反向开关电源。方案、说明

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反激式开关电源

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本文介绍了一种由专用微电路控制的开关电源。该设备使用电视设备的标准脉冲变压器。

电源（PS）似乎是所有无线电电子设备的组成部分，应该最不容易受到快速变化的影响——毕竟它们已经存在了半个多世纪。但现代电路解决方案的发展并没有绕过无线电电子学这一最广泛的领域。

起初，传统的电池电源被带有LC滤波器的市电灯电源所取代，然后被晶体管和集成线性调节稳定器所取代。

提高效率以及改进重量和尺寸参数的努力促进了脉冲电源 (PS) 的开发和实施。与半桥和全桥 SMPS 一起，反激源已变得普遍，因为如果不采取特殊措施，桥 SMPS 中就会存在直通电流的危险（由于向其中一个臂提供开路电压，当由于由于其惯性特性，另一臂尚未完全闭合）总是导致开关元件以短路模式运行以及昂贵的大功率高压晶体管的失效。这些特殊措施使桥式 SMPS 显着复杂化，因此反激式 SMPS 在家用电器中变得越来越普遍，其中第一个周期的开关晶体管确保电磁能量在存储变压器的绕组和磁路中积累，并在第二-它传输到负载。要确信此类 SMPS 的相对复杂性，只需查看 ZUSTST、403USTST 电视的 MP-4 电源模块或 501USTST 电视的扫描和电源盒 KRP-5 的图表即可。

只有西门子和国内制造商的专家的最新发展，他们创建了用于控制反激式 SMPS TDA4605 的微电路（KR1033EU5 的国内模拟 - 所谓的 PWM 控制器），才显着简化了开发高度可靠且经济的无线电 SMPS 的任务业余爱好者。尽管参考书 [1] 包含有关 PWM 控制器的信息，但也存在一些错误，但应该指出的是，它对于 SMPS 的设计者和开发者来说具有很大的价值。手册[2]描述了使用国产KR6EU1033微电路的第六代电视中SMPS的操作，但没有表征其操作的参考信息（电压值、信号波形图）。不幸的是，上述来源均未提供存储变压器的绕组参数。然而，利用可用的参考特性，出于业余无线电的目的，始终可以采用现有的脉冲变压器来创建必要的现代 SMPS。所发表文章的材料将有助于解决这个问题；它们对于参与国产和进口视频设备的现代化和维修的无线电爱好者也可能有用。

微电路执行的服务功能非常广泛：

SMPS 的“软”启动，启动脉冲的持续时间平滑增加；
通过控制开关脉冲的持续时间来稳定工作模式下的输出电压；
将开关脉冲的开始“绑定”到存储能量传输到负载的完成时刻；
空闲和负载短路时的 SMPS 保护；
当电源电压波动超过既定限制时关闭 SMPS；
抑制由存储变压器引发的寄生振荡过程；
热保护（在外壳温度高于 +125 °C 时关闭微电路）。

表中给出了微电路引脚的功能用途。一。

表1

输出编号功能目的

1 控制放大器输入

2 输入模拟变压器存储绕组中电流变化的信号

3 电源分压器输入在偏离允许值时关闭开关脉冲

4 总结论

5 开关脉冲输出

6 芯片电源电压

7 用于连接积分电容器的输入，该电容器控制 SMPS“软”启动期间的脉冲持续时间

8 用于确定次级绕组中的脉冲过零的信号输入

主要特点

电源电压，V 7,5 13 ...

开关脉冲的开关频率，kHz，不超过 165

SMPS功率（由磁路类型和开关晶体管参数决定），W，不再 250

控制放大器输入电压，V 0,37 0,43 ...

改变开关电压以对开关 MOS 晶体管的栅源电容 V 进行充电的限制 -0,3 ... + 6

开关电流变化限值，A -1,5 ... + 1,5

控制放大器是微电路的主要元件。接收来自变压器附加绕组的信号并将其与内部参考电压进行比较，它会产生各种持续时间的开关脉冲，该脉冲时间由负载电流和整流电源电压的值确定。改变脉冲的持续时间以保持 SMPS 输出端的电压恒定。

SMPS 的主要元件是存储脉冲变压器，原则上可以是任何东西。微电路提供的大范围输出电压调节以及大量变压器输出绕组有助于创建具有必要参数的电源的任务。例如，建议考虑使用 TPI-8-1 脉冲变压器，如《无线电杂志》[3] 中先前所述。

SMPS 电路基于 [1,2] 中的材料创建并适合指定变压器的使用，如图 1 所示。图 4（未显示变压器未使用的绕组；引脚 10 和 XNUMX 最初缺失）。

反激式开关电源

器件内含噪声抑制滤波器，可防止高频干扰进入供电网络（L1、C1-C3）；限流电阻，限制 SMPS 开启时的电流浪涌 (R1)；市电电压桥式整流器（VD1）；微电路控制放大器反馈电路中的分压器，形成SMPS输出电压的稳定电平(R2、R6、R7、VD2)； SMPS电源电路中的滤波器，可降低输入电压纹波水平（C4）；分压器，用于监控电源电压的变化并在出现不可接受的波动时关闭 SMPS（R3、R4）；锯齿波电压形成器模拟脉冲变压器存储绕组（R5、C5）中的电流变化；反馈信号电路中的脉冲整形器（VD3、C6）；用于 SMPS“软”启动的控制电路中的积分电容器 (C7)；微电路电源电路中的滤波电容(C8)；微电路启动模式到达工作模式之前的限流电阻（R8）；电压整流器在工作模式(VD4)下从变压器的通信绕组(II)向微电路供电；用于控制开关晶体管(R9-R11、VD5)的脉冲供给电路；用于限制晶体管漏极峰值电压浪涌的电路（VD6、R12、C10）；消除寄生振动的阻尼电路（C11、R13）；用于确定开关脉冲形成周期开始（输出电压脉冲通过零的转变）的电路和控制放大器的反馈电路（R14、C9、R15、C12）中的噪声抑制滤波器；整流器和输出电压滤波器（VD7、C13）；输出电压电路中的限流电阻（R16）。

表中给出了对具有不同输出绕组和所用元件额定值的设备进行测试的结果（如图所示），以在 12 A 负载电流下获得 1,25 V 输出电压。 2.

表2

绕组 III 电压，V

7-11 12,5

16-20 8

3-5 2,2

8-12 10

6-12 55

要选择输出绕组，请使用该表。 3、包含脉冲变压器中最常使用的铜绕组线的参数。绕组 III 设计用于“标准”使用期间的 24 V 电压，包含 16 匝三个并联连接的 PEVTL-0,35 导线。它们的总横截面约为0,3毫米²相当于直径为0,62毫米的导体。电流密度为 4,25 A/mm²，对应变压器温度升高30℃，绕组中允许的电流为1,28A，完全满足要求（使用计算器，很容易将导体的范围沿增加的方向继续）并减小直径）。如果您使用绕组 V 和 VI（分别为引脚 14、18 和 16、20 [3]），将它们并联，则可以在 SMPS 输出处获得高达 3,5 A 的电流。

表3

绝缘线径，mm 铜径，mm 允许电流，A

0,41 0,35 0,41

0,44 0,38 0,48

0,47 0,41 0,56

0,5 0,44 0,65

0,53 0,47 0,74

0,55 0,49 0,8

0,58 0,51 0,87

0,6 0,53 0,94

0,62 0,55 1,01

0,64 0,57 1,08

0,66 0,59 1,16

0,69 0,62 1,28

0,72 0,64 1,37

0,75 0,67 1,5

0,77 0,69 1,59

0,8 0,72 1,73

与 MP-403 电源模块一样，存储绕组是绕组 I（引脚 1、19）。应特别注意端子的正确连接（定相）（通常在图中，绕组的起点始终用点表示）。微电路附加通信绕组和电源的引脚号如图1所示。

