно с балластным конденсатором С1, нижний (по схеме) сетевой провод соединить с "минусовым" выходным и между эмиттерами транзисторов подключить выпрямительный диод анодом к эмиттеру транзистора VT2.

    Резистор R2 ограничивает входной ток при переходных процессах в момент включения устройства в сеть. Из-за неизбежного "дребезга" контактов сетевой вилки и розетки процесс включения сопровождается серией кратковременных замыканий и разрывов цепи.

   При одном из таких явлений гасящий конденсатор С1 может зарядиться до полного амплитудного значения напряжения сети, т. е. примерно до 300 В. После разрыва и последующего замыкания цепи напряжение на конденсаторе и сетевое могут сложиться и составить в сумме около 600 В. Это - наихудший случай, который необходимо учитывать для обеспечения надежной работы устройства.

   Поэтому в устройствах, предложенных для повышения надежности, лучше применить более мощные комплементарные пары транзисторов, например, КТ814А и КТ815А; КТ816А и КТ817А; КТ837А и КТ805А; КТ973А и КТ972А; 2Т505А и 2Т504А и т. д.

   Устройство гальванически связано с сетью. Об этом следует помнить и соблюдать осторожность при его конструировании и налаживании.

Литература

1. Дорофеев М. Бестрансформаторный с гасящим конденсатором. - Радио, 1995, # 1, с. 41, 42; # 2, с. 36, 37.

2. Хухтиков Н. Зарядное устройство. - Радио, 1993, # 5, с. 37.

3. Бирюков С. Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором. - Радио, 1997, # 5, с. 48-50.

4. Алексеев С. Симметричные динисторы - в источниках питания. - Радио, 1998, # 10, с. 70, 71.

5. Войцеховский Я. Радиоэлектронные игрушки. - М.: Советское радио, 1970, с. 40.







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.