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无线电电子与电气工程百科全书 进口收发器自制UPS。 无线电电子电气工程百科全书
当然，许多无线电爱好者都会产生以下想法：“结果多么荒谬！收发器的尺寸和重量正在稳步减小，而电源仍然又重又笨重。” 这篇文章的作者也有同样的想法。 这些反思的结果是开发了一种电源装置，目前该装置成功地访问了许多无线电探险和集会，在相当恶劣的条件下，连续数天不关机，为十多个不同型号的进口收发器提供动力固定照明网络和加油站的全输出功率。 很少观察 通过创造性地理解进口收发器的参数，可以得出有趣的结论，这些参数在其“用户手册”和“服务手册”中给出，而即使是经验丰富的无线电业余爱好者也经常忽视这些参数。 你自己判断吧。 对于收发器是否需要稳压，根据护照数据，收发器的电源电压可以在 15 V 标称值的 ±13,8% 范围内波动；根据 GOST，电源电压可以在 ±10% 范围内波动？ 可以建议支持高达毫伏的电源稳定的支持者直接测量收发器连接器处的电源电压波动，即考虑电线上的压降，并尝试从汽车上为收发器供电电池。 在第一种情况下，您可以看到大约 0,5V 的电压降，而在第二种情况下，如果使用电池，电压降甚至更多，并且电压可能会出现负向和正向波动。 经过这样的争论之后，还值得如此小心翼翼地努力稳定电源电压吗？ 通过查看收发器的电路图，您可以更加确信不值得在稳定性上花费额外的精力。 收发器本身有自己的高效内部电源系统，用于各个节点。 一般来说，它可以分为三个分支：+5V稳压器为所有数字微电路供电，+9V稳压器为收发器路径的初级供电，最后是发射器的供电系统输出阶段。 只有收发器的功率放大器从电源连接器接收全电压，即使如此，它也会通过内部滤波器和保险丝。 它通过一个强大的齐纳二极管来防止超过它，该二极管设计用于略高于最大允许值的电压，并在保险丝之后并联到电源电路。 ALC 系统维持恒定功率输出。 在开关电源中，使用连接在输出整流器之后的容量较小且尺寸相应较小的电容器，可以轻松滤除转换频率的纹波。 职权范围 所有上述考虑因素构成了现在为作者的收发器提供的设计思想的基础。 这个想法很不寻常，非传统，它是创建一个将交流电源电压转换为接近标称电压（13,8 V）的直流电压的转换器，具有必要的负载能力，但没有稳定性损失。 显然，该装置必须利用整流电源电压的高频变换原理。 设计的附加要求 - 电路的简单性（如果可能的话）、没有稀缺的、昂贵的进口零件、最大的效率和尽可能低的脉冲噪声水平。 根据以往的经验，很明显，在自制时不可能完全消除源头的脉冲噪声。 因此，决定使用石英稳定转换频率并使该频率尽可能高。 高转换频率可以更好地滤除干扰，同时减小电源尺寸。 具有“圆形”转换频率值（例如 50 kHz）的石英稳定性可以将受影响的区域集中在窄带内。 将工作原型安装在穿孔钢箱中后，来自源头的噪音变得完全不可察觉。 但不要以为它们已经完全消失了。 事实上，它们的水平非常低，以至于被以太的噪音所掩盖。 结果是设备具有以下参数：电源电压 - 220 ±10% V； 空载电压 - 15,2 V； 接收模式电压 - 14,7 V； 传输电压 SSB 模式（100 W，压缩 25 dB）- 13,5 V，CW 模式（100 W）- 12,5 V； 最低效率 - 85%。 电源尺寸为100x60x80毫米，重量约为350克。 工作原理 乍一看电源框图（图1），与已知的类似设备框图相比，没有发现任何新内容，这是一个完全正确的结论。 该设计使用了众所周知的电路解决方案，但元件基础是新的。
与其他脉冲源一样，例如在任何现代电视或计算机中，电源电压通过滤波器提供，然后通过二极管电桥进行整流。 纹波由电解电容器滤除。 该电容器两端的整流电压约为 310 V。该电压由使用四个场效应晶体管的桥“H”形电路进行切换。 专家称这个节点为“逆变器”。 从电桥的对角线，矩形电压被提供给降压变压器，经过整流、滤波并提供给设备的输出。 新晶体管的使用使得可以显着增加逆变器输出端的前沿陡度，从而可以减少直通电流在其导通时流过桥臂的时间。交换。 这种情况反过来又使得级联效率获得较大增益并提高转换频率成为可能。 关键级的效率提高了很多，以至于可以完全放弃晶体管的散热器。 此外，转换器最大功率约为 250 W，电源外壳在较长时间内保持微温。 绝缘栅场效应晶体管与双极晶体管不同，不存在基极区少数载流子积累的效应——饱和，这不会延迟其开关速度。 此外，它们还能够随着外壳温度的升高而调整漏极电流。 另一个令人惊奇的特性是，它们在静态模式下具有无限大的功率增益，即，在不通过栅极电路消耗功率的情况下，它们能够在通道电路（漏极-源极部分）中切换大量功率。 因此，在动态模式下，能量主要消耗在补偿控制电压的前半周期期间栅源极间电容上积累的电荷。 该电容的值约为 1000 pF，决定了对驱动器的要求 - 在操作电容性负载时，它必须提供良好的边沿陡度以及提供给开关栅极的脉冲的恒定幅度。 现代元素基础在这里也有所帮助。 KR1554 (74NS) 系列的数字微电路可以完美地应对这一任务。 开关电源原理图如图2所示。 XNUMX.
