Импульсный блок питания УМЗЧ

Существует множество схем ИИП, особенно на просторах интернета, а вот рабочих мало, единицы. Сколько было собрано, сколько сожжено дорогостоящих полевых транзисторов и микросхем! Некоторые блоки удавалось заставить работать, некоторые нет. Приведенная ниже схема начинает работать сразу, некритична к выбору деталей, практически не дает помех, доступна для сборки даже начинающим радиолюбителям.

На первый взгляд схема кажется сложной, но при поблочном рассмотрении все становится ясно и просто. Все детали недороги, легкодоступны, имеют множество замен, большинство деталей имеется в компьютерных блоках питания. Было собрано четыре блока, разной конфигурации, на разных печатных платах, все заработали сразу и работают до сих пор. Последний блок предназначен для известного усилителя «ЛАНЗАР». За основу взята схема [1] , дополнена устройством плавного запуска, переведена на современную элементную базу. Некоторые элементы были перерасчитаны для получения   большей мощности и снижения пульсаций выпрямленного напряжения.

Технические характеристики:
Номинальная мощность:   500Вт
Частота преобразования:   100 кГц
Выходное напряжение:   +/ - 65В
КПД   0,75

Мощность блока при использовании этих же деталей легко может достигать 800Вт, требуется только перерасчет трансформатора ТР2.

Краткое описание работы

Задающий генератор собран на элементах DD1, подстроечным резистором частота меняется в пределах 100-200 кГц. Триггер на элементе DD2 снижает частоту вдвое и формирует импульсы с более крутыми фронтами. Через комплементарный эмиттерный повторитель на транзисторах VT3 – VT4 импульсы проходят на трансформатор ТР1 и управляют мощными транзисторами VT5,VT6. Задающий генератор питается от отдельного стабилизатора собранного на элементах С5,С6,С7,С8 диодах   D7-D10 и транзисторе VT2. Устройство плавного запуска выполнено на тиристоре VD1. При включении блока в сеть, конденсатор фильтра C10 заряжается через резистор R5. Конденсатор С4 заряжается через резисторы R3 R4. При достижении на этом конденсаторе напряжения примерно 1В, тиристор открывается и шунтирует R5.
Сетевой фильтр и выпрямитель особенностей не имеют. За выпрямителем следует транзисторный фильтр на транзисторе VT1, который уменьшает пульсации выпрямленного напряжения в 125 раз, для того, что бы исключить модуляцию прямоугольного сигнала напряжением частотой 100Гц.

Напряжение, полученное с трансформатора ТР2 (обмотки 2 и 3) выпрямляется диодным мостом D13-D16 и через дроссель L2 поступает на выходной фильтр C16,C17,L3,L4,C18,C19,C20,C21. Дроссель L2 необходим главным образом для ограничения зарядного тока через диоды моста, т.к. в выходном фильтре применены конденсаторы большой емкости. Более подробно с работой схемы можно ознакомиться в [1].

Принципиальная схема:

Конструкция и детали

Конструктивно блок выполнен на трех печатных платах: на одной - силовая часть блока с устройством плавного запуска и транзисторным фильтром, на другой - задающий генератор с собственным блоком питания, на третьей трансформатор ТР2 и выходной фильтр. Выходной фильтр может быть собран непосредственно на плате усилителя, тогда ТР2 крепится к шасси. Компановка может быть различной.  Рисунки печатных плат 1 и 2 прилагаются. Ввиду чрезвычайной простоты плата выходного фильтра не разрабатывалась. При использовании разных деталей (диоды, конденсаторы) рисунок платы будет индивидуальным в каждом конкретном случае. Конденсаторы С14, С15 и резисторы R4,R5,R7,R11,R12 установлены на плате стоя. Конденсаторы С14, С15 и резисторы R11,R12 в верхней точке соединяются и образуют точку подключения нижнего по схеме вывода обмотки 1 трансформатора ТР2. Тиристор VD1 и транзистор VT1 установлены на одном радиаторе через изолирующие прокладки. При использовании тиристора в другом корпусе можно установить его на отдельный радиатор.
При сборке нужно стараться все соединения делать возможно короче.

О деталях

Микросхемы серии 511 заменять другими не следует. Можно использовать импортный аналог: для К511ЛА1 аналогом является Н102, для К511ТВ1 аналог Н110.

Транзисторы. На месте транзисторов VT3, VT4 можно использовать практически любые высокочастотные транзисторы: ВС639 и ВС640, ВС635 и ВС636, ВС337 и ВС638, КТ 315 и КТ361, КТ502 и КТ503 и др. желательно только подобрать их с наибольшим коэффициентом усиления.

Транзисторы VT5,VT6 лучше выбрать в большом корпусе. При использовании транзисторов в  корпусе ТО-220 необходимо скорректировать печатную плату. Можно их сделать и выносными. Для замены подойдут транзисторы серии 2SC – 3996 – 3998, 5144, 2204, 3552, 3042, 3306, 5570, 2625 и др. с напряжением не менее 400В и током коллектора не менее 10А. Их желательно подобрать с близким коэффициентом усиления. При установке этих транзисторов на общий радиатор надо использовать слюдяные прокладки смазанные пастой КТП-8. Площадь радиатора для каждого транзистора должна быть не менее 65см2. Транзистор VT1 можно заменить на КТ898А или А1. Это транзисторы дарлингтона, стоят в коммутаторах транзисторных систем зажигания. Можно поставить транзисторы серии 2SC указанные выше, но придется установить их на отдельный радиатор площадью не менее 150см2. Кроме того придется пересчитать вторичную обмотку трансформатора ТР2, т.к. на транзисторе будет потеря напряжения порядка 20В. Лучше самостоятельно сделать составной транзистор, добавив еще один, например MJE13005,13007,13009 и т.п. Участок схемы приводится. Вместо транзистора КТ815Г можно поставить КТ817Г или BD135, BD137, BD139.

Фрагмент:

Диоды. Диодный мост BR1010 можно заменить на другой, не менее 10А - 400В или отдельные диоды с такими же характеристиками. Мост снабжен небольшим радиатором.
Диоды D11,D12 – любые быстрые на напряжение не менее 400В. Подойдут FR104 – 107, FR154 - FR157, SF16, из отечественных можно поставить КД104А. D5 – FR157, SF16. Диоды 1N4007 можно заменить на КД105Г или другие на ток более 0,5А и напряжением 400В и больше. Диоды КД2997А,Б можно заменить на КД2999А,Б или импортные быстрые диоды с напряжением не менее 200В и током  15 - 20А. В крайнем случае, можно поставить КД213,  но по две штуки в плечо параллельно. Из импортных подойдут 15ETH06, 30ETH06, 30EPH06, BYW29-500 и др.  Диоды Шоттки можно использовать, если выходное напряжение не превышает 60В. Смотрите даташиты.

Стабилитрон D17 любой на 15В, например КС515 или импортный. Можно составить из двух, например КС175А, Д814А.

Тиристор ВТ151 можно заменить другим с максимальным током не менее 10А и напряжением 400В, например КУ202Н1.

Конденсаторы С2,С3С5,С9,С13-С19 пленочные, С1,С12 – керамика. Конденсаторы С14, С15 можно поставить и меньшей емкости, но не менее 1мкФ.   Они должны быть одинаковы и обязательно пленочными,  на напряжение не менее 250В.  Емкость С2,С3,С9 не критична и ее можно менять. Лучше в большую сторону. Конденсатор С10 составлен из двух емкостью 220 и 330 мкФ 400В. Если блок будет иметь другую мощность, эти конденсаторы следует ставить из расчета 1мкФ  на 1Вт мощности. Хотя и используется транзисторный фильтр, емкость этих конденсаторов не следует сильно уменьшать, что бы сохранить жесткость нагрузочной характеристики блока.  Конденсатор С8 может быть емкостью 100 – 200мкФ. Конденсаторы С16, С17 могут быть составлены из нескольких меньшей емкости, что даже лучше. Чем больше общая емкость – тем лучше, в разумных пределах. Для облегчения работы по высокой частоте конденсаторов С20, С21 желательно припаять непосредственно к их выводам с обратной стороны платы керамические конденсаторы емкостью 0,033 – 0,1мкФ.

Резисторы - указанной на схеме мощности. R1 – желательно многооборотный. R6 служит для разрядки конденсаторов, номинал 390 – 910кОм. Резисторы R11, R12 должны быть одинаковыми и могут быть номиналом от 47 до 200 кОм. Суммарное сопротивление резисторов R3 и R4 должно быть 43 – 46 кОм.

