強力な電源、220/32 ボルト 1000 ワット。スキーム、説明

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強力な電源、220/32 ボルト 1000 ワット。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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近年、ネットワーク電源の小型軽量化を目的として、数十kHzの周波数で電圧変換を行うケースが増えています。このような電源には、主電源電圧整流器、主電源周波数を 812 倍にしたリップルフィルタ、電圧コンバータ、降圧変圧器、整流器、変換周波数を XNUMX 倍にしたリップルフィルタが含まれています。コンバータは通常、ブリッジまたはハーフブリッジインバータの方式に従って実行され、スイッチング周期の半分後にトランジスタが交互に開閉します。このようなコンバータの欠点は、トランジスタを閉じる瞬間にコレクタ電流が流れることです。このため、大きな瞬間電力がそれらに割り当てられ、その許容値はそのようなデバイスの電力を制限します。 KTXNUMX シリーズなど、電圧コンバータで一般的に使用されるシリコントランジスタの許容瞬時電力は数百ワットを超えません。

直列共振回路を搭載したブリッジインバータを使用することで、この制限をある程度まで取り除くことができます。このようなデバイスのトランジスタは、コレクタ電流が存在しない場合に閉じ、最大コレクタ電圧（エミッタに対する）と最大コレクタ電流が異なる時間にトランジスタに作用するため、トランジスタに放出される瞬間電力は小さいことがわかります。。

直列共振回路を備えたブリッジインバータの可能性は、以下に説明する主電源によって例証されます。これは、27 ボルト相当の車両電気システム (抵抗または誘導能動負荷) として使用することを目的としています。

装置の概略図を図に示します。その主なコンポーネントは C1L1C2 フィルターで、周波数コンバーターからの干渉がネットワークに侵入するのを防ぎます。フィルタ C1-C4L3C5-C2 を備えたダイオード VD6-VD8 の主電源電圧整流器。共振回路L1C4C3を備えたトランジスタVT10～VT11上のブリッジインバータ、降圧変圧器74、フィルタC13～C18L12C15C4を備えたダイオードVD16～VD17上の高周波電圧整流器。 DD1 ～ DD4 マイクロ回路とトランジスタ VT5、VT6 上のインバータ制御ユニット、およびそれに給電する 19 つのソース：非安定化 (VD20) と安定化 (VD1 DA1)。 LED HLXNUMX - ユニットがネットワークに含まれていることを示します。

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ブリッジインバータ制御ユニットは、DD1 マイクロ回路の単一バイブレータで作られたクロックジェネレータ、DD2.2 トリガー上のパルスディストリビュータと DD4 マイクロ回路の要素、3.3 つのアンプ (DD5、VT3.4 および DD6、VT21) で構成されます。およびシンクロナイザー (DD2.1、DD3.1) を備えた過負荷保護デバイス (VD3.2、DD2)。 LED HLXNUMX は保護装置の動作を知らせます。

ユニットがネットワークに接続されると、トグルスイッチ Q1 が制御ユニットに電圧を供給し、約 1.2 kHz の一定の繰り返し率で持続時間 17 μs の正のパルスが DD40 シングルバイブレータの反転出力に表示されます。。直接出力と反転出力で発生する DD2.2 論理 1 信号をトリガーし、要素 DD4.1、DD4.2 を交互に「開きます」。そしてパルスは 3.3 つのアンプ (DD5、VT3.4) の入力に供給され、次に別のアンプ (DD6、VT1) に供給されます。その結果、開放極性のパルスがトランジスタＶＴ１、ＶＴ４、次にＶＴ２、ＶＴ３のエミッタ接合に供給される。

クロックジェネレーターのパルスが発生してからしばらくして (遅延はフィルター C3-C5L2C6-C8 の時定数がかなり大きいため)、滑らかに増加する整流された電圧がコンデンサ C9 に現れ、インバーターがそれを電圧に変換します。周波数 20 kHz の交流電圧が変圧器 T4 の巻線 I に印加されます。巻線 I から取得された電圧は、VD13 ～ VD18 ダイオードによって整流され、フィルタ C12 ～ C15L4C16C17 を介して負荷に供給されます。抵抗 R13 は、無負荷整流器の出力電圧を低下させます。

インバータは 17 つのフェーズに分割できます。最初の動作では、1 μs の継続時間で、トランジスタ VT4、VT10 が開き、コンデンサ C11、C4 がそれら、変圧器 T3 の一次巻線およびインダクタ LXNUMX を介して充電されます。この回路の電流は最初にゼロから最大値まで増加し、次にコンデンサが充電されるとゼロまで減少します。電流の形状は正弦波の半サイクルに似ています。

8 μs 続く第 1 段階では、閉極性電圧がトランジスタ VT4、VTXNUMX のベースに印加され、トランジスタ VTXNUMX、VTXNUMX が閉じます。

第 17 フェーズ (最初のフェーズと同様、持続時間は 2 μs) では、トランジスタ VT3、VT1 が開き、VD4 ～ VD1 ダイオードによって整流された電圧のほぼすべてが、閉じたトランジスタ VT4、VT1 のそれぞれに印加されます ( 260オームの負荷 - 約10 V）。第１相と同様に、逆極性の最大電圧までのコンデンサＣ１０、Ｃ１１の再充電電流は、コンデンサ、インダクタＬ３、および変圧器Ｔ４の一次巻線によって形成される直列回路を通って流れる。再充電される電圧は負荷抵抗によって決まります。負荷抵抗が小さいほど、この電圧は大きくなります(11オームの負荷で約3V)。

トランジスタ VT2、VT3 のコレクタ電流がゼロに減少した瞬間に、インバータ動作の第 8 段階が始まり、第 2 段階と同様に 5 μs 続きます。閉電圧が変圧器 T1 と T4 の巻線からトランジスタのベースに印加されます。 T2. トランジスタ VT3、VT1 は常に閉じたままになります。トランジスタ VT4、VTXNUMX が完全に閉じ、トランジスタ VTXNUMX、VTXNUMX が開いたときに、隣接するアームのトランジスタを通る貫通電流パルスが存在しないようにするには、一時停止が必要です。スイッチング電圧はコレクタ電流がないときにエミッタ接合に供給されるため、コレクタ接合の瞬間電力は最悪の場合でも数ワットを超えることはありません。

ノード過負荷保護ブロックは次のように動作します。電源電圧が印加された後、トリガー DD2.7 は単一状態 (反転出力 - 論理 0 の電圧) に設定され、要素 DD3.2 (ピン 11) の出力に論理 1 の電圧が表示されます。、要素 DD4.1 および DD4.2 を通過するクロックジェネレーターパルスの条件を作成します。この状態では、負荷に供給される電力が 1 kW 未満である間、トリガーは常に維持されます。

電力制限に達すると、変流器 T2.1 の二次巻線からブリッジ VD3 を介してトリガ DD21 の計数入力で受信される最初のパルスの振幅は、トリガをゼロ状態にするのに十分です (反転出力 - ロジック電圧 1)。回路に従って、DD3.2 素子の上部入力で低論理レベルを高論理レベルに変更すると、次のクロックパルスの到着により出力に論理 0 電圧が設定され、要素 DD4.1、DD4.2 を通過するパルスが停止します。要素 DD3.1、DD3.2 の RS トリガのおかげで、禁止信号はパルス間の休止が始まる瞬間にのみ表示され、インバータトランジスタの故障を防ぎます (コレクタ電流が存在する状態で閉じると、瞬時電力の過大な増加による故障）。このノードは、負荷が短絡した場合にインバータのトランジスタを保護します。

保護が作動した後に電源を元の状態に戻すには、Q1 トグルスイッチを使用して電源をオフにし、再度オンにする必要があります。ユニットの電源がオフになると、フィルターコンデンサ C3 ～ C8 は抵抗 R1 および R2 を介して放電されます。これは、トランジスタ VT1 ～ VT4 が再びオンになった後、トランジスタ VTXNUMX ～ VTXNUMX のベース電流パルスの振幅が増加する間に、トランジスタが完全に開いていない (つまり、飽和モードに入っていない) 場合に、コレクタがすぐに電流を流さないようにするために必要です。故障の原因となる大きな電圧がかかります。

コンバータの共振回路には、定格電圧 10 V のコンデンサ (C11、C71) K4-250、定格電圧 12 V のフィルタコンデンサ C15-C73 ～ K16-63、抵抗 R13 ～ PEV-10 が使用されます。残りの抵抗とコンデンサは任意のタイプです。 Q1 - TV1-2を切り替えます。

