Двухтактный инвертор с усилителем импульсного тока

Прибор предназначен для зарядки аккумуляторов автомобилей. Схема выполнена по принципу импульсного инвертора напряжения с малой массой и габаритами со стабильным напряжением заряда. Процесс заряда аккумулятора максимально автоматизирован. В схеме установлена защита от неверной полярности подключения аккумулятора, короткого замыкания в нагрузке и повышения температуры силовых элементов.

Функциональная схема электронного устройства состоит:
1) из сетевого двухзвённого помехоподавляющего фильтра.
2) сетевого выпрямителя со сглаживающим фильтром и защитой диодного моста.
3) силового двухтактного инвертора на мощных биполярных транзисторах обратной проводимости.
4) усилителя импульсного тока на биполярном транзисторе.
5) генератора прямоугольных импульсов на программируемом таймере.
6) аналогового стабилизатора напряжения питания.
7) усилителя тока ошибки на параллельном стабилизаторе напряжения.
8) усилителя отрицательной обратной связи.
9) цепи защиты и индикации нагрузки.
10) датчика температуры перегрева силовых элементов.

В основу устройства положен двухтактный полумостовой импульсный инвертор управляемый широтноимпульсным генератором на аналоговом таймере (1).

Характеристики инвертора:
Напряжение сети -220Вольт.
Выходная мощность -240 ватт
Напряжение аккумулятора -12 Вольт.
Напряжение заряда 12,8 – 16,2 Вольта
Ток заряда максимальный -10 Ампер.
Время заряда 2-5 часов.
КПД 96%
Частота генератора- 27кГц

Сетевой двухзвенный фильтр состоит из двухобмоточного дросселя Т3 и конденсаторов С10, С11 - снижает помехи из сети и проникновение помех преобразования в сеть.

Помехи преобразования, в момент переключения, создают ключевые транзисторы VT3-VT4 инвертора и выпрямители на диодной сборках VD3,VD4.
Сетевое напряжение на диодный мост VD4 поступает через предохранитель короткого замыкания FU1 и выключатель сети SA1.

Выпрямленное напряжение сети сглаживается фильтром на конденсаторе С9, а в обязанности позистора RK2 входит ограничение тока заряда конденсатора - это защищает сетевой диодный мост от пробоя.

Резистор R13 позволяет разрядить конденсатор С9 при отключении сети и снижает вероятность удара электротоком при монтаже и ремонте электронной схемы.
Конденсаторы С7, С8 входят в мост инвертора, второе назначение – фильтр помех высоких частот.

Силовой инвертор составлен по двухтактной схеме на мощных транзисторах обратной проводимости VT3,VT4. Токи управления с обмоток 2,3 согласующего трансформатора Т1 подаются через ограничительные резисторы R8,R9 на базы мощных транзисторов.
Согласующий трансформатор Т1 гальванически разделяет вторичные цепи от электросети связанной потенциалом с силовой частью инвертора и согласует выходное напряжение генератора на микросхеме таймера DA1 и низкое входное сопротивления транзисторов инвертора.

Транзисторы в инверторе установлены с паспортным напряжением не выше напряжения питания, что снижает стоимость устройства в целом.

Программируемый таймер на микросхеме DA1 предназначен для построения устройства формирования сигнала заданной длительности и состоит из верхнего и нижнего компараторов по входу 2 и 6 DA1 – в виде операционных усилителей ; внутреннего триггера; выходного усилителя мощности и ключевого транзистора, используемого для разрядки внешнего конденсатора.

При перепаде напряжения на входе 2DA1 с уровня логической единицы до уровня логического нуля, на выходе таймера (вывод 3 DA1) формируется импульс положительной полярности с заданной длительностью, зависящей от номиналов - времязарядного конденсатора С1 и резисторов R1R2R3.

Усилитель импульсного тока на биполярном транзисторе VT2 предназначен для усиления импульсного тока генератора импульсов – подтвердилось, что не всегда сигнал с генератора на аналоговом таймере достаточен для раскачки ключевых транзисторов инвертора с небольшим усилением.

С выхода 3 микросхемы DA1 прямоугольный импульс поступает на усилитель мощности на транзисторе VT2 и с него на первичную обмотку трансформатора Т1. Питание на генератор на микросхеме DA1 и времязарядную RC- цепь поступает от заряжаемого аккумулятора через аналоговый стабилизатор напряжения DA2. На усилитель тока на транзисторе VT2 питание подано непосредственно с аккумулятора GB1.

При отключенном аккумуляторе или неверной полярности подключения генератор и усилитель не работают, инвертор остаётся в состоянии холостого хода с полным отсутствием энергопотребления.

