Экспериментально-исследовательский проект ЛБП

Подготовка к проекту

Перед началом создания любого проекта необходимо определиться с его функционалом и составом, обеспечивающем этот функционал. Следующим шагом должно быть планирование внешнего вида (очень нежелательно откладывать этот шаг на финал) и определение параметров (размеров) корпуса. Ведь платы разрабатываются уже с учетом внешнего вида и расположения органов управления (регуляторы на проводах - это прошлый век). В своем проекте я принципиально хотел использовать фабричный корпус и, определившись с достаточными размерами, мой выбор пал на корпус G1818 (есть файл с размерами).

 Так же следует предусмотреть удобство обслуживания (доступа к содержимому, если только изделие не планируется одноразовым), т.е. если элементы корпуса демонтируются в процессе разборки (в моем случае это передняя и задняя панели), то на них не должны быть закреплены никакие модули (или же иметь разъемы и достаточный запас соединительных проводов, дабы не оборвать их при разборке).

Состав проекта

Сетевой фильтр и АККМ (активный корректор коэффициента мощности). Этот узел не содержит абсолютно ничего новаторского, за его основу взята IC1 L6561D в почти типовом включении (питание независимо от обмотки детекции нуля). Накопительный трансформатор Tr1 - демонтаж с телевизора (в нем только добавлена вторая обмотка без разборки). Все номиналы и детали указаны по факту применения (есть множественные аналоги и т.п.) и при указанных значениях на выходе узла чуть более 400 В.

Дежурное питание построено на IC2 FSDM311, у которой организована стабилизация питающего, а не выходного напряжения (определеятся ZD1 и составляет чуть более 16 В). Диод VD2 служит для отвязки вывода 2 от других потребителей (это необходимо для осуществления запуска). Резистор R12 является "индивидуальным предохранителем" данного источника питания. Намоточные данные трансформотара Tr2 можно определить с помощью даташита на ШИМ (полная версия прикреплена к статье). Выходное напряжение обозначено *, т.к. не является постоянным во времени (зависит от нагрузки по линии Vcc).

Основной блок питания построен на ШИМ-контроллере IC4 TL494C и драйвере полумоста IC6 IRS2113S. Регулировка скважности импульсов осуществляется через оптопару IC3, а запуск узла через IC5 (Vcc2 осуществляет питание АККМ, т.е. в "дежурном режиме" +HV менее 400 В и завит от напряжения сети). Драйвер полумоста постоянно подключен к питающему напряжению, но переводится в режим ожидания резистором R30 (перевод в рабочий режим осуществляется цепочкой R27R28VT4). Цепочка C22R17 обеспечивает плавный пуск узла (но не нагрузки, об этом далее). Оптопара ООС IC3 содержит в обвязке два сглаживающих конденсатора C20 и C21 (по аналогии с фабричными БП, а два их для возможности вариативности без переизготовления платы) и развязывающий диод VD6, который исключает их влияние на контуры защиты. 

Первый контур защиты обеспечивает ограничение тока первичной обмотки силового трансформатора Tr4, а в сочетании с АККМ является ограничителем мощности ЛБП в целом. Регулировка этого контура осуществляется подстроечным резистором R40 (если ограничение мощности получается только выше необходимого уровня, то следует либо изменить количество витков токового трансформатора Tr3, либо параметры делителя R18R24). Для данного контура цепочкой коррекции служит R20C26.

Второй контур защиты является ограничителем напряжения в случае проблем с обратной связью (при исправном ЛБП этот контур избыточен). Для его настройки необходимо повысить ограничиваемую первым контуром мощность, выставить максимальное напряжение на выходе ЛБП, нагрузить его до срабатывания ограничения мощности (желательно с минимальной просадкой напряжения) и резистором R43 выставить срабатывания ограничения вторым контуром, после чего вернуть в исходное состояние настройку первого контура. Коррекция второго контура обеспечивается цепочкой R19C25.

 В случае проблем с ООС и отсутствием/отключением нагрузки первый контур не сработает и могут пострадать детали вторичной цепи.

 Трансформатор тока Tr3 мотался на "случайном" (подходящем по размерам) кольце и содержит 2*18/1 витков.

