具有高比参数的网络电源。方案、说明

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高比参数的网络电源

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这篇引起读者注意的文章描述了一种脉冲转换器，用于为来自交流电源的 5 V 电压的电子设备供电。该转换器不含稀缺和昂贵的元素，易于制造和调整。

电源配有输出电压浪涌和过流保护，消除后自动返回工作模式。

主要技术参数

输入电压，V .....150...240
输入电压频率，Hz......50...60
转换频率，千赫兹......100
输出电压，V......5
输出电压纹波幅度，mV，不大于......50
负载电流，A......0...6
环境温度，°С......-10...+50
当输入电压、负载电流和环境温度在全范围内变化时输出电压的静态不稳定性，%，距标称值，不再...... 3
尺寸，毫米......60x95x30

图上。图 1 显示了该装置的示意图。

（点击放大）

控制单元采用脉宽原理来稳定输出电压。在元件DD1.1、DD1.2上，制作了一个主振荡器，其工作频率约为100kHz，占空比接近5。持续时间约为11μs的脉冲通过电容器C1.3被馈送到元件DD1.4的输入，然后被并联连接的元件DD1.6-DD1的电流放大。为了稳定电源的输出电压，在调节期间减少脉冲持续时间。晶体管 VT1.3“缩短”脉冲。打开发生器的每个运行周期，强制将元件DD11的输入设置为低电平。通过放电的电容器CXNUMX，该状态保持到下一个周期结束。

在晶体管VT2、VT3上制作了一个强大的电流放大器，为开关晶体管VT4提供强制开关。电源启动时主要元件的电压图如图2所示。 XNUMX.

高比参数的网络电源

当晶体管VT4打开时，流过它和变压器T1的绕组I的电流线性增加（图2b）。来自电流传感器R11的脉冲电压通过电阻器R7提供给晶体管VT1的基极。为了防止晶体管错误打开，电流浪涌由电容器 C12 平滑。在启动后的前几个周期，晶体管VT1基极的瞬时电压保持小于开启电压Ube open - 0,7 V（图2，c）。一旦下一周期的瞬时电压达到阈值0,7V，晶体管VT1将打开，进而导致开关晶体管VT4关闭。因此，绕组I中的电流以及负载中的电流不能超过由电阻器R11的电阻预先确定的特定值。这可确保电源免受过流影响。

设置变压器T1的绕组的相位，使得在晶体管VT4的打开状态期间，二极管VD7和VD9被反向电压闭合。当开关晶体管闭合时，所有绕组上的电压都会改变符号并增加，直到这些二极管打开。然后在变压器T1的磁场中在脉冲期间积累的能量被引导以对输出滤波器C15-C17的电容器和电容器C9进行充电。请注意，由于绕组 II 和 III 的相位一致，因此无论电源的输入电压值如何，在输出电压稳定模式下电容器 C9 两端的电压也会稳定。

电源控制元件是DA2 KR142EN19A微电路。当微电路控制引脚1处的电压达到2,5V时，电流开始流过它并流过光耦合器的发射二极管，电流随着输出电压的增加而增加。光耦合器的光电晶体管打开，流过电阻器 R5、R7 和 R11 的电流在它们两端产生压降，该压降也随着输出电压的增加而增加。三极管VT1基极的瞬时电压，等于电阻R7和电流传感器R11两端的压降之和，不能超过0,7V。因此，随着光耦光电三极管电流的增加，电阻器R7两端的恒定电压增加，而电阻器R11两端的脉冲分量的幅度减小，而这又仅由于开关晶体管VT4的开路状态的持续时间的减少而发生。如果脉冲持续时间减少，则每个周期内由变压器 T1 泵送到负载的能量“部分”也会减少。

因此，如果电源的输出电压小于标称值，例如，在其启动期间，传输到输出的脉冲持续时间和能量是最大的。当输出电压达到标称电平时，将出现反馈信号，结果脉冲持续时间将减小到输出电压稳定的值。如果由于某种原因输出电压升高，例如当负载电流突然减小时，反馈信号也增加，脉冲持续时间减小到零，电源的输出电压恢复到标称值。

在DA1芯片上制作转换器启动节点。其目的是在电源电压低于 7,3 V 时阻止控制单元的操作。这种情况是由于当栅极电压低于 20 V 时开关（IRFBE7 场效应晶体管）没有完全打开。五、