应记住，通信绕组中的工作电流取决于总负载功率，不一定达到最大值 1,5 A。在评估绕组的工作电压时，需要记住：比例关系仅针对次级绕组观察匝数和电压之间的关系，而不适用初级绕组，因为它们在脉冲电压的不同半周期（周期）中工作，并且它们的工作电压之间的比率将取决于占空比开关脉冲。

设置过程中的等效负载是三个并联的 PEVT-25 电阻，每个电阻为 30 欧姆。在施加电源电压之前，需要在 A 点和 B 点之间的开路中加入一个 1 A 电流表（图 0,5）。它在这里不仅用作测量设备，显示设备对电源额定值变化的响应。元件（电流消耗的增加将表明次级绕组上的负载电流或电压增加），而且还可以作为静音运行 SMPS 开启状态的可靠指示器。这将防止设置过程中意外震动。

根据图 2 中的图表组装一个简单的测量电路来检查开关晶体管的可用性也很有用。图707（还显示了场效应晶体管KP2V812、KP1B30及其国外类似物IRFBC40、IRFBC90、BUZ2A、1221SK0,1等的引脚排列）。通过以 1 V 增量增加晶体管的栅极电压，我们确保从阈值电压（5...500 V，取决于晶体管的类型和参数）开始，漏极电路中的电流平稳增加并达到开路后约 0,5 B 后为 1 μA。最好使用电流保护预设为 XNUMX mA 的电源。即使在由于引脚排列未知而导致连接错误的情况下，这也可以防止晶体管损坏。

反激式开关电源

执行规定的准备措施后，应将调谐电阻R7设置到中间位置并连接到SMPS网络。在安装过程中，最好将设备放置在桌面上，使其元件朝下：这样，印刷电路板就可以防止因绕组连接不正确而导致氧化电容器爆炸而造成的伤害。

如果次级绕组中的电压不足以使 SMPS 进入工作模式，由于启动模式会随着电压的升高而周期性激活，因此会听到变压器特有的咔哒声和高音（“咔哒”声）。电容器C8上的电压增加到阈值。在建立SMPS的过程中，首先需要检查微调电阻R7的动触点位置对输出脉冲参数的影响。

在选择锯齿波电压产生电路元件（R5、C5）的参数时应非常小心，它决定了开关晶体管开路状态的最大持续时间。将微电路中电容器C5上的电压与控制放大器输入端的电压进行比较，当它们一致时开关脉冲停止。如果这些元件选择不正确，当 SMPS 从网络上断开时，电源滤波器输出端的电压下降将通过开关脉冲持续时间的增加以及超过允许值的开关脉冲来补偿。晶体管的漏极电流，这将导致其损坏。

在设置过程中，应使用可靠的开关元件（拨动开关、开关，而不是电源插头和插座）将SMPS连接到网络，因为由此产生的触点弹跳可能导致开关晶体管故障。

安装完成后，设备应自信地返回到运行模式，SMPS 的静音运行和控制电流表的读数在 100...350 mA 范围内（具体取决于负载）即可证明这一点。如果没有发生这种情况，则意味着设备有故障部件或安装错误。

在最初的几十秒运行后，应将开关电源从网络上断开，并检查晶体管、变压器、二极管的热状况，然后在运行数十分钟后重复相同的操作。如果没有过热，则需要根据图 3 调整输出电压并监控信号形状。

反激式开关电源

对该装置的运行分析表明，使用现成的脉冲变压器时，最好保持存储绕组不变，并在“标准”使用时选择电压为8...9 V的通信绕组，即对于 TPI-8-1 变压器，需要一个通信绕组，包含六匝（引脚号为 14 - 18 的绕组）。

结果可能是所选变压器不提供所需的 SMPS 参数，因此需要更换次级绕组。制造脉冲变压器的刚性技术（按照严格指定的顺序分布绕组，保持绕组边缘与框架外侧之间的间隙，根据工作电流选择导线直径，分布不完整的“为了在变压器的工作电流范围内产生均匀的磁场，在整个绕组宽度上形成“放电”层，在制造过程中需要特别小心，并且在装配过程中需要特别小心。但是，如果不使用铣削设备，拆卸用环氧树脂胶粘合的变压器实际上是不可能的（用铣刀切割变压器后，需要通过减少切割厚度来恢复中心杆上的工作间隙）。因此，在这种情况下，唯一的出路是从铜箔上拆下静电（防干扰）屏蔽层，去除不必要的绕组，并使用“穿梭”方法将所需的绕组绕在其位置上，而不是使用大直径电线，更优选使用具有相等总横截面的较小直径的多个平行导体。

该装置使用非稀有零件。电容器 C1 K73-17、C2、C3、C10、SP - K73-9，额定电压均为 630 V，C4 - K50-32。如果 SMPS 负载超过 50 W，则必须连接另一个类似的电容器与电容器 C4 并联，或者使用容量为 50 µF（或 35 µF）的 K220-330B（电压为 350 V）。电容器 C6 - K53-30 或其他。氧化电容器C8、C13 K50-35。其余的是额定电压为 63...100 V 的任何陶瓷电阻。所有固定电阻器均为 MLT，但 R16 C5-16MV 除外。微调电阻R7 - SPZ-386。我们将二极管电桥替换为 KTs405B、KTs405V 或允许反向电压至少为 400 V、工作电流为 1 A 的单个二极管。二极管 VD6 和 VD7 是额定频率至少为 35 kHz 的脉冲二极管，并且第一个的额定电压至少为 600 V，电流为 1 A，第二个的额定电压为 100 V，电流为 5 A（用于低压电源）。 L1线路滤波器不用工业电感，我们可以使用自制电感：我们使用外径约1500毫米的2000NM-20NM铁氧体环，其上缠绕有几十匝的两根MGTF-0,35导体。

所有 SMPS 元件均安装在由厚度为 1,5 毫米的单面镀箔玻璃纤维层压板制成的印刷电路板上（图 4）。设备安装完成后，将跳线焊接到板子的A孔和B孔中。使用安装在外壳端部凹槽中的线夹将电容器 C4 平行于电路板固定；夹具的端部被密封到相应的孔中。为了确保可靠的电接触，电容器的负极端子通过带有花瓣的垫圈和外壳螺纹部分上的螺母连接到电路板。 SI电容器和电阻器R13通过铰接安装连接，具有焊接安装片的电容器的第二端子直接连接到安装在散热器上的晶体管本体的金属板。这将显着降低辐射干扰水平。出于同样的目的，SMPS 被放置在带有通风孔的金属外壳中以进行冷却。

反激式开关电源

该设备使用灵活的安装线连接到网络：将开关和保险丝焊接到一个导体的间隙中，其工作电流是设置期间用电流表测量的工作电流的两倍（如前所述，这将取决于加载）。根据 SMPS 输出端所需的电压值，次级绕组与柔性绝缘导体连接。晶体管 VT1 移至电路板边缘，以便可以通过云母板直接连接至器件的金属主体或有效冷却面积为 100...200 cm2 的散热器。

应该记住，SMPS 通过电流连接到网络：如果处理不慎，可能会导致触电。根据电气安全规则，SMPS安装过程中需要通过功率至少300W的隔离变压器连接到网络。

文学

开关电源微电路及其应用：目录。 - M.：DODEKA，1997。
Lukin N.V.，Koryakin-Chernyak S.L. 现代电视的单元和模块（第三期）。 - Kyiv-M.：科学技术与梭伦，1995 年。
Potapov A.、Kubrak S.、Garmash A. 电源模块 MP-403。 - 广播，1991 年，第 6 期，第 44 页46-XNUMX。

作者：V.Kosenko, S.Kosenko, V.Fedorov, Voronezh

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