21 | 11 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3770
Просмотры материалов : 9042216

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 20 гостей
  • 3 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Стабилизатор по сети для высоковольтных блоков питания PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
07.03.2012 21:34

Стабилизатор по сети  для высоковольтных блоков питания

Стабілізатор по мережі для високовольтних блоків живлення

Greg McIntire, AA 5 C. Оригінал статті опубліковано в журналі "QST", May, 1987, pp. 23 ... 25

Деякі проекти, здається, ніколи не закінчаться, вони вже самі створюють проекти (а досконалості, відомо, немає межі). До цієї категорії відноситься мій підсилювач потужності на лампі (лампах) 4СХ1000А. Минуло шість років і, хоча підсилювач працював весь цей час добре, він весь час зазнавав зміни, - модифікувався. Одним з моїх останніх проектів був блок високовольтного живлення, розроблений спеціально для цього підсилювача. Він видавав напругу анодного живлення 3 кВ при струмі в 1 А. При деяких умовах (при відсутності навантаження, на холостому ходу), вихідна напруга блоку живлення підскакував до 4 кВ. Оскільки максимально допустима напруга для вищезгаданої лампи (ламп) становить 3 кВ, щось треба було робити, щоб не допустити їх пошкодження.

Зазвичай на вході згладжує фільтра високовольтного БП встановлюють дросель. Щоб такий фільтр з дроселем працював, як годиться, необхідно, щоб через нього протікав, хоча б, слабкий струм. Резистор витоку (навантаження ланцюга високовольтного живлення) та фіксований (підіймає) зсув на лампу (лампи) РА зазвичай забезпечують цей струм. Я віддаю перевагу прикладати робоче зсув до лампи (лампам) РА, тільки, коли підсилювач ключів, тобто, видає РЧ потужність в ефір. Це зберігає мені кілька сотень ват потужності, що розсіюється, просто так, за здорово живеш, під час прийому, але тільки посилює проблему стабілізатора з дроселем. Дросель із змінною індуктивністю, звичайно ж, допомагає, але через нього, все ж, повинен текти слабкий струм, щоб отримати якусь подобу стабілізації напруги. Спочатку я спробував застосувати дросель з індуктивністю в 15 Гн. Після гарматного пострілу і діодів випрямного моста, які мені довелося викинути, сів я і задумався, щось треба було міняти.

В наші дні намітився прогрес в технології виготовлення високоефективних імпульсних блоків живлення. За однією схемою, змінний струм спочатку випрямляється, а потім, перетворюється за допомогою потужних польових транзисторів, що працюють на підвищених частотах і трансформаторів в необхідне "високовольтне харчування". Громіздкість схеми і необхідність спеціальних трансформаторів мене не влаштовували. Інша схема живлення передбачала, так зване, пропорційне управління з використанням сімістора в колі змінного струму первинної обмотки силового трансформатора. Сімістор включається, в цій схемі, тільки тоді, коли вихідна напруга БП впаде до заздалегідь заданого рівня. При повному навантаженні, сімістор включений весь час (не вимикається). Ця схемотехніка гідно "увійшла" в мою конструкцію РА.

Детальний опис схеми

Схема, наведена на Рис. 1, є схемою високовольтного стабілізатора. Компаратор U 1 порівнює опорне еталонне напруга з вихідним і управляє сімістором, включеним в ланцюг первинної обмотки високовольтного трансформатора. Включити або залишити сімістор в неактивному непроводящая стані - все залежить від співвідношення напруг. У схемі задіяний один з компараторів, що входять до складу корпусу мікросхеми LM 339. Більшість і інших високошвидкісних, що володіють високою чутливістю компараторів, також можуть бути застосовані в стабілізаторі.

Рис. 1. Принципова схема стабілізатора в ланцюзі первинної обмотки

трансформатора живлення.

Q 1 - сімістор, 2 N 5445

Q 2 - n - p - n транзистор 2 N 2222

U 1 - компаратор LM 339

U 2 - оптоізолятор, оптосімістор MCP 3022 фірми General Instruments або

Н11 J 1 ... H 11 J 5 фірми General Electric

U 3 - інтегральний стабілізатор напруги 7824 - 24 В

Z 1 - метало-оксидний варистор V 130 LA 10 A фірми General Electric або Р7074

фірми Panasonic

Вихідна напруга на компаратор подається з дільника напруги, щоб потрапити в діапазон робочих напруг компаратора. Бажано подавати якомога більш високу напругу з дільника (для більшої ефективності роботи схеми компаратора і стабілізатора в цілому, справа в тому, що і зміна вихідного високого напруги зменшується на дільнику в коефіцієнт ділення подільника напруги раз - UA 9 LAQ). Напруга, що подається з дільника на компаратор вибрано тут в 18 В, більш висока напруга збільшує коефіцієнт стабілізації, але не безпечно для компаратора. Спочатку було вибрано напруга в 5 В, але для перемикання сімістора потрібна більша напруга. 5-вольта опорний джерело напруги отримано з напруги 3 кВ, розподіл напруги становила 600: 1. LM 339 вимагає різниці напруг на входах всього в 3 мВ, щоб змінити стан, а це означає, що зміна напруги на виході всього в 1,8 В призводити до спрацьовування сімістора. 18-вольта джерело опорного напруги змінить коефіцієнт розподілу вихідної напруги на 167: 1, відповідно, щоб активізувати сімістор потрібно всього 0, 5 В зміни вихідного високовольтної напруги. Цей приклад застосовний для схеми, не володіє гістерезисом. У моїй схемі, для запобігання паразитної генерації, введений резистор позитивного зворотного зв'язку опором 1 МОм, який забезпечує гістерезис. Гістерезис змушує компаратор перемикатися в протилежний стан надійно, не мерехтіти, не генерувати при повільних коливальних процесах, таких, наприклад, як відбуваються в мережі живлення частотою 60 Гц. До введення гистерезиса паразитна генерація була проблемою.

У цій схемі, два входи компаратора мають однаковий потенціал. Якщо U 1 використовується правильно, то ця ділянка характеристики найбільш сприятливий для пристрою, який володіє високим коефіцієнтом підсилення, щоб зірватися в генерацію. Резистор опором 1 МОм забезпечує гістерезис в 0,27 В і "поглинає" напруга перемикання в 3 мВ. Формула, яка використовується для розрахунку зміни напруги, достатнього для перемикання компаратора, наведена на Рис. 2. Схема показана у спрощеній формі, але опір R 1 в 11 кОм, все-таки, наочно і може бути вирахувано.

Рис. 2. За цією формулою проводиться розрахунок зміни напруги,

необхідного для перемикання компаратора. Vcc-напруга живлення

Дільник напруги включений паралельно джерела живлення 24 В дає опорне напруга. Стабілізатор опорного напруги U 3 харчується від 28-вольтової обмотки трансформатора, наявного в РА і використовуваного для харчування ланцюгів управління реле перемикання. Схема додаткового випрямляча містить діодний міст. Відповідна розв'язка і фільтрація по входу дозволили відмовитися від звичайного, в таких випадках, застосування стабілітронів та інших хитрощів для подальшої стабілізації опорного напруги. Потенціометр дозволяє встановлювати необхідну кінцеве значення напруги постійного струму. Опорна напруга постійно подається на неінвертуючий вхід компаратора. Схема забезпечує початковий запуск БП простим підключенням конденсатора паралельно потенціометра установки опорного напруги. У цій конфігурації, зростання вихідної напруги БП визначається зростанням напруги на конденсаторі ємністю 8 мкФ. Постійна часу (наростання вихідної напруги - UA 9 LAQ) обрана рівної 0,4 сек, достатньою, щоб зменшити пускові струми через діоди випрямляча БП в момент включення. Використання пропонованої схемотехніки дозволило мені позбавитися від великогабаритного силового реле (пускача), яка урівнює реле і потужного 100 Вт резистора в моєму РА.

Вихідна напруга компаратора відкриває транзистор Q 2. Струм, поточний через Q 2, змушує світитися світлодіод в буферному опто-симісторних каскаді. (Опто-сімісторний буферний каскад служить для гальванічної розв'язки пристрої керування від високовольтних ланцюгів і мережі змінного струму і дозволяє управляти сімістором в ланцюзі первинної обмотки силового високовольтного трансформатора РА). Різні струми керуючого електрода потрібні для перемикання сімістора в різних режимах. Робочий режим визначається відношенням напруги на керуючому електроді до напруги на основному (силовому) електроді 2 (МТ2) як показано на Рис. 3.

Рис. 3. Режим роботи сімістора визначається відношенням напруги на керуючому електроді до напруги на електроді МТ2.

