Вторичный импульсный источник питания, о котором далее пойдет речь, потребляет энергию от аккумулятора и предназначен для питания оконечного каскада усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Источник питания обладает защитой от перегрузки по току нагрузки. Двуполярное постоянное выходное напряжение стабилизировано, благодаря автоматическому регулированию по методу широтно-импульсной модуляции. Принципиальная схема вторичного импульсного источника питания изображена на рис. 1.
Рис. 1.
Основные технические характеристики:
- диапазон постоянного входного напряжения — 12.Л 8 В;
- максимальный входной ток — 65 А;
- максимальная мощность нагрузки — 600 Вт;
- стабилизированное выходное напряжение — 60 + 60 В;
- частота преобразования — 30 кГц.
Назначение компонентов
Предохранитель FU1 защищает аккумулятор, который питает устройство, от перегрузки в случае нарушения работы в преобразователе электропитающего устройства. Диод VD1 инициирует срабатывание предохранителя FU1 в случае, если была изменена полярность напряжения питающей сети постоянного тока.
Конденсатор С1 и резистор R3 устанавливают частоту импульсов, которые вырабатывает задающий генератор. Емкость конденсатора С1 влияет на длительность пауз между импульсами на нулевом уровне (dead time).
Компоненты С2, Rl, R2, R4-R6, R9, R25, Ul, VD5 обеспечивают стабилизацию постоянного выходного напряжения источника питания. Помехоустойчивость данной системы стабилизации увеличивает RC-цепь С2 и R4. Резисторы Rl, R5 и R9 образуют перестраиваемый делитель напряжения.
Конденсаторы СЗ, С5-С9 представляют емкостный фильтр пульсаций напряжения. Керамические конденсаторы С5-С9 с низким паразитным сопротивлением и малой паразитной индуктивностью шунтируют по высокой частоте алюминиевый электролитический конденсатор СЗ, предупреждая его разрушение. Керамический или танталовый конденсатор С4 сглаживает пульсации в постоянном напряжении, которое возникает на выводе 16 микросхемы DА1.
Микросхема DA1 вырабатывает двухтактную последовательность импульсов с частотой, равной половине частоты внутреннего генератора. Резисторы R8, R12 — коллекторные нагрузки встроенных в микросхему DA1 биполярных транзисторов оконечного каскада.
Ограничивающий ток резистор R13 и стабилитрон VD2 играют роль параметрического стабилизатора напряжения, который питает микросхему DA1. Исполнительная часть системы стабилизации выходного напряжения, собранная на компонентах R1, R5, R9, U1.1, получает питание стабильным напряжением. Танталовый конденсатор С12 фильтрует подводимое к задающему генератору напряжение питание от пульсаций.
Конденсаторы С14-С17 и высокочастотный дроссель L1 представляют сглаживающий LC-фильтр, очищающий напряжение питания задающего генератора и драйверной микросхемы DA2. Керамические конденсаторы С15—С17 замыкают высокочастотные пульсации.
Микросхема DA2 необходима для умощнения импульсов, вырабатываемых микросхемой DA1.
Затворные резисторы R16 и R17 замедляют процесс отпирания и запирания ключевых транзисторов VT1 и VT2, что необходимо для обеспечения их управляемости. В транзисторы VT1 и VT2 марки IRLS4030-7PPbF встроены специальные диоды, электрически подключенные параллельно паразитным р-n-переходам, благодаря чему нет необходимости во внешних оппозитных диодах.
Компоненты С11,С13, R14, R15, R18 и R19 образуют цепь защиты от перегрузки по току электропитающего устройства. Во время работы преобразователя через шунтирующий резистор R19 протекает ток. Чем больше сила тока, тем выше падение напряжения на этом резисторе. Резистор R19 служит датчиком тока, протекающего через ключевые транзисторы VT1 и VT2. Однополярные импульсы поступают с компонента R19 на делитель напряжения, выполненный на резисторах R15 и R18, который необходим для корректировки системы защиты по току. Конденсаторы Cil, С13 и постоянный резистор R14 выполняют функцию П-образного фильтра, который подавляет помехи в сигнале о перегрузке.
Цепи из компонентов C18 и R20, С19 и R21, С20 и R22, С21 и R23, С22 и R24 предназначены для подавления затухающих колебательных процессов.
Диодные сборки VD3 и VD4, состоящие из двух диодов с общим катодом, выпрямляют импульсное напряжение на вторичных обмотках трансформатора TV1.
Компонент L2 — это дроссель групповой стабилизации, выравнивающий выходные напряжения источника питания.
На реактивных компонентах С23-С28, L3 и L4 собран фильтр двуполярного выходного напряжения аппарата.
Марки компонентов и возможные замены
Контроллер DA1 марки SG1524 можно заменить на SG2524 или SG3524, разница между которыми заключается в различных температурных диапазонах эксплуатации.
ИМС DA2 марки IR2113 можно поменять на IR2110, IR2110S, IR2113S, H1P2500IP или HIP2500IB.
При максимальной мощности нагрузки ИИП в 600 Вт и напряжении питающей сети 12 В через предохранитель FU1 протекает ток силой примерно 65 А. Сообразно этому выбирают плавкую вставку. Помните (в том числе — при выборе сечения подводящих и монтажных проводов), что ток силой 60 А способен привести к расплавлению медной проволоки диаметром 1,4 мм.