220V市电电压通过镇流电容C1和电阻R1提供给驱动电源单元的电桥组件VD2，抑制启动电流脉冲。 该组件的所有二极管均与小电容器 C2 - C4 并联，以中和其动态电容。 器件关闭后，电阻器 R1 对电容器 C1 进行放电。 该驱动器由频率为 50 kHz 的石英振荡器和强大的级联组成。 所需相位中栅极的电压通过两个铁氧体环上的功率求和变压器电路提供。 驱动器的电源来自使用主电路中的镇流电容器的独立电源单元。 来自电桥的整流后的脉动电压直接提供给齐纳二极管VD2。 通常，在此类电路中，齐纳二极管电路中会放置一个与其串联的限流电阻，但在这种情况下，其作用由电容器 C1 本身发挥。 整流器所能获得的最大电流取决于该电容器的电容量。 在没有额外电阻的情况下，该电路还获得了许多有用的特性：效率和负载能力增加。 如果观察齐纳二极管 VD2 上的电压波形图，当滤波电容器 C7 和稳压器 DA1 尚未焊接时，电压形状与带有滤波器的简单全波整流器的输出电压形状相比，看起来不寻常。 我们将看到一个几乎恒定、均匀的电压，而不是通常的“驼峰”，被电源电压正弦曲线过零时产生的细负脉冲切断。 脉冲的幅度等于齐纳二极管的稳定电压+10 V。电容器C7 比全波整流正弦电压更容易过滤这些脉冲。 安装稳定器DA1和电容器C11后，可以进行第一次测试。 短时间间隔多次打开和关闭电源电压。 如果没有爆炸，可以保持网络通电，检查+5V稳压器输出电压，然后检查驱动电源的负载能力。 该装置根本不怕短路，因此只需将一个测试仪（作为毫安表打开）连接到稳定器的输出（与电容器 C11 的端子并联）即可粗略评估其负载能力。 在这种情况下，设备的箭头应显示至少 25 mA 的电流。 警告！ 电路元件处于照明网络电位下，通过变比为1：1、功率约100W的隔离网络变压器进行实验（调谐、初步测试）。 +5V 的稳定电压提供给驱动器 - 微电路 DD1、DD2。 第一个 (DD1) 是 ATMEL 开发的 AVR 系列微控制器。 为了工作，必须首先对该芯片进行编程。 机器固件代码的转储如表所示。
我必须说，第一版电源的组装完全没有使用微控制器：一个单独的 100 kHz 晶体振荡器、一个二分频器以及 RC 链上的启动延迟单元。 该设备功能齐全。 但它在启动过程中出现了令人不愉快的瞬变。 微处理器则不存在这种现象。 DD1 控制器执行三个相对简单的任务：上电后保证两秒的软件延迟，在引脚 6 和 7 上生成反相矩形脉冲，并在引脚 5 上生成选通脉冲。微型计算机中的时钟间隔为由频率为 1 MHz 的 ZQ10 石英谐振器设置。 为了将微控制器安装在板上，需要提供连接器。 应使用示波器检查已编程 DD1 芯片的功能。 引脚 6 和 7 应具有频率为 50 kHz 的反相方波，引脚 5 应具有短负脉冲。 信号的幅度必须等于微电路的电源电压+5V，并且前沿必须陡峭，没有阻塞和浪涌。 DD1芯片的电流消耗约为6mA。 脉冲从控制器的输出馈送到 DD2 芯片的输入。 这些是四个具有公共时钟和复位输入的 D 触发器。 正是由于采用了DD1芯片，该电源才具有卓越的性能。 KR1554系列（其进口模拟74NS）已经开发了很长时间，在我看来，它不应该被无线电爱好者忽视。 以下是摘自参考书的部分特性：电源电压 - +1 ... 7 V，静态模式下的电流消耗 - 不超过 80 μA，单独输出上的输出电流 - 高达 86 mA，最大时钟频率 - 145 MHz。 最后两个参数提供了 VT1 - VT4 开关的最高开关速度，最大限度地缩短了直通电流流过这些晶体管上的桥臂的时间，从而实现了高效率和无无线电干扰。 C22、R4、VD7 链用于在市电接通时自动复位触发器DD2。 电容器C16、C17——隔直。 