启动节点的工作原理如下。当电源接通时，电容C9开始通过电阻R8充电。当电容器两端的电压为几伏时，DA3 芯片的输出（引脚 1）保持低电平，并且控制单元的操作被阻止。此时，DA1芯片1脚消耗0,2mA的电流，电阻R1两端的压降约为3V。约0,15…0,25s后，电容两端的电压将达到10V，此时DA1芯片引脚1的电压等于阈值（7,3V）。其输出出现高电平，允许主振荡器和控制单元运行。转换器启动。此时，控制单元由电容器C9存储的能量供电。转换器输出端的电压将开始增加，这意味着在暂停期间绕组 II 上的电压也将增加。当它大于电容器C9两端的电压时，二极管VD7将打开，电容器将在每个周期继续从辅助绕组II充电。

然而，在这里，人们应该注意电源的一项重要特性。通过电阻器 R8 的电容器充电电流为 1...1,5 mA，具体取决于电源的输入电压，控制单元在运行期间的功耗为 10...12 mA。这意味着在启动期间，电容器C9被放电。如果其电压下降到DA1微电路的阈值水平，控制单元将关闭，并且由于在关闭状态下消耗的电流不超过0,3mA，所以电容器C9两端的电压将增加，直到再次打开。当输出电压在 20 ... 30 ms 的启动时间内没有时间增加到标称值时，在过载期间或具有大容性负载时，就会发生这种情况。在这种情况下，需要增大电容器C9的电容值。顺便说一句，控制单元操作的这一特征允许电源无限期地处于过载模式，因为在这种情况下它以脉动模式操作，并且操作时间（启动）减少 8 ... 10 倍比空闲时间。开关元件甚至不会发热！

电源的另一个功能是保护负载免受过压的影响，例如，如果反馈电路中的任何元件发生故障，就会发生过压。在工作模式下，电容器 C9 两端的电压约为 10 V，并且齐纳二极管 VD1 闭合。如果反馈电路开路，输出电压将升至标称值以上。但随之而来的是，电容器 C9 两端的电压增加，电压值约为 13V，齐纳二极管 VD1 断开。该过程持续 50 ... 500 ms，在此期间，通过齐纳二极管的电流逐渐增加，反复超过其最大值。同时，元件的晶体升温并熔化 - 齐纳二极管实际上变成了电阻从单位到几十欧姆的跳线。电容器C9两端的电压降低到不足以开启控制单元的值。输出电压根据负载电流增加 1,3 ... 1,8 倍，然后降至零。

L2C19 元件上增加了一个滤波器，可降低输出电压纹波的幅度。

为了减少高频干扰对网络的渗透，在输入端安装了滤波器C1-C3L1C4-C7，这也平滑了100Hz频率运行时消耗的脉冲电流。

热敏电阻RK1（TP-10）在冷态时具有较高的阻值，限制了转换器开启时的浪涌电流，保护了整流二极管。在运行过程中，热敏电阻会发热，其电阻会降低数倍，实际上不会影响电源的效率。

当晶体管VT4截止时，变压器T1的I绕组上出现电压脉冲（图2中d为电压UcVT4的前三个周期中的虚线所示），其幅值由通过漏感。为了减少它，转换器中安装了VD8R9C14电路。它消除了开关晶体管击穿的风险，并降低了对其漏极最大电压的要求，从而提高了转换器整体的可靠性。

电源除绕组产品外，主要采用国产标准元件和进口元件。电感器 L1 和 L2 缠绕在由 MP10 坡莫合金制成的 K6x4,5x140 环上。磁路首先用一层纯棉绝缘。每个绕组在其半圈上绕有0,35匝的PETV线，绕两层，电感L1的绕组之间必须有至少1mm的间隙。电感器L1的绕组各包含26匝，电感器L2的绕组包含2匝，但各自具有60个导体。绕线扼流圈用BF-XNUMX胶浸渍并在约XNUMX°C的温度下干燥。

变压器是电源的主要也是最重要的部分。其制造质量取决于转换器的可靠性和稳定性、动态特性以及空闲和过载模式下的运行。该变压器采用坡莫合金 MP17 制成的 K10x6,5x140 环制成。绕制前，磁芯用两层漆布绝缘。电线敷设紧密，但没有张力。每层缠绕均涂BF-2胶水，然后用漆布包裹。

绕组I先绕，它包含228匝PETV 0,2 ... 0,25线，两层绕到绕，中间铺一层漆布。绕组用两层漆布绝缘。接下来是绕组 III。它包含七圈 PETV 0,5 线，分布在六根导体中，均匀分布在环的周边。一层涂漆织物放在它上面。最后，最后缠绕绕组 II，在两根导体中包含 13 匝 PETV 0,15 ... 0,2 线，均匀地绕在环的周边，并带有一些干扰，以便与绕组 III 紧密贴合。之后，将成品变压器用两层漆布包裹，外面涂上BF-2胶，并在60℃的温度下干燥。

您可以使用另一种允许漏极电压至少为 4 V、最大电流为 800 ... 3 A 的晶体管来代替 VT5 晶体管，例如 BUZ80A、KP786A，并且可以使用任意一个来代替 VD8 二极管。允许反向电压至少为 800 V、电流为 1...3 A 的高速二极管，例如 FR106。

电源采用尺寸为 95x50 mm、厚度为 1,5 mm 的电路板制成。板子的角部和长边的中间有六个孔，通过这些孔将板子拧到散热器上。板子的一侧焊有VT4三极管和VD9二极管，法兰朝外，另一侧安装其余部件。为了减小电路板的尺寸，除了电容器C8、C9、DD1微电路、电阻器R9、变压器和光耦合器之外的所有元件都垂直安装，使得它们距电路板的最大高度不超过20mm。

散热器连接到电容器 C1 和 C2 的公共点。在这种情况下，最好将电源连接到三相接地插座。这些措施可以显着降低转换器发出的噪声。

转换器的散热器是一个长95毫米、宽60毫米、高30毫米的U形支架，由厚度至少2毫米的铝板弯曲而成。转换器安装在这个“槽”的“底部”，VT4和VD9元件的金属法兰朝下，并用M0,05螺钉穿过板上的孔吸引。法兰使用导热垫片进行预绝缘，例如来自 Noma-con、Bergquist 的垫片，或者在极端情况下使用 XNUMX 毫米厚的云母。因此，从结构上讲，传感器位于金属外壳中，可保护其免受机械冲击。

为了提高可靠性，最好在转换板上覆盖 2 - 3 层清漆，以消除高环境湿度下击穿的可能性。

如果电源的所有元件都处于良好状态、正确制造并按照图表连接，则不难确定。示波器与电阻R10并联。将最大电流不超过9…5mA的实验室电源，例如B45-15，以适当的极性连接到电容器C17，并且电压从零开始缓慢增加。在电压为 9,5 ... 10,5 V 时，在 DA1 微电路的输出端设置逻辑单元电压，主振荡器打开，并且应出现频率约为 100 kHz、占空比约为 2 的矩形脉冲。示波器屏幕（图 2，a）。此外，不应增加电压，因为在大约13V的值时，齐纳二极管VD1可能开路。控制单元消耗的电流不得超过规定的最大值。如果我们现在将电源电压降低到 7,2 ... 7,6 V，发电就会消失。这说明变流器控制单元工作正常。

接下来，将电阻为 4 ... 5 Ohms、功率为 10 ... 15 W 的负载连接到转换器的输出端，并从第二个实验室电源 B5-49 向输入端提供电压，随着控制单元的运行，输入电压开始增加。首先，将其设置为 7 ... 10 V，并用示波器检查变压器 T1 的绕组是否正确连接。此外，他们还控制晶体管VT4漏极电压的形状（图2，d），并用电压表检查转换器输出端的电压。当输入电压为 150 ... 170 V 时，输出电压达到 5 V 并稳定下来。此后，控制单元电源关闭，继续在一个输入上工作。输入电压的进一步增加应导致控制脉冲宽度减小（图2，a），这也应在电阻器R10上进行控制。此外，在输入电压为200V时，负载电流增加（但不超过7A）并且其值固定，此时转换器的输出电压开始下降。如果在高达 7A 的电流下仍无法做到这一点，则增大电阻器 R11 的阻值。作为调整的结果，其额定值应设置为在负载电流为 6,5 ... 7 A 和最小允许输入电压时，转换器的输出电压开始下降。这样就完成了电源的调整。

如果变压器T1的绕组质量较差，晶体管VT4上的电压“浪涌”增大，会导致电源工作不稳定，甚至击穿开关晶体管。

如果需要不同输出电压的源，则必须执行以下操作：改变电阻R13、R14的阻值，假设DA2芯片的阈值电压为2,5V；变化与匝数成正比，与绕组III的导体横截面成反比；选择合适电压的二极管VD9和电容器C15-C17、C19；安装电阻器 R16，其电阻（以欧姆为单位）根据公式 R16 = 100 (Uout - 4) 计算。

警告！ 设置和使用转换器时，请记住其元件处于高压状态，会危及生命。要细心和小心！

作者：A.Mironov, Lyubertsy, 莫斯科州

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