Узел регулировки выходных параметров построен на операционном усилителе IC7 и содержит два контура: ограничения напряжения и тока. Будем рассматривать данный узел в "процессе его настройки". Реле K1 служит для отображения вольтметром ограничения тока до его фактического срабатывания. В данном блоке максимальное значение тока составляет 5 А, поэтому первым делом следует включить отображение ограничения тока, резисторами R58 и R60 выставить максимальное значение и резистором R47 добиться показаний вольтметра в 5 В. Соответствие реального ограничения тока установленному обеспечивается настройкой усиления ОУ IC8 резистором R66. Работа этого ограничения корректируется цепочкой R63C41 и C44. Резистор R59 служит для ограничения минимального ограничения тока.

Величина максимального выходного напряжения выставляется при максимальных положениях резисторов R51 и R52 с помощью резистора R49 (в проекте это значение 30 В). Работа этого ограничения корректируется цепочкой R55C39. Сигналы обратной связи суммируются светодиодами LED1 и LED2 (они отображают активный режим, а цвета выбираются в соответствие с ампервольтметром) и подаются на оптопару ООС IC3. 

Использование грубой (R51 и R58) и точной (R52 и R60) настроек выходных параметров значительно комфортнее, чем переключение диапазонов регулирования. 

Узел сенсорных кнопок обеспечивает включение ЛБП и его режимов. В его основе лежат три ИС сенсорных кнопок (ТТР223), которые сконфигурированы в режим с фиксацией (у всех исходное состояние "выключено", но для IC10 оно инверсно (особенность исполнительной цепи). Питание самих кнопок обеспечивает стабилизатор IC9. Изначально он предполагался на 3,3 В, но этого напряжения недостаточно для загорания светодиода LED3 и открытия транзистора VT7 с оптопарой IC6 (она осуществляет "пуск горячей части"). Аналогичная проблема наблюдалась и с цепочкой LED7R77IC14 (если значение R77 будет завышено, то, не смотря на свечение LED7 драйвер IC14 не изменит своего состояния). Оптодрайвер IC14 для полевого транзистора VT9 применен в связи с удобством (одна деталь вместо жмени транзисторов) и наличием.

On SW - сенсорный контакт для включени ЛБП, светодиоды LED3 и LED4 отображают его текущее состояние (зеленый - включено).

Curent SW - сенсорный контакт для установки ограничения тока (без его срабатывания) - переключает вход вольтметра с выхода ЛБП на опорное напряжение уставки тока (LED5 индицирует активное состояние, он белый только по причине отсутствия желтого).

Out SW - сенсорный контакт включения выхода (в этом фрагменте схемы R"A" - шунт амперметра, поэтому не имеет позиционного обозначения и величины). Данный выключатель не обеспечивает плавность включения нагрузки.

Конденсаторы С45, С50 и С53 определяют чувствительность сенсорных кнопок и в итоге составили по 18-20 пФ (изначально чувствительность казалась низкой, но после установки сенсорных пластин ее пришлось еще снижать - было срабатывание в сантиметре от нужного места).

Поскольку панели уже были установлены, конденсаторы чувствительности пришлось устанавливать на доступное место.

Выходной фильтр представляет собой полумостовой выпрямитель с накопительным дросселем L3 и дополнительным диодом VD16 (здесь достаточно быстрого диода и на 100 В). При изготовлении данного узла по ATX-стандарту (на дросселе 2 витка на 1 В выходного напряжения) диодная сборка VD15 должна иметь 5-кратный запас по выходному напряжению ЛБП (4x - амплитуда обратного напряжения на сборке + резерв).

Диод VD17 необходим при работе на индуктивную нагрузку (в т.ч. при включении/отключении выхода). К индуктивности L4 особых требований не предъявляется (кроме возможности выдержать максимальный ток ЛБП). Накопительный дроссель L3 был взят с линии 3,3В ATX блока питания для компьютера.

Почти все компоненты расположены на основной (горизонтальной) плате и, где возможно, предпочтение отдавалось SMD исполнению. Было опасение, что не удастся расположить компоненты всех запланированных узлов, а в итоге даже осталось "свободное" место...

Данная статья лишь предлагает проверенные идеи для лабораторного блока питания, решение об использовании которых каждый принимает самостоятельно (под свою ответственность).

Теги:

• ЛБП
• Блок питания