它们必须安装在 DD1、DD2 微电路的电源引脚附近。 将微电路安装到板上后，应进行下一步的电气测量。 没有连接变压器T3和T4时，处理器和触发器的总电流消耗应约为6,5mA，DD2输出端的波形应为矩形，前端无浪涌、阻塞和脉冲衰减。 驱动器T3和T4的两个输出变压器设计相同，均用PEV-0,1线绕在NM1000、..NM2000品牌的铁氧体环上，外径约为10毫米。 绕组由八根带有漆绝缘的铜导体组成的“辫子”制成。 其中，四个导体形成初级绕组并从头到尾串联连接。 其余四个是次要的并如图所示连接。 因此，每个变压器都是降压的，变压比为 4:1。 在缠绕金属丝之前，将织物加捻（每厘米 4 - 6 次捻转）。 环的所有锋利边缘，无论是外部还是内部，都必须倒圆。 使用具有独立磁通量的两个环形变压器电路可以获得所需的驱动功率。 乍一看，似乎将DD2芯片的所有输出同相激励并并联就足够了，但这并没有多大帮助。 节点的负载能力取决于DD2芯片输出的内阻。 当输出并联时，其等效内阻按算术级数减小；使用降压变压器时，等效内阻按几何级数减小。 这种电路设计使得可以获得驱动器所需的负载能力，同时保持脉冲上升和下降的原始陡度。 提醒您，驱动器功率主要用于对晶体管VT1-VT4的栅源极间电容进行再充电。 如果需要，这种增加功率的方法也可以用在输出级。 如何确定变压器T3、T4的正确匝数？ 标准是将变压器的初级绕组连接到DD2微电路的输出时驱动器电流消耗的增加程度。 次级绕组不带负载。 实验应从相对较大的匝数 - 30...40 开始，然后通过控制驱动器电流逐渐减少匝数。 起初，电流增加非常轻微，但从某个点开始，每移除一匝都会导致电流急剧增加。 匝数必须使驱动器的空载电流处于增加的边缘。 在这种情况下，变压器将达到最大负载能力和效率。 为了方便起见，可以使用单线进行实验。 该技术还可用于明确任何变压器（电源变压器和高频变压器）的匝数。 对于所描述的电源，具有变压器T1和T2的微电路DD3、DD4在闲置、无负载时的总电流消耗应约为8mA。 使用电阻值约为100欧姆的电阻器来检查驱动器的负载能力，该电阻器临时连接到变压器T3、T4的次级绕组。 示波器监视脉冲的幅度和形状。 从前面的测量来看，不应有矩形失真，脉冲幅度应约为5V。将变压器的次级绕组连接到晶体管VT1-VT4的栅极电路后，驱动器消耗电流将增加到约12嘛。 输出级按照桥式电路组装。 与更常见的半桥相比，该电路的优点是显而易见的：它使输出功率增加了四倍，晶体管本身和输出电源变压器 T2 的效率更高。 功率级中使用的带有绝缘栅极的 KP707A 场效应晶体管具有漏极电流对栅极电压依赖性的“右手”特性。 这意味着只有当源极和栅极之间的电压为正时，电流才会流过沟道（漏极-源极部分）。 即使如此，当栅极电压低于 3V 时，晶体管仍然处于关闭状态。 因此，建议将累积脉冲的幅度“提高”到零电平之上。 否则，这些脉冲的负半周期将被浪费——晶体管仍然关闭！ 该任务由门电路VT6-VT9中的RC链R31-R34、C10-C13和二极管VD1-VD4来处理。 该技术可以将建立电压的幅度降低一半。 顺便说一下，栅极电压的“死区”自动在一个桥臂关断和另一个桥臂导通之间提供了一个保护间隔，从而减少了此时通过一对晶体管的直通电流量他们被切换了。 输出晶体管由根据二极管VD3-VD6上的桥式电路组装的电源电压整流器供电。 电容器C18-C21防止出现从网络渗透的调制干扰。 电容器C23平滑整流电压的纹波。 如果需要，可以稍微增加其容量。 电阻R5在电源关闭时使该电容器放电，主要是为了确保那些喜欢承受高压电解电容器残余电荷的人的安全。 电阻器R3（负温度系数热敏电阻）在主电源接通时对电容器C23的充电电流脉冲提供阻尼。 