Простой автогенераторный ИИП  мощностью 1,5 кВт для УМЗЧ

Е. МОСКАТОВ, г. Таганрог Ростовской обл.

Каким должен быть источник питания УМЗЧ? Мощным, с высоким КПД, надежным, легким, дешевым. Несмотря на противоречивость этих требований, предлагаемое устройство им всем удовлетворяет. Он собран по надежной и хорошо известной мостовой автогенераторной двухтрансформаторной схеме на дешевых и широко распространенных элементах, большая часть которых — отечественные. ИИП автора используется для питания четырех эстрадных УМЗЧ мощностью 350 Вт каждый.

Разработка предлагаемого ИИП велась на основе прототипа, описан­ного в статье Е. Гайно и Е. Москатова "Мощный импульсный источник пита­ния" в "Радио", 2004, №9, с. 31, 32. Предварительно была поставлена цель повышения выходной мощности в три раза при условии сохранения принципа действия и низкой стоимости изделия благодаря использованию широко рас­пространенных компонентов. Именно поэтому предпочтение было отдано управлению переключательными тран­зисторами с помощью насыщающегося трансформатора. В устройстве приме­нены резисторы в цепи положительной ОС вместо использования драйверной микросхемы с многочисленными ком­понентами "обвязки". Кроме того, базовый ток биполярных переключательных транзисторов во много раз превышает максимально допустимый выходной ток современных драйверных микросхем, таких как IR2110, IR2113 и аналогичных. Это требует для согласования микро­схемы с транзисторами введения умощняющей согласующей ступени и вспомогательного источника для ее питания, что сводит на нет такое достоинство предлагаемого ИИП, как малое число компонентов.

Вместо дешевых и распространенных биполяр­ных транзисторов можно было бы при­менить мощные MOSFET или IGBT, но тогда исчезло бы другое достоинство — низкая стоимость компонентов. Частота преобразования прототипа при отсутствии нагрузки — всего 9 кГц, поэтому его импульсный трансформа­тор тяжел и издает неприятный свист. Предлагаемый ИИП не имеет такого недостатка, поскольку его минимальная частота преобразования — 30 кГц.

Схема предлагаемого ИИП показана на рисунке. Основа ИИП — автогенера­торный мостовой преобразователь напряжения с ненасыщающимся мощ­ным трансформатором Т1 и насыщаю­щимся маломощным трансформато­ром Т2. Использование подобных пре­образователей — хорошо известное и широко распространенное решение, его применяют в "электронных транс­форматорах", балластах энергосбере­гающих ламп и других приборах, однако эти устройства меньшей мощности по сравнению с предлагаемым. Основные технические характеристики Напряжение питающей сети, В 176...253 Номинальное выходное на­пряжение, В 2x80 Максимальная мощность нагрузки, кВт 1,5 Наибольший КПД устрой­ства, % 94 Частота преобразования при отсутствии нагрузки, кГц 30 Масса, кг 4,7 В связи с тем что УМЗЧ имеет собст­венную защиту по току, нет необходи­мости этой функции у ИИП.

Частота преобразования непостоянна — она тем выше, чем больше мощность на­грузки. Термисторы RK1 и RK2 огра­ничивают пусковой ток зарядки оксид­ного конденсатора С21 при включении в сеть. Для обесточивания устройства в слу­чае аварии предназначен выключатель-автомат SF1. Газовый разрядник F1 защищает устройство от перегрузок по напряжению питающей сети. На конден­саторах С10, С17 и двухобмоточном дросселе L2 собран П-образный фильтр, препятствующий проникновению высо­кочастотных помех из ИИП в сеть. Диодный мост VD8 выпрямляет пе­ременное напряжение сети, а конден­сатор С21 его сглаживает, конденсатоС22 шунтирует выход выпрямителя по высокой частоте. На резисторах R1, R2, R7, конденса­торе С3 и динисторе VD7 собран релак­сационный генератор, который выраба­тывает импульсы, необходимые для запуска генератора после включения питания, а также восстановления усло­вий для возникновения генерации после ее срыва.

Резисторы R8—R15 ограничивают базовый ток переключательных тран­зисторов VT1—VT8, конденсаторы С6— С9, С11—С14 ускоряют их переключе­ние. Диоды VD5, VD6, VD9, VD10 демп­фируют выбросы напряжения переход­ных процессов. Резисторы R3—R6, R18—R21 в эмиттерных цепях транзис­торов выравнивают протекающий через них ток. Конденсатор С20 устраняет подмагничивание магнитопровода не-насыщающегося трансформатора Т1 постоянным током. Через резисторы R16, R17 образова­на цепь положительной обратной связи с выхода преобразователя (с обмотки III трансформатора Т1) на его вход (об­мотку V трансформатора Т2). От сопро­тивления этих резисторов, числа витков обмоток, габаритов и магнитных свойств материала магнитопровода насыщающегося трансформатора Т2 зависит частота преобразования, кото­рую можно вычислить по формуле F~10U/(4BнасqScWkc), где F — частота преобразования, кГц; U — амплитуда импульсов напряжения на обмотке V трансформатора Т2, В; Bнас — индукция насыщения переключа­тельного трансформатора Т2, Тл; q — скважность импульсов; Sc — площадь сечения магнитопровода трансформа­тора Т2, см2; W — число витков обмотки V трансформатора Т2; kc — коэффици­ент заполнения магнитопровода транс­форматора Т2, для феррита почти до­стигающий единицы. Диодный мост VD1—VD4 выпрям­ляет импульсное напряжение обмотки I трансформатора Т1. Конденсаторы С1, С2, С4, С5, С15, С16, С18, С19 и двух-обмоточный дроссель L1 сглаживают высокочастотные и низкочастотные пульсации выходного напряжения. Предохранители FU1 и FU2 обес­печивают защиту от медленного уве­личения тока нагрузки сверх допусти­мого предела.

 Светодиод HL1 — инди­катор рабочего состояния устройства, резистор R22 — токоограничительный. Конструкция ИИП — произвольная, взаимное расположение компонентов некритично, хотя желательно, чтобы каждый из диодов VD5, VD6, VD9, VD10 был размещен возможно ближе к своей паре транзисторов VT1VT3, VT2VT4, VT5VT7, VT6VT8. Источник собран на­весным монтажом. Выключатель-автомат А-0701НМ (SF1) производства Sang Мао Enterprise Co., Ltd., на ток размыкания 15 А и номи­нальное напряжение 250 В, можно за­менить на А-0702А, А-0702Х, A-0710W, CBLS2A15, М115-В120. Термисторы SCK-2R515 (RK1 и RK2) можно заменить на MS32 5R020, MS32 7R015 или аналогичные NTC-термисторы с максимальным допустимым током не менее 15 А и номинальным сопротивлением от 5 до 10 Ом при темпера­туре 25 °С. Клавишный выключатель питания TR26-21C-11D1 (SA1) заменим на SWR74 или на выключатель с подсвет­кой MK-521A/N. Газовый разрядник 2027-35-С (F1) можно заменить на B88069-X2380-S102, B88069-X370-S102, В88069-Х410, FS04X-1JOS или FS04X-1JMG. Вместо 30ЕТН06 (VD1—VD4) подой­дут диоды 80EBU04, DSEI30-06A, HFA25TB60, RHRG3060. Каждый диод закреплен на отдельном теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности 90 см2. Диоды HER1608G (VD5, VD6, VD9, VD10) заменимы на 15ЕТН06,15ETX06S, HFA25TB60, DSEI12-06A, FES16JT, а диодный мост КВРС2510 (его необхо­димо снабдить теплоотводом с полез­ной площадью не менее 50 см2) — любым из GBU25M, BR2510, BR2510W, КВРС3510 или МВ4010. Динистор VD7 — любой из КН102А— КН102В и 2Н102А—2Н102В; последние три предпочтительнее для эксплуата­ции ИИП при повышенной температуре. Также подойдут импортные динисторы DB-3 или DB-4 с напряжением включе­ния 32 и 40 В соответственно. Переключательные биполярные транзисторы VT1—VT8 установлены каждый на теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности 140 см2.