Усиленный ключевыми транзисторами VT3-VT4 импульс напряжения поступает в трансформатор Т2 - назначение которого: гальваническое разделение нагрузки и сети - и согласование выходного сопротивления инвертора с сопротивлением нагрузки.

Первичная обмотка высокочастотного трансформатора Т2 имеет демпфирирующую цепь R11C6, предназначенную для гашения паразитных высокочастотных колебаний возникающих в контуре в момент переключения силовых транзисторов.
Конденсатор С6 добавляет паразитную ёмкость первичной обмотки трансформатора Т2, что ведёт к снижению частоты паразитных колебаний и уменьшению их амплитуды.

Введение резистора R11 в колебательный контур снижает добротность первичной обмотки трансформатора Т2 и ускоряет затухание колебательного процесса.
Силовые транзисторы зашунтированы быстродействующими диодами VD1,VD2.
Вторичная цепь трансформатора Т2 подключена через выпрямительный высокочастотный мост VD3 к фильтру на конденсаторе С5 L1C12.

Индикация наличия выходного напряжения выполнена на светодиоде HL1 c ограничительным резистором R12.Ток заряда аккумулятора устанавливается изменением скважности генератора на аналоговом таймере DA1 - резистором R1, напряжение заряда - резистором R10.

Вывод 5 микросхемы таймера DA1 используется для стабилизации выходного напряжения инвертора. Повышение выходного напряжения на аккумуляторе приводит к росту напряжение на управляющем электроде 1DA3- параллельного стабилизатора (2). Напряжение на аноде 3DA3 падает в ключевом режиме. Конденсатор C4 устраняет помехи переключения параллельного стабилизатора.

Транзистор VT1 прямой проводимости открывается перепадом напряжения на аноде DA3 и шунтирует вывод 5DA1.
Частота генератора повышается, что приводит к снижению напряжения на нагрузке.
Наличие терморезистора RK1 при повышении температуры снижает напряжение и мощность на нагрузке.

Печатная плата выполнена на одностороннем стеклотекстолите.
Основные элементы схемы и их рекомендации по их возможной замене сведены в таблицу 1 и 2.

Таблица№1.Параметры радиоэлементов:

Таблица 2. Параметры аналогов таймера:

С понижением напряжения источника питания ток потребления микросхемой DA1 падает, частота преобразователя меняется незначительно, не более 1%.

Трансформаторы(3) можно установить заводские от неисправных блоков питания АТ/ТХ по таблице № 1, можно выполнить и на феррите К20*12*6 2000НМ,1-20витков ПЭВ-2 0,4мм; 2,3 обмотки по 6 витков того же провода, дополнительный отвод 2 витка (4).

Трансформатор Т2 – первичная на кольце 40*25*11 М2000НМ 66 витков ПЭВ-2 О,8мм; вторичная сечением 2 (4 *0,32мм). L1 - 10 витков 1мм. Обмотки всех трансформаторов и дросселя разделить фторопластовой лентой от феррита и между собой. Схема смонтирована в корпусе БП1.

Транзисторы VT3-VT4 следует установить на радиаторы 50*50*10 или на один радиатор через изолирующие прокладки.

Наладку схемы начинают с проверкой цепей питания на наличие короткого замыкания. вместо предохранителя FU1 установить накальную лампу 220*100ватт. На выход подключить аккумулятор напряжением 12-16 вольт, проверить напряжение питания на генераторе и при наличии осциллографа или цифрового вольтметра уточнить наличие импульсного напряжения на выводе 3DA1.

Включив сеть наблюдают зажигание сетевой лампы, кратковременная её вспышка и наличие тока заряда по амперметру PA1 указывает на рабочее состояние инвертора.
Изменение тока заряда резистором R1 и напряжения резистором R10 указывает на работоспособность преобразователя.

После непродолжительной работы устройства в целом, необходимо схему отключить от электросети и аккумулятора - проверить элементы на нагрев.

Следует помнить, что часть элементов схемы находятся под напряжением электросети, осциллограф подключать к схеме без заземления.

Литература:
1. В.Сорокоумов. Импульсное зарядное устройство. Радио№8. 2004. Стр.46.
2. И.Нечаев. Стабилизаторы напряжения с микросхемой КР142ЕН19А. Радио №6 2000. Стр.57.
3. А.Петров. Индуктивности, дроссели, трансформаторы. Радиолюбитель №1 1996. Стр. 13. 4.А.Петров Импульсный блок питания УЗЧ. Радиомир 7/2002. Стр.12.

Автор: Коновалов Владимир, Вантеев Александр, Антон Артамоненко - творческая лаборатория "Автоматика и связь"

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout