Сайт Кравченко К.В.

Импульсные источники питания.

Сайт Кравченко К.В.: www.kkbweb.narod.ru

Глава 3. Схемы импульсных блоков питания.

В этой статье рассмотрим схему, управление ключом в которой сделано по другому принципу. Данная схема с незначительными изменениями применена во многих телевизорах, таких как Akai CT-1405E, Elekta CTR-2066DS и других.

Рис 1

На транзисторе Q1 собрано устройство сравнения, схема его ничем не отличается от других, рассмотренных раньше. Только здесь применен транзистор n-p-n, в результате поменялась полярность включения. Питается схема сравнения от отдельной обмотки от выпрямителя D5 с фильтром C2. Начальное смещение на ключ Q4 подается через резистор R7, обычно представляющий собой несколько последовательно включенных резисторов, что объясняется, по-видимому, лучшей теплоотдачей, исключением пробоя между выводами (все-таки падение напряжения на нем 300 В) или технологичностью сборки. Я сам путем не знаю, для чего это делается, но в импортной аппаратуре такое видишь сплошь и рядом.

Цепь обратной связи подключена здесь не таким способом, какие мы разбирали раньше. Один вывод обмотки обратной связи подключается как обычно, к базе ключа, а другой – на диодный распределитель D3,D4.

Что получается в результате? Транзисторы Q2 и Q3 представляющие собой составной транзистор, являются регулируемым сопротивлением. Это сопротивление (между плюсом конденсатора С3 и эмиттером Q3) зависит от приходящего с Q1 сигнала ошибки. Так как транзистор Q2 проводимости p-n-p, то с увеличением приходящего на его базу напряжения его ток уменьшается, транзистор Q3 призакрывается, то есть сопротивление составного транзистора увеличивается. Это свойство схемы и используется.

Рассмотрим момент запуска. Конденсатор C3 разряжен. Цепь обратной связи подключена плюсом к базе, минусом через D4 и R9 с общим проводом. Происходит процесс линейного нарастания тока коллектора, который заканчивается насыщением ключа и его закрыванием. При этом полярность напряжения на обмотке обратной связи меняется на обратную и этим напряжением через диод D3 заряжается конденсатор C3. Когда энергия трансформатора израсходуется, конденсатор С3 окажется подключенным к переходу база-эмиттер ключа через сопротивление составного транзистора минусом на базу и закроет ключ.

Время разряда С3 и величина закрывающего потенциала зависят от величины сопротивления составного транзистора. В момент запуска блока питания это сопротивление большое и разряд конденсатора С3 не задерживает очередной цикл, однако в установившемся режиме задержка очередного цикла получается достаточна для регулировки средней мощности, отдаваемой в нагрузку. Таким образом мы видим, что рассматриваемая схема не совсем ШИМ. Если в предыдущих схемах регулированию подвергалось время открытого состояния ключа, то в данной схеме регулируется время закрытого состояния ключа.

Рис 2

На рисунке показан путь разряда конденсатора С3. В момент времени t0 начинается нарастание тока коллектора ключа и продолжается до момента t1. На этом отрезке времени напряжение Uбэ ключа нарастает. На заряде С3 это никак не отражается, так как к обмотке обратной связи С3 подключен через закрытый в этот момент диод D3. Как только рост коллекторного тока ключа заканчивается, полярность напряжения на обмотке обратной связи меняется на обратную, диод D3 открывается и начинается заряд С3. Одновременно через сопротивление составного транзистора Rсост это напряжение прикладывается к переходу база-эмиттер ключа, надежно запирая его. Заряд С3 продолжается до момента времени t2, то есть пока накопленная энергия трансформатора не перейдет в нагрузку. В этот момент заряженный С3 через Rсост и открывшийся диод D4 окажется подключенным к переходу база-эмиттер ключа. На приведенном рисунке видно, как делится напряжение заряженного конденсатора С3 между сопротивлением составного транзистора Rсост (Uсост) и сопротивлением участка база-эмиттер ключа Rкл (Uбэ), которое определяется суммой сопротивлений R9 и сопротивления открытого диода D4. Сопротивление резисторов R6, R9 и R10 мало и их можно не принимать во внимание. При большом сопротивлении Rсост разряд С3 происходит медленнее и порог открывания ключа будет достигнут позже, чем при малом Rсост. В момент времени t3 напряжение С3 уменьшится до такой величины, что запирающее напряжение на базе ключа исчезнет и цикл повторится. Так сопротивление составного транзистора участвует в процессе.

Схемы отечественных импульсных блоков питания.

Подавляющее большинство схем отечественных ИБП построены по одинаковой схеме, по одному принципу и различаются лишь схемой запуска, да величинами выходных напряжений вторичных выпрямителей. И еще одна особенность – отечественные ИБП не предназначены для работы в дежурном режиме (то есть в режиме практически холостого хода). Во всех ИБП имеются защиты от перегрузки и короткого замыкания в нагрузке, от недонапряжения в сети ниже 160 В, холостого хода. В некоторых моделях с дистанционным управлением выключение ИБП производится с помощью искусственно создаваемой перегрузки, в этом случае срабатывает защита по перегрузке и срывается генерация.

Так как еще имеется очень много отечественных телевизоров с такими ИБП, я расскажу о них более подробно, несмотря на то, что буду кое в чем повторяться. То, о чем я буду рассказывать, относится ко всем моделям ИБП, построенным на дискретных элементах. Отечественные ИБП, построенные с применением микросхемы К1033ЕУ1 (аналог TDA4601) рассмотрим в следующей главе, в которой опишу работу ИБП на микросхемах. Более новые ИБП, в которых применены разработки зарубежных производителей, я здесь рассматривать не буду.

Принципиальная схема модуля питания МП-3-3

Рассмотрим принципиальную схему модуля питания МП-3-3. В состав модуля входит низковольтный выпрямитель (диоды VD4—VD7), формирователь импульсов запуска (VT3), импульсный генератор (VT4), устройство стабилизации (VT1), устройство защиты (VT2), импульсный трансформатор Т1, выпрямители на диодах VD12—VD15, стабилизатор напряжения 12 B (VT5—VT7).

Рис 3

Импульсный генератор собран по схеме автогенератора с коллекторно-базовыми связями на транзисторе VT4. При включении телевизора постоянное напряжение с выхода фильтра сетевого выпрямителя (конденсаторов С16, С19, С20) через обмотку 19—1 трансформатора Т1 поступает на коллектор транзистора VT4. Одновременно сетевое напряжение с диода VD7 через резисторы R8 и R 11 заряжает конденсатор С7, а также поступает на эмиттер транзистора VT2, где оно используется в устройстве защиты модуля питания от пониженного напряжения сети. Когда напряжение на конденсаторе С7, приложенное между эмиттером и базой 1 однопереходного транзистора VT3, достигает значения 3 В, транзистор VT3 открывается. Конденсатор С7 начинает разряжаться по цепи: переход эмиттер—база транзистора VT3, эмиттерный переход транзистора VT4, параллельно соединенные резисторы R14 и R16, .конденсатор С7.

Ток разрядки конденсатора С7 открывает транзистор VT4 на время 10...15 мкс, достаточное, чтобы ток в его коллекторной цепи возрос до 3...4 А. Протекание коллекторного тока транзистора VT4 через обмотку намагничивания 19—1 сопровождается накоплением энергии в магнитном поле сердечника. После окончания разрядки конденсатора С7 транзистор VT4 закрывается. Прекращение коллекторного тока вызывает в катушках трансформатора Т1 появление ЭДС самоиндукции, которая создает на выводах 6, 8, 10, 5 и 7 трансформатора Т1 положительное напряжение. При этом через диоды однополупериодных выпрямителей во вторичных цепях VD12—VD15 протекает ток.

При положительном напряжении на выводах 5, 7 трансформатора Т1 конденсаторы С14 и С6 заряжаются соответственно в цепях анода и управляющего электрода тиристора VS1 и С2 в эмиттерно-базовой цепи транзистора VT1.

Конденсатор С6 заряжается по цепи: вывод 5 трансформатора Т1, диод VD11, резистор R 19, конденсатор С6, диод VD9, вывод 3 трансформатора. Конденсатор С14 заряжается по цепи: вывод 5 трансформатора Т1, диод VD8, конденсатор С14, вывод 3 трансформатора. Конденсатор С2 заряжается по цепи: вывод 7 трансформатора Т1, резистор R13, диод VD2, конденсатор С2, вывод 13 трансформатора.

Аналогично осуществляются последующие включения и выключения транзистора VT4 автогенератора. Причем несколько таких вынужденных колебаний оказывается достаточным, чтобы зарядить конденсаторы во вторичных цепях. С окончанием зарядки этих конденсаторов между обмотками автогенератора, подсоединенными к коллектору (выводы 1, 19) и к базе (выводы 3, 5) транзистора VT4, начинает действовать положительная обратная связь. При этом автогенератор переходит в режим автоколебаний, при котором транзистор VT4 будет автоматически открываться и закрываться с определенной частотой.

В открытом состоянии транзистора VT4 его коллекторный ток протекает от плюса конденсатора С16 через обмотку трансформатора Т1 с выводами 19, 1, коллекторный и эмиттерный переходы транзистора VT4, параллельно включенные резисторы R14, R16 к минусу конденсатора С16. Из-за наличия в цепи индуктивности нарастание коллекторного тока происходит по пилообразному закону.

Для исключения возможности выхода из строя транзистора VT4 от перегрузки сопротивление резисторов R14 и R16 подобрано таким образом, что, когда ток коллектора достигает значения 3,5 А, на них создается падение напряжения, достаточное для открывания тиристора VS1. При открывании тиристора конденсатор С14 разряжается через эмиттерный переход транзистора VT4, соединенные параллельно резисторы R14 и R16, открытый тиристор VS1. Ток разрядки конденсатора С14 вычитается из тока базы транзистора VT4, и транзистор преждевременно закрывается.

Дальнейшие процессы в работе автогенератора определяются состоянием тиристора VS1. Более раннее или более позднее его открывание позволяет регулировать время нарастания пилообразного тока и тем самым — количество энергии, запасаемой в сердечнике трансформатора.

Модуль питания может работать в режиме стабилизации и в режиме короткого замыкания.

Режим стабилизации определяется работой УПТ на транзисторе VT1 и тиристоре VS1. При сетевом напряжении 220 В, когда выходные напряжения вторичных источников питания достигнут номинальных значений, напряжение на обмотке трансформатора Т1 (выводы 7, 13) возрастет до значения, при котором постоянное напряжение на базе транзистора VT1, куда оно поступает через делитель R1—R3, становится более отрицательным, чем на эмиттере, куда оно передается полностью. Транзистор VT1 открывается по цепи: вывод 7 трансформатора, R13, VD2, VD1, эмиттерный и коллекторный переходы транзистора VT1, R6, управляющий электрод тиристора VS1, R14-R16, вывод 13 трансформатора. Ток транзистора, суммируясь с начальным током управляющего электрода тиристора VS1, открывает его в тот момент, когда выходное напряжение модуля достигает номинальных значений, прекращая нарастание коллекторного тока.

Изменяя напряжение на базе транзистора VT1 подстроечным резистором R2, можно регулировать напряжение на резисторе R10 и, следовательно, изменять момент открывания тиристора VS1 и продолжительность открытого состояния транзистора VT3, т. е. устанавливать выходные напряжения вторичных источников питания.

При увеличении напряжения сети (либо уменьшении тока нагрузки) возрастает напряжение на выводах 7, 13 трансформатора Т1. При этом увеличивается отрицательное напряжение базы по отношению к эмиттеру транзистора VT1, вызывая возрастание коллекторного тока и падения напряжения на резисторе R10. Это приводит к более раннему открыванию тиристора VS1 и закрыванию транзистора VT4, мощность, отдаваемая во вторичные цепи, уменьшается.

При понижении напряжения сети (либо увеличении тока нагрузки) соответственно меньше становится напряжение на обмотке трансформатора Tl и потенциал базы транзистора VT1 по отношению к эмиттеру. Теперь из-за уменьшения напряжения, создаваемого коллекторным током транзистора VT1 на резисторе R10, тиристор VS1 открывается в более позднее время и количество энергии, передаваемой во вторичные цепи, возрастает.

Существенную роль в защите транзистора VT4 играет каскад на транзисторе VT2, При уменьшении напряжения сети ниже 150 В напряжение на обмотке Т1 с выводами 7, 13 оказывается недостаточным для открывания транзистора VT1. При этом устройство стабилизации и защиты не работает и создается возможность перегрева транзистора VT4 из-за перегрузки. Чтобы предотвратить выход из строя транзистора VT4, необходимо прекратить работу автогенератора. Предназначенный для этой цели транзистор VT2 включен таким образом, что на его базу подается постоянное напряжение с делителя R18, R4, а на эмиттер — пульсирующее напряжение частотой 50 Гц, амплитуда которого стабилизируется стабилитроном VD3. При уменьшении напряжения сети уменьшается напряжение на базе транзистора VT2. Так как напряжение на эмиттере стабилизировано, уменьшение напряжения на базе приводит к открыванию транзистора. Через открытый транзистор VT2 трапецеидальные импульсы с диода VD7 попадают на управляющий электрод тиристора, открывая его на время, определяемое длительностью трапецеидального импульса. Это прекращает работу автогенератора.

Режим короткого замыкания возникает при наличии короткого замыкания в нагрузке вторичных источников питания. Запуск модуля в этом случае производится запускающими импульсами от устройства запуска (транзистор VT3), а выключение — с помощью тиристора VS1 по максимальному току коллектора транзистора VT4. После окончания запускающего импульса устройство не возбуждается, поскольку вся энергия расходуется короткозамкнутой цепью.

После снятия короткого замыкания модуль входит в режим стабилизации.

Выпрямители импульсных напряжений, подсоединенные ко вторичной обмотке трансформатора Т1, собраны по однополупериодной схеме.

Выпрямитель на диоде VD12 создает напряжение 130 В для питания модуля строчной развертки. Пульсации этого напряжения сглаживаются конденсатором С27. Резистор R22 устраняет возможность значительного повышения напряжения на выходе выпрямителя при отключении нагрузки.

На диоде VD13 собран выпрямитель напряжения 28 В, предназначенный для питания модуля кадровой развертки. Фильтр на его выходе образован конденсатором С28 и дросселем L2.

Выпрямитель напряжения 15 В для питания УЗЧ собран на диоде VD15 и конденсаторе С30.

Напряжение 12 В, используемое в блоке управления, модуле цветности, модуле радиоканала и модуле кадровой развертки, создается выпрямителем на диоде VD14 и конденсаторе С29. На выходе этого выпрямителя включен компенсационный стабилизатор напряжения. В его состав входят регулирующий транзистор VT5, усилитель тока VT6 и управляющий транзистор VT7. Напряжение с выхода стабилизатора через делитель R26, R27 поступает на базу транзистора VT7. Переменный резистор R27 предназначен для установки выходного напряжения. В эмиттерной цепи транзистора VT7 напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне VD16. Напряжение с коллектора VT7 через усилитель на транзисторе VT6 поступает на базу транзистора VT5, включенного последовательно в цепь выпрямленного тока. Это приводит к изменению его внутреннего сопротивления, которое в зависимости от того, увеличилось или уменьшилось выходное напряжение, либо возрастает, либо понижается. Конденсатор С31 предохраняет стабилизатор от возбуждения. Через резистор R23 поступает напряжение на базу транзистора VT7, необходимое для его открывания при включении и восстановлении после короткого замыкания. Дроссель L3 и конденсатор С32 — дополнительный фильтр на выходе стабилизатора.

Конденсаторы С22—С26, шунтирующие выпрямительные диоды, предназначены для уменьшения помех, излучаемых импульсными выпрямителями в электрическую сеть.

Продолжение в следующей главе.

Начало документа

<<< Назад Титульный Глава 4 >>>

ККВ Страница создана 17.02.2004 г.