Дроссели и трансформаторы. Дроссель L1 намотан на кольце из феррита марки М2000 наружным диаметром от 20мм. Намотка ведется в один слой сразу двумя проводами диаметром 0.8-1,2 мм до заполнения. Можно использовать и Ш-образный сердечник, например от блока питания телевизора. Не критично. Дроссель L2 намотан проводом диаметром 1,2мм на чашечном сердечнике из феррита марки М2000 диаметром 35 и более мм. Намотка ведется в два провода до заполнения каркаса. Так как дроссель работает на постоянном токе, в зазор необходимо поместить диэлектрическую прокладку толщиной примерно 0,3мм.  Можно попробовать намотать на кольцевой сердечник от дросселя групповой стабилизации компьютерного блока питания. Дроссели L3 L4 готовые из компьютерного блока питания, те, что намотаны толстым проводом. Должны быть одинаковыми. Их можно изготовить самостоятельно, намотав 10-20 витков провода диаметром 1.2мм на кусочки круглого феррита от антенны радиоприемника длиной 25мм.

Трансформатор ТР1 изготовлен на кольце из феррита марки М2000 типоразмера 16*8*6 и содержит 90витков провода ПЭЛШО 0,12 намотанных сразу тремя проводами. Типоразмер, марка провода и число витков не критичны. Для облегчения работы этот трансформатор можно намотать на чашечном магнитопроводе диаметром примерно 20мм так же в три провода. Если нет ничего подходящего, можно намотать и на небольшом Ш-образном ферритовом магнитопроводе.

Самая ответственная часть работы – намотка трансформатора ТР2. Он намотан на сердечнике, состоящего из двух колец типоразмера 40*25*11. Кольца нужно склеить между собой, грани закруглить крупной наждачной бумагой. Затем магнитопровод обматывается двумя слоями лакоткани или фторопластовой ленты. Первичная обмотка намотана в два провода (в параллель) диаметром 0,8мм и содержит 26 витков, равномерно распределенных по кольцу. Поверх первичной обмотки снова два слоя лакоткани. Вторичная обмотка(2,3) мотается в три провода диаметром 0,8мм и содержит 2*13 витков. Порядок работы таков: берем провод необходимой длины, складываем его в 6 слоев, слегка скручиваем для удобства, и мотаем 13 витков равномерно поверх первичной обмотки. Затем прозвонкой разделяем его на две части и соединяем начало одной части с концом другой. Так мы получим две обмотки в три провода и точку соединения. Снова обматываем все лакотканью. Готовый трансформатор можно пропитать парафином, нитролаком или эпоксидной смолой. Но в последнем случае он получится неразборным.  Для более точного подбора напряжения необходимо сразу после намотки первичной обмотки намотать 10 витков любого провода, подключить к диодному мосту и замерить напряжение. Затем вычислить необходимое количество витков. Получается примерно 5В на один виток. 

При намотке всех дросселей и трансформаторов крайне важно соблюдать начала и концы обмоток. Начала обмоток на схеме помечены точками.

Если нужны другие выходные напряжения, нужно пересчитать количество витков вторичной обмотки. Обмоток  может быть и несколько. Если нужно рассчитать трансформатор ТР2 на другую мощность или на другой магнитопровод, необходимо воспользоваться программой расчета импульсных трансформаторов Lite-Calc.

Из многих программ выбрана именно эта, как простая и дающая реальные достоверные результаты.

Налаживание начинаем с генератора импульсов. Для этого к сети подключаем  только маленькую печатную плату, отдельно от большой. Осциллографом наблюдаем на обмотках 2 и 3 трансформатора ТР1 противофазные прямоугольные импульсы. Затем резистором R1 устанавливаем частоту этих импульсов равной 100 кГц. У многих нет осциллографа, что делать? Берем плату с припаянным сетевым проводом и идем в ближайшее телеателье. Наверняка не откажут в одном измерении. После этого можно подключать и силовую часть блока питания. Сделать это лучше включив в разрыв сетевого провода лампу накаливания мощностью 75-100 Вт. Лампа должна кратковременно загореться и погаснуть. Если горит постоянно, проверяйте правильность сборки. Если все в норме – лампу убираем. Блок без нагрузки включать нельзя, поэтому на время проверки нагрузим его двухватными резисторами 500-600 Ом. Измеряем выходные напряжения. Если напряжения отличаются от расчетных, измерьте напряжение сети – возможно, оно сильно отличается от 220В. Проверяем работу устройства плавного запуска. Для этого подключаем авометр параллельно резистору R5. При включении блока прибор должен показать постоянное напряжение порядка 30В. Через одну-две секунды напряжение должно почти полностью исчезнуть.  Параллельно конденсатору С2 можно включить варистор, например JVR-7N391K, или другой, на напряжение около 400В. Отверстия в печатной плате имеются. Блок защищен предохранителем 8А.

Литература:
[1]  «РАДИО» №1 1987г. стр.35-37

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• ИИП
• Sprint-Layout
• Блок питания