コントロールユニットの電源には統一トランスТН13 127/220-50が使用されています。デバイスの他のトランスとチョークはすべて自家製です。巻線データを表に示します。 L3 インダクタと T4 トランスの両方の巻線は、ワイヤを撚り合わせて束ねて巻かれています。このトランスの漏れインダクタンスを減らすために、巻線 II は XNUMX つの束を折り重ねて巻かれています。タップは、半巻線の一方の始端の出力を他方の半巻線の終端の出力に接続することによって得られます。

すべてのチョークの磁気回路は 0,5 mm の非磁性ギャップで組み立てられています。

インバータ制御ユニットとその電源は、厚さ 2 mm のフォイルグラスファイバー製のプリント基板に取り付けられています。ブロックの他の部分のほとんどは、厚さ 220 mm のテキストライトで作られた 85x3 mm の 1 枚のボードにヒンジで取り付けられています。そのうちの 4 つはダイオード VD1 ～ VD1 とフィルターの一部 C2L3C5 および C2-C6L9C2-C3 が固定されており、もう 5 つは -トランスT3、T12、T15とインバータ部品、4番目のインダクタL16とフィルタ部品C17-CXNUMXLXNUMXCXNUMXCXNUMX。

トランジスタ VT1 ～ VT4 は、寸法 70x60x8 mm のプレートの形のジュラルミンヒートシンクに取り付けられます (側面が 60 x 8 mm で回路基板に取り付けられます)。ダイオード VD1 ～ VD4 は、アルミニウムプレートから曲げられた U 字型ヒートシンクに取り付けられます。寸法100x25x1,5 mm、ダイオードVD13 ... VD18およびT4トランス - 約1000 cm2の冷却表面積を持つリブ付きジュラルミンヒートシンク上にあり、ユニットケースの背面に固定されています。

デバイスのセットアップはヒューズ FU1 なしで開始されます。オシロスコープを使用してコントロールユニットの電源を入れると、トランジスタVT1〜VT4のエミッタ接合に持続時間17μsの正極性のパルスが約20kHzの繰り返し率で存在することを確認します（発振）。周期は約50μs）。変流器７３の二次巻線の出力を制御ユニットの超小型回路の電源の正の出力に接続すると、これらのパルスは消えるはずである。

次に、インダクタL3の出力が変圧器T4の一次巻線から切り離され、ヒューズFU1が交換され、電源スイッチQ7の接点8および1の代わりにミリ電流計がオンになります。無負荷でインバータが消費する電流は 15mA 未満である必要があります。これを確認した後、インダクタ L3 の端子と変圧器 T4 の 0,5 次巻線を約 1 オームの抵抗を持つ追加の抵抗器に接続し、整流器ブリッジ VD4 ～ VD1 のネットワーク端子をインダクタ L20 からはんだ付けします。調整可能な単巻変圧器 (LATR など) から 30 の交流電圧がそれらに適用されます (LATR など) .. 1 V。負荷相当物がブロックの出力に接続されます - 損失電力が 700 オームの抵抗を持つ抵抗器800 ... 3 W。オシロスコープで追加の抵抗器の電圧形状を制御することにより、インダクタ LXNUMX の磁気回路内の非磁性ギャップが選択され、画面上のパルス (正極性と負極性の両方) が可能な限り半分に似たものになります。正弦波。

さらに、パルスの形状を観察して、ブリッジ VD1 ～ VD4 の入力電圧を 220 V に増加します。等価負荷での出力電力は 650 ... 700 W に増加しますが、パルスの形状は実質的に変わらないはずです。変更なし。そのような電力でそれらが尖った場合、これはインダクタL3またはトランスT4の磁気回路の飽和を示しており、より大きなもの（より大きな断面積を持つ）と交換する必要があります。

最後に、回路から追加の抵抗を除外し、過負荷保護ユニットが 18 kW の出力電力で動作するように抵抗 R1 を選択します (これは等価負荷の抵抗を減らすことで得られます)。

多くの電源回路、特にオシロスコープによる監視の対象となる回路は高電圧下にあるため、調整中は安全上の注意事項を守る必要があります。

最大 700 W の負荷をユニットの出力に直接接続でき、トグルスイッチを使用して電力を切り替えることができます。電力が大きい場合は、負荷回路に追加のスイッチを設け、まずユニットをネットワークに接続し、次に負荷をその出力に接続することが望ましいです。

著者: S.ツヴェターエフ

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