Ток керуючого електрода для режимів 2 і 3, зазвичай, самий маленький, в режимі 4 - потрібно найбільший струм перемикання. Рівні перемикання для деяких потужних сімісторов, з робочими струмами 25 ... 40 А, наведені в Таблиці 1.

Таблиця 1.

Параметри перемикання сімісторов по керуючому електроду

Максимальні значення по відношенню до електрода МТ1, мА

Р е ж і м и п е р е к л ю ч е н і я с і м і с т о р о в

Сімістор

Струм,

A

МТ 2 (+)

G (+)

MT2 (+)

G (-)

MT2 (-)

G (-)

MT2 (-)

G (+)

2N5445

40

70

70

70

100

SC 129

25

70

70

70

400

2 N 6164

30

60

70

70

100

При застосуванні інтерфейсних оптоізоляторов промислового виготовлення потрібно (окремий) джерело живлення постійного струму. Це зажадає використання сімісторов в режимах 1 і 4. Перемикання в режимі 4 зажадає струму в 400 мА на один сімістор, в той час як, в режимах 2 і 3 - всього 70 мА. Резистор опором 1,8 кОм встановлений для обмеження струму оптосімістора до 87 мА. Максимальний допустимий струм оптосімістора, застосованого в схемі, складає 100 мА.

Сімістор з'єднаний послідовно з первинної обмоткою силового високовольтного трансформатора. Висновок сімістора МТ2 з'єднаний з "холодним" кінцем обмотки, МТ1 - з "нульовим" проводом мережі живлення. Метало-оксидний варистор (MOV) приєднаний паралельно сімістор з виведення МТ2 на висновок МТ1 (Мал. 4) для придушення пікових напруг, що виникають на індуктивності обмотки трансформатора при її перемиканнях. Типовий сімістор може виносити струми короткого замикання, що перевищують струми тривалої дії в 10 разів. Ці струми легко "переносяться" сімістора при перемиканнях навантажень індуктивного характеру.

Зазвичай, коли постає питання застосування сімісторов або тиристорів, сподіваються на наявність перешкод, створюваних цими приладами при роботі. Я з самого початку був налаштований тільки на схему перемикання сімістора при переході змінної напруги через нуль. Така схема включає сімістор тільки в той момент часу, коли напруга в мережі 60 Гц дорівнює нулю (не відключено, а, згідно синусоїдальним законом змінюється від максимального позитивного до максимального від'ємного значення з переходом через нуль - UA 9 LAQ). Таким чином, немає тих великих струмів, які могли б створити радіоперешкоди. Проведені досвідчені перевірки показали, що затримка між необхідністю перемикання сімістора і реальним його перемиканням занадто велика (до 8 мсек) протягом, практично, всього часу роботи сімістора. Це змушує живильну мережу пульсувати, а лампочки "моргати". Великим струмів нічого робити тут - залишається тільки заряджати конденсатори фільтра, єдиною навантаженням залишається резистор витоку. Сімістор залишається весь час включеним, як тільки включена повне навантаження БП (коли працює РА). Тут немає питань. Потім, був проведений тест з переключення опто-сімістора "не під час переходу напруги через нуль". Пристрій перемкнуло сімістор відразу, не чекаючи, поки напруга буде дорівнювати нулю. Очікувалося поява перешкод, але вони не були виявлені. Зникло підсаджування живильної мережі. Таким чином, вдалося синхронізувати перемикання сімістора з мережею. Дослідження цього ефекту буде продовжено.