Дроссель L1 выполняют на Ш-образном магнитопроводе Е25/10/6 из материала ЗЕ2 фирмы Ferroxcube. Индуктивность дросселя составляет 300 мкГн. Диаметр провода обмотки с учетом изоляции — 0,57 мм.
Дроссель L2 обладает двумя идентичными обмотками, каждая из которых обладает 15 витками литцендрата ЛЭЛО или ЛЭШО, состоящего из 175 жил диаметром 0,10 мм. Обе обмотки укладывают на сердечник одновременно в два провода. Дроссель L2 содержит отечественный магнитопровод типоразмером КП44 х 28 х 7,2 из МО-пермаллоя МП-140-4.
Дроссели L3 и L4 выполняют на точно таких же отечественных сердечниках, как и дроссель L2. Обмотки содержат по 30 витков одножильного провода ПЭВ-2, ПЭТВ или ПЭЛШО диаметром 1,61 мм с учетом изоляции.
Подстроечные резисторы R5 и R18 могут быть импортными марок 3362W-333LF, PVZ3A333, SH-083, SH-085 или отечественными серий СПЗ-38а, СПЗ-386, СШ-39А, СПЗ-39НА, СП5-2, СП5-3, СП5-ЗВ, СП5-16ВА, СП5-22.
Резисторы R16, R17, R19-R24 должны обладать как можно меньшей паразитной индуктивностью.
Токоизмерительный резистор R19 составлен из набора постоянных резисторов открытого исполнения PWR4413 фирмы Bourns сопротивлением 0,01 Ом, которые разработаны для эксплуатации в тяжелых условиях. Каждый из этих резисторов мощностью 1 Вт способен пропускать без разрушения импульс тока силой до 50 А, а мощностью 5 Вт — силой до 78 А.
Импульсный трансформатор TV1 имеет тороидальный магнитопровод R50 фирмы Epcos с типоразмером R50 х 30 х 20 мм из феррита N87. Обмотка I трансформатора содержит 4 + 4 витка литцендрата ЛЭШО или ЛЭЛО, обладающего 175 жилами диаметром 0,10 мм. Обмотку I, как и остальные обмотки, размещают равномерно, укладывая в два провода. Обмотки II и III с отводами от середин состоят из 21 +21 витка литцендрата ЛЭШО или ЛЭЛО, образованного 70 жилами диаметром каждой 0,10 мм. Обмотки отделяют одну от другой тремя слоями майларовой, лакотканевой или фторопластовой изоляции.
Оптрон U1 марки РС367С допустимо поменять на FOD817C, Н11А817, LTV817, РС816, РС817, TLP521 и др.
Диод VD1 может быть любой, допускающий обратное напряжение не менее 25 В и выдерживающий неповторяющийся импульс тока в прямом включении силой более 150 А.
Стабилитрон VD2 марки 1N5347B, который обладает напряжением электрического пробоя 10 В и мощностью 5 Вт, можно поменять на ZY10.
Диодные сборки VD3 и VD4 марки BYV44-500, в которых заключены по два диода с общим коллектором, можно поменять на сборки марки HFA30PA60C или можно использовать дискретные диоды 15ЕТН06, 15ETX06S, 30ЕРН06, 30ЕТН06, HFA25TB60 или RHRG3060. Сборки VD3 и VD4 закрепляют на раздельных охладителях марок HS151-30 или HS151-50. Если диоды будут смонтированы на единый охладитель, то их следует закрепить через диэлектрические прокладки из слюды или бериллиевой керамики во избежание электрического контакта, не предусмотренного принципиальной схемой.
Стабилитрон VD5 марки 1N5380B с напряжением электрического пробоя 120 В и мощностью 5 Вт можно поменять на ZY120 или аналогичный прибор.
Ключевые транзисторы VT1 и VT2 марки IRLS4030-7PPbF разрешено поменять на FB180SA10. Транзисторы надлежит установить на раздельные охладители HS 114-50, HS 118-50, HS 144-50, HS 145-100 или подобные.
Настройка и регулировка
Настройку следует начинать с тщательной проверки монтажа выключенного устройства. Движки резисторов R5 и R18 устанавливают в среднее положение, нагрузку к выходу аппарата не подсоединяют, и под контролем измерительных приборов включают источник питания. Постоянный ток, который протекает через предохранитель FUI, не должен превышать нескольких сотен миллиампер. Если это не так, то причиной может быть слишком низкая магнитная проницаемость сердечника трансформатора TV1 или его механическое повреждение, или наличие коротко-замкнутых витков, или протекание сквозного тока через ключевые транзисторы, или ошибка в монтаже. Причиной может также быть разбалансировка магнитопровода трансформатора TV1, вызванная протеканием по обмоткам разнополярных импульсов, длительности которых в положительную и отрицательную полярности будут существенно отличаться друг от друга. Частота преобразования должна составлять примерно 30 кГц.
К источнику питания подключают два идентичных друг другу эквивалента нагрузки. Один из них подключают между общим проводом и клеммой +60 В, а другой — между общим проводом и клеммой -60 В. Вращая подстроечник резистора R5, устанавливают постоянное выходное напряжение аппарата на уровне 60 + 60 В. Резистором R18 регулируют порог ограничения тока, протекающего через резистор R19, ключевые транзисторы и первичную обмотку импульсного трансформатора ТV1. Ограничение должно начинаться при токе примерно 70..80 А. Теперь источник питания включают в питающую сеть и контролируют температуру нагрева его компонентов в долговременном режиме.
Автор: Москатов Е.А.