Вместо КТ812А можно использовать восемь однотипных транзисторов 2Т812А, КТ812Б или КТ840А. Конденсаторы С1— С3, С15, С16, С22 — полиэтилентерефталатные MER или MEF, а С20 составлен из восьми па­раллельно соединенных конденсаторов MER по 1 мкФ с номинальным напря­жением 630 В. Конденсаторы С6—С9, С11—С14 — керамические КМ5Б-Н90, К10-17А-Н50, К10-17Б-Н50. Конден­саторы С10 и С17 — В32923-А2474М, рассчитанные на подключение в сеть переменного тока. Их допустимо заме­нить конденсаторами В81131-С1105-М, В81131-С1474-М, В81141-С1684-М, В81141-С1334-М или аналогичными. Оксидные конденсаторы С4, С5, С18, С19, С21 — алюминиевые К50-6, К50-35 или аналогичные. Все постоянные резисторы, исполь­зуемые в источнике питания, — непро­волочные, например, МЛТ, ОМЛТ, С2-23, С2-33. Резисторы R1, R2 и R22 должны иметь номинальную мощность рассея­ния 2 Вт. Резисторы R3—R6, R18—R21 — импортные керамические серии CRL. Их также можно составить из несколь­ких параллельно соединенных резисто­ров до получения необходимых сопро­тивления и мощности рассеяния.

Импульсный трансформатор Т1 вы­полнен на магнитопроводе типоразме­ра Ш20х28 из феррита М2000НМ-9, соответствующего техническим усло­виям ОЖО.707.140ТУ. Также допустимо использовать феррит М2000НМ1-17. Обмотка I этого трансформатора со­держит 2 секции по 8 витков жгута из четырех сложенных вместе проводов ПЭТВ-2 0,5. Обмотка II содержит 28 вит­ков из двух сложенных вместе проводов ПЭТВ-2 0,5, а обмотка III — один виток провода ПЭВ-2 0,5. Все обмотки надлежит надежно изолировать одну от дру­гой фторопластовой, майларовой или лакотканевой лентой.

Трансформатор Т2 намотан на коль­цевом ферритовом магнитопроводе типоразмера К6х3х3 от автогенератор­ного электронного балласта энергосбе­регающей лампы. Каждая из обмоток I—IV содержит четыре витка провода ПЭВ-2 0,25, а обмотка V — девять вит­ков провода ПЭВ-2 0,5. Дроссель L1 — самодельный. Он вы­полнен на магнитопроводе кольцевой формы, составленном из двух одинако­вых частей типоразмера КП35х26х7, из альсифера марки ТЧ-60. Обмотки I и II намотаны в два провода ПЭВ-2 2 до заполнения окна. Вместо ПЭВ-2 можно применить провод ПЭТВ. Дроссель L2 — готовый B82726-S2163-N30, который, согласно паспорту, допускает ток обмо­ток 16 А при максимальном напряжении между ними 250 В. Индуктивность каж­дой обмотки — 2,2 мГн. Плавкие предохранители FU1 и FU2 — Н630РТ-15А, Н630-15А или аналогич­ные.

Светодиод HL1 — любой, жела­тельно зеленого цвета свечения. Собранный из исправных деталей ИИП должен заработать сразу после включения. Если автогенерация отсут­ствует, нужно проверить фазировку обмоток трансформатора Т2 и, возмож­но, поменять местами подключение выводов его обмотки V либо обмотки III трансформатора Т1. Если частота пре­образования без нагрузки существенно отличается от 30 кГц, это указывает на неподходящий материал или дефект магнитопровода трансформатора Т2, такой, например, как скрытая трещина. В этом случае магнитопровод необхо­димо заменить.