Конструкція

Схема контролера змонтована на платі з отворами, виконаними по кутах сітки в 0,1 дюйма (2,54 мм). Високовольтний дільник розміщений поблизу від високовольтного випрямного моста, щоб зменшити протяжність високовольтних ланцюгів (а, значить, підвищити надійність і безпеку високовольтного живлення - UA 9 LAQ). Для "гарячої" частини високовольтного дільника використовуйте спеціальний високовольтний резистор (з вітчизняних підходять подовження типу НД-2 або їх послідовна комбінація з декількох штук, однакового опору, в сумі складають потрібне. Резистори монтуються "в лінію" без вигинів і кутів - UA 9 LAQ ). 22/44-контактний з'єднувач використовується для з'єднання контролера з рештою схемою БП, для можливості швидкого демонтажу при обслуговуванні, перевірці та модернізації. Сімістор змонтований на радіаторі розміром 4 х 6 дюймів. Q 1 потрібно встановити на радіатор через ізолюючу прокладку, оскільки корпус перебуває під потенціалом електрода МТ1 ("Нуль" мережі не слід поєднувати з корпусом БП, а значить, і РА, в цілому. У них має бути своє заземлення. Оскільки радіатори зазвичай прикрутити до шасі намертво, тобто, мають з ним гальванічний контакт, сімістор повинен бути ізольований від радіатора - UA 9 LAQ). Деякі сімістори, такі як, МАС50А-6 і Т6420 D фірми Motorola мають ізольовані корпусу, що спрощує їх монтаж. Тільки два слабкострумових дроти, що несуть напруга мережі змінного струму необхідні на платі, потужнострумової перемикання покладено повністю на сімістор.

У зв'язку з розвитком імпульсної техніки, стали доступними і звичайними в схемах стабілізаторів і оптосімістори. Деталі можна придбати з багатьох джерел. Оптосімістори, сімістори SC 129 і компаратори LM 339 можна придбати в Digi - Key [1], Motorola і General Instruments [2,3]. Закінчена схема пристрою приведена на Рис. 5.

Результати та висновки

Стабілізатор підтримує вихідну напругу 3 кВ, при струмах навантаження 30 мА ... 1 А, зміна вихідної напруги, при цьому, не перевищує 50 В. Ретельний підбір опору резистора, що забезпечує гістерезис, можливо, поліпшить наведені показники, але це не є обов'язковим. Для потужного РА така зміна напруги знаходиться "за рівнем шумів". У мого високовольтного силового трансформатора є первинна обмотка тільки на 117 В. Обмотка на 234 В дозволила б зменшити робочий струм сімістора вдвічі. Сімістори, розраховані на менший струм дешевше. Тиристори на 2 ... 40 А широко поширені і можуть бути придбані в магазинах і в Посилторга.

Схема пристрою універсальна і може бути адаптована до багатьох застосувань. Схемотехніку можна, наприклад, застосувати в потужнострумової блоці живлення на напругу 13,8 В постійного струму. Гістерезис, по відношенню до застосованому у високовольтному блоці харчування, може бути зменшений, оптимізований по найкращим стійким параметрам в конкретному випадку застосування. Зрештою, якщо Ви зацікавлені мати хороший потужний стабілізатор, при мінімумі деталей, застосуйте наведену мною схему такого.

Рис. 4. Радіатор, сімістор і варистор. Для з'єднання первинної обмотки силового трансформатора з сімістором використовується провід # 16. Проводом # 20 вироблено приєднання до керуючого електрода сімістора. Варистор припаяний безпосередньо до висновків сімістора МТ1 і МТ2, щоб запобігти його пробою при виникненні імпульсів ключеванія на індуктивному навантаженні (первинної обмотці силового трансформатора).

(Слід зазначити, що до описуваного пристрою потрібно ставитися з усією серйозністю, щоб виконувати всі технічні вимоги та умови безпеки. "Нашого" КУ208Г для подібного РА, напевно, буде замало, навіть з великим радіатором. Крім того, завжди необхідний конструктивний запас на непередбачені обставини і плавкі запобіжники. Трохи пригнічує дотримання "полярності" живлячої напруги, тобто, "нуля" і "фази", дотримуватися яку доведеться і перевіряти перед кожним включенням РА в мережу, тому що, після аварій в мережі "полярність "може помінятися. Викликає сумніви відсутність радіоперешкод при перемиканні сімістора, хоча, при повному навантаженні сімістор відкритий - не перемикається, але в режимі прийому, коли РА включений, можливо, поява шуму або окремі клацання, які можуть закрити DX - прийом. Втім, перевірити це не важко, залишилося небагато: зробити пристрій до РА і порівняти рівень ефірних шумів з РА і без. Удачи! - UA 9 LAQ)

Рис. 5. Фото стабілізатора по мережі живлення (авторський екземпляр). Потенціометр у верхньому лівому кутку фото, служить для підстроювання напруги. Оптосімістор застосований у 8-вивідному корпусі DIP. 14-вивідних корпус DIP - у мікросхеми компаратора. У лівій частині друкованої плати видно стабілізатор на 24 В.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59

60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 78 79 80 81 82

Обновлено 28.03.2012 05:10
 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья