稳压电源UMZCH。方案、说明

稳定电源UMZCH。无线电电子电气工程百科全书

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现代 UMZCH 具有令人印象深刻的峰值输出功率，有时高达 200 W，对其电源提出了相当严格的要求。对于它们来说，通常需要 2 X (30 ... 40) V 的双极电压，每个臂中的峰值电流高达 10 A。整流器中通常采用大容量的平滑电容器，可达200002微法以上。但即使采用它们，峰值负载电流时的整流电压下降也达到 3 ... XNUMX V，这需要 UMZCH 具有高电源电压纹波抑制系数。作者建议为 UMZCH 电源配备一个稳定器，以提供所需的电源电压质量。

最近，在业余UMZCH设计中，整流器和大容量电容器越来越多地位于放大器板上，从而减少了连接线的长度和跨连接线的压降。有时要求电源在打开时输出电压平稳增加（所谓的“软启动”）。当出现各种紧急情况时，例如UMZCH负载短路、输出晶体管故障以及其他过载等，UMZCH电源应自动关闭。所提出的电源电压稳定器可以解决所有这些问题。

主要技术特点

输出稳压，V.......2x35
每臂最大负载电流，A....... 9
触发保护动作电流，А.......11
总保护响应时间，µs ....... 12
输出电压从零到标称值的上升时间，s......0,36
负载电流为 100 A 时稳定器输出端频率为 5 Hz 的纹波范围，μV ....... 80

该设计基于 V. Oreshkin 的文章“UMZCH 电源电压稳定器”（“Radio”，1987 年，第 8 期，第 31 页）中的器件，其示意图如图 1 所示。 1000.尽管简单且技术数据高（稳定系数超过XNUMX，输出关闭时自动关闭，能够将功率晶体管直接安装在散热器上而无需垫片），但这种稳定器也有一些缺点。它在高负载电流下启动不稳定，并且输出关闭时的电流没有归一化，并且取决于所使用的晶体管的传输系数，这有时会导致它们的故障。

稳压电源 UMZCH
米。 1.稳压器UMZCH方案

最近，新型电子元件的出现，强大的场效应晶体管的出现，促使作者对 V. Oreshkin 提出的在 LTspice IV 模拟器中创建的器件的计算机模型进行了实验，并对其进行了改进。经过这样的实验而诞生的电源电路如图2所示。 XNUMX.

米。 2.电源电路（点击放大）

首先，改变了稳定器触发电路，将双极晶体管更换为现场晶体管。从图所示的方案来看。如图1所示，可以看出，晶体管VT2旁路有阻值为3欧姆的电阻R470，电容器C2的初始充电电流流过该电阻RXNUMX。如果负载很小，输出电压开始增加，直到调节器进入稳定模式。负载电流小于 I=U 时_Ø/R3=19/470=40mA，当晶体管VT2几乎截止时，整流电压的纹波全部通过电阻R3传入负肩。当负载电阻较低时，通过该电阻的电流可能不足以正常启动稳定器，甚至可能根本无法启动。

在新版本中，启动电路由一个臂中的齐纳二极管 VD11 和电阻器 R22 以及第二个臂中的 VD12 和 R23 组成（为了对称）。在接通过程中，当平滑电容器C7-C10上的电压值达到等于齐纳二极管VD11和VD12的稳定电压时，晶体管VT 11.1和VT11.2开始打开。随后，功率晶体管 VT9 和 VT10 打开。稳压器输出端的电压升高，晶体管VT9和VT10的源极和漏极之间的电压降低。当齐纳二极管VD11和VD12上的电压降至其稳定电压以下时，流过这些齐纳二极管的电流将停止。此外，它们不影响稳定器的操作。这种启动方式即使在9A的负载电流下也能可靠启动，最小负载电流几乎为零。

稳压器正臂的输出电压等于稳压二极管VD13、VD15的稳压电压与三极管VT11.1的截止电压之和，负臂等于稳压二极管VD14、VD16的稳压电压之和。 VD11.2、VD13和晶体管VT16分别。为了稳定器的平稳启动，用电容器 C23-C26 并联 VD360-VD3 齐纳二极管就足够了。稳定前输出电压的变化率等于这些电容器上的电压上升率。根据图中所示元件的额定值，稳定器进入该模式的时间约为 XNUMX ms。在计算机模型上获得的其发射过程的波形图如图 XNUMX 所示。 XNUMX.

