强大的UMZCH开关电源。方案、说明

强大的UMZCH开关电源

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开关电源广泛应用于现代电子设备中。无线电爱好者也开始更频繁地使用它们，无线电工程文献（尤其是《无线电》杂志）出版物数量的增加就证明了这一点。然而，在大多数情况下，描述的是相对低功耗的设计。发表文章的作者向读者介绍了一款功率为800W的开关电源。它与之前描述的不同之处在于使用场效应晶体管和具有初级绕组的变压器，转换器中具有平均输出。第一个提供更高的效率并减少高频干扰，第二个将通过关键晶体管的电流减半，并且无需在栅极电路中使用隔离变压器。

这种电路解决方案的缺点是初级绕组的一半上有高电压，这需要使用具有适当允许电压的晶体管。确实，与桥式转换器不同，在这种情况下，两个晶体管而不是四个就足够了，这简化了设计并提高了设备的效率。

开关电源 (UPS) 使用一冲程和二冲程高频转换器。前者的效率低于后者，因此不建议设计功率超过40…60W的单周期UPS。推挽式转换器可让您以高效率获得更多输出功率。它们被分为几组，其特征在于输出关键晶体管的激励方法以及将它们包含在换流变压器的初级绕组电路中的电路。如果我们谈论励磁方法，则可以分为两类：自励磁和外部励磁。前者由于建立困难而不太受欢迎。当设计大功率（超过200W）的UPS时，其制造的复杂性会不合理地增加，因此它们对于此类电源的用处不大。外部激励转换器非常适合高功率 UPS 应用，有时需要很少的维护或不需要维护。

至于将关键晶体管连接到变压器，有三种方案：所谓的半桥（图1，a）、桥式（图1，b）和初级绕组具有中间抽头（图 1，c)。迄今为止，应用最广泛的是半桥变换器[1]。它需要两个具有相对较低电压 Uke max 的晶体管。从图中可以看出。 1、a. 电容器 C1 和 C2 形成一个分压器，变压器 T2 的初级 (I) 绕组连接到该分压器。当打开关键晶体管时，绕组上的电压脉冲幅度达到值Upit / 2 - Uke max。

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桥式变换器 [2] 与半桥变换器类似，但其中的电容器被晶体管 VT3 和 VT4 取代（图 1.b），它们成对地对角断开。由于提供给变压器的初级绕组的电压增加，并且因此流过晶体管VT1-VT4的电流减少，所以该转换器具有稍高的效率。在这种情况下，变压器初级绕组上的电压幅度达到值 Upit - 2Uke max。

独立的是根据图 1 中的方案的转换器。 1,2.c. 以最高的效率。这是通过减少初级绕组的电流来实现的。结果，关键晶体管的功耗降低，这对于强大的 UPS 极其重要。初级绕组一半中的电压脉冲幅度增加至值 Upit - Uke max。还应该指出的是，与其他转换器（XNUMX）不同，它不需要输入隔离变压器。

在按照图1的方案的装置中。 1.需要使用Uke max值较高的晶体管。由于初级绕组的上半部分（根据该方案）的末端连接到下半部分的开头，因此当电流在其中第一个绕组中流动（VT2 开路）时，在第二个绕组中会产生电压，即等于（绝对值）第一个电压的幅度，但相对于 Upit 的符号相反。换句话说，截止的晶体管VT2的集电极电压达到2Upit。因此，其 Uke max 必须大于 3Upit。在所提出的 UPS 中，使用了带有变压器的推挽式转换器，其初级绕组具有平均输出。它的效率很高。涟漪程度低，对周围空间辐射干扰微弱。作者使用它为 UMZCH 的双通道供电版本供电。在[180]中描述。 UPS 输入电压 - 240...220 V。标称输出电压（输入 2 V） - 50x800 V。最大负载功率 - 90 W。转换器的工作频率为XNUMX kHz。

UPS的原理图如图2所示。 1. 如您所见，这是一个外部激励的转换器，没有输出稳压。该器件的输入端包含一个高频滤波器C1L2C1，可防止干扰进入网络。市电电压经过它后，由二极管电桥VD4-VD3进行整流。纹波由电容器C310 平滑。整流后的直流电压（约 XNUMX V）用于为高频转换器供电。

（点击放大）

该变流器控制装置采用DD1-DD3微电路制成。它由一个单独的稳定电源供电，该电源由降压变压器 T1 组成。整流管VD5和稳压晶体管VT1、VT2和稳压二极管VD6。关于 DDI 元素。 1. DD1.2组装了一个主振荡器，可产生重复频率约为360 kHz的脉冲。接下来是 4 分频器，由 DD2 芯片的触发器组成。

借助元件 DD3.1、DD3.2，在脉冲之间创建额外的暂停。暂停只不过是这些元件输出处的逻辑 0 电平，当 DDI.1 元件输出处存在电平 2 并触发 DD2.1 和 DD2.2 时，就会出现暂停（图 3）。 DD3.1 (DD3.2) 输出端的低电平电压阻止 DD1.3 (DD1.4) 处于“闭合”状态（输出端 - 逻辑电平 1）。

