强大的电源，220/32 伏 1000 瓦。方案、说明

强大的电源，220/32伏1000瓦。无线电电子电气工程百科全书

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近年来，越来越多地采用几十千赫频率的电压转换来减小网络电源的尺寸和重量。这种电源包含电源电压整流器、具有双倍电源频率的纹波滤波器、电压转换器、降压变压器、整流器和具有双倍转换频率的纹波滤波器。该转换器通常根据桥或半桥逆变器的方案来执行，其中晶体管在半个开关周期后交替打开和关闭。这种转换器的缺点是在关闭晶体管时存在通过集电极的电流。因此，会向它们释放大量瞬时电力，其允许值限制了此类设备的功率。电压转换器中常用的硅晶体管，例如KT812系列，允许的瞬时功率不超过几百瓦。

通过使用负载串联谐振电路的桥式逆变器可以在一定程度上消除这种限制。这种器件的晶体管在没有集电极电流的情况下闭合；集电极上的最大电压（相对于发射极）和最大集电极电流作用在晶体管上的时间不同，因此其上释放的瞬时电功率为很小。

下面描述的网络电源说明了具有串联谐振电路的桥式逆变器的功能。它旨在用作相当于 27 伏车辆电气系统（带有电阻或电感有源负载）。

该装置的原理图如图所示。其主要部件是C1L1C2滤波器，防止变频器的干扰侵入网络；二极管 VD1-VD4 上的电源电压整流器，带有滤波器 C3-C5L2C6-C8；晶体管VT1-VT4上的桥式逆变器具有谐振电路L3C10C11，降压变压器74，具有滤波器C13-C18L12C15C4的二极管VD16-VD17上的增频电压整流器； DD1-DD4 微电路和晶体管 VT5、VT6 上的逆变器控制单元以及为其供电的两个源：不稳定 (VD19) 和稳定 (VD20 DA1)。 LED HL1 - 指示设备包含在网络中。

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桥式逆变器控制单元由单稳态芯片 DD1 上的时钟脉冲发生器、触发器 DD2.2 上的脉冲分配器和 DD4 芯片的元件、两个放大器（DD3.3；VT5 和 DD3.4、VT6）组成。以及带同步器（DD21、DD2.1）的机组过载保护装置（VD3.1、DD3.2）。 HL2 LED 发出保护装置已跳闸的信号。

当使用拨动开关 Q1 将单元连接到网络时，电源电压提供给控制单元，并且持续时间为 1.2 μs、恒定重复频率约为 17 kHz 的正脉冲出现在单向输出端。拍摄DD40。使用直接和反向输出处出现的逻辑 2.2 信号触发 DD1，交替“打开”元件 DD4.1、DD4.2。脉冲到达任一放大器（DD3.3、VT5）的输入端，然后到达另一个放大器（DD3.4、VT6）的输入端。结果，开路极性的脉冲被提供给晶体管VT1、VT4或VT2、VT3的发射极结。

时钟发生器脉冲出现一段时间后（延迟是由于滤波器 C3-C5L2C6-C8 的时间常数相当大），电容器 C9 上出现平滑增加的整流电压，逆变器将其转换为交流电压20 kHz 的频率，施加到变压器 T4 的绕组 I。从其绕组I去除的电压由二极管VD13-VD18整流，并通过滤波器C12-C15L4C16C17提供给负载。电阻器 R13 降低空载整流器的输出电压。

逆变器可分为四相。第一个阶段，持续时间为 17 μs，晶体管 VT1、VT4 打开，电容器 C10、C11 通过它们、变压器 T4 的初级绕组和电感器 L3 充电。该电路中的电流首先从零增加到最大值，然后随着电容器充电，减小到零。电流的形状类似于正弦曲线的半周期。

第二阶段，持续8μs，向晶体管VT1、VT4的基极施加闭合极性的电压，晶体管VTXNUMX、VTXNUMX截止。

在第三阶段（以及第一阶段，持续17μs），晶体管VT2、VT3打开，并且几乎全部经二极管VD1-VD4整流的电压施加到每个闭合的晶体管VT1、VT4（带有带有电阻为 1 欧姆 - 约 260 V）。与第一阶段一样，电容器C10、C11充电到相反极性的最大电压的电流流经电容器、电感器L3和变压器T4初级绕组形成的串联电路。它们充电的电压取决于负载电阻：负载电阻越低，电压就越大（负载电阻为 1 欧姆 - 大约 200 V）。

当晶体管VT2、VT3的集电极电流减小到零时，逆变器工作的第四阶段开始，与第二阶段一样持续8μs：从变压器绕组向晶体管的基极施加闭合电压T2 和 T5。晶体管VT1、VT4始终保持关闭状态。该暂停是必要的，以确保晶体管VT2、VT3完全闭合，并且当晶体管VT1、VT4打开时，不会通过相邻肩部的晶体管出现直通电流脉冲。由于开关电压是在没有集电极电流的时刻提供给发射结的，因此在最坏情况下集电极结处的瞬时电功率不会超过几瓦。

本机的过载保护装置的工作原理如下。提供电源电压后，DD2.7触发器设置为单一状态（在反向输出时-逻辑电压为0），并且在DD3.2元件（引脚11）的输出处出现逻辑1电压，为时钟发生器脉冲通过 DD4.1 元件和 DD4.2 的通道创造条件只要提供给负载的功率小于 1 kW，触发器就会始终保持在该状态。

当达到功率限制时，触发器DD2.1的计数输入端从电流互感器T3的次级绕组通过电桥VD21接收到的第一个脉冲的幅度足以将触发器置于零状态（在反向输出 - 逻辑电压 1)。根据该电路，将 DD3.2 元件顶部输入处的低逻辑电平变为高电平会导致以下事实：随着下一个时钟脉冲的到来，在其输出处设置逻辑 0 电压，并且通过通过元件 DD4.1、DD4.2 的脉冲停止。由于元件 DD3.1、DD3.2 上的 RS 触发器，禁止信号仅在脉冲之间的暂停开始时出现，这可以防止逆变器晶体管发生故障（在集电极电流存在的情况下关闭会导致由于瞬时电功率过度增加而导致故障）。即使在负载短路期间，该装置也能保护逆变器晶体管。

要在保护跳闸后将电源恢复到原始状态，必须使用拨动开关 Q1 将其关闭并再次打开。当设备关闭时，滤波电容器 C3 - C8 通过电阻器 R1 和 R2 放电。这是必要的，以便在重新导通后晶体管VT1-VT4的基极电流脉冲幅度增加期间，当它们没有完全打开（即没有进入饱和模式）时，不会立即在晶体管VTXNUMX-VTXNUMX上出现大电压。他们的收藏家可能会导致失败。

转换器的谐振电路使用额定电压为 10 V 的电容器（C11、C71）K4-250。额定电压为 12 V 的滤波电容器 C15-C73 - K16-63。电阻器 R13 - PEV-10。其余的电阻器和电容器是任意类型的。开关 Q1 - TV1-2。

控制单元的电源采用统一变压器ТН13 127/220-50。该装置的所有其他变压器和扼流圈都是自制的。绕组数据如表所示。 L3电感和T4变压器的两个绕组均用绞合成束的导线缠绕。为了减少该变压器的漏感，绕组II采用两束折叠在一起的方式缠绕。通过将一个半绕组的起始端的输出与另一个半绕组的末端的输出连接来获得抽头。

所有扼流圈的磁路均以0,5毫米的无磁间隙组装。

逆变器控制单元及其电源安装在由 2 毫米厚的箔玻璃纤维制成的印刷电路板上。该块的大部分其他部分铰接安装在三块尺寸为 220x85 毫米、由 3 毫米厚的 Textolite 制成的板上：其中一个板上固定有二极管 VD1-VD4 以及滤波器 C1L1C2 和 C3-C5L2C6-C9 的部分，另一块上 -变压器T2、T3、T5和逆变器部件，第三个-电感L3和滤波器部件C12-C15L4C16C17。

晶体管 VT1 - VT4 安装在尺寸为 70x60x8 mm 的板形式的硬铝散热器上（边长为 60x8 mm，它们连接到电路板），二极管 VD1-VD4 - 安装在由尺寸为的铝板弯曲而成的 U 形散热器上100x25x1,5 mm，二极管 VD13...VD18 和变压器 T4 - 位于冷却表面积约为 1000 cm2 的肋状硬铝散热器上，固定在块外壳的后部。

设置设备在没有保险丝 FU1 的情况下启动。打开控制单元的电源，使用示波器，确保晶体管 VT1-VT4 的发射结处有持续时间为 17 μs 的正极性脉冲，重复频率约为 20 kHz（振荡周期约为 50 μs）。当电流互感器73的次级绕组的任何输出端与控制单元的微电路的电源的正输出端连接时，这些脉冲应该消失。

然后将电感L3输出与变压器T4初级绕组断开，熔断器FU1安装到位，并接通毫安表代替电源开关Q7的触头8和1。逆变器空载消耗电流应不大于15mA。确信这一点后，在电感器L3的端子和变压器T4的初级绕组上附加一个阻值约为0,5欧姆的电阻，将电感器L1的整流桥VD4-VD1的网络端子焊接并供电。来自可调自耦变压器（例如 LATR）的交流电压为 20.. .30 V。等效负载连接到模块的输出 - 电阻为 1 欧姆、耗散功率为 700 的电阻器。 ..800瓦。通过用示波器监视附加电阻两端的电压形状，选择电感器 L3 磁路中的无磁隙，使屏幕上的脉冲（正极性和负极性）尽可能类似于半脉冲。正弦波的波。

此外，观察脉冲的形状，将电桥 VD1 - VD4 输入处的电压增加到 220 V。等效负载下的输出功率增加到 650 ... 700 W，但实际上脉冲的形状应保持不变不变。如果在这样的功率下，它们变得锐利，则这表明电感器L3或变压器T4的磁路饱和，并且必须更换为更大的电感器（具有更大的横截面）。

最后，电路中排除了附加电阻，选择电阻R18，使得过载保护单元工作在1kW的输出功率（通过减小等效负载的电阻获得）。

在设置过程中，应遵守安全预防措施，因为许多电源电路，特别是用示波器监视的电源电路，都处于高电压下。

功率高达 700 W 的负载可以直接连接到设备的输出，并可以使用拨动开关切换功率。对于较高功率，建议在负载电路中提供额外的开关，并首先将设备连接到网络，然后将负载连接到其输出

作者：S.Tsvetaev

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