稳压电源 UMZCH
米。 3. 触发过程的波形图

为了减少晶体管 VT9 和 VT10 上消耗的功率，晶体管 VT 11.1 和 VT 11.2 的源极不连接到公共导线，而是连接到齐纳二极管和电阻器（分别为 VD15、R29 和 VD16、R30）的连接点。因此，晶体管VT11.1和VT11.2的源极电位等于相应的齐纳二极管的稳定电压(绝对值6,2V)。这允许您将晶体管 VT9 和 VT10 栅极的控制电压更改为正负 0V，而不是像原型中那样更改为 6V。同时，这些晶体管的源极和漏极之间的电压为纹波峰值可降至 3 V 及以下，而无需离开稳定模式。

上述内容通过图4和10中的计算机模拟获得的示波图来说明。 11.2. 绿色-晶体管VT6,2源极电压，蓝色-栅极电压，红色-晶体管VT10源极电压（11.2V），蓝色-负臂负载电流。可以看出，VT3晶体管的栅极电压大约位于其源极电压和VTXNUMX晶体管源极电压的中间，有时会降至XNUMXV以下。

稳压电源 UMZCH
米。 4. 波形图

稳压器增加了触发电流保护，当稳压器任意支路的负载电流超过11A时触发。它由正肩中的晶体管VT3、VT5、VT7和负肩中的VT4、VT6、VT8组成。消极的。电流传感器是电阻R11-R14，成对并联连接。当任何一对电阻上的电压超过 0,5 ... 0,6 V（对应于流过它们的电流 11 ... 12 A）时，就会触发保护。

当达到该阈值时，触发单元VT3VT5或VT4VT6的晶体管以及因此晶体管VT7和VT8像雪崩一样断开。后者打开后，并联齐纳二极管 VD13 和 VD14，从而急剧降低输出电压。当与齐纳二极管并联的电容器放电时，电阻器 R21 和 R24 限制晶体管的集电极电流。晶体管VT1和VT2基极电路中的LED HL7和HL8发出保护操作信号。通过它们的电流不超过 6 mA。

电容器C19和C20与电阻器R17和R18一起形成低通滤波器，提高保护系统的抗噪声能力。不希望将这些电容器的额定值提高到 4700 pF 以上，因为这会增加保护响应时间以及通过 VT9 和 VT10 晶体管的峰值电流。为了使保护在稳定器的两个臂上同时工作，通过电容器C21和C22在触发单元之间提供连接。

保护触发后，晶体管VT9和VT10保持闭合状态，直到设备与市电断开。只有当平滑电容器C1-C2放电后，触发单元的晶体管才会关闭，HL7和HL10 LED才会熄灭。仍然存在一个问题 - 确保平滑电容器在关闭后快速放电。它通过晶体管 VT1 和 VT2 上的节点来解决，两个通道中的节点相同。因此，我们将仅考虑安装在正通道中的节点。

当设备连接到网络时，电容器C17通过二极管VD9充电到大约等于来自变压器T1的绕组II的电压幅度的电压。电容器C15通过电阻器R5充电并通过二极管VD3、VD4和二极管电桥VD1放电。晶体管VT1的栅极电位变得等于其源极电位，甚至略低，因此晶体管闭合。在施加电源电压的整个时间内，晶体管VT1保持闭合状态。关断后，二极管VD3、VD4截止。由于电阻器 R5，晶体管的栅源电压增加到齐纳二极管 VD7 的稳定电压。晶体管VT1打开后，电阻R3和R7与电容器C7和C8并联，加速它们的放电。在放电电流峰值为 10 mA 时，放电持续时间缩短至 20...780 s，这对于所使用的晶体管来说是完全可以接受的。

上图。图5示出了尺寸为175x80mm的板的印刷导体图，在该板上组装了所描述的电源。它由两面贴箔的玻璃纤维制成，厚度为 1,5 毫米。箔厚度 - 不小于 50...70 微米，更好 - 110 微米。电路板上零件的放置如图所示。 6、其外观——如图。 7、晶体管VT9和VT10安装在板子有条件的下侧并固定在散热器上。板上提供了一些孔，可以使用固定晶体管的螺钉。

稳压电源 UMZCH
米。 5、印制电路板导体的绘制

稳压电源 UMZCH
米。 6. 板上零件的放置

稳压电源 UMZCH
米。 7. 董事会外观

基本上使用0805尺寸的表面贴装电阻，电阻R27-R30为2512尺寸（功率为1W）。电阻R1-R4、R7、R8-MLT或同类进口电阻。电阻电流传感器 R11-R14 - KNP-100。它们安装在板的两侧。可以使用一半的电阻和 1 ... 2 W 的功率来代替每对这些电阻器。

电容器 C1-C6、C8、C10-C14、C29、C30 - 电压至少为 73 V 的金属膜 K17-63 或其进口类似物。电容器 C19-C22 - 表面安装陶瓷，尺寸 0805 或 1206。氧化物电容器 C23-C26 - 钽尺寸 D 或 E、C7 和 C9 - Jamicon 的 LS 铝系列，C27、C28、C31、C32 - SAMWHA 的 RD 铝系列，其余-K50-35或类似进口。

齐纳二极管 DL4751A 和 DL4735A 可以用 MELF 封装中稳定电压分别为 30 V ± 5% 和 6,2 V ± 5% 的其他二极管替代。在没有 GBJ2502 二极管电桥的情况下，可以安装其他二极管电桥来代替它们，以实现 25 A 的电流和至少 100 V 的允许反向电压，或者每个电桥可以由四个具有合适参数的单个肖特基势垒二极管组装而成。更换二极管 RS1B - 同系列的二极管或任何反向电压至少为 60 V 的小功率二极管。

场效应晶体管 IRFD024 可以替换为其他允许漏极-源极电压为 50 ... 60 V 的 N 沟道绝缘栅晶体管，例如 IRFZ24、IRFZ34、IRFZ44，但需要调整 PCB。可以使用 SOT63 封装中适当结构的任何低功耗通用双极晶体管来代替过载保护单元中的 BSS64 和 BSS23 晶体管，最大集电极-发射极电压至少为 50 V。

作为 IRF1405 和 IRF4905 晶体管的替代品，应选择具有绝缘栅、最高速度和大斜率特性的强大场效应晶体管。它们还必须具有最小源极-栅极电压阈值。

具有不同导电类型通道的两个场效应晶体管的微组件 IRF7343 可以替换为 FDS4897C 或 FDS4559。如果将稳定器的输入和输出电压分别降低至 30 V 和 27 V，则可以使用 IRF7319 微组件。这些微组件的晶体管具有较小的（约1V）且绝对值几乎相同的栅源阈值电压。当然，您可以使用最大漏源电压至少为 45 V 的单独的低功耗场效应晶体管，但在这种情况下，稳定器臂的输出电压差异可能会变得更大。

正确组装的单元实际上不需要进行调整，但仍然希望首次打开功率为 40 ... 60 W 的白炽灯，与变压器 T1 的初级绕组串联连接。接通电源的瞬间，它应该亮起，然后熄灭。之后，您应该测量输出电压，它应该在35±0,5V之内。用一个强大的3欧姆电阻短暂关闭其中一个稳定器臂的输出，确保触发保护。稳定器恢复工作后，用示波器检查输出电压随电源频率是否有明显的纹波。

下面是在 UMZCH 上运行、负载为 4,7 欧姆的稳定器输出电压的实际纹波波形图。其中，黄色曲线是UMZCH输出端的电压，蓝色曲线是稳定器输出端电压的可变分量（A点和C点或B点和C点之间）。波形图是在以下条件下拍摄的：

白饭。 8——UMZCH输入端无信号，放大器静态电流为0,25A；

米。 9 - UMZCH 输出电压幅度 - 25 V，频率 - 10 kHz，纹波幅度 - 小于 10 mV；

白饭。 10 - UMZCH 输出的脉冲幅度 - 20 V，频率 - 30 Hz。

稳压电源 UMZCH
米。 8. 波形图

稳压电源 UMZCH
米。 9. 波形图

稳压电源 UMZCH
米。 10. 波形图

需要注意的是，变压器T1必须有足够的功率，以提供最大10A的负载电流。负载电流峰值时整流器平滑电容器两端的电压不应低于38V。考虑波峰因数音乐信号的数量，通常接近200个，每个通道的变压器功率，UMZCH应该在180W左右或更大。作者在环形磁路上使用了XNUMXW变压器。

作者：M. Muravtsev

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