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暂停持续时间等于脉冲持续时间的1/3（图3，引脚1 DD3.1和13 DD3.2处的电压图），这足以关闭开关晶体管。最终产生的脉冲从元件DD1.3和DD1的输出馈送到晶体管开关(VT4、VT5)，晶体管开关通过电阻器R6、R10控制大功率场效应晶体管VT11、VT9的栅极。

来自触发器 DD2.2 的正向和反向输出的脉冲被馈送到器件的输入（由晶体管 VT3 产生）。 VT4。 VT7。 VT8。 VT3和VT7交替开启。 VT4、VT8为关键三极管VT9、VT10的输入电容快速放电创造了条件。即他们的快速关闭。此外，从图中可以看出，图3（DD12引脚13和2.2处的电压图）。 VT7和VT8在脉冲结束后立即打开，因此，在任何输出功率下，每个晶体管VT9、VT10总是有时间在第二个打开之前安全地关闭。如果不满足该条件，则通过它们并因此通过变压器T2的初级绕组，将流过直通电流。这不仅降低了UPS的可靠性和效率。但也会产生电压浪涌，其幅度有时会超过转换器电源电压。

晶体管VT9和VT10的栅极电路中包含阻值较高的电阻R10和R11，它们与栅极电容一起构成低频滤波器，降低开键时的谐波水平。出于同样的目的，引入了元件VD9-VD12。 P16、R17、S12.S13

在晶体管VT9的库存电路中。 VT10包括变压器T2的初级绕组。输出电压整流器是根据二极管VD13-VD20上的桥式电路制成的，这在一定程度上降低了装置的效率，但显着（五倍以上）降低了UPS输出端的纹波水平。值得注意的是，当功率降低至 10...20 W 时，振荡形状在最大负载时几乎为矩形，平滑地变为接近正弦波。这对 UMZCH 在低音量时的噪音水平有积极的影响。

变压器T2的绕组IV的整流电压用于为风扇供电（见下文）。

该器件使用电容器 K73-17（C1、C2、C4）。 K50-17 (C3)、肉骨粉 (C12、C13)。 K73-16 (C14-C21.C24.C25)。 K50-35（C5-C7）。公里（其他）。可以使用K176系列微电路代替图中所示的微电路。 K564。二极管 D246 (VD1-VD4) 可与设计用于至少 5 A 直流电流和至少 350 V 反向电压的任何其他二极管（KD202K、KD202M、KD202R、KD206B、D247B）互换。或具有相同参数的二极管整流桥，二极管KD2997A（VD13-VD20）-在KD2997B上。 KD2999B。齐纳二极管 D810 (VD6) - 在 D814V 上。 VT1可以使用KT817、KT819系列的任意晶体管。如VT2-VT4和VT5、VT6-分别为KT315、KT503、KTZ102和KT36K KT502系列中的任何一个。 KT3107。代替 VT9、VT10 - KP707V1、KP707E1。晶体管KT3102ZH(VT7.VT8)不建议更换。

变压器 T1 - TS-10-1 或任何其他次级绕组电压为 11 ... 13 V、负载电流至少为 150 mA 的变压器。电源滤波器的线圈 L1 缠绕在尺寸为 K2000M1u31 的铁氧体 (M8,5NM7) 环上，带有 PZV-1 1,0（2x25 匝），变压器 T2 缠绕在三个同一品牌的铁氧体环上，但尺寸为 K45x28x12。绕组 I 包含 2x42 匝 PEV-2 1,0 导线（轻微缠绕导线），绕组 II 和 III - 各 7 匝（五根导线 PEV-2 0,8），绕组 IV - 2 匝 PEV-2 0.8。绕组之间敷设三层由聚四氟乙烯带制成的绝缘层。扼流圈L2、L3的磁路是铁氧体（1500NMZ）棒，直径为6，长度为25毫米（B48铠装磁芯的微调）。绕组包含 12 匝 PEV-1 1.5 电线。

晶体管VT9。 VT10 安装在用于冷却 Pentium 微处理器的风扇散热器上（486 处理器的类似节点也适用）。二极管VD13-VD20固定在表面积约为200cm2的散热器上。为了冷却 UMZCH 输出级的晶体管，在计算机电源或任何其他电源电压为 12 V 的电源的后墙上安装了一个风扇。

安装UPS时，应努力确保所有连接尽可能短，并在电源部分使用尽可能大截面的电线。最好将 UPS 封装在金属屏蔽中，并将其连接到电源输出的 0 V 端子，如图 4 所示。 10. 电源单元的公共线不得连接到屏上。由于UPS没有配备短路和过载保护装置，因此UMZCH电源电路中必须包含XNUMXA熔断器。

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所描述的UPS实际上不需要调整。唯一重要的是正确地对变压器 T2 的一半初级绕组进行定相。如果部件状况良好并且安装没有错误，则设备在连接到网络后立即开始工作。如有必要，可通过选择电阻器 R3 来调整转换器的频率。为了提高 UPS 的可靠性，最好使用 UMZCH 来运行，UMZCH 提供风扇吹气。

文学

Zhuchkov V.、Zubov O.、Radutny I. UMZCH 电源。 - 收音机。 1987 年，第 1 期。 35-37。
Tsvetaev S. 强大的电源。 - 收音机。 1990 年，第 9 期。 59-62。
Bragin G. 功率放大器 34. - 收音机。 1987. N9 4. 页。 28-30。

作者：D.Kolganov，卡卢加

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