当设备连接到网络时，R3 处于环境温度，其电阻等于标称电阻 - 10 欧姆。 随着负载功率的增加，该元件消耗的功率也增加，并且开始升温。 结果，其电阻降低。 就好像他自己短路了一样。 热敏电阻的使用还具有一定程度的稳定电源输出电压的效果。 可以用标称值为10欧姆的5W左右的常规电阻代替。 电源输入端有两级滤波器L1和T1、C6、C8-C10。 预滤波器L1由直径约为20毫米、磁导率为1000...2000的铁氧体环制成，并包含沿半径方向彼此成120度角且具有三匝的三个绕组。 使用 PVC 绝缘电源线进行缠绕，直到磁路的整个周边均匀地填充一层。 滤波变压器T1使用与L1类似的铁氧体环。 两个绕组均包含 30 匝，均由绝缘网络线制成，位于磁路的直径相对两侧。 市电整流器输出端向输出级提供的电压标称值为+310V，在驱动器提供的控制电压下，在不连接输出变压器T2的情况下流过电桥两臂的电流不得超过12 mA，即每臂 6 mA。 电阻器R10、R11抑制流过一对晶体管VT1、VT2和VT3、VT4的直通电流脉冲。 它们还可用于对这些脉冲的幅度和形状进行示波观察。 首先，在完成输出级的安装并打开电源后，我们建议使用单独的电源提供 10 ... 15 V 的降低电源电压。 晶体管 VT1 - VT4 的工作模式是这样的，它们根本不需要散热器 - 它们垂直位于板上，排成一排，并由尺寸为 40x40 mm 的 2 伏风扇轻微吹动，取自电脑。 风扇功率取自电源的输出，并通过 DAXNUMX 芯片上的稳定器馈送到电机。 在这种情况下，设备得到充分的冷却，并且听不到风扇的声音。 输出变压器T3绕在直径为2000mm的品牌M1NM30的盆形铁氧体磁芯上。 必须保证磁路铁芯内无间隙。 初级绕组包含60匝PELSHO线，绕组是散装的，匝数均匀分布在框架上。 使用分段框架是绝对不可接受的——初级和次级绕组缠绕成两层，一层在另一层之上。 否则，变压器的宽带会受到干扰，发生振荡过程，并且装置的整体效率会急剧降低。 次级绕组通过铜箔绝缘带与初级绕组屏蔽。 屏幕形成一圈半开放圈。 对于次级绕组，使用一束直径约为 0,1 毫米的偶数根导体，并扭绞在一起。 将这样的自制利兹线填充到直径为4…6毫米的热缩管中。 该管在初级绕组上绕了三圈。 然后将导体按数量分成相等的两组。 第一组的起点连接到第二组的终点。 这将创建一个六匝绕组，并从中点输出。 变压器 T1 制造并安装后，进行传统测试：测量空闲模式下输出晶体管的电流。 在 +25 V 的全电源电压下，其电流应约为 310 mA。次级绕组负载在二极管 VD8、VD9 上的全波半桥整流器上。 二极管位于一个公共散热器上 - 一块尺寸为 30x40 毫米的铝板。 散热器、变压器T1和输出晶体管被风扇吹动。 整流电压通过滤波器T2、C5-C25O提供至输出连接器XS3。 T5 变压器的设计与 T1 类似，但采用更粗的电线制成。 电源采用电容K73-17，容量为0,68μF，电压为400V（C1），进口电容为Rubicon，容量为100μF，电压为400V（C23）。 为了提高可靠性，建议安装电阻R1、R5阻值100kOhm，功率至少1W，二极管KD2998（VD8、VD9）更换为2D252A或2D252B或进口30CPQ060。 从结构上来说，电源是“诞生”的，并且至今仍然以制作精良但仍然是模型的形式存在。 其外观如图所示。 3.
这些部件通过无孔表面安装在切割贴片上安装在由双面箔玻璃纤维制成的板上。 连接采用氟塑料绝缘线。 板另一侧的元化被保留。 作者：S.Makarkin (RX3AKT)，莫斯科
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